Ротор сегментного ветроэлектрогенератора
ROTOR OF SEGMENT WINDMILL GENERATOR

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветроэлектрогенераторам сегментного типа, в качестве ротора которых выступает ветроколесо.
Такие роторы известны, и описаны, например, в патентах РФ №2270360, опубл. 20.02.2006, бюл. №5, з-ка №2004128706/06 от 27.09.2004, №2270363, опубл. 20.02.2006, бюл. №5, з-ка №2004128676/06 от 27.09.2004, №2275530, опубл. 27.04.2006, бюл. №12, з-ка №2004128674/06 от 29.09.2004, №2290534, опубл. 27.12.2006, бюл. №36, з-ка №2005116803/00 от 01.06.2006, №2358150, опубл. 10.06.2009, бюл. №16, з-ка №2007139348/06 от 23.10.2007.
Недостатком таких роторов является необходимость наличия дугообразных элементов, соединяющих торцы лопастей, а также пониженная технологичность.
Наиболее близким по технической сущности является ротор по п. РФ №2537667, оп. 10.01.2015, бюл. №1, з-ка №2012104158/06 от 06.02.2012, который содержит вал, ступицу, лопасти, магнитопроводы, выполненные в виде уголков, источники возбуждения, при этом для повышения технологичности, роторные элементы могут быть выполнены в виде отрезков труб, внутри которых установлены крепежные соединения. В варианте активного ротора между полюсными наконечниками установлены источники возбуждения.
Несмотря на улучшение технологичности, данный ротор может быть использован только с дугообразным основанием, соединяющим концы двух соседних лопастей, так же он имеет повышенные центробежные усилия.
Изобретение направлено на компенсацию центробежных усилий, что позволяет уменьшить массу и габариты ротора.
Это достигается за счет того, что ротор сегментного генератора, содержащий вал, ступицу, лопасти, магнитопроводы, выполненные в виде уголков, источники возбуждения, согласно изобретению, стороны уголков, ориентированных вдоль лопасти, снабженных шипами, которые входят в отверстия, выполненные в лопасти, а также ротор снабжен прижимной планкой со стяжными болтами, установленной на сторонах уголков, перпендикулярных сторонам, ориентированных вдоль лопасти, при этом прижимная планка соединена сегментной с перемычкой, установленной между лопастями.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где изображен ротор сегментного генератора, на фиг. 1 - вид спереди в положении режима индукторного генератора, на фиг. 2 - в положении классического синхронного генератора, на фиг. 3 - показан вид сбоку крепления роторного элемента к лопасти.
Ротор содержит ступицу (на рисунке не показана, чтобы не загромождать чертеж), лопасть 1 (может быть несколько), полюсные наконечники, состоящие из радиальных участков 2 и тангенциальных участков 3, т.е. протяженных в тангенциальном направлении; перпендикулярно оси лопасти, источники возбуждения 4, например, постоянные магниты, крепежный элемент-планку 5 с отверстиями 6. Тангенциальные участки 3 полюсных наконечников через воздушный зазор 7 взаимодействуют со статорными элементами. Статорный элемент состоит, например, из Г-образного ярма 8, прикрепленному к основанию 9. Крепление осуществляется с помощью немагнитного болта 10, который проходит через постоянный магнит 11 с отверстием, шайбу 12, и вворачивается в сердечник 13 с наконечником 14. Полюсные наконечники, а точнее их участки 2 имеют фиксацию от выпадения постоянных магнитов 4 под действием центробежных сил, осуществляется с помощью болтов 16, а крепление планок 5 к лопастям - с помощью болтов 17, тем самым полюсные наконечники оказываются прижатыми к лопастям. Статорный элемент имеет рабочую катушку 18. Таких элементов может быть несколько. Таким образом, контактирующей с источников возбуждения 4 и тангенциальной частью 3, обращенной к зазору 7, при этом ширина тангенциальной части 11 больше или равна ширине междуполюсного пространства статорного элемента.
Функционирование ротора в составе генератора происходит следующим образом. Под воздействием ветрового потока ветроколесо со ступицей и лопастями приходит во вращение. Пусть, например, происходит вращение против часовой стрелки. При этом за исходное примем положение, показанное на фиг. 1.
1
Видно, что тангенциальные участки 3 полюсных наконечников, имеющих ширину в тангенциальном направлении, которую устанавливают из условия неравенства 1≥1, где 1 - ширина междуполюсного пространства статорного элемента, т.е. расстояние между осевой линией вертикального участка ярма 8 и осевой линией, проходящей через сердечник 13, по его середине, коммутирует магнитный поток по цепи: ярмо 8 - зазор 7 - участок 3 - зазор 7 - наконечник 14 - сердечник 13 - шайба 12 - постоянный магнит 11 - ярмо 8. Таким образом, при данном положении, генератор работает как индукторный, в катушке 18 индуктируется напряжение, пропорциональное изменению потокосцепления, вызванного источником магнитного поля статорного элемента - постоянного магнита 11. Далее происходит переход в положение, показанное на фиг. 2. В этом случае магнитный поток замыкается по цепи: ярмо 8 - зазор 7 - часть участка 3 - участок 2 и примыкающая к нему часть участка 3 - зазор 7, наконечник 14 - сердечник 13 - шайба 12 - постоянный магнит 11 - ярмо 8. В случае, если направление намагничивания магнитов 4 и 11 совпадают, генератор работает как классический синхронный. В противном случае будет наблюдаться просто ослабление намагничивающей силы.
При дальнейшем движении, цикл будет повторен, но только не с правым участком 3, показанным на фиг. 1, а с левым. Таким образом, данное исполнение ротора позволяет при возбуждении, которое может быть названо гибридным, за один проход роторного элемента относительно сегмента статорного элемента, можно получить, как минимум три импульса: один от классического возбуждения - фактически только радиальных участков 2 и примыкающих к ним частей тангенциальных участков 3, и двух импульсов - от двух участков 3. Таким образом, будет наблюдаться увеличение амплитуды напряжения, индуцируемого в катушках 18 статорного элемента по сравнению как с чисто классическим исполнением (с минимальной шириной участков 3), так и по сравнению с чисто индукторным исполнением - наличием только участков 3 без возбуждения на роторе - случай пассивного ротора.
Технико-экономическим преимуществом заявленного технического решения является повышенная энергоотдача генератора с вышеописанным ротором. Хотя, как известно, энергоотдача индукторных генераторов и несколько меньше, чем у классических - за счет увеличенного значения потоков рассеяния и однополярной коммутации, но за счет гибридного возбуждения, а фактически суммирования э.д.с. Индукторного и классического генераторов, совмещенных в одной машине, суммарная энергоотдача генератора с данным ротором, в любом случае будет выше, чем энергоотдача отдельно классического и отдельно индукторного генератора. По данным 4-D моделирования это увеличение может составлять от 60 до 70% по сравнению с классическим исполнением синхронного генератора.