УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОТОКА СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к средствам для преобразования энергии потока среды в электрическую энергию и наоборот и может быть использовано в конструкциях ветроэлектрогенераторов для выработки электроэнергии либо в конструкциях вентиляторов для вентиляции бытовых и промышленных помещений.
Для оценки новизны заявленного технического решения рассмотрим ряд известных из уровня техники решений аналогичного назначения.
Известно устройство для преобразования электрической энергии привода в механическую энергию вращения лопастного рабочего органа, размещенного в коробе с прямоугольным поперечным сечением и снабженного направляющим коллектором и спиральным кожухом, охватывающим с зазором лопастной рабочий орган, связанный с приводом, см. патент РФ №2189537, F 24 F 7/08.
Известно устройство для преобразования энергии потока среды, в данном случае потока воздуха, в электрическую энергию, содержащий башню с поворотными ветроколесами, устройство установки на ветер, а также роторы и статоры с обмотками, см, патент GB №2233715, F 03 D 9/00.
Недостатком данного устройства является увеличенная масса ротора, который фактически имеет диаметр, равный диаметру самого ветроколеса, что в случае больших ветроколес практически неприемлемо.
Известно устройство для создания и/или использования потока среды, включающее совокупность взаимосвязанных элементов взаимодействия со средой, по меньшей мере, один из которых непосредственно или опосредованно связан с преобразователем энергии, которое характеризуется тем, что по меньшей мере, один из элементов взаимодействия со средой установлен с возможностью изменения своего положения относительно других элементов взаимодействия со средой и/или собственной оси вращения, при этом, по меньшей мере, один элемент взаимодействия со средой установлен, ориентирован и выполнен с формой исходя из условия обеспечения заданной объемной диаграммы направленности создаваемого потока среды и/или с учетом объемной диаграммы направленности используемого потока среды, см. патент РФ №43844.
Известно устройство для преобразования энергии потока среды, включающее взаимодействующий со средой лопастной рабочий орган, в виде установленных на башне поворотных ветроколес, и преобразователь механической энергии в электромагнитную, состоящий из роторов, выполненных в виде аэродинамических шайб, представляющих собой двояковогнутые диски, закрепленные на концах лопастей ветроколес, за которыми укреплены источники магнитного поля, и статоров с обмотками, содержащими полюсные наконечники, торцы которых магнитно связаны с роторами, см. патент РФ №2184267, F 03 D 9/00.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемой полезной модели.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании конструкции устройства для создания или использования потока среды, в котором рабочий орган, сохраняя свою основную функцию по улавливанию или созданию энергии потока среды, одновременно выполняет функции остова ротора или статора электромагнитного преобразователя.
Согласно первому независимому варианту полезной модели устройство для создания или использования потока среды, включающее перемещающийся рабочий орган, состоящий по меньшей мере из одного взаимодействующего со средой элемента, и преобразователь электромагнитной энергии в механическую или наоборот, выполненный в виде неподвижно укрепленного статора, включающего совокупность проводников электрического тока, соединенных с источником или потребителем электрического тока, и ротора, включающего по меньшей мере один источник магнитного поля, характеризуется тем, что по меньшей мере один источник магнитного поля ротора неподвижно укреплен вне элементов рабочего органа по меньшей мере на одной объемной конструкции, присоединенной по меньшей мере к одному элементу рабочего органа, причем объемная конструкция ориентирована так, что источники магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками электрического тока статора.
В этом заключается совокупность существенных признаков первого варианта полезной модели, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Кроме того, первый вариант полезной модели характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:
- объемная конструкция может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического тела, укрепленного на элементах рабочего органа;
- объемная конструкция может быть выполнена с формой поперечного сечения, обеспечивающей расположение проводников электрического тока статора между источниками магнитного поля ротора;
- объемная конструкция или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды;
- на элементах рабочего органа может быть укреплено несколько объемных конструкций, соединенных между собой с образованием объемного каркаса;
- статор может быть выполнен в виде каркасной конструкции, на которой укреплена совокупность проводников электрического тока;
- рабочий орган может удерживаться в пространстве относительно статора с использованием сил электромагнитного взаимодействия между ними.
Согласно второму независимому варианту полезной модели устройство для создания или использования потока среды, включающее перемещающийся рабочий орган, состоящий по меньшей мере из одного взаимодействующего со средой элемента, и преобразователь электромагнитной энергии в механическую или наоборот, выполненный в виде статора, включающего совокупность проводников электрического тока, соединенных с источником или потребителем электрического тока, и ротора, включающего по меньшей мере один источник магнитного поля, характеризуется тем, что по меньшей мере один источник магнитного поля ротора укреплен вне элементов рабочего органа с возможностью изменения своего положения относительно них по меньшей мере на одной объемной конструкции, присоединенной по меньшей мере к одному элементу рабочего органа, причем объемная конструкция ориентирована так, что источники магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками электрического тока статора.
В этом заключается совокупность существенных признаков второго варианта полезной модели, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Кроме того, второй вариант полезной модели характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:
- объемная конструкция может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического тела, укрепленного на элементах рабочего органа;
- объемная конструкция может быть выполнена с формой поперечного сечения, обеспечивающей расположение проводников электрического тока статора между источниками магнитного поля ротора;
- объемная конструкция или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды;
- на элементах рабочего органа может быть укреплено несколько объемных конструкций, соединенных между собой с образованием объемного каркаса;
- статор может быть выполнен в виде каркасной конструкции, на которой укреплена совокупность проводников электрического тока;
- статор может быть установлен с возможностью согласованного перемещения относительно источников магнитного поля ротора;
- рабочий орган может удерживаться в пространстве относительно статора с использованием сил электромагнитного взаимодействия между ними.
Согласно третьему независимому варианту полезной модели устройство для создания или использования потока среды, включающее перемещающийся рабочий орган, состоящий по меньшей мере из одного взаимодействующего со средой элемента, и преобразователь электромагнитной энергии в механическую или наоборот, выполненный в виде статора, включающего совокупность проводников электрического тока, соединенных с источником или потребителем электрического тока, и неподвижно закрепленного ротора, включающего по меньшей мере один источник магнитного поля, характеризуется тем, что проводники электрического тока статора укреплены непосредственно на элементах рабочего органа или вне них по меньшей мере на одной объемной конструкции, присоединенной по меньшей мере к одному элементу рабочего органа, причем источники магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками электрического тока статора.
В этом заключается совокупность существенных признаков третьего варианта полезной модели, обеспечивающая получение указанного выше технического результата.
Кроме того, третий вариант полезной модели характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:
- объемная конструкция может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического тела, укрепленного на элементах рабочего органа;
- объемная конструкция может быть выполнена с формой поперечного сечения, обеспечивающей расположение проводников электрического тока статора между источниками магнитного поля ротора;
- объемная конструкция или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды;
- на элементах рабочего органа может быть укреплено несколько объемных конструкций, соединенных между собой с образованием объемного каркаса;
- рабочий орган может удерживаться в пространстве относительно статора с использованием сил электромагнитного взаимодействия между ними.
Заявленное техническое решение является новым, так как оно характеризуются наличием новой совокупности признаков, отсутствующих в известных из уровня техники аналогичных решениях.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид заявленного устройства в первом варианте его выполнения, которое может работать как ветроэлектрогенератор, так и как вентилятор, на фиг.2 - фронтальный вид на рабочий орган устройства с объемной конструкцией в виде цилиндрического обода, на фиг.3 - разрез А-А, на фиг.4 - представлен общий вид заявленного устройства во втором варианте его выполнения.
Устройство для создания или использования потока среды в первом варианте своего выполнения включает перемещающийся, например, вращающийся рабочий орган, состоящий по меньшей мере из одного взаимодействующего со средой элемента 1, и преобразователь электромагнитной энергии в механическую или наоборот, выполненный в виде неподвижно укрепленного статора, состоящего из совокупности проводников 2 электрического тока, соединенных с источником или потребителем электрического тока 3, и ротора, который выполнен в виде по меньшей мере одного источника 4 магнитного поля, например, постоянного магнита, укрепленного в пространстве вне элементов 1 рабочего органа по меньшей мере на одной объемной конструкции 5, присоединенной по меньшей мере к одному элементу 1 рабочего органа. Объемная конструкция 5 ориентирована так, что источники 4 магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками 2 электрического тока статора. Объемная конструкция 5 может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического тела, укрепленного на элементах 1 рабочего органа. Объемная конструкция 5 может быть выполнена с формой поперечного сечения, обеспечивающей расположение проводников 2
электрического тока статора между источниками 4 магнитного поля ротора. Объемная конструкция 5 или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды. На элементах 1 рабочего органа может быть укреплено несколько объемных конструкций 5, соединенных между собой с образованием объемного каркаса. Статор может быть выполнен в виде каркасной конструкции, на которой укреплена совокупность проводников 2 электрического тока. Рабочий орган может удерживаться в пространстве относительно статора с использованием сил электромагнитного взаимодействия между ними.
Устройство для создания или использования потока среды во втором варианте своего выполнения включает перемещающийся рабочий орган, состоящий по меньшей мере из одного взаимодействующего со средой элемента 1, и преобразователь электромагнитной энергии в механическую или наоборот, выполненный в виде статора, включающего совокупность проводников 2 электрического тока, соединенных с источником или потребителем электрического тока 3, и ротора, включающего по меньшей мере один источник 4 магнитного поля. По меньшей мере один источник 4 магнитного поля ротора укреплен вне элементов 1 рабочего органа с возможностью изменения своего положения относительно них по меньшей мере на одной объемной конструкции 5, присоединенной по меньшей мере к одному элементу 1 рабочего органа. Объемная конструкция 5 ориентирована так, что источники 4 магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками 2 электрического тока статора. Объемная конструкция 5 может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического тела, укрепленного на элементах 1 рабочего органа. Объемная конструкция 5 может быть выполнена с формой поперечного сечения, обеспечивающей расположение проводников 2 электрического тока статора между источниками 4 магнитного поля ротора. Объемная конструкция 5 или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды. На элементах 1 рабочего органа может быть укреплено несколько объемных конструкций 5, соединенных между собой с образованием объемного каркаса. Статор может быть выполнен в виде каркасной конструкции, на которой укреплена совокупность проводников 2 электрического тока. Статор может быть установлен с возможностью согласованного перемещения относительно источников 4 магнитного поля ротора.
Рабочий орган может удерживаться в пространстве относительно статора с использованием сил электромагнитного взаимодействия между ними.
Устройство для создания или использования потока среды по третьему варианту своего выполнения включает перемещающийся рабочий орган, состоящий по меньшей мере из одного взаимодействующего со средой элемента 1, и преобразователь электромагнитной энергии в механическую или наоборот, выполненный в виде статора, включающего совокупность проводников 2 электрического тока, соединенных с источником или потребителем электрического тока 3, и неподвижно закрепленного ротора, включающего по меньшей мере один источник 4 магнитного поля. Проводники 2 электрического тока статора укреплены непосредственно на элементах 1 рабочего органа или вне них по меньшей мере на одной объемной конструкции 5, присоединенной по меньшей мере к одному элементу 1 рабочего органа, причем источники 4 магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками 2 электрического тока статора. Объемная конструкция 5 может быть выполнена в виде по меньшей мере одного цилиндрического тела, укрепленного на элементах 1 рабочего органа. Объемная конструкция 5 может быть выполнена с формой поперечного сечения, обеспечивающей расположение проводников 2 электрического тока статора между источниками 4 магнитного поля ротора. Объемная конструкция 5 или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды. На элементах 1 рабочего органа может быть укреплено несколько объемных конструкций 5, соединенных между собой с образованием объемного каркаса. Рабочий орган может удерживаться в пространстве относительно статора с использованием сил электромагнитного взаимодействия между ними.
Устройство работает следующим образом.
В варианте устройства, использующего поток среды, элементы 1 рабочего органа, выполненные в виде ветроколес, вращаются под воздействием потока воздуха. При этом источники 4 магнитного поля ротора, размещенные на объемной конструкции 5, выполненной, например, в виде обода П-образного сечения, воздействуют на магнитно с ними связанные проводники 2, создавая в них электродвижущую силу, приводящую к появлению электрического тока, при этом электрическая энергия поступает к ее потребителю 3. В этом варианте устройство работает в качестве ветроэлектрогенератора.
В варианте устройства, создающего поток среды, источник 3 обеспечивает прохождение по проводникам 2 электрического тока, поле которого воздействует на магнитно с ними связанные источники 4 магнитного поля ротора, заставляя их перемещаться и вращать элементы 1 рабочего органа, выполненные в виде вентиляторных лопаток, которые будут создавать направленный поток воздуха. В этом варианте устройство работает в качестве вентилятора.
Выполнение объемной конструкции 5 в виде цилиндрического обода П-образного сечения обеспечивает надежную магнитную связь, за счет того, что проводники 2 электрического тока статора размещены между источниками 4 магнитного поля ротора. Укрепление источников 4 магнитного поля ротора с возможностью изменения своего положения относительно элементов 1 рабочего органа позволяет регулировать мощность устройства. Согласованное перемещение статора относительно источников 4 магнитного поля ротора позволит увеличить скорость перемещения проводников 2 электрического тока статора относительно источников 4 магнитного поля ротора и увеличить величину наводимой электродвижущей силы. Объемная конструкция 5 или ее часть может быть выполнена с формой, обеспечивающей использование или создание потока среды, что помогает устройству выполнять свое функциональное назначение.
Источники 4 магнитного поля ротора, выполненные в виде постоянных магнита или электромагнитов, укреплены в пространстве вне элементов 1 рабочего органа на объемной конструкции 5, что с одной стороны позволяет разместить значительно большее количество источников 4 магнитного поля, а с другой стороны не мешает элементам 1 рабочего органа, имеющим особую аэродинамическую форму, выполнять свое основное предназначение по использованию или созданию потока среды. В третьем варианте устройства неподвижно закреплен ротор, а проводники 2 электрического тока статора укреплены непосредственно на элементах 1 рабочего органа или вне них по меньшей мере на одной объемной конструкции 5, присоединенной по меньшей мере к одному элементу 1 рабочего органа, причем источники 4 магнитного поля ротора магнитно связаны с проводниками 2 электрического тока статора. Процессы преобразования энергии в этом^вариакте идут вышеописанным образом.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том
виде, как она охарактеризована в формуле. Предложенное устройство может быть изготовлено промышленным способом из известных материалов с использованием известных технологий и технических средств, что обусловливает, по мнению заявителя, соответствие заявленной полезной модели условию «промышленная применимость».
Заявленное устройство отличается широкими функциональными возможностями и эффективностью работы.