Бортовой ветрогенератор
ONBOARD WIND GENERATOR

Бортовой ветрогенератор
Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно - к магнитоэлектрическим генераторам, использующим для вращения ротора энергию набегающего воздушного потока.
Известно техническое решение «Летающая ветроэлектростанция», патент РФ №99079, МПК F03D 9/00, опубл. 10.11.2010, содержащая летательный аппарат, аэродинамический корпус которого заполнен легким газом, снабженного ветрогенератором, а также снабженного якорем и тросом - кабелем для удержания летательного аппарата в потоке струйных течений атмосферного воздуха и передачи электрической энергии на наземный потребитель электрической энергии, содержит не менее двух маршевых двигателей для транспортировки ветроэлектростанции и ее элементов по воздуху к месту потребления электрической энергии, аэродинамический корпус выполнен в форме аэродинамического крыла жесткой или полужесткой конструкции.
Недостатком является то, что система может функционировать только при обеспечении статичного положения в воздухе относительно потребителя на земле, к которому станция привязана тросом, и при этом достаточной силы набегающего воздушного потока, а так же необходимость конструирования и постройки отдельного летательного аппарата-носителя для самой ветроэлектростанции.
Известна торцевая электрическая машина (патент РФ №22461668, МПК Н02К 21/24 опубл. 10.02.2005 г.), имеющая статор с обмоткой, закрепленной в корпусе, и два дискообразных ротора с постоянными магнитами. Роторы установлены на валу машины с двух сторон от статора.
Недостатком данной конструкции является то, что минимальная частота вращения ротора составляет 80 об/мин, из-за чего при небольшой скорости воздушного потока устройство не будет генерировать электрический ток.
В ветрогенераторах безопасный режим работы обеспечивается торможением основного вала или самого ветроколеса, а так же ветроколесо при скорости ветра более 25 м/с может быть остановлено с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение, снижая при этом нагрузку.
Ветрогенераторы имеют ограничение по скорости набегающего потока воздушных масс в максимальных пределах до 25-40 м/с, (90-144 км/ч), в связи с чем не могут применяться на подвижных объектах, у которых создается скорость воздушного потока выше указанных параметров. Эти ограничения касаются как прочности материалов, так и прочностно-эксплуатационных характеристик отдельных узлов и агрегатов. Так например, применение шарикоподшипников в опорных вращательных элементах ограничивается нагрузкой до 10000 оборотов в минуту, что в среднем равно скорости набегающего воздушного потока 420 км/ч.
Известно устройство перевода в рабочее положение ветродвигателя самолета, патент РФ №2532318 МПК B64D 41/00, F03D 9/00, содержащее устройство перевода в рабочее положение ветродвигателя самолета, размещенное в отсеке фюзеляжа, снабженного обшивкой и силовыми элементами, люком с крышкой, шарнирно закрепленной на силовых элементах, поперечной и продольной стенками и расположенного в нем ветродвигателя.
Недостатком данной конструкции является то, что выпуск ветродвигателя из отсека фюзеляжа может осуществляться во время полета летательного аппарата, при этом в момент открытии крышки люка на ветродвигатель начинает сразу воздействовать сила набегающего потока воздуха. Ветродвигатель в момент выпуска находится в статическом состоянии и при этом все силовые элементы конструкции находятся в перпендикулярном положении относительно рабочего состояния и подвергаются не свойственному воздействию сил относительно рабочего положения. При переводе в рабочее состояние ветродвигатель выходит из отсека также в статическом состоянии, при этом все конструктивные элементы ветродвигателя подвергаются экстремальным нагрузкам набегающих воздушных масс, могущих повредить работоспособность устройства.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности, за счет расширения рабочего диапазона скоростей воздушного потока.
Технический результатом является расширение рабочего диапазона скоростей воздушного потока, обеспечивающих функционирование системы как при небольшой скорости набегающего воздушного потока, так и экстремальных нагрузках, когда частота вращения осевого вала генератора может превышать более 10000 оборотов в минуту.
Технический результат достигается тем, что бортовой ветрогенератор, закрепленный внутри корпуса, содержит ветроколесо, соединенное с ротором, статор выполненный из шихтованного магнитопровода с обмотками и закреплен в герметичном кожухе, на торцевой части корпуса установлена заслонка регулятора контроля силы набегающего воздушного потока, с возможностью перевода ее в открытое и закрытое положение с помощью системы приводных механизмов, соединенной с вышеупомянутой заслонкой с помощью вала привода, а на осевом вале генератора, в передней его части закреплены упорный пассивный подвес на постоянных магнитах и опорный пассивный подвес на постоянных магнитах, причем на задней части вышеупомянутого вала также закреплены опорный пассивный подвес на постоянных магнитах и упорный пассивный подвес на постоянных магнитах.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-2 (вид сверху и вид сбоку в режиме «закрытой» заслонки) приведена схема бортового ветрогенератора, а на фиг. 3-4 (вид сбоку) отображены режимы с «закрытой» и «открытой» заслонкой регулятора контроля силы набегающего воздушного потока соответственно, а на фиг. 5 вид сбоку - заслонка закрыта, на фиг. 6 вид сверху - заслонка закрыта, на фиг. 7 вид сбоку - заслонка открыта, на фиг. 8 вид сверху - заслонка открыта.
Устройство содержит расположенный внутри корпуса 1 и закрепленный с помощью креплений 2 бортовой ветрогенератор 9, содержащий ветроколесо 5, соединенное с ротором (на чертеже не показан), статор (не чертеже не показан) выполнен из шихтованного магнитопровода с обмотками и закреплен в герметичном кожухе 8 генератора, на торцевой части корпуса 1 установлена заслонка 3 регулятора контроля силы набегающего воздушного потока, с возможностью перевода в открытое и закрытое положение с помощью системы 11 приводных механизмов, соединенной с вышеупомянутой заслонкой с помощью вала привода 4, на осевом вале 10 генератора, в передней его части закреплены упорный пассивный подвес 6 на постоянных магнитах и опорный пассивный подвес 7 на постоянных магнитах, при чем на задней части вышеупомянутого вала также закреплены опорный пассивный подвес 7 на постоянных магнитах и упорный пассивный подвес 6 на постоянных магнитах.
1 - Корпус бортового ветрогенератора
2 - Крепления генератора
3 - Заслонка регулятора контроля силы набегающего воздушного потока
4 - Вал привода заслонки регулятора контроля силы набегающего воздушного потока с системой приводных механизмов
5 - Ветроколесо генератора
6 - Упорный пассивный подвес на постоянных магнитах
7 - Опорный пассивный подвес на постоянных магнитах
8 - Герметичный кожух генератора
9 - Генератор
10 - Осевой вал генератора.
11 - Система приводных механизмов заслонки
Бортовой ветрогенератор работает следующим образом. Заслонка регулятора контроля силы набегающего воздушного потока 3 из «закрытого» режима переводится в «открытый» рабочий режим валом привода 4 заслонки системой 11 приводных механизмов заслонки. Рабочий режим допускает как полное, так и частичное открытие заслонки 3 регулятора контроля силы набегающего воздушного потока. Набегающий воздушный поток попадая в корпус 1 бортового ветрогенератора приводит во вращательное движение через лопасти ветроколеса 5 генератор 9, расположенные на осевом вале генератора 10 с упорными 6 и опорными 7 пассивными подвесами на постоянных магнитах, обеспечивающих работу системы как при небольшой скорости, так и экстремальных нагрузках набегающего воздушного потока. Скорость вращения осевого вала 10 с ветроколесом 5 и генератором 9 регулируется шириной зазора образуемого, в рабочем «открытом» положении, между заслонкой 3 регулятора контроля силы набегающего воздушного потока и внутренней поверхностью корпуса 1 бортового ветрогенератора, регулируемого системой приводных механизмов 11 соединенных через вал 4 с заслонкой регулятора силы набегающего воздушного потока 3.
Применение в устройстве заслонки регулятора контроля силы набегающего воздушного потока 3 позволяет ограничивать силу воздушного потока, воздействующую на лопасти ветроколеса 5 генератора, обеспечивая плавный старт и стабильно равномерную работу системы даже в условиях изменения скоростей движения несущего объекта или набегающих воздушных масс. Открытие и закрытие заслонки регулятора контроля силы набегающего воздушного потока 3 осуществляется через вал заслонки 4 с системой приводных механизмов заслонки 11.
Повышение эффективности предлагаемой конструкции, за счет расширения рабочего диапазона скоростей воздушного потока, достигается применением упорных 6 и опорных 7 пассивных подвесов на постоянных магнитах на осевом вале генератора 10, обеспечивающих функционирование системы как при небольшой скорости набегающего воздушного потока, так и экстремальных нагрузках, когда частота вращения осевого вала генератора может превышать более 10000 оборотов в минуту.