PL233605B1 - Generator wiatrowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator wiatrowy, mający zastosowanie w turbinach wiatrowych VWAT o pionowej osi obrotu wirnika.

Dotychczas powszechnie znane są cylindryczne turbiny wiatrowe, o pionowej osi obrotu, dzielone na niezależne wirniki, napędzające silniki elektryczne wbudowane w urządzenie.

Z amerykańskiego opisu wynalazku za numerem US2016276916, pod tytułem „Liniowy generator indukcyjny wykorzystujący repulsję magnetyczną”, znane jest urządzenie zawierające stojan wyposażony w cewkę i w magnes podnośnikowy sprzężony dźwignią z magnesem indukcyjnym. Magnes indukcyjny jest ruchomy, zamontowany jest wzdłużnie w cewce, ruch tegoż magnesu wykonywany jest poprzez dźwignię. Urządzenie to posiada ruchomy względem stojana wirnik, przy czym wirnik zaopatrzony jest w magnes i magnes podnoszący, ustawione przeciwlegle do odpowiednich momentów magnetycznych. Ruch magnesu wirnika w kierunku magnesu podnoszącego powoduje odsunięcie magnesu podnoszącego od magnesu wirnika, co z kolei powoduje, za pomocą dźwigni, że magnes indukcyjny porusza się wewnątrz cewki w celu wytworzenia w nim siły elektromotorycznej.

Następnie z innego amerykańskiego opisu wynalazku za numerem US2015167639, pod tytułem „Układ magnetyczny do lewitacji turbiny wiatrowej”, znana jest turbina wiatrowa mająca jeden lub więcej magnesów do zmniejszania tarcia między wspornikiem turbiny i wirnikiem turbiny. Zmniejszenie tarcia między wirnikiem turbiny a wspornikiem turbiny pozwala na zwiększenie produkcji energii i skali turbin wiatrowych. Konfiguracja magnesu wykorzystuje pierścień cylindrycznie ukształtowanych magnesów na dnie i przeciwstawiony odpowiedniej liczbie magnesów o zasadniczo prostokątnym kształcie. Magnesy łożyskowe są również wykorzystywane do osiowej stabilizacji.

Na uwagę zasługuje także rozwiązanie według opisu wynalazku za numerem RO131137, pod tytułem „Generator wiatrowy hybrydowy z radialnym magnetycznym strumieniem i rotorem wewnętrznym”, które zawiera metalową obudowę, która jest izolowana termicznie i składa się z cylindrycznej korony i dwóch identycznych osłon bocznych. Wirniki posiadają jedną lub kilka par stałego magnesu zamontowanego na niektórych rdzeniach magnetycznych wykonanych z litej stali i przymocowanych do głównego wału turbiny wiatrowej. Pary magnesów trwałych są naprzemiennie spolaryzowane promieniowo, aby utworzyć heteropolarną strukturę magnetyczną na obwodzie każdego z dwóch wirników, podczas gdy nieruchoma część generatora zawiera klasyczny stojan z synchronicznym przepływem promieniowym zawierający rdzeń magnetyczny, wykonany z izolowanych warstw stali inżynieryjnej. Cewki indukowane są napięciem elektrotermicznym. Stojan ma postać rury ze stali magnetycznej, przez którą krąży płyn będący nośnikiem ciepła.

Następnie z opis wynalazku międzynarodowego WO2013046134 pod tytułem „Turbina kierunkowa” znane jest urządzenie do skutecznego zwiększania mocy wirnika w przepływie powietrza. W turbinie zastosowano wirnik umieszczony w pozycji pionowej, zamknięty w statycznym dyfuzorze w kształcie odwróconego skrzydła. Nieruchoma konstrukcja znajduje się pod wpływem dwóch połączonych strumieni, zwiększających energię wytwarzaną przez wirnik. Wirnik jest połączony z elementem transformacji energii mechanicznej zintegrowanej w strukturze, o aerodynamicznym kształcie odwróconego skrzydła. System nie ma mechanizmu orientacji z kierunkiem wiatru, ponieważ turbina jest wielokierunkowa i posiada tylko jeden ruchomy element, wirnik z łopatkami. Turbina może zawierać deflektor aerodynamiczny na krawędzi, w górnej części konstrukcji i jest podzielona na wiele elementów, jest powtarzalna i może się składać z co najmniej dwóch elementów aerodynamicznych. Wynalazek ma zastosowanie w produkcji energii z mikro-generatorów, jak również w dużych systemach elektroenergetycznych.

Elektrownie o pionowej osi obrotu są produktem przygotowanym dla specjalnych warunków i dla klientów, którym zależy głównie na zaletach tych elektrowni. Klienci ci muszą się liczyć z mniejszą wydajnością. W zamian za to mogą montować elektrownie bezpośrednio na budynku czy w najbliższym sąsiedztwie zabudowań jak również w miejscach, gdzie nie uzyskaliby zgody na postawienie klasycznej elektrowni. Oczywistym jest, że z powierzchni jaką posiada elektrownia o pionowej osi obrotu połowa (w praktyce nawet zaledwie 45%) pracuje na wytworzenie energii a druga połowa stanowi opór uniemożliwiający uzyskanie większej sprawności. Stąd wydajność takiej elektrowni jest na poziomie 40%. Moc uzyskiwana jest z energii wiatru, a ta jest liczona w trzeciej potędze prędkości. Energia jaką wytworzy generator jest wprost proporcjonalna do powierzchni łopat wirnika pomnożonej przez prędkość wiatru do trzeciej potęgi. Elektrownie wiatrowe VAWT posiadują dużą bezwładność, stąd porywy wiatru nie są w stanie zwiększyć chwilowej mocy wytwarzanej przez elektrownię. Nagłe porywy wiatru liczy się

PL 233 605 B1 do średniej pomiarowej prędkości, ale nie generują przyrostu mocy. Natomiast chwilowe zaniki wiatru powodują natychmiastowe wytracenie energii wirnika, który po prostu przyhamowuje. Stąd oczywistym musi być fakt, że w warunkach laboratoryjnych wynik pomiaru wytworzonej energii przy stałej prędkości wiatru będzie inny (wyższy) niż wynik pomiaru wytworzonej energii dla średniej prędkości wiatru w czasie pomiarów w środowisku naturalnym.

Rozwiązanie według wynalazku polepsza wydajność urządzenia, bowiem zastosowanie niezależnych wirników, przeciwbieżnych, zwielokrotnia ruch prądotwórczy i tym samym wydajność urządzenia. Ponadto rdzeń proszkowy cewek zwiększa ich indukcyjności, zarazem podnosząc sprawność prądnicy.

Generator wiatrowy, zamontowany do pionowej turbiny wiatrowej, o budowie cylindrycznej, wyposażonej, w osadzone na stojanie co najmniej dwa niezależne wirniki posiadające formowane, kątowe łopatki, oraz w kierunkowy statecznik i strumienicę, charakteryzuje się tym, że wirniki zaopatrzone są w przeciwbieżne dyski, wyposażone w magnesy. Dyski posiadają skierowane do siebie obwodowe zęby z trybami przymocowanymi do środkowego dysku. Środkowy dysk wyposażony jest w usytuowanie promieniście cewki. Korzystnie, dolny dysk z magnesami stanowi magneśnicę dolną, zaś górny dysk z magnesami stanowi magneśnicę górną.

Korzystnie, magnesy zamontowane są biegunowo przemiennie na dyskach, na planie okręgu tak, że magnesy dolnego dysku odpowiadają cewkom dysku środkowego i magnesom górnego dysku.

Korzystnie, dyski dolny, środkowy, górny zamontowane są osiowo, na stojanie w połowie wysokości wiatrowej turbiny.

Korzystnie, tryby są krawędziowo przymocowane do dysku.

Korzystnie, dyski dolny i górny przymocowane są trwale do przylegających do nich wirników. Korzystnie, dyski dolny i górny oddalone są od siebie w odległości równej średnicy trybów. Korzystnie, cewki posiadają rdzeń proszkowy.

Rozwiązanie wedle wynalazku pozwala na usprawnienie wydajności turbiny, zastosowanie zwielokrotnia ruch prądotwórczy, polepszając wydajność urządzenia.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym na Fig. 1 przedstawiono generator wiatrowy w widoku ogólnym, na Fig. 2 uwidoczniono dyski generatora wiatrowego w postaci złożonej, zaś na Fig. 3 zaprezentowano dyski generatora wiatrowego w postaci rozłożonej, na Fig. 4 przedstawiono dysk dolny z uwidocznionymi magnesami, natomiast na Fig. 5 zaprezentowano wirnik dolny z zamontowanym dyskiem dolnym.

Generator wiatrowy, jest zamontowany do pionowej turbiny wiatrowej, o budowie cylindrycznej, wyposażonej w osadzone na stojanie dwa niezależne wirniki 1, 1' posiadające formowane, kątowe łopatki, oraz w kierunkowy statecznik i strumienicę. Wirniki 1, 1' zaopatrzone są przeciwbieżne dyski 2, 3 wyposażone w magnesy 4. Dyski 2, 3 posiadają skierowane do siebie obwodowe zęby 5 trybami 8 przymocowanymi do środkowego dysku 6. Środkowy dysk 6 wyposażony jest w usytuowane promieniście cewki 7. Dolny dysk 2 z magnesami 4 stanowi magneśnicę dolną, zaś górny dysk 3 z magnesami 4 stanowi magneśnicę górną. Magnesy 4 zamontowane są biegunowo przemiennie na dyskach 2, 3 na planie okręgu tak, że magnesy dolnego dysku 2 odpowiadają cewkom 7 dysku środkowego 6 i magnesom górnego dysku 3. Dyski 2, 3, 6 zamontowane są osiowo na stojanie 9, w połowie wysokości wiatrowej turbiny. Tryby 8 są krawędziowo przymocowane do dysku 6. Dyski 2, 3 przymocowane są trwale do przylegających do nich wirników 1, 1'. Dyski 2, 3 oddalone są od siebie w odległości równej średnicy trybów 8. Cewki 7 posiadają rdzeń proszkowy.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Generator wiatrowy, zamontowany do pionowej turbiny wiatrowej, o budowie cylindrycznej, wyposażonej w osadzone na stojanie co najmniej dwa niezależne wirniki posiadające formowane, kątowe łopatki, oraz w kierunkowy statecznik i strumienicę, znamienny tym, że wirniki (1, 1') zaopatrzone są przeciwbieżne dyski (2, 3) wyposażone w magnesy (4), przy czym dyski (2, 3) posiadają skierowane do siebie obwodowe zęby (5) z co najmniej dwoma trybami (8) przymocowanymi do środkowego dysku (6), nadto środkowy dysk (6) wyposażony jest w usytuowanie promieniście cewki (7).
2. 2. Generator, według zastrz. 1, znamienny tym, że dolny dysk (2) z magnesami (4) stanowi magneśnicę dolną, zaś górny dysk (3) z magnesami (4) stanowi magneśnicę górną.

   PL 233 605 Β1
3. 3. Generator, według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że magnesy (4) zamontowane są biegunowo przemiennie na dyskach (2, 3) na planie okręgu tak, że magnesy dolnego dysku (2) odpowiadają cewkom (7) dysku środkowego (6) i magnesom górnego dysku (3).
4. 4. Generator, według zastrz. 1, znamienny tym, że dyski (2, 3, 6) zamontowane są osiowo na stojanie (9), w połowie wysokości wiatrowej turbiny (1).
5. 5. Generator, według zastrz. 1, znamienny tym, że tryby (8) są krawędziowo przymocowane do dysku (6).
6. 6. Generator, według zastrz. 1, znamienny tym, że dyski (2, 3) przymocowane są trwale do przylegających do nich wirników (1, 1').
7. 7. Generator, według zastrz. 1, znamienny tym, że dyski (2, 3) oddalone są od siebie w odległości równej średnicy trybów (8).
8. 8. Generator, według zastrz. 1, znamienny tym, że cewki (7) posiadają rdzeń proszkowy.