Изобретение относится к области ветроэнергетики и может быть использовано для выработки электроэнергии. The invention relates to the field of wind energy and can be used to generate electricity.
Известен безредукторный ветроагрегат (ветрогенератор), который содержит поворотное ветроколесо, магнитную систему с обмотками, в зазоре которой перемещается ротор, причем магнитная система расположена на основании, размещенном в зоне нижнего положения лопастей, а лопасти снабжены ферромагнитными зубчатыми пластинами, составляющими ротор, ротор таким образом охватывает концы лопастей, пластины проходят через воздушный зазор магнитной системы (см. , например, SU 861716 A, кл. F 03 D 9/00, 1/00, 07.09.1981), по совокупности существенных признаков принятый за ближайший аналог (прототип). Known gearless wind turbine (wind generator), which contains a rotary wind wheel, a magnetic system with windings, in the gap of which the rotor moves, and the magnetic system is located on the base located in the zone of the lower position of the blades, and the blades are equipped with ferromagnetic gear plates making up the rotor, the rotor is thus covers the ends of the blades, the plates pass through the air gap of the magnetic system (see, for example, SU 861716 A, class F 03 D 9/00, 1/00, 09/07/1981), the set of essential features adopted and the closest analogue (prototype).
Недостатком данного агрегата является увеличенная масса ротора, который фактически имеет диаметр, равный диаметру самого ветроколеса, что в случае ветроколес большого диаметра практически неприемлемо. Это приводит к необходимости выполнять не только статор, но и ротор в сегментном исполнении. The disadvantage of this unit is the increased mass of the rotor, which actually has a diameter equal to the diameter of the wind wheel itself, which is practically unacceptable in the case of large diameter wind wheels. This leads to the need to perform not only the stator, but also the rotor in a segmented design.
Технический результат, заключающийся в уменьшении массы и габаритов ветроагрегата, обеспечении его устойчивости к порывам ветра, достигается за счет того, что в безредукторном ветроагрегате, содержащем башню с основанием, на основании установлены сегментный статор, вращающиеся ветроколеса с валами, с лопастями и с сегментными элементами, согласно изобретению основание выполнено поворотным и имеет хвост, а сегментные элементы снабжены двумя вращательными парами, причем первая вращательная пара каждого элемента установлена на торце лопасти, а вторая пара - на дополнительном стержне, а последний расположен в продольном канале лопасти и закреплен на валу, а между сегментным элементом и лопастью установлена замыкающая пружина. The technical result, which consists in reducing the mass and dimensions of the wind turbine, ensuring its resistance to gusts of wind, is achieved due to the fact that in a gearless wind turbine containing a tower with a base, a segment stator, rotating wind wheels with shafts, with blades and with segment elements are installed on the base , according to the invention, the base is rotatable and has a tail, and the segment elements are provided with two rotational pairs, the first rotational pair of each element being mounted at the end Asti, and the second pair - on the additional web, and the latter is located within the longitudinal bore and the blades fixed to the shaft, and between the element and the blade segment closing spring is installed.
На фиг. 1 изображен безредукторный ветроагрегат, вид спереди; на фиг. 2 изображена лопасть с концевым сегментным элементом в увеличенном масштабе, вид сверху при минимальной скорости ветра, направление ветра - снизу вверх; на фиг. 3 изображена та же лопасть, но отклоненная под воздействием ветрового потока; на фиг. 4 изображен вид в торец лопасти с сегментным элементом; на фиг. 5 изображен увеличенный размер лопасти с продольным каналом. In FIG. 1 shows a gearless wind turbine, front view; in FIG. 2 shows a blade with an end segment element on an enlarged scale, a top view at a minimum wind speed, wind direction from bottom to top; in FIG. 3 shows the same blade, but deflected under the influence of a wind stream; in FIG. 4 shows an end view of a blade with a segmented element; in FIG. 5 shows an enlarged blade size with a longitudinal channel.
Безредукторный ветроагрегат включает в себя основание 1 ветроколеса 2 (минимум два для двухстороннего статора), установленного на основании 1, сегментные элементы (замыкающие магнитопроводы) 3, которые установлены на концах лопастей 16, эти элементы 3 находятся в магнитном контакте с магнитопроводами 4 статора, который укреплен на основании 1, на основании 1 также установлен хвост 5 установки на ветер. Кроме магнитопроводов 4 статор включает в себя источник магнитного поля 6 и воспринимающую катушку 7 с сердечником, ветроколеса 2 вращаются в подшипниковых узлах 8. Основание 1 установлено на поворотном узле 9 башни 10. Сегментный элемент 3 имеет первую 17 и вторую 11 вращательные пары, причем вторая пара 11 установлена на дополнительном стержне 12, а сам элемент 3 снабжен пружиной 13. В лопасти 16 ветроколеса 2 выполнен продольный канал 14, в котором проходит стержень 12, имеющий торцевое (относительно лопасти) и корневое колено 15, закрепленное на корне лопасти 16. Пружина 13 прикреплена к крепящему выступу 18, который установлен на конце лопасти 16. Другой конец лопасти 16 установлен на валу 19. Gearless wind turbine includes a base 1 of a wind wheel 2 (at least two for a two-sided stator) installed on the base 1, segment elements (closing magnetic circuits) 3, which are installed at the ends of the blades 16, these elements 3 are in magnetic contact with the magnetic circuits 4 of the stator, which reinforced on the base 1, on the base 1 also installed tail 5 installation on the wind. In addition to the magnetic circuits 4, the stator includes a magnetic field source 6 and a pickup coil 7 with a core, the wind wheels 2 rotate in the bearing assemblies 8. The base 1 is mounted on the rotary assembly 9 of the tower 10. The segment element 3 has the first 17 and second 11 rotational pairs, the second a pair 11 is mounted on an additional rod 12, and the element 3 itself is provided with a spring 13. A longitudinal channel 14 is made in the blade 16 of the wind wheel 2, in which the rod 12 has an end (relative to the blade) and a root knee 15 fixed to the root l o 16. The spring 13 is attached to the fastening protrusion 18, which is mounted on the end of the blade 16. The other end of the blade 16 is mounted on the shaft 19.
Ветроагрегат работает следующим образом. Под воздействием ветрового потока ветроколеса 2 приходят во вращение, при этом сегментные элементы 3 пересекают воздушный зазор между магнитопроводами 4, в результате чего изменение магнитного потока источника 6 (постоянного магнита) воспринимается катушкой 7 и передается в сеть или на зарядку аккумуляторной батареи (не показана). Windmill operates as follows. Under the influence of the wind flow, the windwheels 2 come into rotation, while the segment elements 3 intersect the air gap between the magnetic circuits 4, as a result of which the change in the magnetic flux of the source 6 (permanent magnet) is perceived by the coil 7 and transmitted to the network or to charge the battery (not shown) .
В процессе работы лопасти 16 испытывают ветровую нагрузку, которая приводит к деформации лопасти 16, в частности к ее изгибу. Если элемент 3 закрепить на конце лопасти 16 неподвижно, то в результате изгиба возможно задевание элемента 3 за магнитопроводы 4, для исключения чего возможно увеличение воздушного зазора, но это приводит к ухудшению массогабаритных показателей, что нежелательно по экономическим соображениям. Поэтому при минимальном воздушном зазоре на каждой лопасти 16 образован силовой параллелограмм, образованный четырьмя сторонами: сегментного элемента 3, стержня 12, вала 19, лопасти 16, и четырьмя шарнирами: двумя вращательными парами 11 и 17 и двумя изгибными местами закрепления лопасти 16 и корневого колена 15 стержня 12 к валу 19. In the process, the blades 16 experience a wind load, which leads to deformation of the blade 16, in particular to its bending. If the element 3 is fixed at the end of the blade 16 motionlessly, as a result of bending, it is possible to grasp the element 3 behind the magnetic cores 4, to eliminate which an increase in the air gap is possible, but this leads to a deterioration in the overall dimensions, which is undesirable for economic reasons. Therefore, with a minimum air gap on each blade 16, a power parallelogram is formed, formed by four sides: a segment element 3, a shaft 12, a shaft 19, a blade 16, and four hinges: two rotational pairs 11 and 17 and two bending points for fixing the blade 16 and the root knee 15 of the shaft 12 to the shaft 19.
При относительно небольших скоростях ветра, не вызывающих существенную деформацию лопасти 16, положение основных элементов характеризуется отсутствием взаимного перемещения, при этом силовое замыкание осуществляется пружиной 13. Под воздействием порыва или усилия ветра лопасть 16 изгибается в месте прикрепления к валу 19. В результате, при незначительном увеличении воздушного зазора между элементом 3 и магнитопроводом 4, элемент 3 соблюдает параллельное положение, поскольку поворачивается во вращательных парах 17 и 11. Пара 17 выполнена в виде стержня, установлена в полуцилиндрических выступах, выполненных соответственно в элементе 3 и торце лопасти 16. Пара 11 также выполнена в виде стержня, контактирующего с полуцилиндрическим выступом в элементе 3, а с другой стороны к стержню приварен в середине конец дополнительного стержня 12. Минимальная осевая упругость лопасти 16 и стержня 12, проходящего в канале 14, служащем для уменьшения аэродинамического сопротивления, служат гарантией стабильности сторон параллелограмма и перемещения элемента 3 в конструкционных пределах. At relatively low wind speeds that do not cause significant deformation of the blade 16, the position of the main elements is characterized by the absence of mutual displacement, and the force closure is carried out by the spring 13. Under the influence of a gust or force of the wind, the blade 16 bends at the point of attachment to the shaft 19. As a result, with a slight increasing the air gap between the element 3 and the magnetic circuit 4, the element 3 is in a parallel position, since it rotates in rotational pairs 17 and 11. The pair 17 is made in the form e of the rod, is installed in the semi-cylindrical protrusions made respectively in the element 3 and the end face of the blade 16. The pair 11 is also made in the form of a rod in contact with the semi-cylindrical protrusion in the element 3, and on the other hand, the end of the additional rod 12 is welded to the rod in the middle. Minimum axial the elasticity of the blade 16 and the rod 12 passing in the channel 14, which serves to reduce aerodynamic drag, guarantee the stability of the sides of the parallelogram and the movement of the element 3 within the structural limits.