RU2690545C1 - Rotor of segment windmill generator - Google Patents

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the wind power engineering. Segment windmill rotor comprises hub, blades, pole tips, excitation sources and fasteners, width of pole tips in tangential direction is made on condition of equality of width of interpolar space of stator elements.

EFFECT: invention is aimed at reduction of rotor weight and dimensions.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, в частности, к ветроэлектрогенераторам сегментного типа, в качестве ротора которых выступает ветроколесо.The invention relates to wind energy, in particular, to wind turbines of the segment type, as the rotor of which the wind wheel acts.

Такие роторы известны, и описаны, например, в патентах РФ №2270360, опубл. 20.02.2006, бюл. №5, з-ка №2004128706/06 от 27.09.2004, №2270363, опубл. 20.02.2006, бюл. №5, з-ка №2004128676/06 от 27.09.2004, №2275530, опубл. 27.04.2006, бюл. №12, з-ка №2004128674/06 от 29.09.2004, №2290534, опубл. 27.12.2006, бюл. №36, з-ка №2005116803/00 от 01.06.2006, №2358150, опубл. 10.06.2009, бюл. №16, з-ка №2007139348/06 от 23.10.2007.Such rotors are known and are described, for example, in patents of the Russian Federation No. 2270360, publ. 20.02.2006, bul. No. 5, factory No. 2004128706/06 of 09/27/2004, No. 2270363, publ. 20.02.2006, bul. No. 5, factory No. 2004128676/06 of 09/27/2004, No. 2275530, publ. 27.04.2006, bul. No. 12, factory no. 2004128674/06 of 09.29.2004, No. 2290534, publ. 27.12.2006, bul. No. 36, factory No. 2005116803/00 of 01.06.2006, No. 2338150, publ. 10.06.2009, bul. No. 16, factory No. 2007139348/06 dated 10.23.2007.

Недостатком таких роторов является необходимость наличия дугообразных элементов, соединяющих торцы лопастей, а также пониженная технологичность.The disadvantage of such rotors is the need for arcuate elements connecting the ends of the blades, as well as reduced manufacturability.

Наиболее близким по технической сущности является ротор по п. РФ №2537667, оп. 10.01.2015, бюл. №1, з-ка №2012104158/06 от 06.02.2012, который содержит вал, ступицу, лопасти, магнитопроводы, выполненные в виде уголков, источники возбуждения, при этом для повышения технологичности, роторные элементы могут быть выполнены в виде отрезков труб, внутри которых установлены крепежные соединения. В варианте активного ротора между полюсными наконечниками установлены источники возбуждения.The closest in technical essence is the rotor according to p. RF No. 2537667, op. 01/10/2015 bulletin No. 1, factory No. 2012104158/06 of February 6, 2012, which contains a shaft, a hub, blades, magnetic conductors made in the form of corners, sources of excitation, while to improve manufacturability, the rotor elements can be made in the form of pipe sections, inside which are installed fasteners. In the embodiment of the active rotor between the pole tips installed excitation sources.

Несмотря на улучшение технологичности, данный ротор может быть использован только с дугообразным основанием, соединяющим концы двух соседних лопастей, так же он имеет повышенные центробежные усилия.Despite the improvement in manufacturability, this rotor can only be used with an arcuate base connecting the ends of two adjacent blades, as it has increased centrifugal force.

Изобретение направлено на компенсацию центробежных усилий, что позволяет уменьшить массу и габариты ротора.The invention is directed to the compensation of centrifugal forces, which allows to reduce the weight and dimensions of the rotor.

Это достигается за счет того, что ротор сегментного генератора, содержащий вал, ступицу, лопасти, магнитопроводы, выполненные в виде уголков, источники возбуждения, согласно изобретению, стороны уголков, ориентированных вдоль лопасти, снабженных шипами, которые входят в отверстия, выполненные в лопасти, а также ротор снабжен прижимной планкой со стяжными болтами, установленной на сторонах уголков, перпендикулярных сторонам, ориентированных вдоль лопасти, при этом прижимная планка соединена сегментной с перемычкой, установленной между лопастями.This is achieved due to the fact that the rotor of the segment generator containing a shaft, a hub, blades, magnetic conductors made in the form of angles, sources of excitation, according to the invention, the sides of the angles oriented along the blades, equipped with spikes, which enter the holes made in the blades, as well as the rotor is equipped with a clamping plate with tightening bolts installed on the sides of the angles perpendicular to the sides, oriented along the blade, while the clamping plate is connected to the segmental one with a jumper installed between l mouths.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где изображен ротор сегментного генератора, на фиг. 1 - вид спереди в положении режима индукторного генератора, на фиг. 2 - в положении классического синхронного генератора, на фиг. 3 - показан вид сбоку крепления роторного элемента к лопасти.The invention is illustrated in the drawing, which shows the rotor of the segment generator, in FIG. 1 is a front view in the position of the inductor generator mode; FIG. 2 - in the position of a classical synchronous generator; in FIG. 3 shows a side view of the attachment of the rotor element to the blade.

Ротор содержит ступицу (на рисунке не показана, чтобы не загромождать чертеж), лопасть 1 (может быть несколько), полюсные наконечники, состоящие из радиальных участков 2 и тангенциальных участков 3, т.е. протяженных в тангенциальном направлении; перпендикулярно оси лопасти, источники возбуждения 4, например, постоянные магниты, крепежный элемент-планку 5 с отверстиями 6. Тангенциальные участки 3 полюсных наконечников через воздушный зазор 7 взаимодействуют со статорными элементами. Статорный элемент состоит, например, из Г-образного ярма 8, прикрепленному к основанию 9. Крепление осуществляется с помощью немагнитного болта 10, который проходит через постоянный магнит 11 с отверстием, шайбу 12, и вворачивается в сердечник 13 с наконечником 14. Полюсные наконечники, а точнее их участки 2 имеют фиксацию от выпадения постоянных магнитов 4 под действием центробежных сил, осуществляется с помощью болтов 16, а крепление планок 5 к лопастям - с помощью болтов 17, тем самым полюсные наконечники оказываются прижатыми к лопастям. Статорный элемент имеет рабочую катушку 18. Таких элементов может быть несколько. Таким образом, контактирующей с источников возбуждения 4 и тангенциальной частью 3, обращенной к зазору 7, при этом ширина тангенциальной части 11 больше или равна ширине междуполюсного пространства статорного элемента.The rotor contains a hub (not shown in the figure so as not to clutter up the drawing), a blade 1 (maybe several), pole pieces consisting of radial sections 2 and tangential sections 3, i.e. extended in the tangential direction; perpendicular to the axis of the blade, sources of excitation 4, for example, permanent magnets, fastener-bar 5 with holes 6. The tangential portions of 3 pole pieces through the air gap 7 interact with the stator elements. The stator element consists, for example, of an L-shaped yoke 8 attached to the base 9. The fastening is carried out using a non-magnetic bolt 10 that passes through a permanent magnet 11 with a hole, a washer 12, and is screwed into the core 13 with a tip 14. The pole tips, rather, their sections 2 are fixed from falling out of permanent magnets 4 under the action of centrifugal forces, they are carried out with the help of bolts 16, and the bars 5 are fixed to the blades with the help of bolts 17, thereby the pole tips are pressed to the blades. The stator element has a working coil 18. There may be several such elements. Thus, in contact with the excitation sources 4 and the tangential part 3, facing the gap 7, the width of the tangential part 11 is greater than or equal to the width of the interpolar space of the stator element.

Функционирование ротора в составе генератора происходит следующим образом. Под воздействием ветрового потока ветроколесо со ступицей и лопастями приходит во вращение. Пусть, например, происходит вращение против часовой стрелки. При этом за исходное примем положение, показанное на фиг. 1.The functioning of the rotor in the generator is as follows. Under the influence of the wind flow, a wind wheel with a hub and blades comes into rotation. Let, for example, counterclockwise rotation occur. In this case, we take the position shown in FIG. one.

Видно, что тангенциальные участки 3 полюсных наконечников, имеющих ширину в тангенциальном направлении, которую устанавливают из условия неравенства 1₁≥1, где 1 - ширина междуполюсного пространства статорного элемента, т.е. расстояние между осевой линией вертикального участка ярма 8 и осевой линией, проходящей через сердечник 13, по его середине, коммутирует магнитный поток по цепи: ярмо 8 - зазор 7 - участок 3 - зазор 7 - наконечник 14 - сердечник 13 - шайба 12 - постоянный магнит 11 - ярмо 8. Таким образом, при данном положении, генератор работает как индукторный, в катушке 18 индуктируется напряжение, пропорциональное изменению потокосцепления, вызванного источником магнитного поля статорного элемента - постоянного магнита 11. Далее происходит переход в положение, показанное на фиг. 2. В этом случае магнитный поток замыкается по цепи: ярмо 8 - зазор 7 - часть участка 3 - участок 2 и примыкающая к нему часть участка 3 - зазор 7, наконечник 14 - сердечник 13 - шайба 12 - постоянный магнит 11 - ярмо 8. В случае, если направление намагничивания магнитов 4 и 11 совпадают, генератор работает как классический синхронный. В противном случае будет наблюдаться просто ослабление намагничивающей силы.It is seen that the tangential portions of 3 pole tips having a width in the tangential direction, which is established from the inequality condition 1 ₁ ≥1, where 1 is the width of the interpolar space of the stator element, i.e. the distance between the axial line of the vertical section of the yoke 8 and the axial line passing through the core 13, along its middle, switches the magnetic flux along the circuit: yoke 8 - gap 7 - section 3 - gap 7 - tip 14 - core 13 - washer 12 - permanent magnet 11 - yoke 8. Thus, at this position, the generator operates as an inductor, a voltage is induced in the coil 18, which is proportional to the change in the flux linkage caused by the source of the magnetic field of the stator element - permanent magnet 11. Next, the transition to the position shown is shown nd FIG. 2. In this case, the magnetic flux is closed along the circuit: yoke 8 - gap 7 - part of section 3 - section 2 and the adjacent part of section 3 - gap 7, tip 14 - core 13 - washer 12 - permanent magnet 11 - yoke 8. If the direction of magnetization of the magnets 4 and 11 coincide, the generator operates as a classical synchronous one. Otherwise, there will simply be a weakening of the magnetizing force.

При дальнейшем движении, цикл будет повторен, но только не с правым участком 3, показанным на фиг. 1, а с левым. Таким образом, данное исполнение ротора позволяет при возбуждении, которое может быть названо гибридным, за один проход роторного элемента относительно сегмента статорного элемента, можно получить, как минимум три импульса: один от классического возбуждения - фактически только радиальных участков 2 и примыкающих к ним частей тангенциальных участков 3, и двух импульсов - от двух участков 3. Таким образом, будет наблюдаться увеличение амплитуды напряжения, индуцируемого в катушках 18 статорного элемента по сравнению как с чисто классическим исполнением (с минимальной шириной участков 3), так и по сравнению с чисто индукторным исполнением - наличием только участков 3 без возбуждения на роторе - случай пассивного ротора.Upon further movement, the cycle will be repeated, but not with the right section 3 shown in FIG. 1, and from the left. Thus, with this excitation, which can be called a hybrid, this rotor design allows for a single pass of the rotor element relative to the stator element segment, at least three pulses can be obtained: one from classical excitation - in fact only radial sections 2 and parts of tangential adjacent to them sections 3, and two pulses - from two sections 3. Thus, an increase in the amplitude of the voltage induced in the stator element coils 18 will be observed as compared with the purely classical performance (with a minimum width of sections 3), and in comparison with a purely inductor version — the presence of only sections 3 without excitation on the rotor — a case of a passive rotor.

Технико-экономическим преимуществом заявленного технического решения является повышенная энергоотдача генератора с вышеописанным ротором. Хотя, как известно, энергоотдача индукторных генераторов и несколько меньше, чем у классических - за счет увеличенного значения потоков рассеяния и однополярной коммутации, но за счет гибридного возбуждения, а фактически суммирования э.д.с. Индукторного и классического генераторов, совмещенных в одной машине, суммарная энергоотдача генератора с данным ротором, в любом случае будет выше, чем энергоотдача отдельно классического и отдельно индукторного генератора. По данным 4-D моделирования это увеличение может составлять от 60 до 70% по сравнению с классическим исполнением синхронного генератора.Technical and economic advantage of the claimed technical solution is increased energy efficiency of the generator with the above-described rotor. Although, as is known, the energy efficiency of inductor generators is somewhat lower than that of the classical ones - due to the increased value of the scattering fluxes and unipolar switching, but due to hybrid excitation, and in fact, the sum of the emf. Inductor and classical generators combined in one machine, the total energy output of a generator with this rotor, in any case, will be higher than the energy output of a separate and separately inductor generator. According to 4-D modeling, this increase can be from 60 to 70% compared with the classic version of a synchronous generator.

Claims (1)

Ротор сегментного ветроэлектрогенератора, содержащий вал, ступицу, лопасти, полюсные наконечники, источники возбуждения и крепежные элементы, отличающийся тем, что полюсные наконечники выполнены в виде уголков с радиальной частью, контактирующей с источником возбуждения и тангенциальной частью, обращенной к зазору, при этом ширину тангенциальной части 1₁ устанавливают из условия 1₁≥1, где 1 - ширина между полюсного пространства статорных элементов.Rotor segment wind power generator containing shaft, hub, blades, pole pieces, excitation sources and fasteners, characterized in that pole pieces are angled with a radial portion in contact with the excitation source and the tangential portion facing the gap, and the width is tangential parts 1 ₁ are set from the condition 1 ₁ ≥1, where 1 is the width between the pole space of the stator elements.

Images