ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области ветроэнергетики и может быть использована для выработки электроэнергии за счет сил ветра.
Проблема создания и использования электрического генератора для ветроэнергетической установки весьма специфична. Как правило, известные электрические генераторы обеспечивают достаточную мощность при вращении ротора генератора со скоростью не менее 500-1000 оборотов в минуту (об./мин.), см., например, ветроэлектрогенератор ВГ-5(28)114-300-02В, http://www.enecsis.ru/generator.htm. Однако, даже самые быстроходные ветродвигатели имеют не более 200-300 оборотов вала в минуту при скорости ветра 8-10 м/сек, которая наблюдается не часто. Поэтому для обеспечения требуемой скорости вращения ротора ветроэлектрогенератора и, соответственно, требуемой относительной скорости пересечения магнитносиловых линий витками обмотки, в которой индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), используют мультипликаторы, см., например, RU 2202059, где описан мультипликатор, предназначенный, в частности, для ветроэнергетической установки (ВЭУ). Однако использование ветроэлектрогенератора с мультипликатором может быть экономически оправдано лишь на очень больших и мощных ВЭУ.
На ВЭУ мощностью меньше 5000 Вт применение ветроэлектрогенератора с весьма дорогостоящим и при том требующим постоянного обслуживания механизмом, каким является мультипликатор, абсолютно нецелесообразно, поэтому для ВЭУ небольшой мощности используют ветроэлектрогенераторы без мультипликатора, что существенно снижает эффективность ВЭУ.
Известен ветроэлектрогенератор, содержащий ветроколесо, укрепленное на валу, и электрогенератор, содержащий ротор и статор. Элементы ротора непосредственно укреплены на валу, на котором установлено ветроколесо, RU 2211367.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящей полезной модели.
Его недостатком является низкая мощность, достигаемая при обеспечиваемых ветроколесом оборотах вала; для обеспечения необходимой относительной скорости пересечения магнитносиловых линий витками ротора требуется на порядок большее количество оборотов ротора ветродвигателя, нежели это имеет место в реальных условиях, что, как отмечается выше, невозможно в ВЭУ без специальных средств.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение мощности ветроэлектрогенератора без увеличения числа оборотов ротора за счет увеличения относительной скорости пересечения магнитносиловых линий витками обмотки, в которой индуцируется ЭДС.
Согласно полезной модели ветроэлектрогенератор, содержащий ветроколесо, укрепленное на валу, и электрогенератор, содержащий ротор, включающий вращающиеся элементы, и статор, включающий неподвижные элементы, снабжен промежуточным диском, закрепленным на валу, при этом элементы ротора укреплены на ободе промежуточного диска.
Заявителем не выявлены какие-либо источники информации, содержащие сведения о технических решениях, идентичных заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «новизна».
Ветроэлектрогенератор содержит ветроколесо 1, установленное в конкретном примере на вертикальном валу 2, и электрогенератор 3; ротор выполнен в виде совокупности движущихся по окружности элементов - постоянных магнитов 4, статор представляет собой совокупность неподвижных элементов - электрических обмоток 5, укрепленных в корпусе 6. (Возможно и обратное выполнение: элементы ротора могут быть выполнены в виде электрических обмоток, а элементы статора могут представлять собой постоянные магниты).
Ветроэлектрогенератор снабжен промежуточным диском 7, выполненным в данном примере из легкого углепластика. Для облегчения конструкции в диске 7 могут быть выполнены отверстия 8. Промежуточный диск 7 жестко закреплен на валу 2. Элементы ротора - постоянные магниты 4 на основе сплава Nd-Fe-B укреплены на ободе 9 промежуточного диска 7.
Устройство работает следующим образом. При вращении ветроколеса 1 вращается вал 2 с диском 7 и постоянными магнитами 4. В данном примере радиус R диска 7 составляет 1,5 м. Магнитносиловые линии, создаваемые вращающимися магнитами 4, пересекают витки обмоток 5 статора и индуцируют в них ЭДС. По закону электромагнитной индукции Е=BℓV, где Е - ЭДС, ℓ - длина проводника, В - величина электромагнитной индукции, V - линейная скорость относительного перемещения проводника и магнитносиловых линий.
Линейная скорость V, в свою очередь, связана с угловой скоростью ω вращения вала соотношением: V=ωR.
В частности, реально производимые генераторы типа ВГ, описанные выше, и близкие по конструкции к прототипу, с возбуждением от постоянных магнитов, имеют диаметр ротора 0,18 м. При размещении постоянных магнитов по окружности промежуточного диска с радиусом R=1,5 м, ЭДС, индуцируемая в электрических обмотках 5 статора заявленного ветроэлектрогенератора, будет, примерно, в 9 раз больше при одном и том же числе оборотов вала 2 в сравнении с прототипом. Если пренебречь внутренним сопротивлением обмоток статора, то Е≈U, где U - выходное напряжение электрогенератора.
Мощность W электрогенератора на постоянной нагрузке R определяется из известного соотношения:
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данная полезная модель соответствует критерию «Промышленная применимость».