ВЕТРОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПИТАНИЯ СЛАБОТОЧНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ С АДАПТИВНЫМ ЭКРАНИРУЮЩИМ РОТОРОМ

Полезная модель относится к области электромашиностроения, а именно, к магнитоэлектрическим генераторам, использующим для вращения ротора энергию воздушного потока, и может быть использована в качестве источника питания для электронных устройств грузового подвижного состава железнодорожного транспорта.
В настоящее время на грузовом подвижном составе железнодорожного транспорта находят применение различные электронные устройства, как-то: электронные пломбы, датчики и сигнализаторы температуры нагрева подшипников. Все эти устройства нуждаются в источниках питания.
Автономным источником питания не оборудован ни один тип отечественных грузовых вагонов.
Применение аккумуляторных источников питания представляется проблематичным из-за необходимости периодической подзарядки, батарейные источники питания требуют периодической замены.
Не является решением проблемы использование в качестве источника питания генераторов и аккумуляторов локомотивных цепей управления, поскольку при формировании состава, маневровых и сортировочных операциях вагоны могут длительное время находиться на запасных путях без локомотива.
Существует множество технических решений использования в качестве источников питания электронных устройств железнодорожных вагонов магнитоэлектрических генераторов роторного или вибрационного действия, в которых для генерирования э.д.с. используется либо вращательное движение колесных пар вагона, либо механическая вибрация вагона во время движения.
Общим недостатком этих устройств является то, что они работают только во время движения поезда.
Альтернативным решением для генерирования э.д.с. для питания микромощных электронных схем или зарядки аккумулятора в этих условиях может стать устройство генератора, использующее для вращения ротора энергию воздушного потока от скоростного напора во время движения вагона на перегоне, а во время стоянки - от естественного движения воздушных масс (ветра).
Особенностью тихоходного генератора является необходимость (в момент пуска его в работу) обеспечения минимального момента сопротивления на валу, то есть раскручивание ротора в режиме холостого хода; а с увеличением числа оборотов - автоматическое включение генератора в работу.
Известна торцевая электрическая машина (патент RU, 22461668), 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, тогда как перед авторами заявляемого технического решения поставлена задача генерировать э.д.с. при скорости вращения ротора, начиная с 25-30 об/мин, что соответствует минимальной скорости воздушного потока 0,5-1 м/с.
Известен также ветрогенератор для питания слаботочных электронных устройств (RU, 78612), имеющий статор с катушками, сердечниками которых являются постоянные магниты, два ротора из магнитомягкого материала, снабженные лопастями, ветроприемник с полусферическими или полуцилиндрическими чашками.
Основным недостатком прототипа является то, что при интенсивных внешних вертикальных ускорениях, действующих на корпус
ветрогенератора, могут происходить самопроизвольные перемещения роторов вдоль вертикальной оси ветрогенератора.
Задачей предлагаемого технического решения является создание ветрогенератора для питания слаботочных электронных устройств, обладающего адаптивной способностью к изменению скорости воздушного потока.
Поставленная задача решается тем, что в ветрогенераторе для питания слаботочных электронных устройств с адаптивным экранирующим ротором, содержащем корпус, статор с катушками, сердечниками которых являются постоянные магниты, два ротора, выполненные из магнитомягкого материала и снабженные лопастями, четырехлопастной ветроприемник с полусферическими или полуцилиндрическими чашками, с обеих торцевых сторон катушек статора установлены с зазором постоянные магниты, а на концах лопастей шарнирно установлены удерживаемые пружинами фигурные экраны из магнитомягкого материала таким образом, что при вращении ротора имеют возможность входить в зазор между торцами катушек и постоянными магнитами.
Полезная модель поясняется следующими чертежами:
Фиг.1 - Продольный разрез ветрогенератора.
Фиг.2 - Поперечный разрез ветрогенератора.
Ветрогенератор для питания слаботочных электронных устройств с адаптивным экранирующим ротором состоит из основания 1, корпуса 3 и крышки 6. В корпусе установлен статор, состоящий из катушек индуктивности 5 и постоянных магнитов 2. Магниты установлены соосно с катушками, по два на каждую катушку. К каждому торцу катушки обращены разноименные полюса магнитов. Нижняя группа магнитов расположена непосредственно на основании ветрогенератора; верхняя группа магнитов расположена на изолирующем кольце из немагнитного материала.
Вал ротора 11 установлен вертикально в корпусе 1 на двух подшипниках
10. На внешнем конце вала закреплена ступица 9, в которой укреплены четыре поводка 8 со сферическими ветроприемными чашками 7.
Внутри корпуса на валу 11 установлены два трехлопастных ротора 12, а на концах лопастей шарнирно установлены фигурные экраны 4 из магнитомягкого материала таким образом, что при вращении ротора экраны имеют возможность входить в зазор между торцами катушек 5 и постоянными магнитами 2.
Работает предлагаемый ветрогенератор для питания слаботочных электронных устройств с адаптивным экранирующим ротором следующим образом:
в состоянии покоя и в начальной фазе вращения ротора экраны 4 удерживаются пружинами 13.
При воздействии воздушного потока на чашки ветроприемника 7 начинается раскручивание вала ветрогенератора. Под действием центробежной силы экраны 4, преодолевая сопротивление пружин 13, поворачиваются на осях и входят в воздушный зазор между торцами катушек 5 и постоянными магнитами 2. При этом происходит циклическое экранирование магнитного потока, воздействующего на обмотки катушек, и, вследствие этого, индуцирование э.д.с.
При снижении скорости воздушного потока и соответственном уменьшении числа оборотов ротора под действием пружин 13 экраны 4 поворачиваются на осях и выходят частично или полностью из воздушного зазора между магнитами и торцами катушек. В установившемся режиме работы центробежные силы, воздействующие на экраны, уравновешиваются пружинами 13.
Таким образом, предлагаемая конструкция ветрогенератора обладает адаптивной способностью к изменению скорости воздушного потока, обеспечивает пуск в работу и раскручивание ротора с минимальным моментом сопротивления, тем самым решая поставленную задачу.