Ветромагнитная энергетическая установка

Ветромагнитная энергетическая установка (ВМЭУ) относится к экологически чистым возобновляемым источникам энергии, содержащая роторный ветродвигатель с вертикальными и горизонтальными лопастями аэродинамического профиля, корпус магнитно-электрического генератора (МЭГ), систему автоматического торможения, опору конструкции и ручной тормоз. Предназначена для выработки электроэнергии, при наличии слабого ветра от 0,5 м/с, а также способна вырабатывать электрическую энергию в безветренную погоду, в целях накопления электрической энергии применяются аккумуляторные батареи, зарядку которых обеспечивает магнитно-электрический генератор. Простота конструкции и эксплуатация ВМЭУ делают изобретение привлекательным своей возможностью применения в различных областях народного хозяйства малого и среднего бизнеса сельскохозяйственного и других производств.

Сущность полезной модели состоит в одновременном использовании энергии ветра и взаимодействии магнитных сил в целях надежной выработки электрической энергии. Новизна технического решения заключается в создании единой конструкции роторного ветродвигателя и многокольцевой системы магнитов с радиальной намагниченностью, взаимодействующие с магнитами продольной осевой намагниченностью, расположенными между магнитными кольцами радиальной намагниченностью, обмотки катушек располагаются между магнитными кольцами под магнитами осевой намагниченностью, при вращении последних наводится электродвижущая сила (ЭДС) в обмотках катушки. Указанное техническое решение позволило увеличить долю использования энергии ветра при малых скоростях от 0,5 м/с.

Ветромагнитная энергетическая установка (ВМЭУ) относится к экологически чистым возобновляемым источникам энергии и может быть использована в различных областях народного хозяйства малого и среднего бизнеса сельскохозяйственного и других производств.

Известен магнитный двигатель, содержащий постоянный кольцевой магнит с радиальной намагниченностью, немагнитный ротор на валу, имеющий постоянные магниты, расположенные в лазах ротора [3]. Для запуска и остановки двигатель снабжен тормозным устройством. Недостатком этого магнитного двигателя является недостаточная мощность, так как используется один кольцевой магнит.

Известен магнитно-гравитационный двигатель, содержащий систему вал-спицы-магниты-шарниры-рычаги [1]. Основание этой системы нарушается магнитным полем от двукольцевых магнитов, ориентированных относительно друг друга разноименными полюсами. В зазоре двух и более постоянных кольцевых магнитов, размещаются магниты, жестко соединенные с рычагами и шарнирами со спицами. Суть этого изобретения заключается в том, что вращение обеспечивается с одной стороны суммой моментов магнитов и моментом от силы тяжести, с другой стороны ее разностью. Недостатком этого решения является большая инерциальная подвижность элементов, которые не позволяют развить равномерное вращательное движение, кроме центробежной силы, возникающей при вращении при достаточно большом числе оборотов, резко снижают эффективность и КПД. Возможно наступление остановки и затем раскручивание, что создает неравномерные динамические знакопеременные нагрузки.

Известны конструкции кольцевых магнитных двигателей АКМД-1 и АКМД-2 компании «Биоэнергомаш» [4]. Недостатком этих конструкций является только предположение для выработки электроэнергии и содержащий только один кольцевой элемент с магнитами, что явно недостаточно для создания крутящего момента и выработки электроэнергии.

Известно устройство для преобразования энергии магнитного поля в кинетическую энергию, содержащее вращающееся колесо, на котором размещены, по меньшей мере, два радиально противоположно стоящих немагнитных держателя, в качестве направляющих двух постоянных магнитов, и имеющие пластины из магнитного материала, частично окружающее колесо [2]. Вращение колеса осуществляется путем ослабления поля между магнитами и накопление потенциальной энергии в пружинах. Недостатком этого устройства является малая мощность и невозможность использования в конструкции ВМЭУ.

Авторам неизвестны конструкции, объединяющие одновременно действие ветровых и магнитных сил.

Технической задачей полезной модели является постоянное извлечение электрической энергии от одновременного действия ветровых и взаимодействия магнитных сил.

ВМЭУ содержит: вертикальные и горизонтальные лопасти аэродинамического профиля (не менее двух), многокольцевую систему магнитов (не менее двух) с радиальной намагниченностью, магнитные сегменты с продольной намагниченностью, немагнитную основу для многокольцевой системы магнитов, алюминиевый корпус магнитно-электрического двигателя, подшипники, вал, ручной тормоз, инерционные аэродинамические тормоза, катушки с обмотками и опору конструкции.

Технический результат достигается путем одновременного использования энергии ветра и магнитных сил. Выработка электроэнергии происходит при вращении магнитов продольной осевой намагниченностью, которые наводят электродвижущую силу (ЭДС) в обмотках катушек. Кольцевые магниты сверху и снизу покрыты немагнитным материалом (алюминий толщиной не менее 2 мм), что обеспечивает размыкание магнитных силовых линий кольцевых магнитов и магнитных сегментов. Крутящий момент возникает под взаимодействием одноименных полюсов магнитов (отталкивание) и разноименных полюсов (притяжение). Подвижные магниты продольной осевой намагниченности закреплены на внутренней стороне внешнего ротора под углом, который обеспечивает зазор между кольцевыми магнитами и магнитными сегментами не более 2 мм, что позволяет получить максимальный крутящий момент. ВМЭУ представляет многокольцевую систему магнитов радиальной намагниченности, обмоток катушек, закрепленных на неподвижном диске, выполненном из алюминиевого материала, являющимся внутренним статором, внешний ротор выполнен в виде алюминиевого корпуса, на внутренней стороне которого закреплены магниты продольной осевой намагниченности, на внешней стороне корпуса по периметру закреплены вертикальные и горизонтальные лопасти аэродинамического профиля (не менее двух), которые создают крутящий момент под воздействием ветра.

На фиг.1 изображен общий вид ВМЭУ.

На фиг.2 показан разрез ВМЭУ в вертикальной плоскости.

На фиг.3 изображен магнитный двигатель-генератор в разрезе (вид сверху).

На фиг.4 показан механизм аэродинамического торможения ВМЭУ.

Предлагаемая ВМЭУ (фиг.1) содержит две вертикальные 1 и горизонтальные лопасти 2, имеющие аэродинамический профиль (вид А-А) 19 (вид Б-Б) 23 (фиг.2), внешний ротор 3, опору ВМЭУ 4, тормозной диск 5, тормозную колодку 6, рычаг 7, ролик 8, тормозной трос 9, фиксатор-стержень 10, опору ручного тормоза 12 с отверстиями для фиксатора-стержня 10, рукоятку тормоза 11, подшипники 13, катушки с обмотками 16, немагнитный диск внутреннего статора 17, неподвижный вал 18 внутреннего статора 17, магниты продольно-осевой намагниченности 14 (фиг.3), магнитные кольца радиальной намагниченности 21, магнитный двигатель-генератор 33, площадку опоры 22; трубу 23 (фиг.4) горизонтальной лопасти 2, стержень управления 24 аэродинамического торможения, пружину 25, удерживающую вертикальные лопасти 1 в рабочем состоянии, крепления 20 горизонтальной лопасти 2 к внешнему ротору 3, силовые элементы 26 горизонтальной лопасти 2, подшипник 28 вертикальной лопасти 1, цилиндрический шарнир 29, крепления стержня 24 к вертикальной лопасти 1, утяжеленную хвостовую часть 30 вертикальной лопасти аэродинамического профиля 1, передний силовой стержень 31 крепления вертикальной лопасти 1 и горизонтальной лопасти 2 аэродинамических профилей, силовые стержни 32 крепления вертикальной лопасти 1 к внешнему ротору 3 (применяются для ветромагнитных энергетических установок с диаметрами горизонтальных лопастей 2 диаметром более 3,5 м).

Применение предлагаемой схемы извлечения электрической энергии позволяет использовать весь электрический потенциал ветра в любой мощности, особенно в средней полосе России со средней скоростью ветра от 2,0 м/с. Вращающие лопасти от работы магнитного двигателя-генератора (МДГ) создают крутящий момент при нулевой скорости ветра. МДГ вырабатывает постоянно электроэнергию при полном штиле, даже легкий ветер обеспечивает вращение ветролопастей, таким образом, КПД использования энергии воздушных потоков приближен к 0,6. Подобный результат не был достигнут ранее в других конструкциях ветроэнергетических установках.

Набегающий поток воздуха, действующий на лопасти при вращении внешнего ротора только от магнитных сил, обеспечивает устойчивый крутящий момент, т.е. практически ВМЭУ работает постоянно, максимально извлекая энергию от ветра любой скорости.

ВМЭУ работает следующим образом: скоростной напор ветра, воздействуя на вертикальные и горизонтальные лопасти 1, 2 аэродинамической формы создают крутящий момент, принуждая внешний ротор 3 вращаться в подшипниках 13, которые установлены на неподвижном валу 18, на вращающимся внешнем роторе 3 неподвижно установлены магниты 14 с продольной осевой намагниченностью, при вращении внешнего ротора 3 магниты 14 с продольной осевой перемещаются поперек намотки катушек 16 при этом вырабатывается электрический ток, одновременно установленные на неподвижном внутреннем статоре 17 кольцевые магниты 21 радиальной намагниченности, взаимодействуя своими полюсами с полюсами магнитов 14 продольной осевой намагниченности создают постоянный крутящий момент на внешнем роторе 3, чем обеспечивается выработка электроэнергии постоянно, даже при отсутствии ветра. В случае когда, диаметр горизонтальных лопастей более чем 3,0 м. применяются стержни 32, для придания жесткости вертикальным лопастям 1 аэродинамической формы. При скоростях ветра более 20 м/с вертикальные лопасти 1 аэродинамической формы служат для автоматического аэродинамического торможения ВМЭУ, для этой цели в горизонтальных лопастях 2 аэродинамической формы размещены силовые элементы 23, 31, которые связаны с вертикальными лопастями 1 с помощью подшипниковых шарниров 28 и 29, через подшипниковые шарниры 28 проходит вал 27, вокруг которого происходит поворот вертикальной плоскости 1 аэродинамической формы на предельный угол 15°-20° от первоначального положения 5°-7° (не показан) вертикальной лопасти 1 аэродинамической формы относительно касательной к окружности в плоскости вращения. Процесс аэродинамического торможения происходит под действием центробежной силы, которая возникает при скорости ветра более 20 м/с, при этом утяжеленная хвостовая часть вертикальной лопасти 1 аэродинамической формы (помечена черным цветом Фиг4.) соединена посредством цилиндрических шарниров 29 с тягой 24, которая вторым концом соединена с пружиной 2, однако при скоростях ветра более 20 м/с возрастающие центробежные силы от увеличивающийся скорости вращения растягивают пружину 25, при этом вертикальная лопасть 1 аэродинамической формы поворачивается вокруг вала 27 на угол равный 15° Фиг.4, в этом случае крутящий момент меняет знак, чем обеспечивает торможение, т.е. снижается скорость вращения внешнего ротора 3. В целях полного торможения применяется ручной тормоз, который работает следующим образом: рукоятка 11 опускается вниз и фиксирует стержнем 10 (находится на опоре с гибким тросом) в секторе 12, рукоятка 11 натягивает трос 9, который через ролик 8 тянет на себя рычаг 7, шарнирно соединенный с тормозной колодкой 6, последняя прижимается к тормозному диску 5, жестко закрепленному на внешнем роторе 3, ВМЭУ останавливается.

Источники информации

1. Патент на изобретение RU 93033156 А H02K 53/00, F16C 32/04, F16С 39/06 от 27.01.1997 г.

2. Патент на изобретение RU 94026254 А, Н022 11/06 от 20.05.1996 г.

3. Патент на изобретение RU 93002797 А Н02К 53/00, Н02К 7/10, F03Д 3/04 от 20.07.1995 г.

4. http://oil-press.com.ua/inovations/

1. Ветромагнитная энергетическая установка (ВМЭУ), содержащая роторную ветроэнергетическую установку с вертикальными и горизонтальными лопастями аэродинамического профиля и магнитный двигатель-генератор (МДГ), которые кинематически объединены в одну конструкцию, имеющую общий ротор и статор, по внешнему периметру общего ротора размещены вертикальные и горизонтальные лопасти аэродинамического профиля, а внутри общего ротора на верхней и нижней плоскостях размещены магнитные сегменты продольной осевой намагниченности; общий статор, выполненный в виде диска из немагнитного материала с кольцевыми магнитами радиальной намагниченности и обмотки катушек, которые расположены под магнитными сегментами продольной осевой намагниченности по траектории их вращения; систему аэродинамического торможения; ручной тормоз; вал общего статора и опору, отличающаяся тем, что роторная ветроэнергетическая установка и МДГ кинематически связаны между собой общим ротором и статором, что позволяет сложить ветровые и магнитные моментные силы, а взаимное расположение системы постоянных кольцевых магнитов радиальной намагниченности, магнитных сегментов продольной осевой намагниченности и обмоток катушек обеспечивают, при вращении общего ротора, устойчивую выработку электроэнергии.

2. ВМЭУ по п.1, отличающаяся тем, что вертикальная лопасть аэродинамического профиля имеет подшипниковые цилиндрические шарниры в средней части соединения с концом горизонтальной лопасти с помощью силового элемента и тягой, которые соединены с внешним ротором крепежными элементами, обеспечивающими подвижное крепление горизонтальных лопастей, при этом вертикальная лопасть имеет утяжеленную хвостовую часть, обеспечивающую создание центробежных сил, с помощью которых осуществляется аэродинамическое торможение при скорости ветра более 20 м/с, а пружина обеспечивает поворот вертикальной лопасти на максимальный угол 15° от первоначального положения лопасти.

3. ВМЭУ по п.3, отличающаяся тем, что горизонтальная лопасть имеет трубу, через которую проходит тяга аэродинамического торможения с закрепленными на ней пружинами растяжения.

4. ВМЭУ по п.1, отличающаяся тем, что общий ротор, выполненный из немагнитного материала, содержит закрепленные на его внутренних верхней и нижней поверхностях магнитные сегменты продольной осевой намагниченности с ориентированными полюсами, обеспечивающее вращение в ту сторону, в которую ориентированы вертикальные и горизонтальные лопасти аэродинамической формы, при этом внутри ротора расположен общий статор, выполненный в виде диска из немагнитного материала, по обеим сторонам которого расположены катушки с обмотками и постоянные кольцевые магниты радиальной намагниченности, закрытые сверху и снизу алюминиевыми кольцами толщенной не менее 2 мм, причем количество постоянных кольцевых магнитов радиальной намагниченности не менее двух, внутри общего ротора на верхней и нижней поверхности закреплены магнитные сегменты осевой продольной намагниченности, которые располагаются между магнитными кольцами с радиальной намагниченностью с зазором не более 2 мм.

5. ВМЭУ по п.1, отличающаяся тем, что ручной тормоз содержит опоры с отверстиями, фиксирующий стержень, рукоятку, трос, ролики, рычаг, колодку рычага и тормозной барабан, обеспечивающий полную остановку ВМЭУ в необходимых случаях.

6. ВМЭУ по п.1, отличающаяся тем, что при длине горизонтальных лопастей аэродинамической формы более 3,0 м для обеспечения жесткости вертикальных лопастей применяются стержни, соединяющие верхние части этих лопастей с общим ротором.