ВЕТРОГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

Ветрогенератор электромобиля относится к ветроэнергетике и предназначен для извлечения электрической энергии из искусственных воздушных течений.
Известна ветровая энергоустановка вращающегося типа, имеющая ветротурбину в рабочем канале с конфузором на входе и диффузором на выходе, кинематически связанную вращающимся валом с электрогенератором, причем электрогенератор размещен вне установки, ветротурбина выполнена саморегулирующейся с постоянной скоростью вращения не зависимо от изменения скорости ветра и установлена в рабочем канале в едином блоке с диффузором и конфузом, на боковой поверхности которого имеются автоматические клапаны аварийного сброса лишнего воздуха при сильных порывах ветра, а на его оси установлен рассекатель воздуха с жестко закрепленными на его поверхности направляющими пластинами, придающие ветровому потоку вращение под определенным углом, причем сама энергоустановка размещена на общей поворотной платформе, имеющей хвостовое оперение и узел вращения, предохраняющий вертикальную ось поворотной платформы от перекоса, а также от заклинивания проходяшего внутри нее вала ветротурбины, кинематически связанного с электрогенератором. Энергоустановка размещена на передвижной платформе [Патент RU 2156885, F03D 3/04, 2000 г.].
Недостатком аналога является сложная конструкция электроустановки, которая размещена на поворотной платформе и имеет рассекатель воздуха с направляющими пластинами.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пирамидальный ветровой двигатель транспортного средства, содержащий ветроприемник, выполненные в виде конфузора, соединенный с воздуховодом, по которому искусственный воздушный поток входит в цилиндрическую камеру, где установлено ветровое колеса, и далее поступает в сборный воздушный канал, выполненный в виде двух рукавов, отверстия которых располагаются с обеих сторон транспортного средства, из которых отработанный воздушный поток поступает в атмосферу и создает аэродинамический эффект за счет отсасывания воздуха из рукавов, электрогенератор, размещенный вне цилиндрической камеры [Патент Украины UA 17570, 2006 г.; Энергия лобового воздушного потока, 2009, http:/www.altenerg.ru/energiya-lobovogo-vozdushnogo-potoka/].
Недостатком прототипа является сложная конструкция, включающая воздуховод с нормальном, малоэффективным натеканием искусственного воздушного потока на ветровое колесо и сборный воздушный канал с боковыми рукавами, которые усложняют конструкцию сборного воздушного канала и создают незначительный аэродинамический эффект.
Технический результат, на достижение которого направлена данная полезная модель, заключается в устранении недостатков прототипа путем отказа от неэффективного воздуховода и использования водоприемника с верхней и нижней камерами, выполненными в виде конфузоров с тангенциальным подходом искусственного воздушного потока к ветровым колесам, которые установлены в цилиндрической камере, причем верхнее ветровое колесо соединено с внутренним валом, а нижнее ветровое колесо соединено с внешним валом, а за пределами цилиндрической камеры к этим коаксиально установленным валам прикреплены роторы в виде дисков с П-образным поперечным сечением, к внутренним стенкам которых прикреплены постоянные магниты, причем внутренний вал вращается по часовой стрелки, а внешний вал вращается против часовой стрелки вокруг статоров-магнитопроводов с рабочими обмотками, которые имеют узлы для крепления к внешним конструкциям, а сборный воздушный канал непосредственно сообщается с атмосферой в кормовой зоне электромобиля, где образуются вихри, уменьшающие давление потока, и способствующие подсосу отработанного воздуха от ветровых колес.
Для достижения указанного технического результата ветрогенератор электромобиля содержит ветроприемник, выполненный в виде конфузора, цилиндрическую камеру, в которой размещены ветровые колеса, сборный воздушный канал и электрогенераторы, размещенные вне цилиндрической камеры, причем он снабжен системой воздушного охлаждения, ветроприемник имеет верхнюю и нижнюю камеры, выполненные в виде конфузоров с тангенциальным подходом искусственного воздушного потока к ветровым колесам, которые установлены в цилиндрической камере, причем верхнее ветровое колесо соединено с внутренним валом, а нижнее ветровое колесо соединено с внешним валом, а за пределами цилиндрической камеры к этим коаксиально установленным валам прикреплены роторы в виде дисков с П-образным поперечным сечением, к внутренним стенкам которых прикреплены постоянные магниты, причем внутренний вал вращается по часовой стрелки, а внешний вал вращается против часовой стрелки вокруг статоров-магнитопроводов с рабочими обмотками, которые имеют узлы для крепления к внешним конструкциям, а сборный воздушный канал непосредственно сообщается с атмосферой в кормовой зоне электромобиля, где образуются вихри, уменьшающие давление потока, и способствующие подсосу отработанного воздуха от ветровых колес.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
- система воздушного охлаждения выполнена в виде вытяжного короба соединенного с трубой, выходное отверстие которой размешено в днище нижней камеры;
- ветровые колеса имеют одинаковый диаметр, выполнены из прочного синтетического материала и имеют форму цилиндра с внешними прямоугольными вырезами в виде полусегмента, лежащего между двумя смежными радиусами и занимает площадь между перпендикуляром, опущенным из конца радиуса на другой радиус, и дугой, заключенной между этими радиусами;
- коаксиально установленные валы выполнены из стали повышенной прочности;
- постоянные магниты имеют форму кругового кольца с прямоугольным поперечным сечением и выполнены из редкоземельных элементов (самарий Sa, кобальт Co);
- магнитопровод имеет двадцать четыре Т-образных секторных консолей, на которых размещены рабочие обмотки, причем каждые восемь рабочих обмоток подключены последовательно через две и образуют круговую рабочую обмотку;
- станина магнитопровода выполнена из немагнитного материала.
Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше, наиболее близкого к нему, являются то, что ветрогенератор электромобиля содержит ветроприемник, выполненный в виде конфузора, цилиндрическую камеру, в которой размещены ветровые колеса, сборный воздушный канал и электрогенераторы, размещенные вне цилиндрической камеры, причем он снабжен системой воздушного охлаждения, ветроприемник имеет верхнюю и нижнюю камеры, выполненные в виде конфузоров с тангенциальным подходом искусственного воздушного потока к ветровым колесам, которые установлены в цилиндрической камере, причем верхнее ветровое колесо соединено с внутренним валом, а нижнее ветровое колесо соединено с внешним валом, а за пределами цилиндрической камеры к этим коаксиально установленным валам прикреплены роторы в виде дисков с П-образным поперечным сечением, к внутренним стенкам которых прикреплены постоянные магниты, причем внутренний вал вращается по часовой стрелки, а внешний вал вращается против часовой стрелки вокруг статоров-магнитопроводов с рабочими обмотками, которые имеют узлы для крепления к внешним конструкциям, а сборный воздушный канал непосредственно сообщается с атмосферой в кормовой зоне электромобиля, где образуются вихри, уменьшающие давление потока, и способствующие подсосу отработанного воздуха от ветровых колес.
Благодаря наличию этих признаков применение этого устройства позволит упростить конструкцию ветрогенератора электромобиля и производить подзарядку аккумуляторных батарей во время работы ветровых колес.
Предлагаемое устройство - ветрогенератор электромобиля иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6.
На фиг.1 показан боковой вид электромобиля, на фиг.2 - разрез А-А (план) электромобиля, на фиг.3 - поперечный разрез В-В на входе в ветроприемник, на фиг.4 - продольный разрез электрогенератора, на фиг.5 - поперечный разрез C-C электрогенератора в зоне магнитопровода, на фиг.6 - поперечный разрез D-D магнитопровода.
3
Ветрогенератор электромобиля включает корпус 1, внутри которого размещены: электромотор 2, контроллер 3, тяговая аккумуляторная батарея 4, выпрямительно-зарядное устройство 5. На крыше в кормовой зоне корпуса 1 размещена ветроприемник, состоящий из верхней камеры 6, нижней камеры 7, горизонтальной разделительной перегородки 8, направляющей стенки 9 верхней камеры 6, направляющей стенки 10 нижней камеры 7 (фиг.1, 2 и 3). В цилиндрической камере размещено верхнее ветровое колесо 11, обтекаемое потоком верхней камеры 6, и нижнее ветровое колесо 12 обтекаемое потоком нижней камеры 7. Верхнее ветровое колесо 11 крепится к внутреннему валу 13, а нижнее ветровое колесо 12 - к внешнему валу 14, причем валы 13 и 14 установлены коаксиално. Ветровые колеса 11 и 12 имеют одинаковый диаметр, выполнены из прочного синтетического материала и имеют форму цилиндра с внешними прямоугольными вырезами. Вырез имеет форму полусегмента, лежащего между двумя смежными радиусами и занимает площадь между перпендикуляром, опущенным из конца радиуса на другой радиус, и дугой, заключенной между этими радиусами. Радиальные стенки вырезов со стороны натекания воздушного потока образуют рабочую площадь ветрового колеса S. Мощность ветрового колеса W в первой степени зависит от S и в третьей-степени зависит от скорости набегающего воздушного потока V и находится из зависимости: W=(ρSV)/2, где ρ - плотность воздуха. При скорости электромобиля 30 км/час скорость набегающего воздушного потока составляет V=8 м/с, а при 72 км/час - V=20 м/с. При высокой влажности воздуха значение ρ будет увеличиваться и мощность ветроколеса будет расти. За пределами ветроприемника к внешнему валу 14 прикреплен электрогенератор 16, а к внутреннему валу 13 прикреплен электрогенератор 15. Электрогенераторы 15 и 16 имеют идентичные конструктивные элементы. Криволинейная забральная стенка 17 расположена в зоне сборного воздушного канала 18, который сообщается с атмосферой в кормовой зоне электромобиля, где образуются вихри, уменьшающие давление потока, и способствующие подсосу отработанного воздуха от ветровых колес.
В днище нижней камеры 7 имеется отверстие 19, сообщающееся посредством трубы 20 с вытяжным коробом 21. Эти элементы 7, 19 и 20 составляют систему воздушного охлаждения. Далее опишем конструктивные элементы электрогенератора 15. Электрогенератор 15 (фиг.4, 5 и 6) имеет корпус 22 выполненный в виде цельного цилиндра, с двумя боковыми коаксиальными ступенями уменьшающегося диаметра и осевым сквозным отверстием, в котором размещен вращающийся в направлении 23 вал 13 с фиксаторами 24, закрепленные стопорными винтами 25. На корпус 22 (вторая ступень) монтируется станина 26, выполненная из немагнитного материала, с посадочными шпильками 27. Статор неподвижно прикрепленный к корпусу 1, и выполнен в виде магнитопровода 28, состоящего из спрессованных магнитопроводящих пластин, выполненных в форме кругового кольца, на внешней части которого выполнены Т-образные секторные консоли 29, размещенные с зазором на внешней окружности, а на внутренней части которого размещены отверстия 30 для посадочных шпилек 27 станины 26 и отверстия 31 для крепления станины 26 и магнитопровода 28 к корпусу 22. Рабочие обмотки 32 размещены на Т-образных консолях 29. Ротор выполнен в виде диска 33 с П-образным поперечным сечением с центральным отверстием 34 для прохода вала 13, а к внутренней стенке диска крепится постоянный магнит 35, выполненный в виде кругового кольца с прямоугольным поперечным сечением. Диск 33 при помощи болтового соединения 36 крепится к фиксатору 24. Электрогенератор размещен в кожухе 37 и имеет узел 38 для внешнего крепления. На Т-образных секторных консолях 29 размещено двадцать четыре рабочих обмотки 32. Восемь рабочих обмоток 32 включены последовательно a b c d e f g h (фиг.5) и образуют круговую рабочую обмотку. Таких обмоток три. Концы 39(6 шт.) круговых обмоток выведены на клеммы 40.
Работа ветрогенератора электромобиля происходит следующим образом: электрический ток от тяговой аккумуляторной батареи 4, установленной в кормовой части корпуса 1 поступает на электромотор 2 и при помощи контроллера 3 водитель управляет электромобилем. Во время движения электромобиля воздушный поток поступает в верхнюю 6 и нижнюю 7 камеры, разделенные горизонтальной перегородкой 8, и его скорость увеличивается за счет уменьшения поперечного сечения камер 6 и 7 в направлении к ветровым колесам 11 и 12 сужающимися направляющими стенками 9 и 10. Воздушный поток вращает верхнее ветровое колесо 11 и вал 13 по часовой стрелке 23, а нижнее ветровое колесо 12 и вал 14 против часовой стрелки. При вращении валов 13 и 14 вращаются роторы-диски 33 с постоянными магнитами 35 электрогенераторов 15 и 16. Рассмотрим более подробно работу электрогенератора 15 с валом 13. Вал 13 размещен в корпусе 22 и удерживается в рабочем положении при помощи фиксаторов 24 со стопорными винтами 25. Валы 13 и 14 выполняются из стали повышенной прочности. К фиксаторам 24 через центральное отверстие 34 крепится при помощи болтового соединения 36 диск 33 ротора с постоянным магнитом 35. При вращении вала 13 вращается и ротор-диск 33 с постоянным магнитом 35. При вращении постоянного магнита 35 около (имеется зазор) Т-образных секторных консолей 29 магнитопровода 28 образуется замкнутый магнитный поток. Под воздействием изменяющегося во времени магнитного потока в рабочих обмотках 32 возникает ЭДС индукции - электрический ток. Большое значение уделяется установке статора в стационарное рабочее положение, так как зазор между постоянными магнитами 35 и Т-образными секторными консолями 29 магнитопровода 28 должен сохраняться во время работы. Для этой цели используется станина 26 с посадочными шпильками 27, которые входят в отверстия 30, а магнитопровод 28 и станина 26 крепится к корпусу 22 при помощи болтов, проходящих в отверстиях 31. В корпусе 22 имеются отверстия с резьбой (не показаны), в которые вкручиваются болты. Электрический ток от круговых обмоток (a b с d e f g h) поступает на концы 39 к клеммам 40, размещенным на кожухе 37. Далее электрический ток преобразуется выпрямительно-зарядным устройством 5 и поступает к тяговой аккумуляторной батареи 4 подзаряжая ее во время движения электромобиля. Отработанный воздушный поток через сборный воздушный канал 18 непосредственно сообщается с атмосферой в кормовой зоне электромобиля, где образуются вихри, уменьшающие давление потока, и способствующие подсосу отработанного воздуха от ветровых колес 11 и 12. Система воздушного охлаждения тяговых аккумуляторных батарей 4 производится следующим образом. Воздушный теплый поток через вытяжной короб 21 по трубе 20 поступает через отверстие 19 в нижнюю камеру 7. Этот воздушный поток образуется за счет подсасывания теплого воздуха в зону пониженного давления в нижней камере 7 и за счет подъема теплого воздуха вверх.
Использование ветрогенератора электромобиля позволит упростить конструкцию, увеличить пробег, надежность работы и производить подзарядку тяговых аккумуляторных батарей в процессе движения электромобиля.