Ветрогенератор электромобиля

Ветрогенератор электромобиля относится к ветроэнергетике и предназначен для извлечения электрической энергии из искусственных воздушных течений, 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 коаксиалыю 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. 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 Со). 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, таких обмоток три. Станина магнитопровода выполнена из немагнитного материала.

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.

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=(SV³)/2, где - 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 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.

1. Ветрогенератор электромобиля, включающий ветроприемник, выполненный в виде конфузора, цилиндрическую камеру, в которой размещены ветровые колеса, сборный воздушный канал и электрогенераторы, размещенные вне цилиндрической камеры, отличающийся тем, что 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 стрелке, 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.

2. Ветрогенератор электромобиля по п.1, отличающийся тем, что система воздушного охлаждения выполнена в виде вытяжного короба, соединенного с трубой, выходное отверстие которой размещено в днище нижней камеры.

3. Ветрогенератор электромобиля по п.1, отличающийся тем, что 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.

4. Ветрогенератор электромобиля по п.1, отличающийся тем, что коаксиально установленные валы выполнены из стали повышенной прочности.

5. Ветрогенератор электромобиля по п.1, отличающийся тем, что постоянные магниты имеют форму кругового кольца с прямоугольным поперечным сечением и выполнены из редкоземельных элементов (самарий Sa, кобальт Со).

6. Ветрогенератор электромобиля по п.1, отличающийся тем, что 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, таких обмоток три.

7. Ветрогенератор электромобиля по п.1, отличающийся тем, что станина магнитопровода выполнена из немагнитного материала.