Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження

Реферат: Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження містить багатополюсний дисковий ротор з стальним магнітопроводом і рівномірно закріпленими на периферії диска постійними магнітами з чергуванням полюсів, нижній дисковий ротор, виконаний у вигляді стальної пластини, жорстко закріпленої на обертовому валу, з'єднаному з валом вітродвигуна, і дисковий статор з якірними котушками без осердя, розташований з зазором між дисками зіставного ротора, статор виготовлений у вигляді пластмасового диска з закріпленими по внутрішньому периметру плоскими якірними котушками, залитими компаундом, причому містить циліндричний корпус, закритий з торців підшипниковими щитами, в підшипниках яких установлений обертовий вал з дисковими роторами, додатковий дисковий статор з якірними котушками ідентичного виконання і верхній дисковий ротор у вигляді стальної пластини, по обох поверхнях стального диска, розташованого з зазором між статорними дисками, симетрично розташовані постійні магніти зустрічної полярності, зовнішні роторні диски (нижній і верхній) розташовані симетрично і подвійним зазором з зовнішніх сторін дводискового статора. UA 116510 U (12) UA 116510 U UA 116510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до синхронних електричних машин і може бути використана в електрогенераторах з постійними магнітами збудження для вітроенергетичних установок (ВЕУ). Відомо, що в невеликих ВЕУ найбільш розповсюджені багатополюсні генератори і постійними магнітами [Jon Twidell and Tony Weir. Renewable Energy Resources.- London and New York: Taylor & Francis, 2006. -Р. 310-314]. Проте звичайні автотракторні генератори не задовольняють вимогам ВЕУ. ; Відомий електричний генератор плоскої конструкції [Пат. UA № 8454. МПК Н02K 21/26, Н02K 16/00.- Опубл. 15.08.2005, Бюл. № 8.- 2005], статор якого виконаний з тороїдального осердя, жорстко з'єднаного з нерухомим валом, на обох сторонах тороїдального осердя розташовані обмотки. Ротор є магнітною системою з двох поєднаних багатополюсних магнітних систем, розташованих в порожнині корпуса і встановлених на нерухомому валу. Недоліком електричного генератора плоскої конструкції с складність агрегатування з привідними пристроями із-за виконання корпусу обертовим та незручність струмовідводу через вал статора. Відомий також безредукторний малопотужний вітроелектрогенератор [Пат. UA № 104467. МПК F03D 7/06, F03D 1/06.- Опубл. 10.02.2016, Бюл. № 3], що містить дводисковий стальний ротор, з рівномірно закріпленими на периферії дисків постійними магнітами, дзеркально розташованими один до одного різнойменними полюсами, і дисковий статор з якірними котушками без осердя, розташований з зазором між дисками багатополюсного ротора. Недоліком відомого вітроелектрогенератора є складність конструкції, висока вартість, мала потужність і низька експлуатаційна надійність із-за відкритості корпусу для попадання всередину пилу і вологи. Відомий також малопотужний вітроелектрогенератор зі здвоєним дводисковим ротором спрощеної конструкції [Пат, по заявці № 20161 1504 від 14.11.2016], взятий за прототип, що містить співвісно з зазором розташовані два роторні диски з стальним магнітопроводом і дисковий статор з якірними котушками без осердя, рівномірно залитими епоксидною смолою по внутрішньому периметру. На периферії внутрішньої поверхні одного роторного диска рівномірно розташовані постійні неодимові магніти, другий диск ротора виконаний у вигляді стальної пластини. Недоліком відомого пристрою є мала потужність і низька надійність, обумовлена попаданням пилу і вологи до відкритого корпусу. В основу корисної моделі поставлено задачу створення вітроелектрогенератора, в якому нове виконання конструктивних елементів та їхнє взаємне розташування забезпечить підвищення надійності, потужності і ефективності використання енергії вітру. Поставлена задача вирішується тим, що двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження містить багатополюсний дисковий ротор з стальним магнітопроводом і рівномірно закріпленими па периферії диска постійними магнітами з чергуванням полюсів, нижній дисковий ротор, виконаний у вигляді стальної пластини, жорстко закріпленої на обертовому валу, з'єднаному з валом вітродвигуна, і дисковий статор з якірними котушками без осердя, розташований з зазором між дисками зіставного ротора, статор виготовлений у вигляді пластмасового диска з закріпленими по внутрішньому периметру плоскими якірними котушками, залитими компаундом, згідно з корисною моделлю, містить циліндричний корпус, закритий з торців підшипниковими щитами, в яких установлений обертовий вал з дисковими роторами, додатковий дисковий статор з якірними котушками ідентичного виконання і верхній дисковий ротор у вигляді стальної пластини, по обох поверхнях стального диска, розташованого з зазором між статорними дисками, симетрично розташовані постійні магніти зустрічної полярності, зовнішні роторні диски (нижній і верхній) розташовані симетрично з подвійним зазором з зовнішніх сторін дводискового статора. Також поставлена задача вирішується за рахунок того, що між роторними стальними лисками, розташованими на обертовому валу з двійним зазором, встановлені розпірні втулки, а статорні лиски закріплені в циліндричному корпусі вставними упорними кільцями. Наявність циліндричного корпусу, закритого з торців підшипниковими щитами, в яких установлений обертовий вал, забезпечує експлуатаційну надійність. Рівномірне закріплення на периферії роторних стальних дисків постійних магнітів забезпечує наліпне збудження магнітного поля і стабільність частоти генерованої ЕРС в якірних обмотках. Двостороннє розташування постійних магнітів на стальному диску зменшує габарити і збільшує надійність конструкції. Виконання зовнішніх роторних дисків у вигляді стальної пластини зменшує кількість постійних магнітів, спрощує і здешевлює конструкцію, збільшує її надійність. Виконання статора дводисковим зменшує масо-габаритні розміри вітроелектрогенератора, підвищує його 1 UA 116510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 енергетичні показники і ефективність використання енергії вітру. Виконання статорних дисків пласі масовими усуває втрати на їхній нагрів, зменшує момент зрушення. Виконання якірних котушок без осердя усуває залипання магнітів, зменшує момент зрушення ВЕУ і забезпечує її запуск при слабкому вітрі. Розташування якірних обмоток на статорі дозволяє уникнути рухомих контактів, а отже підвищити KKД і надійність генератора. З'єднання якірних котушок згідно послідовно забезпечує збільшення ВРС в обмотках генератора. Наявність розпірних втулок між стальними роторними дисками і жорстке кріплення статорних дисків в циліндричному корпусі вставними упорними кільцями з шпоночними пазами зміцнює і підвищує надійність конструкції. Технічна суть і принцип дії двостаторного вітроелектрогенератора з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження пояснюється кресленнями: на фіг. 1 будова двостаторного вітроелектрогенератора з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження; на фіг. 2 двостаторний диск з якірними обмотками без осердя; на фіг. 3 роторний стальний диск з постійними магнітами. Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження містить корпус 1, обертовий вал 2, установлений в підшипникових щитах 3, багатополюсний роторний стальний диск 4, з постійними магнітами збудження 5 двостороннього кріплення по зовнішньому периметру стального диска, зовнішні роторні стальні диски 6, пластмасовий статорний диск 7 з якірними котушками без осердя 8, розпірні втулки 9, статорні упорні кільця 10. Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження працює наступним чином. При появі вітру вал 2, з'єднаний з вихідним валом вітродвигуна (не показано), установлений в підшипникових щитах 3 циліндричного корпусу 1, обертається разом з зіставним ротором 4, 6. Статорні диски 7 з якірними котушками без осердя 8 розташовані з двійним зазором між центральним багатополюсним роторним диском 4 з наклеєними постійними магнітами 5 і зовнішніми роторними стальними дисками 6. Статорні диски 7 з якірними котушками без осердя 8 жорстко закріплені епоксидною смолою в циліндричному корпусі 1 упорними кільцями 10, а стальні роторні диски 4, 6 жорстко скріплені розпірними втулками 9 з забезпеченням подвійних зазорів з статорними дисками 7. Стальні роторні диски виготовляють із маловуглецевої сталі товщиною не менше 5 мм. Якірні котушки окремих фаз з'єднують в обмотки. При обертанні центрального багатополюсного ротора 4, а отже і поля постійних магнітів 5, відносно провідників якірних котушок 8, магнітні силові лінії постійних (неодимових) магнітів 5, наклеєних з обох боків на центральний стальний диск 4, по черзі пересікають якірні котушки 8, закріплені на статорних дисках 7, замикаючись через ярма зовнішніх дисків 6. При цьому в провідниках котушок 8 буде генеруватися змінна ЕРС, причому БРС окремих провідників фази підсумовується. Якщо в якорі розташовано три однакові обмотки, зсунуті в просторі на електричний кут 120°, то в цих обмотках буде генеруватися трифазна система фазних ЕРС [Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1990. -С. 159, 343]. ЕРС індукції, що виникає в половинках котушки, протилежна за напрямком і складається в спілі, ну ЕРС котушки. ЕРС індукції окремого провідника, що переміщається в постійному однорідному магнітному полі визначається за формулою е = Blv, де В магнітна індукція, І - активна довжина провідника, v - швидкість переміщення. Магнітна індукція в зазорі між двома полюсами обернено пропорційна квадрату відстані між ними, тому чим менший зазор, тим більша індукція В, і величина індукованої ЕРС с. Частота цієї ЕРС залежить від кількості пар полюсів P і частоти обертання ротора n pn . f 60 Для отримання стандартної частоти 50 Гц при кількості пар полюсів Р =16 (як на фіг. 3) необхідно мати частоту обертання ротора 60 f 60  50 n   187,5 об/хв. p 16 Чим більша кількість пар магнітних полюсів Р, тим менша потрібна частота обертання ротора n. Таким чином, запропонована корисна модель збільшує міцність і експлуатаційну надійність вітроелектрогенератора, підвищує його енергетичні показники, збільшує коефіцієнт використання енергії вітру за рахунок розширення діапазону його використання. 2 UA 116510 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження, що містить багатополюсний дисковий ротор з стальним магнітопроводом і рівномірно закріпленими на периферії диска постійними магнітами з чергуванням полюсів, нижній дисковий ротор, виконаний у вигляді стальної пластини, жорстко закріпленої на обертовому валу, з'єднаному з валом вітродвигуна, і дисковий статор з якірними котушками без осердя, розташований з зазором між дисками зіставного ротора, статор виготовлений у вигляді пластмасового диска з закріпленими по внутрішньому периметру плоскими якірними котушками, залитими компаундом, який відрізняється тим, що містить циліндричний корпус, закритий з торців підшипниковими щитами, в підшипниках яких установлений обертовий вал з дисковими роторами, додатковий дисковий статор з якірними котушками ідентичного виконання і верхній дисковий ротор у вигляді стальної пластини, по обох поверхнях стального диска, розташованого з зазором між статорними дисками, симетрично розташовані постійні магніти зустрічної полярності, зовнішні роторні диски (нижній і верхній) розташовані симетрично і подвійним зазором з зовнішніх сторін дводискового статора. 2. Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження за п. 1, який відрізняється тим, що між роторними стальними дисками, розташованими на обертовому валу з двійним зазором, встановлені розпірні втулки. 3. Двостаторний вітроелектрогенератор з дисковим зіставним ротором і постійними магнітами збудження за п. 1, який відрізняється тим, що статорні диски закріплені в циліндричному корпусі вставними упорними кільцями. 3 UA 116510 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4