ДВУХРОТОРНЫЙ ВЕТРОГЕНЕРАТОР
BIROTARY WINDMILL

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.
Известно, что в различных устройствах ветрогенераторов применяется обычный генератор постоянного тока, приводимый во вращение одним ветроколесом. Недостатком такой конструкции является то, что при малых скоростях ветра, энергия, получаемая от генератора, очень незначительна и, следовательно, уменьшается область применения таких ветрогенераторов.
Известна ветроэлектростанция (Я.И.Шефтер, И.В.Рождественский. // Изобретателю о ветродвигателях и ветроустановках. / М.: изд. Министерства сельского хозяйства, 1957, с 104-105), принятая в качестве прототипа, которая состоит из ветродвигателя, имеющего два соосных ветроколеса, вращающихся в разные стороны. Одно ветроколесо соединено со статором, а другое ветроколесо соединено с ротором генератора постоянного тока. Статор также как и ротор имеет возможность вращаться в своих подшипниках. Ротор и статор генератора постоянного тока приводятся во вращение от валов ветроколес через редуктор, состоящий из зубчатых колес и двух шестерен одинакового размера, помещенных на валах статора и ротора.
Недостатком такого устройства является конструктивная сложность узлов для механической передачи энергии от ветроколес к генератору постоянного тока - валы ветроколес находятся внутри друг друга и вал, вращающий статор, должен иметь подшипниковые опоры; статор должен иметь другие подшипниковые опоры для своего вращения; для передачи механической энергии от ветроколес к статору и ротору применяется редуктор. Кроме того, генератор постоянного тока должен быть оборудован дополнительным устройством для неподвижной фиксации щеткодержателей коллектора ротора, которое невозможно разместить на вращающемся статоре. Все это значительно усложняет конструкцию устройства, увеличивает габариты, снижает надежность его работы и увеличивает механические потери при передаче энергии.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов, уменьшение механических потерь энергии, увеличение надежности работы устройства.
Данная задача достигается тем, что двухроторный ветрогенератор так же, как и устройство прототипа, содержит два ветроколеса, вращающихся в разные стороны. Согласно изобретению двухроторный ветрогенератор имеет неподвижную статорную обмотку соленоидного типа, намотанную вокруг кольцевого сердечника из ферромагнитного материала и закрепленную наружной стороной в корпусе, а также два ротора из немагнитного материала, имеющих форму дисков и расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое количество постоянных магнитов, имеющих Г-образную форму, причем полюса магнитов, расположенных на каждом из роторов, имеют одинаковую полярность, а расположенных на разных роторах - направлены разнополярно друг другу. Каждый из постоянных магнитов выполнен с возможностью вращения вокруг половины незакрепленной в корпусе обмотки, а каждый ротор соединен с ветроколесом при помощи своего вала, вращающегося в подшипниковых опорах закрепленных в корпусе.
Изобретение имеет следующие преимущества перед устройством прототипа.
1. Применение неподвижной статорной обмотки соленоидного типа, намотанной вокруг кольцевого сердечника из ферромагнитного материала и закрепленной наружной стороной в корпусе, позволяет максимально упростить технологию изготовления статора, а также значительно уменьшить магнитный поток рассеяния и индуктивность статорной обмотки. Кроме того, применение неподвижной обмотки статора позволяет избавиться от вращающегося коллектора и от щеточного узла для отбора электроэнергии, что значительно упрощает конструкцию устройства.
2. Применение двух роторов из немагнитного материала, расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое количество постоянных магнитов, имеющих Г-образную форму, с полюсами магнитов, расположенных на каждом из роторов, имеющих одинаковую полярность, а расположенных на разных роторах - направленых разнополярно друг другу, позволяет создавать магнитное поле, вращающееся относительно витков статорной обмотки с двойной частотой при вращении роторов в разные стороны. Это позволяет при небольшой силе ветра получать достаточное количество энергии и стабилизировать величину напряжения статорной обмотки. Кроме того, предлагаемое конструктивное решение позволяет избавиться от подшипниковых опор для вращения статора и для вращения вала ветроколеса, вращающего статор. При этом отпадает необходимость в размещении валов ветроколес внутри друг друга и необходимость в применении редуктора. Все это в совокупности позволяет упростить конструкцию, уменьшить габариты, увеличить надежность работы устройства, уменьшить механические потери энергии.
3. В предлагаемом устройстве ветроколеса расположены не вплотную, как в устройстве прототипа, а разнесены на достаточное расстояние друг относительно друга, что позволяет уменьшить их вредное аэродинамическое влияние друг на друга и увеличить надежность работы устройства.
На фиг.1 показано главное продольное сечение двухроторного ветрогенератора, на фиг.2 схематично показано конструктивное выполнение статорной обмотки, на фиг.3 поясняется возникновение тока в одном витке статорной обмотки при движении постоянных магнитов в разные стороны.
Устройство содержит кольцевой сердечник 1, выполненный из ферромагнитного материала, на котором намотана статорная обмотка соленоидного типа 2, которая запрессована внешней стороной в корпусе 3. Устройство содержит также два вращающихся в разные стороны с угловой скоростью ω ротора 4, 5, выполненных из немагнитного материала и имеющих форму дисков, расположенных соосно, на каждом из которых равномерно распределено одинаковое количество постоянных магнитов 6, 7, имеющих Г-образную форму, причем полюса магнитов, расположенных на каждом из роторов, имеют одинаковую полярность, а расположенных на разных роторах - направлены разнополярно друг другу. Оба ротора 4, 5 посажены на валах 8, 9, которые закреплены в корпусе 3 с помощью подшипниковых узлов 10, 11. На валах 8, 9 посажены также два ветроколеса 12, 13, лопасти которых ориентированы таким образом, что при одинаково набегающем потоке ветра они будут вращаться в разные стороны.
Устройство работает следующим образом. Под воздействием воздушного потока ветроколеса 12, 13 будут вращать ротора 4, 5 и закрепленные на них постоянные магниты 6, 7 в разные стороны. При движении постоянных магнитов 6, 7 с угловой скоростью ω относительно витков статорной обмотки 2 по правилу правой руки под воздействием движущегося со скоростью 2·ω магнитного поля Ф в каждом витке будет наводиться постоянный ток I, направление которого показано на фиг.3.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно упростить конструкцию, уменьшить габариты, уменьшить механические потери энергии и увеличить надежность его работы.