СОЛЕНОИДНЫЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОР С ЗУБЦОВЫМ СТАТОРОМ
SOLENOID WIND GENERATOR WITH A TOOTH STATOR

Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к ветроэнергетическим агрегатам, предназначенным для заряда аккумуляторных батарей и электропитания различных потребителей, например, электроосветительных приборов, радио- и телеприемников и др. на объектах без электроснабжения.
Известен двухроторный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором [RU 2442018 C1, МПК F03D 9/00 (2006.01), H02K 21/24 (2006.01), опубл. 10.02.2012], принятый в качестве прототипа, содержащий неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое четное количество постоянных магнитов. Cтаторная обмотка намотана вдоль оси ветрогенератора и расположена между двумя цилиндрическими сердечниками из ферромагнитного материала. Больший по диаметру сердечник закреплён наружной стороной в корпусе. Оба ротора размещены на одном валу, который соединен с ветроколесом и выполнен с возможностью вращения в подшипниковых опорах, закрепленных в корпусе. Постоянные магниты имеют П-образную форму, а их полюса расположены соосно на каждом из роторов и направлены разнополярно друг другу. Каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами на каждом из роторов выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников. Торцы цилиндрических сердечников имеют зубчатую форму с числом зубцов равным половине числа постоянных магнитов, причем зубцы расположены соосно друг другу.
Недостатком этого ветрогенератора является сложность конструкции, в которой два одинаковых ротора, должны быть закреплены на валу соосно так, чтобы обеспечить правильное чередование магнитов для создания переменного магнитного потока в цилиндрических сердечниках статора. Кроме того, два одинаковых воздушных зазора практически в два раза увеличивают магнитное сопротивление магнитному потоку и уменьшают наводимую в обмотке статора ЭДС.
Техническим результатом предложенного изобретения является упрощение конструкции и увеличение ЭДС статорной обмотки.
Cоленоидный ветрогенератор с зубцовым статором, также как в прототипе, содержит корпус, внутри которого закреплен первый цилиндрический сердечник, внутри которого расположен второй цилиндрический сердечник, сердечники выполнены из ферромагнитного материала и соединены между собой, торцы одной стороны сердечников выполнены с равномерно распределенными зубцами и пазами одинаковой площади, зубцы обоих сердечников соосны друг другу, между сердечниками вдоль оси ветрогенератора расположена неподвижная статорная обмотка соленоидного типа, подключенная к выводам, вал расположен внутри второго сердечника с возможностью вращения в подшипниковых опорах и соединен с ветроколесом, на валу размещен ротор из немагнитного материала в форме диска, на поверхности которого, обращенной к зубцам цилиндрических сердечников, равномерно распределено четное количество постоянных магнитов П-образной формы, их полюса расположены соосно и направлены разнополярно друг другу, причем каждый из постоянных магнитов с разнополярно чередующимися полюсами выполнен с возможностью вращения соосно с торцами цилиндрических сердечников, при этом число зубцов на торцах сердечников равно половине числа постоянных магнитов.
Согласно изобретению цилиндрические сердечники с противоположной относительно ротора стороны имеют гладкие торцы, соосно которым неподвижно прикреплено к корпусу ярмо из немагнитного материала в виде диска, на поверхности которого, обращенной к гладким торцам цилиндрических сердечников, расположено четное число постоянных магнитов П-образной формы, полюса которых расположены соосно и направлены разнополярно друг другу. Число магнитов на ярме равно числу магнитов на роторе. Каждый из постоянных магнитов прижат к гладким торцам цилиндрических сердечников разнополярно чередующимися полюсами. Вал установлен в подшипниковых опорах, расположенных в торцевой крышке корпуса и в ярме.
Предложенный соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором имеет следующие преимущества перед устройством прототипа:
1. Отсутствие зубцов на цилиндрических сердечниках статора с противоположной стороны относительно ротора упрощает конструкцию статора.
2. Использование неподвижного ярма с постоянными магнитами предложенной конструкции позволяет избавиться от второго ротора, что упрощает конструкцию ветрогенератора.
3. Отсутствие воздушного зазора между постоянными магнитами, размещенными на ярме, и гладкими торцами цилиндрических сердечников позволяет в два раза уменьшить магнитное сопротивление магнитному потоку статора и увеличить, наводимую в статоре, ЭДС.
На фиг.1 показано главное продольное сечение соленоидного ветрогенератора с зубцовым статором.
На фиг. 2 показано расположение П-образных магнитов на роторе и на ярме.
На фиг. 3 показан эскиз внешнего цилиндрического сердечника статора.
На фиг. 4 схематично показана развертка ротора с постоянными магнитами и статора с ярмом при прямом направлении магнитного потока Ф в нулевой момент времени.
На фиг. 5 схематично показана развертка ротора с постоянными магнитами и статора с ярмом при смещении ротора на одно зубцовое деление и при обратном направлении магнитного потока Ф.
Соленоидный ветрогенератор с зубцовым статором содержит корпус 1, внутри которого закреплен первый цилиндрический сердечник 2 (фиг. 1), внутри которого расположен второй цилиндрический сердечник 3. Оба сердечника 2 и 3 выполнены из ферромагнитного материала и жестко соединены между собой винтами 4. Торцы сердечников 2 и 3 с одной стороны выполнены с равномерно распределенными зубцами 5 и пазами 6 (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4) одинаковой площади. Торцы сердечников 2 и 3 с противоположной стороны выполнены гладкими. Зубцы 5 цилиндрических сердечников 2 и 3 соосны друг другу. Между сердечниками 2 и 3 расположена неподвижная статорная обмотка 7, выполненная по типу соленоида, подключенная к выводам 8. Внутри второго сердечника 3 вдоль его оси расположен вал 9, выполненный с возможность вращения в подшипниковых опорах 10, которые расположены с одной стороны – в торцевой крышке 11 корпуса 1, а с другой стороны - в ярме 12.
Ротор 13 выполнен из немагнитного материала в форме диска, посажен на вал 9 и на его поверхности, обращенной к зубцам 5 цилиндрических сердечников 2 и 3, равномерно распределено четное количество постоянных магнитов 14 П-образной формы, причем полюса магнитов 14 разнополярно чередуются (фиг. 2). Число зубцов 5 на торцах цилиндрических сердечников 2, 3 равно половине числа постоянных магнитов 14. На выходном конце вала 9 за пределами торцевой крышки 11 корпуса 1 размещено ветроколесо 15. Соосно гладким торцам цилиндрических сердечников 2 и 3 прикреплено ярмо 12 в виде диска из немагнитного материала, на котором расположено четное количество постоянных магнитов 16 П-образной формы, причем их полюса расположены соосно и направлены разнополярно друг другу. Число магнитов 16 на ярме 12 равно числу магнитов 14 на роторе 13 (фиг. 2). Каждый из постоянных магнитов 16 вплотную прижат к гладким торцам цилиндрических сердечников 2 и 3 разнополярно чередующимися полюсами. Торцевая крышка 11 корпуса 1 и ярмо 12 жестко прикреплены к корпусу 1 винтами 17.
Устройство работает следующим образом. Под воздействием воздушного потока ветроколесо 15 вращает с помощью вала 9 ротор 13 и закрепленные на нём постоянные магниты 14 с угловой скоростью . В нулевой момент времени (фиг. 1, фиг. 4) постоянные магниты 14 на роторе 13 расположены напротив зубцов 5 и магнитный поток Ф замыкается вокруг витков статорной обмотки 7 через зубцы 5, через цилиндрические сердечники 2, 3 и постоянные магниты 16 на ярме 12 в прямом направлении, индуктируя положительную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 7. Постоянные магниты 14, имеющие обратную полярность на роторе 13, расположены напротив пазов 6, имеющих большой воздушный зазор и большое магнитное сопротивление для магнитного потока обратного направления и ЭДС в статорной обмотке 7 не наводят. При повороте ротора 13 на одно зубцовое деление (фиг. 5) постоянные магниты 14, расположенные напротив зубцов 5, меняют свои полюса на противоположное направление и создают вокруг витков статорной обмотки 7 через зубцы 5 цилиндрических сердечников 2, 3 и постоянные магниты 16 на ярме 12 магнитный поток Ф, идущий в обратном направлении, индуктируя отрицательную полуволну синусоидальной ЭДС в статорной обмотке 7. Постоянные магниты 14, имеющие прямую полярность на роторе 13, оказываются расположенными напротив пазов 6, имеющих большой воздушный зазор и большое магнитное сопротивление для магнитного потока прямого направления и ЭДС в статорной обмотке 7 не наводят. Индуктированная в обмотке 7 синусоидальная ЭДС через выводы 8 подается потребителю.