Elektrický generátor

Číslo patentu: E 18423

Dátum: 30.11.2011

Autor: Bertotto Ezio

Je ešte 5 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Tento vynález sa všeobecne uplatňuje v oblasti elektrických strojov a konkrétne sa týka generátora elektrickej energie napájaného externým zdrojom pohybovej energie, konkrétne obnoviteľného typu, ako je zdroj veternej energie.0002 O generátoroch je známe, že obsahujú rotačný elektrický stroj, ktorý má stator a rotor pripojený na hnací hriadel, ktorý je poháňaný externým zdrojom energie, napríklad zdrojom alternatívnej energie, akoje zdroj veternej energie, alebo zdroj hydraulickej alebo chemickej energie.0003 Ďalej generátor obsahuje riadiaci prostriedok na nastavenie elektrických a dynamických parametrov elektrického stroja a elektrický pripojovací prostriedok pre privádzanie elektrickej energie do napájacej siete, alebo do ukladacieho prostriedku energie, ako sú elektrické akumulátory.0004 Konkrétny typ elektrického generátora obsahuje asynchrónny elektrický stroj s dvojitým napájaním, v ktorom je stator pripojený na externú elektrickú sieť a rotor je elektricky pripojený na prostriedok pre nastavovanie s ním súvisiaceho magnetického poľa.0005 Riadiaci prostriedok môže nastavovať rýchlosť otáčania rotora a udržiavať ju na vopred určenej hodnote tak, že elektrická energia, privádzaná do siete, má v podstate konštantný vopred určený výkon.0006 Všeobecne elektrický rotačný stroj v generátore s dvojitým napájaním je asynchrónny elektrický stroj používaný ako generátor.0007 Zatial čo tento druh elektrického stroja má robustnú konštrukciu a je zvlášť výhodný vzhľadom na náklady. stále trpí určitými nedostatkami.0008 Prvým nedostatkom je, že asynchrónne stroje majú podstatne veľké rozmery a veľké hmotnosti, hlavne keď súvisia so stredne až vysoko výkonovými elektrickými generátormi, napríklad generátormi 500 kW, 0009 Ďalším nedostatkom je, že tieto stroje majú nie zanedbateIné elektrické straty, ktoré značne znižujú účinnosť generátora.0010 Pri pokuse najmenej čiastočne oblsť tieto nedostatky sa vyvinuli elektrické generátory. ktoré využívajú rotačné elektrické stroje s permanentnými magnetmi. Na rozdiel od predchádzajúcej konfigurácie, elektricky riadiaci prostriedok týchto generátorov obsahuje prvé elektrické pripojenie na vinutia statora a druhé elektrické pripojenie na externú sieť, 0011 Ako celok generátory s elektrickými strojmi s permanentnými magnetmi poskytujú výhody v porovnani s asynchrónnymi generátormi, ako nižšie magnetické straty a menšie rozmery a hmotnosti.0012 Napriek tomu stroje s permanentnými magnetmi majú vyššie náklady než asynchrónne stroje s dvojitým napájaním.0013 Ďalej, pri strojoch s permanentnými magnetmi privádzaný elektrický výkon rastie v podstate Iineárne s narastajúcou njchlosťou otáčania rotora, 0014 Podobne pre privádzaný výkon, ktorý sa má udržiavať na v podstate konštantnej hodnote, sa stroj musí defluxovať, t.j. magnetický tok v ňom sa musí znížiť, keď sa mení rýchlosť otáčania elektrického stroja.0015 Na tento účel riadiaci prostriedok funguje na stroji privádzaním elektrického prúdu, ktorý má taký smer, aby generoval magnetický tok proti toku generovanému permanentnými magnetmi.0016 Zvláštnym nedostatok tohto riešenia je pri konkrétnych prevádzkových podmienkach, že defluxovací (odmagnetizovávací) prúd môže mat vysokú hodnotu a vyžaduje si predimenzovaný riadiaci prostriedok.0017 Ďalej, v konkrétnych prechodových stavoch defluxovanie môže spôsobiť vyššie elektrické straty v zvinutí elektrického stroja kvôli Joulovmu efektu.-2 0018 Sú známe elektrické generátory, ktoré využívajú synchrónne elektrické stroje. Napríklad EPO 156 606 uvádza generátor, ktorý obsahuje synchrónny reluktančný elektrický stroj, ktorý má lamino-vaný rotor.0019 .JP 2008 48584 taktiež opisuje súvisiaci generátor.0020 Napriek tomu tieto stroje, podľa doterajšieho stavu techniky, majú veľmi nízku elektrickú účinnosť a taktiež sa vyznačujú vysokým pulzáciou (zvlnením) točivého momentu, OPIS VYNÁLEZU0021 Hlavným cieľom tohto vynálezu je prekonať vyššie uvedené nedostatky poskytnutím generátora, ktorý je vysoko účinný a relatívne nàkladovo efektívny.0022 Konkrétnym cieľom je poskytnúť generátor, obsahujúci rotačný elektrický stroj, ktorý má konkrétne vysoké charakteristiky a nizke elektrické straty.0023 Ďalším konkrétnym objektom je poskytnúť generátor, ktorého náklady sú podstatne nižšie než náklady konvenčného generátora s rotačným elektrickým strojom, ktorý má permanentné magnety.0024 Ďalším konkrétnym cieľom je poskytnúť generátor, ktorý má menšiu veľkosť a hmotnosť aj pre stredne až vysoko výkonové aplikácie.0025 Ďalším konkrétnym cieľom vynálezu je poskytnúť generátor, ktorý využíva nie predimenzovaný elektrický stroj.0026 Ešte ďalším konkrétnym cieľom vynálezu je poskytnúť generátor, ktorý má elektrický nastavovací prostriedok s nižšími elektrickými a výkonovými špecifikáciami než elektrický nastavovací prostriedok generátorov, obsahujúcich rotačné elektrické stroje s permanentnými magnetmi.0027 Ďalším dôležitým konkrétnym cieľom vynálezu je poskytnúť generátor, ktorý má riadiaci prostriedok s nižšími rozmermi a hmotnosťou v porovnani s elektrickým nastavovacim prostriedkom generátorov, obsahujúcich rotačné elektrické stroje s permanentnými magnetmi.0028 Tieto a ďalšie ciele, ako je lepšie vysvetlené nižšie, splnil elektrický generátor definovaný v nároku 1, obsahujúci hnací hriadeľ s pozdlžnou osou skonštruovaný tak, aby bol pripojený na externý energetický zdroj, ktorý má vopred určený točivý moment, synchrónny reluktančný rotačný elektrický stroj, ktorý má stator a priečne laminovaný rotor a hnaný hriadeľ funkčne pripojený na uvedený hnací hriadeľ na generovanie elektrickej energie s pulzáciou točivého momentu vopred určenej amplitúdy počas prevádzky, elektrický pripojovaci prostriedok pre privádzanie elektrickej energie do siete generovanej elektrickým strojom a riadiaci prostriedok určený na nastavenie elektrických a dynamických parametrov elektrického stroja, 0029 Generátor sa vyznačuje tým, že stator má párny počet pozdĺžnych drážok každého páru pólov, rotor má množstvo pozdĺžnych štrbín, definujúcich párny počet magnetický ekvivalentných štrbln, pričom počet drážok sa líši od počtu ekvivalentných štrbín vynásobených celým číslom, pričom rozdiel medzi počtom drážok a počtom ekvivalentných štrbín je iný než nula, 2 a -2.0030 Generátor sa ďalej vyznačuje dodatočnými znakmi podľa nároku 1.0031 Pri tejto konkrétnej konfigurácii možno poskytnúť generátor, ktorý má zvlášť vysoké elektrické charakteristiky napriek používania svojho menšieho riadiaceho prostriedku a že taktiež zabezpečuje vysokú trvanlivosť a má nižšie požiadavky na údržbu.0032 Výhodné uskutočnenia tohto vynálezu sú definované podľa závislých nárokov.0033 Ďalšie charakteristiky a výhody vynálezu sa stanú zrejmejšími po prečítaní podrobného opisu niekoľkých výhodných nevýlučných uskutočnení generátora, ktorý má reluktančný synchrónny elektrický stroj, ktoré sú opísané ako neobmedzujúce príklady s pomocou priložených výkresov, na ktorýchObrázok 1 je schematicky znázornený perspektívny pohľad na generátor podľa vynálezuObrázok 2 je oddelený pohľad spredu na elektrický stroj, ktorý je súčasťou generátora podľa vynálezuObrázok 3 je zväčšený pohľad na detail podľa obrázka 2Obrázok 4 je perspektlvny pohľad na detail generátora zobrazeného na obrázku 1Obrázok 5 je bočný pohľad v reze na elektrický stroj, ktorý je súčasťou generátora v prvej konfiguráciiObrázok 6 je bočný pohľad v reze na elektrický stroj, ktorý je súčasťou generátora v druhej konfiguráciiObrázok 7 je predný pohľad v reze na elektrický stroj, ktorý je súčasťou generátora v tretej konfiguráciiObrázok 8 je bočný pohľad v reze na elektrický stroj podľa obrázka 7 Obrázok 9 je schematický znázornený pohľad z boku na detail generátora podľa vynálezu.PODROBNÝ OPIS VÝHODNÉHO USKUTOČNENIA VYNÁLEZU0034 Odkazujúc na vyššie uvedené obrázky, generátor podľa vynálezu, všeobecne označený ako 1, sa môže používať v systémoch na výrobu elektrickej energie z fosílnych alebo chemických energetických zdrojov alebo z obnoviteľnej energie, ako je energia vetra alebo vody.0035 Obrázky, ako neobmedzujúci príklad, zobrazujú generátor 1, ktorý využíva obnoviteľný zdroj energie, konkrétne vzduchovú turbínu 2. Ocenl sa, že vzduchová turbína 2 sa môže nahradiť vodnou alebo parnou turbinou, t.j. motorom s vnútorným spaľovaním fosílnych palív.0036 Veterný generátor 1 možno využívať ako pre nizko až stredne výkonové systémy, ako sú občianske a priemyselné inštalácie, tak pre vysoko výkonové systémy na pozemských alebo pobrežných alebo morských inštaláciách.0037 Ďalej generátor 1 môže mať konštrukciu s horizontálnou osobou alebo s vertikálnou osou a byt celý obsiahnutý v gondole (nie je zobrazená) umiestnenej na konci veže (taktiež nie je zobrazená), 0038 Generátor 1 obsahuje hnaci hriadel 3 otáčajúci sa okolo pozdĺžnej osi L a prispôsobený, aby bol pripojený na externý zdroj energie.0039 Pri veternom generátore zdroj energie môže obsahovať turbínu 2, ktorá má jednu alebo viac Iopatiek 4 priamo primontovaných na hnaci hriadel 3, podobne ako na schematicky znázornenej konfigurácii podľa obrázka 1, alebo na odlišný hriadel funkčne pripojený na hnaci hriadeľ 3 pre udeľovanie mu pohybu turbíny.0040 Ako je známe, turbína 2 obsahuje obežné koleso 5 s lopatkami 4, ktorých uhol sklonu môže byť fixný alebo navrhnutý tak, aby sa menil podľa sily vetra, napriklad pomocou primeraného servopohonu (nie je zobrazený) spojeného s každou lopatkou 4.0041 Ďalej generátor 1 môže byť otočne podopretý nosnou konštrukciou (nie je zobrazená), aby sa otáčal okolo vertikálnej osi deñnovanej nosnou vežou (nie je zobrazená), čím sa dovolí, aby Veterná turbína 2 bola vždy orientovaná po vetre, aj ked vietor mení svoj smer.0042 Preto hnacl hriadeľ 3 generátora 1 je pripojený na hnaný hriadeľ 6 rotačného elektrického stroja 7 synchrónneho reluktančného typu.0043 Konkrétne, elektrický stroj 7 obsahuje stator 8, ktorý má najmenej jeden pár pólov a množstvo pozdĺžnych drážok, všeobecne označených ako 15. a priečne laminovaný rotor 9, ktorý má hnaný hriadeI 6.0044 Takto elektrický stroj 7 môže počas svojej prevádzky generovať elektrickú energiu vopred určenou pulzáciou točivého momentu.0045 Napriklad hnaci hriadeľ 3 možno pripojit na hnaný hriadeľ 6 elektrického stroja 7 pomocou spojenia 10.0046 V tejto konfigurácii rýchlosť otáčania hnacieho hriadeľa 3 je v podstate zhodná s rýchlosťou otáčania hnaného hriadeľa 6 elektrického stroja 7.0047 V alternatívnej konfigurácii vynálezu možno vložiť násobiace zariadenie (nie je zobrazené) medzi jeden koniec 11 hnacieho hriadeľa 3 a jeden koniec 2 hnaného hriadeľa 6 na zvýšenie rýchlosti otáčania hnaného hriadeľa 6 v porovnaní s rýchlosťou hnacieho hriadeľa 3.-4 0048 Násobiace zariadenie možno vybrať zo v súčasnosti dodávaných zariadení a môže zahŕňať kinematický prevodový prostriedok (nie je zobrazený), ako sú ozubené kolesá, planétové ozubené kolesá, alebo hnacie pásy.0049 Táto konfigurácia sa môže použiť v generátor 1 s elektrickým strojom 7, fungujúcim pri rýchlosti otáčania podstatne vyššej než rýchlosť hnaného hriadeľa 3.0050 Generátor 1 ďalej obsahuje elektrický pripojovaoí prostriedok 13 pre privádzanie elektrickej energie vygenerovanej elektrickým strojom 7 do siete a riadiaci prostriedok 14 pre nastavovanie elektrických a dynamických parametrov elektrického stroja 7.0051 Výhodne stator 8 má párny počet ns pozdĺžnych drážok 15 pre každý pár pólov a rotor 9 má množstvo susediacich pozdĺžnych štrbín, všeobecne označených ako 16, ktoré detinujú párny počet n,magnetický ekvivalentných štrbln.0052 Drážky 15 môžu byť v podstate pozdĺžne a ich dĺžka sa môže v podstate zhodovať s dĺžkou l statora 8.0053 Na zobrazenej konfigurácii vynálezu má stator 8 dva páry pólov a 24 drážok 15.0054 Avšak bude sa rozumiet, že pár pólov a tým drážky 15 možno taktiež zabezpečiť v odlišných počtoch bez obmedzenia rozsahu tohto vynálezu, 0055 Rotor 9 výhodne tvorí množstvo kotúčových plechových prvkov 17, ktoré majú vopred určenú hrúbku S, ktoré sú usporiadané pozdĺžne vedľa seba a sú vjednom kuse s hnaným hriadeľom 6.0056 Vnútorný priemer D kotúčových plechových prvkov 17 môže byť v podstate zhodný s priemerom hnaného hriadeľa 8 rotora 9.0057 Každý z týchto kotúčových plechových prvkov 17 má množstvo pozdĺžnych priechodných drážok 16, ktoré sú rozložené v podstate v totožnom usporiadani v každom z nich.0058 Výhodne, štrbiny 16 môžu mať predĺžený zakrivený tvar symetrický voči polomeru príslušného kotúčového plechového prvku 17 s koncovými časťami 18 a 18 blizko okraja 19 kotúčového prvku 17 tak, že každá štrbina 16 môže vymedzovať najmenej jeden pár rebier 20 a 20 na takomto okraji 19.0059 Drážky 16 rotora 9 sú nakonfigurované tak, aby počas prevádzky elektrického stroja 7 magnetické pole v statore 8 nasýtilo rebrá 20 a 20, ktoré budú v podstate magnetický pôsobiť, ako keby preto mal kotúčový plechový prvok 17 dodatočnú štrbinu.0060 Ďalšie oblasti nasýtenia sú umiestnené v stredných častiach 21 štrbln 16 rotora 9, ktoré sú umiestnené v blizkosti obvodového okraja 19 kotúčového plechové-ho prvku 17.0061 Konkrétne. každá z týchto štrbln 21 blízko okraja 19 má dodatočný pár rebier 22 a 22 deñnujúcich magnetický ekvivalentné štrbiny.0062 Preto celkový počet magneticky ekvivalentných štrbln n, sa bude rovnať počtu takto definovaných rebier.0063 Podľa osobitného aspektu vynálezu počet n, magnetický ekvivalentných štrbln a počet ns štrbln 15 sa zvolí podľa vopred určeného vzťahu, aby sa počas prevádzky minimalizovala pulzácia točivého momentu v elektrickom stroji 7.0064 Konkrétne, počet ns drážok 15 je odlišný od súčinu ekvivalentných štrbín a celeho čísla m a rozdiel medzi počtom ns drážok 15 a počtom n, ekvivalentných štrbln je iný než 0, 2 a -2.0065 Výhodne počet n, ekvivalentných štrbín je taktiež väčší než 6.0066 Vzhľadom na vyššie uvedené vzťahy môže sa zabezpečiť konkrétna konfigurácia vynálezu ako je zobrazená, v ktorej rotor 9 obsahuje množstvo kotúčových plechových prvkov 17, pričom pomer r medzi ich vnútorným priemerom d a vonkajším priemerom D spadá do rozsahu od 0,4 do 0,8.0067 Konkrétne tento pomer r môže byť 0,45 alebo viac a taktiež počet n, ekvivalentných štrbín sa môže rovnať počtu ns drážok 15 znížených alebo zvýšených o štyri jednotky.0068 V ďalšej konfigurácii generátor 1 môže obsahovat množstvo permanentných magnetov všeobecne označovaných ako 23 spojených s rotorom 9.0069 Permanentné magnety 23 môžu byť typu získaného sintrovaním základných materiálov obsahu-júcich neodym (Nd), železo (Fe) a bór (Bo), aby sa získala nizka merná hmotnosť, pričom sa

MPK / Značky

MPK: H02K 19/24, H02K 1/27, H02K 9/06

Značky: generátor, elektricky

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/13-e18423-elektricky-generator.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Elektrický generátor</a>

Podobne patenty