[go: up one dir, main page]

RU2845185C1 - Hybrid two-dimensional axial wind-solar generator - Google Patents

Hybrid two-dimensional axial wind-solar generator

Info

Publication number
RU2845185C1
RU2845185C1 RU2025100779A RU2025100779A RU2845185C1 RU 2845185 C1 RU2845185 C1 RU 2845185C1 RU 2025100779 A RU2025100779 A RU 2025100779A RU 2025100779 A RU2025100779 A RU 2025100779A RU 2845185 C1 RU2845185 C1 RU 2845185C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
axial
winding
main poles
brushes
armature
Prior art date
Application number
RU2025100779A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Попов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2845185C1 publication Critical patent/RU2845185C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: hybrid two-dimensional axial wind-solar generator includes axial anchor with winding and brush-and-collector device of DC machine and axial rotor, which have the possibility of free rotation relative to each other. AC generator winding is additionally laid in armature slots and its output is connected to AC network by means of three slip rings and three brushes. Wind turbine transmits torque via free-wheel clutch to armature shaft. On external surface of rotor base there are main poles fixed by means of material with high magnetic resistance axially to surface of armature, which are positioned radially relative to each other and made of permanent magnets. On external axial surface of main poles there fixed is yoke in the form of thin-wall disc made of material with low magnetic resistance. Armature winding is connected to DC source through brush-collector device, contact rings to brushes located on outer side of rotor base. Axis of brushes of brush-collector device is located perpendicular to axis of main poles. A free-wheel clutch connecting the end shield to the rotor base is located on the end shield. DC source connection polarity is coordinated so that torques created by the wind turbine and the armature winding from the main poles coincide in direction.
EFFECT: increased quantity, uniformity of three-phase alternating current supply, increased reliability and stability of power system operation.
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока с возможностью работы как отдельно от каждого источника, так и совместно.The invention relates to electrical engineering and can be used as an electromechanical converter of mechanical energy supplied to one (mechanical) input of a machine and direct current electrical energy supplied to its other input (electrical) into total alternating current electrical energy with the ability to operate both separately from each source and jointly.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату и принятым автором за прототип является двухмерная аксиальная электрическая машина-генератор (патент РФ № 2349014, 2009 г.).The closest to the claimed invention in terms of technical essence and achievable technical result and adopted by the author as a prototype is a two-dimensional axial electric machine-generator (RU Patent No. 2349014, 2009).

Двухмерная аксиальная электрическая машина-генератор, содержащая якорь с обмоткой и щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока и ротор с короткозамкнутой обмоткой по типу беличьей клетки, имеющие возможность свободно вращаться относительно друг друга, при этом ротор и якорь выполнены аксиальными, а в пазах якоря дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока, выход которой с помощью трех контактных колец и трех щеток соединен с сетью переменного тока.A two-dimensional axial electric machine-generator containing an anchor with a winding and a brush-collector apparatus of a direct current machine and a rotor with a short-circuited winding of the squirrel cage type, having the ability to rotate freely relative to each other, wherein the rotor and anchor are made axial, and in the anchor slots an alternating current generator winding is additionally laid, the output of which is connected to the alternating current network using three contact rings and three brushes.

Принцип работы основан на суммировании и преобразовании механической энергии (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, энергии Солнца, поступающей от фотоэлектрических преобразователей) в электрическую энергию трехфазного (или более) переменного тока с более стабильными параметрами электрической энергии на выходе, чем в случае применения традиционных электромеханических преобразователей энергии.The operating principle is based on the summation and conversion of mechanical energy (for example, wind energy) and direct current electrical energy (for example, solar energy coming from photovoltaic converters) into three-phase (or more) alternating current electrical energy with more stable parameters of electrical energy at the output than in the case of using traditional electromechanical energy converters.

Положительными качествами данной конструкции являются: низкий расход электротехнической стали, который уменьшает себестоимость изготовления; упрощение технологии изготовления из-за упрощения выполнения обмоточных работ в аксиальном магнитопроводе.The positive qualities of this design are: low consumption of electrical steel, which reduces the cost of production; simplification of the manufacturing technology due to the simplification of winding work in the axial magnetic circuit.

Однако данная конструкция электромеханического преобразователя энергии может работать только тогда, когда имеется сразу два возобновляемых источника энергии (ВИЭ) (например, Солнца и ветра с присущими им особенностями - неравномерным, стохастическим и в основе своей несовпадающим характером поступления энергии), что увеличивает неравномерность поступления энергии и, тем самым, уменьшает эффективность использования ВИЭ, резко ограничивает область применения данной машины и понижает надежность и стабильность работы энергосистемы.However, this design of an electromechanical energy converter can only operate when there are two renewable energy sources (RES) at once (for example, the sun and wind with their inherent features - uneven, stochastic and basically non-coinciding nature of energy supply), which increases the unevenness of energy supply and, thus, reduces the efficiency of using RES, sharply limits the scope of application of this machine and reduces the reliability and stability of the power system.

Заявляемое изобретение решает задачу расширения области применения, получения энергии как отдельно от каждого возобновляемого источника, так и совместно с последующим суммированием и преобразованием в электрическую энергию трехфазного переменного тока с более стабильными параметрами электрической энергии на выходе.The claimed invention solves the problem of expanding the scope of application, obtaining energy both separately from each renewable source and together with subsequent summation and conversion into electrical energy of three-phase alternating current with more stable parameters of electrical energy at the output.

Технический результат заключается в увеличении количества, равномерности поступления электрической энергии трехфазного переменного тока, повышении надежности и стабильности работы энергосистемы.The technical result consists in increasing the quantity and uniformity of the supply of three-phase alternating current electric energy, and increasing the reliability and stability of the power system.

Технический результат достигается тем, что в гибридном двухмерном аксиальном ветро-солнечном генераторе, содержащем аксиальный якорь с обмоткой и щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока и аксиальный ротор, имеющих возможность свободно вращаться относительно друг друга, а в пазах якоря дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока, выход которой с помощью трех контактных колец и трех щеток соединен с сетью переменного тока, при этом ветротурбина передает вращающий момент через обгонную муфту к валу якоря, на внешней поверхности основания ротора закреплены, при помощи материала с высоким магнитным сопротивлением, аксиально к поверхности якоря главные полюса, которые позиционируются радиально друг относительно друга и изготовлены из постоянных магнитов, на внешней аксиальной поверхности главных полюсов закреплено ярмо в форме тонкостенного диска из материала с малым магнитным сопротивлением, обмотка якоря соединена с источником постоянного тока через щеточно-коллекторный аппарат, контактные кольца к щеткам, расположенным на внешней стороне основания ротора, причем ось щеткок щеточно-коллекторного аппарата, расположены перпендикулярно к оси главных полюсов, одновременно с этим на подшипниковом щите расположена обгонная муфта, соединяющая подшипниковый щит с основанием ротора, а полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые ветротурбиной обмоткой якоря от главных полюсов, совпадали по направлению.The technical result is achieved in that in a hybrid two-dimensional axial wind-solar generator containing an axial anchor with a winding and a brush-collector apparatus of a direct current machine and an axial rotor, having the ability to rotate freely relative to each other, and in the anchor slots an alternating current generator winding is additionally laid, the output of which is connected to the alternating current network using three contact rings and three brushes, wherein the wind turbine transmits torque through an overrunning clutch to the anchor shaft, on the outer surface of the rotor base the main poles are fixed, using a material with high magnetic resistance, axially to the surface of the anchor, which are positioned radially relative to each other and are made of permanent magnets, on the outer axial surface of the main poles a yoke in the form of a thin-walled disk made of a material with low magnetic resistance is fixed, the anchor winding is connected to a direct current source via a brush-collector apparatus, contact rings to brushes located on the outer side of the base rotor, wherein the axis of the brushes of the brush-collector apparatus is located perpendicular to the axis of the main poles, at the same time, an overrunning clutch is located on the bearing shield, connecting the bearing shield to the base of the rotor, and the polarity of the connection of the direct current source is matched in such a way that the torques created by the wind turbine armature winding from the main poles coincide in direction.

Возможность использования одного возобновляемого источника энергии, например, только от ветротурбины или только от источника электрической энергии, поступающей от фотоэлектрических преобразователей или от энергии аккумуляторных батарей, отдельно и совместно с последующим суммированием и преобразованием в электрическую энергию трехфазного переменного тока ведет к расширению области применения электромеханического преобразователя, увеличению количества и равномерности поступления энергии трехфазного переменного тока, повышению надежности и стабильности работы энергосистемы.The possibility of using one renewable energy source, for example, only from a wind turbine or only from a source of electrical energy coming from photovoltaic converters or from the energy of storage batteries, separately and together with subsequent summation and conversion into electrical energy of three-phase alternating current leads to an expansion of the scope of application of the electromechanical converter, an increase in the amount and uniformity of the supply of three-phase alternating current energy, and an increase in the reliability and stability of the power system.

Это осуществляется за счет конструктивных особенностей гибридного двухмерного аксиального ветро-солнечного генератора, которые позволяют энергии поступать как совместно, так и раздельно с двух сторон: от источника механической энергии и (или) со стороны источника постоянного тока в виде вращающего момента на ротор с главными полюсами.This is achieved through the design features of the hybrid two-dimensional axial wind-solar generator, which allow energy to flow both jointly and separately from two sides: from a source of mechanical energy and/or from a source of direct current in the form of torque on the rotor with the main poles.

Сущность устройства поясняется чертежами.The essence of the device is explained by drawings.

На фиг. 1 изображен в разрезе главный вид гибридного двухмерного аксиального ветро-солнечного генератора (ГДАВ-СГ).Fig. 1 shows a sectional view of the main view of a hybrid two-dimensional axial wind-solar generator (HDAW-SG).

На фиг. 2 изображен в разрезе главный вид ГДАВ-СГ при повороте ротора на 90 градусов.Fig. 2 shows a sectional view of the main view of the GDAV-SG with the rotor rotated by 90 degrees.

На фиг. 3 показан поперечный разрез А-А ГДАВ-СГ.Fig. 3 shows a cross-section A-A of the GDAV-SG.

На фиг. 4 показан поперечный разрез А-А ГДАВ-СГ для описания принципа ее работы.Fig. 4 shows a cross-section A-A of the GDAV-SG to describe its operating principle.

На фиг. 5 показан поперечный разрез А-А ГДАВ-СГ для описания принципа ее работы.Fig. 5 shows a cross-section A-A of the GDAV-SG to describe its operating principle.

ГДАВ-СГ содержит аксиальный якорь 1 с обмоткой 2, уложенной в пазах 3, коллектор 4, щетки 5 (фиг. 1). Коллектор 4 совместно с щетками 5 образуют щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока. Через провода 6, щетки 5 соединены с контактными кольцами 7, щетками 8 и с источником постоянного тока.The GDAV-SG contains an axial anchor 1 with a winding 2 placed in slots 3, a collector 4, and brushes 5 (Fig. 1). The collector 4 together with the brushes 5 form a brush-collector apparatus of a direct current machine. Through wires 6, the brushes 5 are connected to contact rings 7, brushes 8, and to a direct current source.

Вал 9 аксиального якоря 1 позиционируется в подшипниковых щитах 10,11 при помощи подшипников 12, 13 (фиг. 1, фиг. 2).The shaft 9 of the axial anchor 1 is positioned in the bearing shields 10,11 using bearings 12, 13 (Fig. 1, Fig. 2).

В пазах 3 аксиального якоря 1 дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока 14, выход которой с помощью трех контактных колец 15 и трех щеток 16 соединен с сетью переменного тока, с целью передачи выработанной электроэнергии потребителям.In the slots 3 of the axial anchor 1, an alternating current generator winding 14 is additionally placed, the output of which is connected to the alternating current network using three contact rings 15 and three brushes 16, for the purpose of transmitting the generated electrical energy to consumers.

Основание ротора 17 имеет большое магнитное сопротивление.The base of the rotor 17 has a high magnetic resistance.

На внешней поверхности основания ротора 17 закреплены и расположены аксиально к поверхности аксиального якоря 1 главные полюса 18,19, которые позиционируются радиально друг относительно друга и изготовлены из постоянных магнитов (фиг.2, фиг. 3).On the outer surface of the rotor base 17, main poles 18,19 are fixed and located axially to the surface of the axial anchor 1, which are positioned radially relative to each other and are made of permanent magnets (Fig. 2, Fig. 3).

На внешней аксиальной поверхности главных полюсов 18,19 закреплено ярмо 20 в форме тонкостенного диска из материала с малым магнитным сопротивлением (фиг.2).On the outer axial surface of the main poles 18,19, a yoke 20 is fixed in the form of a thin-walled disk made of a material with low magnetic resistance (Fig. 2).

Контактные кольца 7 со щетками 8 расположены на внешней стороне основания ротора 17.Contact rings 7 with brushes 8 are located on the outer side of the rotor base 17.

Ось щеток 5 щеточно-коллекторного аппарата расположена перпендикулярно к оси главных полюсов 18, 19 (фиг. 3).The axis of the brushes 5 of the brush-collector apparatus is located perpendicular to the axis of the main poles 18, 19 (Fig. 3).

На подшипниковом щите 11 расположена обгонная муфта 21, соединяющая подшипниковый щит 11 с основанием ротора 17, при этом полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые источником механической энергии и обмоткой якоря 2 от главных полюсов 18, 19 совпадали по направлению.On the bearing shield 11 there is an overrunning clutch 21, connecting the bearing shield 11 with the base of the rotor 17, while the polarity of the connection of the direct current source is coordinated in such a way that the torques created by the source of mechanical energy and the winding of the armature 2 from the main poles 18, 19 coincide in direction.

Аксиальный якорь 1 закреплен на валу 9, при этом между аксиальным якорем 1 и главными полюсами 18, 19 имеется рабочий воздушный зазор 22. Наличие рабочего воздушного зазора 22 позволяет свободно вращаться относительно главных полюсов 18, 19 аксиальному якорю 1 совместно с обмоткой 2 и генераторной обмоткой переменного тока 14, уложенными в пазах 3.The axial anchor 1 is secured on the shaft 9, and between the axial anchor 1 and the main poles 18, 19 there is a working air gap 22. The presence of the working air gap 22 allows the axial anchor 1 to rotate freely relative to the main poles 18, 19 together with the winding 2 and the alternating current generator winding 14, placed in the slots 3.

Основной магнитный поток Ф, создаваемый индуктором, состоящим из главных полюсов 18, 19, проходит от главного полюса 18 через рабочий воздушный зазор 22, аксиальный якорь 1, рабочий воздушный зазор 22 к главному полюсу 19 и от него через ярмо 20 замыкается на главном полюсе 18 (фиг. 2).The main magnetic flux Ф, created by the inductor, consisting of the main poles 18, 19, passes from the main pole 18 through the working air gap 22, the axial anchor 1, the working air gap 22 to the main pole 19 and from it through the yoke 20 closes on the main pole 18 (Fig. 2).

Вал 9 аксиального якоря 1 позиционируется в подшипниковых щитах 10,11 при помощи подшипников 12,13 и ветротурбина передает вращающий момент через обгонную муфту 23, вал 9 к аксиальному якорю 1 (фиг. 1, фиг. 2).The shaft 9 of the axial anchor 1 is positioned in the bearing shields 10,11 using bearings 12,13 and the wind turbine transmits torque through the overrunning clutch 23, shaft 9 to the axial anchor 1 (Fig. 1, Fig. 2).

Необходимо отметить, что в данном случае приведен простейший случай машины с одной парой главных полюсов 18, 19 и щеток 5. Конструкция ГДАВ-СГ позволяет кратно увеличить количество главных полюсов 18, 19 (при чередующейся полярности полюсов) с щетками 5.It should be noted that in this case we have the simplest case of a machine with one pair of main poles 18, 19 and brushes 5. The design of the GDAV-SG allows for a multiple increase in the number of main poles 18, 19 (with alternating polarity of the poles) with brushes 5.

ГДАВ-СГ имеет две вращающиеся части и две степени свободы, является гибридной и сочетание элементов в данной конструкции позволяет использовать принцип многофункциональной работы узлов.The GDAV-SG has two rotating parts and two degrees of freedom, is a hybrid and the combination of elements in this design allows the use of the principle of multifunctional operation of the units.

Гибридный двухмерный аксиальный ветро-солнечный генератор работает следующим образом.The hybrid two-dimensional axial wind-solar generator works as follows.

При отсутствии энергии ветра, но наличии электрической энергии постоянного тока обгонная муфта 23 отсоединяет ГДАВ-СГ от ветротурбины для того чтобы не затрачивать дополнительную энергию на раскручивание лопастей ветротурбины в обратном направлении.In the absence of wind energy, but the presence of direct current electric energy, the overrunning clutch 23 disconnects the GDAV-SG from the wind turbine in order to avoid wasting additional energy on spinning the wind turbine blades in the opposite direction.

Постоянное напряжение от фотоэлектрических преобразователей или аккумуляторной батареи через щетки 8, контактные кольца 7, расположенные на внешней стороне основания ротора 17, провода 6, щетки 5, коллектор 4 подается на обмотку 2 аксиального якоря 1. Так как электрическая цепь замкнута, по ней потечет постоянный ток.Direct voltage from photoelectric converters or a battery through brushes 8, contact rings 7 located on the outer side of the rotor base 17, wires 6, brushes 5, collector 4 is fed to winding 2 of axial anchor 1. Since the electrical circuit is closed, direct current will flow through it.

Главные полюса 18, 19, создают основной магнитный поток Ф, который проходит от главного полюса 18 через рабочие воздушные зазоры 22, аксиальный якорь 1 и от него через ярмо 20 замыкается на главном полюсе 19.The main poles 18, 19 create the main magnetic flux Ф, which passes from the main pole 18 through the working air gaps 22, the axial anchor 1 and from it through the yoke 20 closes on the main pole 19.

При этом на проводники обмотки 2, уложенной в пазах 3 аксиального якоря 1 будут действовать электромагнитные силы, величина которых находится из соотношения (Вольдек А.И. Электрические машины. - Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп.: «Энергия», 1974. - 840 с., стр. 30):In this case, electromagnetic forces will act on the conductors of winding 2, laid in slots 3 of axial anchor 1, the magnitude of which is found from the ratio (Voldek A.I. Electrical machines. - Textbook for students of higher technical educational institutions. 2nd edition, revised and supplemented: "Energy", 1974. - 840 p., p. 30):

Fпр=BlIa, (1) Fpr=BlIa, (1)

где - величина магнитной индукции;Where - the value of magnetic induction;

- ток, протекающий по проводнику обмотки якоря; - current flowing through the armature winding conductor;

- активная длина магнитопровода якоря. - active length of the anchor magnetic circuit.

Такое же по величине, но противоположное по направлению усилие будет действовать на главные полюса 18, 19. Вал 9 аксиального якоря 1 с обмоткой 2 и главные полюса 18,19 придут во вращение в противоположных направлениях под воздействием электромагнитного момента, создаваемого электромагнитными силами, в подшипниковых щитах 10,11 на подшипниках 12,13 (фиг. 4).A force of the same magnitude but opposite in direction will act on the main poles 18, 19. The shaft 9 of the axial anchor 1 with the winding 2 and the main poles 18,19 will begin to rotate in opposite directions under the influence of the electromagnetic moment created by the electromagnetic forces in the bearing shields 10,11 on the bearings 12,13 (Fig. 4).

Так как основной магнитный поток Ф пересекает аксиальный якорь 1, в пазах 3 которого дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока 14, то по закону электромагнитной индукции в ней будет наводиться ЭДС:Since the main magnetic flux Ф crosses the axial anchor 1, in the slots 3 of which the alternating current generator winding 14 is additionally laid, then according to the law of electromagnetic induction, an EMF will be induced in it:

, (2) , (2)

где - скорость изменения магнитного потока;Where - rate of change of magnetic flux;

- число витков генераторной обмотки переменного тока 14. - number of turns of the alternating current generator winding 14.

Если подключить электрическую нагрузку к сети переменного тока, то электрическая цепь через три щетки 16, три контактные кольца 15, обмотку переменного тока 14 будет замкнута и в ней возникнет переменный ток.If you connect an electrical load to an alternating current network, the electrical circuit through three brushes 16, three contact rings 15, and an alternating current winding 14 will be closed and alternating current will arise in it.

При наличии энергии ветра, но отсутствии электрической энергии постоянного тока ветротурбина, через обгонную муфту 23 вращает вал 9 аксиального якоря 1, при этом главные полюса 18, 19 становятся ведомыми по отношению к аксиальному якорю 1 и обгонная муфта 21 соединяет подшипниковый щит 11 с основанием ротора 17 и главные полюса 18, 19 фиксируются неподвижно по отношению к подшипниковому щиту 11 (фиг.5).In the presence of wind energy, but in the absence of direct current electric energy, the wind turbine, through the overrunning clutch 23, rotates the shaft 9 of the axial anchor 1, whereby the main poles 18, 19 become driven with respect to the axial anchor 1 and the overrunning clutch 21 connects the bearing shield 11 with the base of the rotor 17 and the main poles 18, 19 are fixed motionless with respect to the bearing shield 11 (Fig. 5).

Так как основной магнитный поток Ф пересекает аксиальный якорь 1, в пазах 3 которого дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока 14, то по закону электромагнитной индукции в ней будет наводиться ЭДС, величина которой определяется по формуле 2.Since the main magnetic flux Ф crosses the axial anchor 1, in the slots 3 of which the alternating current generator winding 14 is additionally laid, then according to the law of electromagnetic induction, an EMF will be induced in it, the value of which is determined by formula 2.

Если подключить электрическую нагрузку к сети переменного тока, то электрическая цепь через три щетки 16, три контактные кольца 15, обмотку переменного тока 14 будет замкнута и в ней возникнет переменный ток.If you connect an electrical load to an alternating current network, the electrical circuit through three brushes 16, three contact rings 15, and an alternating current winding 14 will be closed and alternating current will arise in it.

При наличии энергии ветра и электрической энергии постоянного тока постоянное напряжение от фотоэлектрических преобразователей или аккумуляторной батареи через, щетки 8, контактные кольца 7, расположенные на внешней стороне основания ротора 17, провода 6, щетки 5, коллектор 4 подается на обмотку 2 аксиального якоря 1. Так как электрическая цепь замкнута, по ней потечет постоянный токIn the presence of wind energy and direct current electric energy, direct voltage from photovoltaic converters or a battery through brushes 8, contact rings 7 located on the outer side of the base of the rotor 17, wires 6, brushes 5, collector 4 is supplied to winding 2 of the axial anchor 1. Since the electric circuit is closed, direct current will flow through it

Главные полюса 18, 19, создают основной магнитный поток Ф, который проходит от главного полюса 18 через рабочие воздушные зазоры 22, аксиальный якорь 1 и от него через ярмо 20 замыкается на главном полюсе 19.The main poles 18, 19 create the main magnetic flux Ф, which passes from the main pole 18 through the working air gaps 22, the axial anchor 1 and from it through the yoke 20 closes on the main pole 19.

При этом на проводники обмотки 2, уложенной в пазах 3 аксиального якоря 1 будут действовать электромагнитные силы, величина которых находится по формуле 1. Такое же по величине, но противоположное по направлению усилие будет действовать на главные полюса 18, 19.In this case, electromagnetic forces will act on the conductors of winding 2, laid in the slots 3 of axial anchor 1, the magnitude of which is determined by formula 1. A force of the same magnitude, but opposite in direction, will act on the main poles 18, 19.

Вал 9 аксиального якоря 1 с обмоткой 2 и главные полюса 18,19 придут во вращение в противоположных направлениях под воздействием электромагнитного момента, создаваемого электромагнитными силами, на подшипниках 12, 13.The shaft 9 of the axial anchor 1 with the winding 2 and the main poles 18,19 will begin to rotate in opposite directions under the influence of the electromagnetic moment created by electromagnetic forces on the bearings 12, 13.

При этом полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые ветротурбиной и обмоткой 2 аксиального якоря 1 от главных полюсов 18, 19, совпадали по направлению, что позволяет передавать энергию (в виде дополнительного вращающегося момента) от ветротурбины к аксиальному якорю 1, суммируя энергию ВИЭ.In this case, the polarity of the connection of the direct current source is coordinated in such a way that the torques created by the wind turbine and winding 2 of the axial anchor 1 from the main poles 18, 19 coincide in direction, which makes it possible to transfer energy (in the form of additional torque) from the wind turbine to the axial anchor 1, summing up the energy of the renewable energy source.

Так как основной магнитный поток Ф пересекает аксиальный якорь 1, в пазах 3 которого дополнительно уложена обмотка переменного тока 14, то по закону электромагнитной индукции в ней будет наводиться ЭДС по формуле 2.Since the main magnetic flux Ф crosses the axial anchor 1, in the slots 3 of which the alternating current winding 14 is additionally laid, then according to the law of electromagnetic induction, an EMF will be induced in it according to formula 2.

Если подключить электрическую нагрузку к сети переменного тока, то электрическая цепь через три щетки 16, три контактных кольца 15, обмотку переменного тока 14 будет замкнута и в ней возникнет переменный ток.If you connect an electrical load to an alternating current network, the electrical circuit through three brushes 16, three contact rings 15, and an alternating current winding 14 will be closed and alternating current will arise in it.

Claims (1)

Гибридный двухмерный аксиальный ветро-солнечный генератор, содержащий аксиальный якорь с обмоткой и щеточно-коллекторный аппарат машины постоянного тока и аксиальный ротор, имеющие возможность свободно вращаться относительно друг друга, а в пазах якоря дополнительно уложена генераторная обмотка переменного тока, выход которой с помощью трех контактных колец и трех щеток соединен с сетью переменного тока, отличающаяся тем, что ветротурбина передает вращающий момент через обгонную муфту к валу якоря, на внешней поверхности основания ротора закреплены при помощи материала с высоким магнитным сопротивлением аксиально к поверхности якоря главные полюса, которые позиционируются радиально относительно друг друга и изготовлены из постоянных магнитов, на внешней аксиальной поверхности главных полюсов закреплено ярмо в форме тонкостенного диска из материала с малым магнитным сопротивлением, обмотка якоря соединена с источником постоянного тока через щеточно-коллекторный аппарат, контактные кольца к щеткам, расположенным на внешней стороне основания ротора, причем ось щеток щеточно-коллекторного аппарата расположена перпендикулярно к оси главных полюсов, одновременно с этим на подшипниковом щите расположена обгонная муфта, соединяющая подшипниковый щит с основанием ротора, а полярность подключения источника постоянного тока согласована таким образом, чтобы вращающие моменты, создаваемые ветротурбиной и обмоткой якоря от главных полюсов, совпадали по направлению. A hybrid two-dimensional axial wind-solar generator comprising an axial anchor with a winding and a brush-collector apparatus of a direct current machine and an axial rotor, which are capable of freely rotating relative to each other, and an alternating current generator winding is additionally placed in the anchor slots, the output of which is connected to an alternating current network using three contact rings and three brushes, characterized in that the wind turbine transmits torque through an overrunning clutch to the armature shaft, on the outer surface of the rotor base, main poles are fixed axially to the armature surface using a material with high magnetic resistance, which are positioned radially relative to each other and are made of permanent magnets, a yoke in the form of a thin-walled disk made of a material with low magnetic resistance is fixed on the outer axial surface of the main poles, the armature winding is connected to a source of direct current through a brush-collector apparatus, slip rings to the brushes located on the outer side of the rotor base, wherein the axis of the brushes of the brush-collector apparatus is located perpendicular to the axis of the main poles, at the same time, an overrunning clutch is located on the bearing shield, connecting the bearing shield to the rotor base, and the polarity of the connection of the direct current source is matched in such a way that the torques created by the wind turbine and the armature winding from the main poles coincide in direction.
RU2025100779A 2025-01-17 Hybrid two-dimensional axial wind-solar generator RU2845185C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2845185C1 true RU2845185C1 (en) 2025-08-14

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075564A (en) * 1989-12-19 1991-12-24 Hickey John J Combined solar and wind powered generator with spiral surface pattern
RU2349014C1 (en) * 2007-07-02 2009-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Two-dimensional axial electric machine-generator
RU2629017C1 (en) * 2016-11-15 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Hybrid axial electric machine-generator
RU2633376C1 (en) * 2016-11-15 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Hybrid axial wind-solar generator
RU215201U1 (en) * 2022-08-11 2022-12-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") STABILIZED HYBRID AXIAL ELECTRIC MACHINE-GENERATOR

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5075564A (en) * 1989-12-19 1991-12-24 Hickey John J Combined solar and wind powered generator with spiral surface pattern
RU2349014C1 (en) * 2007-07-02 2009-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Two-dimensional axial electric machine-generator
RU2629017C1 (en) * 2016-11-15 2017-08-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Hybrid axial electric machine-generator
RU2633376C1 (en) * 2016-11-15 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Hybrid axial wind-solar generator
RU215201U1 (en) * 2022-08-11 2022-12-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") STABILIZED HYBRID AXIAL ELECTRIC MACHINE-GENERATOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2349014C1 (en) Two-dimensional axial electric machine-generator
US8461730B2 (en) Radial flux permanent magnet alternator with dielectric stator block
CN101615829B (en) Stator-free double-rotor reverse rotating generator
CN117639418A (en) Mixed excitation axial brushless motor and power generation method thereof
JP5967745B2 (en) Power generation system using renewable natural energy
RU2845185C1 (en) Hybrid two-dimensional axial wind-solar generator
RU2841027C1 (en) Two-dimensional hybrid axial wind-solar generator
RU2643522C1 (en) Hybrid wind-solar generator
RU2845199C1 (en) Two-dimensional hybrid axial electric generator machine
RU2633377C1 (en) Hybrid electric machine-generator
RU2845198C1 (en) Two-dimensional axial electric generator machine
RU2847027C1 (en) Hybrid two-dimensional axial electric machine-generator
RU2840791C1 (en) Two-dimensional electric machine-generator
RU2840897C1 (en) Hybrid two-dimensional wind-solar generator
RU2840792C1 (en) Two-dimensional hybrid wind-solar generator
RU2840793C1 (en) Hybrid two-dimensional electric machine-generator
RU2843684C1 (en) Two-dimensional hybrid electric machine-generator
RU2629017C1 (en) Hybrid axial electric machine-generator
Vining et al. Experimental evaluation of a doubly-fed linear generator for ocean wave energy applications
RU2332775C1 (en) Two-dimensional electrical machine-generator
RU2833664C1 (en) Hybrid electric machine-generator
KR101062154B1 (en) generator
RU2831605C1 (en) Hybrid axial electric machine-generator
CN106899158B (en) A four-phase electric excitation motor for an electric vehicle
RU2633376C1 (en) Hybrid axial wind-solar generator