Турбинная энергетическая установка - RU2654367C2

Чертежи

Показать все 30 чертежа(ей)

Описание

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к области генераторов и ветроэнергетики, а также может быть использовано с любым типом рабочих тел, как поток жидкости, или иным образом, а также в турбинах любого типа.

Предпосылки создания изобретения

Механизмы, похожие на турбины, использовались в течение нескольких веков, если не тысячелетий. С недавних пор наметилась тенденция на рост эффективности таких установок в связи с началом их применения в качестве значимых поставщиков энергии для сетевого и автономного использования. Таким образом, существует давно назревшая необходимость в новых турбинных установках повышенной эффективности и удельной мощности.

Патенты, относящиеся к раскрытию изобретения:

DE 19643362 описывает ветрогенератор с первым винтом ротора генератора, чей статор так же вращается вторым винтом на противоположной стороне генератора. Тем не менее, дальнейшее увеличение относительной скорости не предпринималось.

Аналогично KR 20100077135 предлагает обратно вращающиеся ротор и статор, однако в системе без зубчатых передач, упуская возможность произвольно увеличивать относительную скорость вращения между ними.

Подобно GB 2341646, CN 201232607, CN 101725477 предлагают два комплекта лопаток, расположенные с возможностью вращения в противоположных направлениях, и, тем самым, вращать ротор и статор в противоположных направлениях, но, опять же, без механизмов трансмиссии в такой системе без зубчатых передач и, тем самым, без возможности дальнейшего увеличения относительной скорости вращения.

В US 2011206517 обратно вращающиеся элементы применяются для стабилизации скорости вращения выходного вала таким образом, что он обладает меньшей вариативностью со скоростью ветра, чем традиционная турбина. Обратно вращающиеся элементы ротор/статор не приводятся передачами с возможностью получения высоких относительных скоростей вращения между ротором и статором, а рассматриваются скорее для стабилизации скорости между ротором и статором и, тем самым, обеспечивая стабильную выходную частоту.

Сущность изобретения

Установка включает инновационную турбину, применяющую ротор и статор, вращающиеся в противоположных направлениях, с целью получения повышенной относительной скорости, что позволяет увеличить эффективность и/или удельную плотность.

Последующие описания примеров реализации настоящего изобретения приведены и проиллюстрированы в связи с соответствующей системой и методом, которые призваны служить исключительно разъяснительной цели, не неся в себе каких-либо ограничений. Более того, по той причине, что каждая определенная ссылка может воплощать конкретные методы/системы (и тем не менее, не требует такового), в конечном счете такая доктрина подразумевается для всех воплощений вне зависимости от применения конкретного примера реализации.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления и характерные черты настоящего изобретения описываются следующим образом:

Фиг. 1 иллюстрирует пример реализации настоящего изобретения с механизмами трансмиссии ротора и статора, вращающимися в противоположных направлениях, и двух роторов турбины;

Фиг. 2 представляет тот же пример реализации с ротором и статором, вращающимися в противоположном направлении, и двумя роторами турбины;

Фиг. 3 пример альтернативной реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, по обеим сторонам двух роторов турбины;

Фиг. 4 пример альтернативной реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, включающими корпус, и два ротора турбины;

Фиг. 5 пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположном направлении, использующий прямые ремни и сдвоенные генераторы, а так же два ротора турбины;

Фиг. 6 пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, использующий прямые ремни и сдвоенные генераторы по обеим сторонам ротора турбины;

Фиг. 7 пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, смещенные ремни и сдвоенные генераторы по обеим сторонам роторов турбины;

Фиг. 8 пример альтернативной реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, с использованием прямых ремней, четырех генераторов и двух роторов турбины;

Фиг. 9 пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, с применением внешней оси;

Фиг. 10 механизмы трансмиссии роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях с использованием внешней оси (вид справа в увеличенном масштабе);

Фиг. 11 дополнительные механизмы трансмиссии, пригодные для роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, с использованием внешней оси (вид спереди и вид сзади);

Фиг. 12 дополнительные механизмы трансмиссии, пригодные для роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, с использованием внешней оси (вид сверху и вид снизу);

Фиг. 13, 14 пример реализации, использующий роторы и статоры, вращающиеся в противоположных направлениях, на горизонтально-осевой турбине с внешней осью;

Фиг. 15 пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, и внешней оси;

Фиг. 16 пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, и внешней оси (вид спереди, сзади и справа);

Фиг. 17, 18 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, нескольких комплектов генераторов, и внешней оси (вид в перспективе и справа). Каждый комплект генераторов обладает увеличенной относительной скоростью вращения между его ротором и статором по сравнению с предыдущим;

Фиг. 19 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и внешней оси (вид в перспективе);

Фиг. 20 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и внешней оси (вид спереди, вид сзади и вид справа);

Фиг. 21 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и внешней оси (вид сверху и вид снизу);

Фиг. 22, 23 пример реализации настоящего изобретения с применением ротора и статора, вращающихся в противоположных направлениях, нескольких комплектов генераторов, и внешней оси (вид в перспективе и вид справа). Каждый комплект генераторов обладает увеличенной относительной скоростью вращения между его ротором и статором по сравнению с предыдущим;

Фиг. 24 пример реализации настоящего изобретения с применением ротора и статора, вращающихся в противоположных направлениях, нескольких комплектов генераторов, и внешней оси (вид в перспективе). Комплекты генераторов расположены на роторе турбины и внешней оси. Каждый комплект генераторов обладает увеличенной относительной скоростью вращения между его ротором и статором по сравнению с предыдущим;

Фиг. 25 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и нескольких внешних осей (вид в перспективе) по обеим сторонам роторов турбины;

Фиг. 26 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и нескольких внешних осей (вид справа);

Фиг. 27 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и нескольких внешних осей (вид в перспективе);

Фиг. 28 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и нескольких внешних осей (вид сверху);

Фиг. 29 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и нескольких внешних осей (вид спереди);

Фиг. 30 пример реализации настоящего изобретения с применением роторов и статоров, вращающихся в противоположных направлениях, и нескольких внешних осей (вид сзади);

Фиг. 31 пары ротор/статор, вращающиеся в противоположных направлениях, с применением планетарной передачи;

Фиг. 32 элементы ротора/статора и планетарной передачи;

Фиг. 33 пара ротор/статор, вращающиеся в противоположных направлениях, с применением планетарной передачи (вид спереди, вид справа, вид сверху и вид снизу);

Фиг. 34 пара ротор/статор, вращающиеся в противоположных направлениях, с применением планетарной передачи, использованные в полной установке, по обеим сторонам ротора турбины;

Фиг. 35 пара ротор/статор, вращающиеся в противоположных направлениях, с применением планетарной передачи, использованные в полной установке, по обеим сторонам ротора турбины;

Фиг. 36 пример реализации настоящего изобретения с применением нескольких положений изобретения, включая несколько внешних осей, планетарных механизмов с несколькими парами роторов/статоров, вращающихся в противоположных направлениях, по обеим сторонам ротора турбины.

В некоторых случаях, где устройство видно лишь сверху или снизу, можно предположить, что иная сторона имеет аналогичную или идентичную конструкцию, а установка симметрична относительно разделяющей плоскости.

Детальное описание предпочтительных вариантов

Настоящее изобретение следует понимать, исходя из следующего детального описания приоритетных примеров реализации, которые служат иллюстративной цели и не накладывают ограничений. В целях краткости изложения некоторые широко известные отличительные признаки, методы, системы, процедуры, компоненты, операции и тому подобное не будут представлены детальным образом.

Термин «ветер», а так же «поток» здесь и далее относятся к любому типу рабочего тела.

Термин «муфта свободного хода» здесь и далее относится к механизму, допускающему свободное относительное вращение в одном направлении с одновременным поддержанием жесткого соединения для другого направления, как в храповом механизме с собачкой.

Термин «механизмы трансмиссии» здесь и далее относится к любым средствам передачи крутящего момента, включая, но не ограничиваясь, одно/несколько или группу колес, маховиков, зубчатых передач (одно/несколько ступенчатых), зубчатых колес, шкивов, ремней, хомутов, шнуров, тросов, цепей, валов, коленчатых валов, гидравлических средств, жестких средств, вариаторов, планетарных передач, термомеханических средств, средств давления, средств пара, иных термодинамических средств, пневматических средств, пружинных средств, химических средств, магнитных средств, электрических средств и тому подобного в любом необходимом направлении.

Термин «последовательная передача» здесь и далее относится к таким многоступенчатым трансмиссиям, как зубчатая передача, комплект шкивов, соединенных ремнями, хомутами, шнурами, тросами, цепями, валами, коленчатыми валами, гидравлическими средствами, жесткими средствами, вариаторами, планетарными передачами, колесами, маховиками, зубчатыми колесами или тому подобным, с возможностью изменения скорости вращения ведомого колеса относительно ведущего.

Термин «внешние оси» здесь и далее относится к одной или более отдельным дополнительным осям, применяемым непосредственно в зубчатой передаче либо для ее поддержки в дополнение к основной оси источника кинетической энергии. Таким образом, например, первая или первичная ось может вращать внешние оси посредством зубчатой передачи, а внешние оси могут вращаться со скоростями (отличными от основной оси) либо быть неподвижны в то время, как зубчатые колеса могут обращаться вокруг внешних осей, например, на подшипниках.

Настоящее изобретение относится к области генераторов и ветроэнергетики, а та же может быть использовано с любым типом рабочих тел, как поток жидкости, или иным образом, а так же к турбинам любого типа.

Вращение генератора

В настоящем изобретении мы описываем «обратное экспоненциальное вращение», что представляет из себя вращение обеих секций электрического генератора таким образом, что ротор и то, что в противном случае было бы названо «статором», вращаются относительно «неподвижной» системы координат, как земля, в противоположных друг к другу направлениях.

Мы представляем несколько инновационных методов умножения относительной скорости вращения между ротором и статором генератора с целью получения факторов удвоения или более такой относительной скорости.

Настоящее изобретение применяет двух- или более ступенчатые трансмиссии для формирования передачи и получения произвольно высокого передаточного отношения, которое не находит аналогии на предыдущем уровне развития техники в связи с преобразованием энергии рабочего тела при помощи турбин. В целом, каждый этап предпочтительно обеспечивает передаточное отношение >1 таким образом, что скорость вращения на выходе выше, чем на входе.

Такая концепция отличается от предыдущего уровня техники, где используется исключительно одинарное передаточное отношение, и/или двойное, но без возможности достигать или превышать удвоение изначальной относительной скорости вращения. Настоящее изобретение позволяет удваивать или даже более увеличивать такой показатель. Как будет понятно специалистам в данной области, любое умножение изначальной относительной скорости возможно.

Методы изобретения могут работать с турбинами или генераторами любого типа (что не ограничивается указанным перечнем), например, гидроэлектрическим генератором, использующим любые типы турбин, как радиально-осевая (турбина Френсиса), поворотно-лопастная (турбина Каплана), ковшовая (турбина Пелтона) и любые другие. Так же возможно использовать представленные положения в любом ином типе генераторов, включая те, что основываются на тепловых двигателях и иных источниках энергии.

Генераторы могут включать одну или более магнитную или медную пластины. Такие пластины использованы и показаны на рисунках в качестве примеров для статора и ротора или электромагнитной части. Любые иные устройства преобразования энергии так же применимы.

Изобретение может быть эффективным при использовании корпуса, который покрывает часть ометаемой поверхности одного или более роторов турбины, но это не является обязательным условием ее эксплуатации.

10А механизмы ступенчатой передачи для двух роторов турбины

Далее описывается применение ремней, хомутов, цепей и других элементов трансмиссии для формирования ступенчатой передачи между двумя или более роторами турбины (вращающихся в едином и/или противоположном направлениях).

В некоторых примерах реализации механизмы трансмиссии применяются для вращения статора и ротора одного или более комплектов генераторов в противоположных направлениях и дополнительно для увеличения относительной скорости между ними.

Для пары (или большего числа) роторов турбины, вращающихся в едином или противоположном направлениях, один элемент из пары статор-ротор генератора фиксирован на одном из роторов турбины и вращается вместе с ним, а соответствующий элемент другой пары фиксирован на другом роторе турбины и так же вращается вместе с ним.

Для создания большей относительной скорости вращения между ротором и статором каждой пары, элементы системы связаны. Например, ротор, фиксированный к ротору турбины, вращающемуся по часовой стрелке, может быть соединен со статором, чей ротор фиксирован к ротору турбины, вращающемуся против часовой стрелки. И аналогично, ротор, вращающийся против часовой стрелки, соединен со статором, чей ротор турбины вращается по часовой стрелке. Таким образом, каждая пара ротор/статор получает дополнительную относительную скорость.

Возможно использовать аналогичную идею на двух или более роторах, вращающихся в едином направлении, за счет применения перекрещенного ремня либо нечетного числа передач, которые будут оказывать аналогичный эффект по созданию относительной скорости между ротором и статором каждого генератора, как будет ясно специалистам в данной области.

Примерная конфигурация проиллюстрирована на фиг. 1, показывающей два ротора турбины, вращающихся в противоположных направлениях, где роторы и статоры двух разных генераторов справа и слева рисунка соединены друг с другом посредством ремней. С целью представить конкретный пример, позвольте сказать, что роторы каждого генератора фиксированы к роторам турбины. Роторы связаны при помощи ремней, цепей и тому подобного с противоположными статорами.

По той причине, что в данном примере роторы турбины вращаются в противоположных направлениях, ротор и статор каждого генератора так же вращаются в противоположных направлениях, а, следовательно, относительная скорость вращения, обнаруженная между ротором и статором, потенциально увеличена. Вращение левого ротора турбины придано правому статору, а вращение правого ротора турбины - левому статору. Относительная скорость вращения может контролироваться за счет использования двух или более различных размеров колес на каждой ступени передачи. Такой подход фиксирует эффективное передаточное отношение с высоким расширенным диапазоном, так как он эффективно эквивалентен двух- или более ступенчатой передаче. Каждая ступень увеличивает скорость на выходе по сравнению со скоростью на входе. Как будет очевидно для читателя, такой подход позволяет сколь угодно большее увеличение относительной скорости вращения в обоих генераторах, так как статор каждого генератора теперь вращается с отношением, фиксированным двухступенчатой передачей вместо одноступенчатой.

В случае, если передаточное отношение трансмиссии на каждой ступени выбрано таким образом, что относительная скорость увеличена, это будет считаться полезным, так как известно, что электрические генераторы более эффективны на повышенных скоростях вращения (например, в случае мощности на единицу веса).

В одном из примеров реализации каждый ротор турбины представлен с магнитной пластиной (представляя ротор любого генератора) смежный с одной медной пластиной статора (представляя статор любого генератора).

Такая конфигурация показана на фиг. 2.

В примере реализации проиллюстрированы два аналогичных ротора турбины, вращающихся в противоположных направлениях. Магнитная пластина {101} будет соединена напрямую с ротором турбины и вращаться вместе с ним. Магнитная пластина {101} соединена при помощи ремня, хомута, цепи или иного механизма трансмиссии с медной пластиной {112}, расположенной на противоположном роторе турбины с возможностью свободного вращения относительно противоположного ротора турбины.

Медная пластина {111} находится рядом с осью ротора турбины и может свободно вращаться относительно него. Медная пластина {111} соединена посредством ремня, цепи или иного механизма трансмиссии с магнитной пластиной {102}, расположенной на противоположном роторе турбины, который вращается навстречу.

Вращение ротора турбины в любом направлении вызывает вращение магнитной пластины {101} в аналогичном направлении, а вращение противоположного ротора турбины вызывает вращение медной пластины {111} в направлении аналогичном направлении вращения противоположного ротора турбины. По той причине, что в данном случае два ротора турбины вращаются в противоположных друг другу направлениях, направление вращения медной пластины {111} будет противоположно магнитной пластине {101}. Аналогичный эффект наблюдается в другом комплекте генератора (ротор {102} и статор {112}).

Как будет очевидно для специалиста в данной области противоположные соединения так же возможны, то есть медная пластина(ы) может соединяться напрямую с ротором(ами) турбины и будет вращаться в его направлении в то время, как магнитная пластина(ы) будут фиксироваться посредством любого подходящего механизма трансмиссии для создания противоположного направления вращения в парах генераторов. Так же возможно, что комплект магнитов, фиксированный к ротору турбины, будет соединен с другим комплектом магнитов, свободно вращающихся на противоположном роторе турбины, и в любой иной возможной комбинации.

Электрическая энергия может быть снята с вращающегося статора или ротора, например, при помощи контактных колец, SlimRotor, вертлюгов и иных подходящих средств, позволяющих передавать напряжение во время вращения, включая беспроводную передачу.

Несколько преимуществ может быть реализовано за счет описанных положений. Во-первых, даже без применения колес различных размеров, зубчатых колес или иных механизмов трансмиссии относительная скорость между ротором и статором уже практически удваивается. С помощью использования подходящих соотношений размеров зубчатых колес, размеров колес (как показано на рисунках) или иных передаточных отношений, возможно произвольное увеличение относительной скорости. Путем соответствующего размещения отношений возможно достичь достаточно высоких относительных скоростей вращения и отношений.

Обычно, для кратного увеличения относительной скорости вращения, наблюдаемой между ротором и статором, за счет некоторого увеличения скорости вращения ротора турбины, используют большой радиус колеса/зубчатого колеса, который должен приводить маленький радиус колеса/зубчатого колеса. Например, на фиг. 8 проиллюстрирована такая организация.

Фиг. 3 показывает другой пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, по обеим сторонам двух роторов турбины.

Фиг. 4 иллюстрирует еще один пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, включая корпус и два ротора турбины с возможностью вращения в обратных направлениях. Ротор приводится одной турбиной, а статор - другой, с промежуточной передачей, способной и далее увеличивать относительную скорость вращения. Данный рисунок показывает корпус, применяемый для прямого потока от лопастей роторов турбины в момент, когда они разворачиваются против (по направлению) потока.

Такие корпусы могут быть использованы для предотвращения попадания внешнего прямого потока на определенные элементы и/или формирование потока до необходимых конфигураций.

Например, во многих вертикально-осевых ветровых установках порядка половины объема ротора турбины укрыто при помощи корпуса (или покрытия, экрана, передней кромки и тому подобного) таким образом, что возвратная половина оборота ротора турбины удерживается от контакта с прямым входящим внешним потоком.

Установка может или не может быть спроектирована с поворотом передней части корпуса против входящего потока за счет использования любых возможных средств, как оборотная сторона или даже поворотная база (механически, физически, электронно, автоматически и иным образом).

Обычно корпус остается фиксированным относительно роторов турбины и иных компонентов, что облегчает реализацию. Однако корпус может быть и подвижным относительно других компонентов.

Более того, внутренняя поверхность корпуса допускает какую-то степень изоляции от окружающей среды.

Корпус, ротор турбины и лопатки могут быть выполнены из любого подходящего материала, например, металла, бетона, дерева, пластика, углерода, стекловолокна, холста, резины, нейлона, парусного материала, композитного материала и их комбинаций.

Примеры реализации, использующие двойные пластины показаны на фиг. 5-7.

На фиг. 5 две медные пластины {111} могут быть соединены напрямую с ротором турбины таким образом, чтобы вращаться вместе с ним. Одна из медных пластин соединена при помощи механизмов трансмиссии (предпочтительно колесо/зубчатое колесо с относительно большим радиусом) с двойной магнитной пластиной {102}, расположенной на противоположном роторе турбины (предпочтительно с относительно малым радиусом колеса/зубчатого колеса), где указанная двойная магнитная пластина {102} может вращаться свободно относительно него. На противоположной турбине, вращающейся во встречном направлении, две медные пластины {112} могут быть соединены напрямую с противоположным ротором турбины таким образом, чтобы вращаться вместе с ним. Одна из медных пластин соединена при помощи механизмов трансмиссии (предпочтительно с относительно большим радиусом колеса/зубчатого колеса) с двойной магнитной пластиной {101}, расположенной на роторе первой турбины (предпочтительно с малым радиусом колеса/зубчатого колеса), где указанная двойная магнитная пластина {101} может свободно вращаться относительно него.

Как описано выше, вращение роторов турбины вызывает вращение роторов в одном направлении, а их статоров - в противоположном, что ведет к повышенной относительной скорости вращения в обоих генераторах, если сравнивать со стандартными генераторами, фиксированными к стандартному ротору турбинной установки.

Фиг. 6 показывает пример реализации изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположном направлении, с применением прямых ремней и двойных генераторов по обеим сторонам роторов турбины. Элементы 5001 обозначают вертлюги или любые иные средства передачи напряжения во время вращения, включая беспроводную передачу, и могут располагаться на любой подходящей структуре.

Фиг. 7 показывает альтернативный пример реализации изобретения со статорами и роторами, вращающимися в противоположных направлениях, с использованием смещенных ремней и двойных генераторов по обеим сторонам роторов турбины.

Фиг. 8 показывает еще один пример реализации настоящего изобретения с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, с применением прямых ремней и четырех генераторов на двух роторах турбины, вращающихся в противоположных направлениях. На данном рисунке, который демонстрирует, каким образом может быть достигнута высокая относительная скорость вращения между ротором и статором, ротор {101} генератора может быть соединен напрямую с ротором турбины таким образом, чтобы вращаться вместе с ним. Ротор {101} соединен при помощи механизмов трансмиссии (предпочтительно с относительно большим радиусом колеса/зубчатого колеса) со статором {112}, размещенном на противоположном роторе турбины (предпочтительно с относительно малым радиусом колеса/зубчатого колеса), где упомянутый статор {112} может свободно вращаться относительно него. На противоположной турбине, вращающейся во встречном направлении, ротор {102} может быть соединен напрямую с противоположным ротором турбины, таким образом, чтобы вращаться вместе с ним. Ротор {102} соединен при помощи механизмов трансмиссии (предпочтительно с относительно большим радиусом колеса/зубчатого колеса) со статором {111}, расположенном на роторе первой турбины (предпочтительно с относительно малым радиусом колеса/зубчатого колеса), где упомянуты статор {111} может свободно вращаться относительно него. По той причине, что оба ротора турбины вращаются, статоры {111} и {112} оба вращаются в противоположном направлении относительно роторов {101} и {102}, соответственно, а так же в противоположном направлении относительно их ротора турбины с относительной скоростью, определенной произведением передаточных отношений каждой из первых двух задействованных ступеней передачи. Более того, ротор {103}, размещенный на роторе турбины, способный свободно вращаться относительно него, может быть соединен со статором {111} и вращаться вместе с ним. Направление вращения ротора {103} и статора {111} противоположно направлению ротора турбины, а их скорости вращения превышают входную скорость вращения их ротора турбины. Ротор {103} соединен при помощи механизмов трансмиссии (предпочтительно с относительно большим радиусом колеса/зубчатого колеса) со статором {114}, размещенном на противоположном роторе турбины (предпочтительно с относительно малым радиусом колеса/зубчатого колеса), где упомянутый статор {114} может свободно вращаться относительно него. Статор {113} может быть соединен напрямую с ротором турбины таким образом, чтобы вращаться вместе с ним. Статор {113} соединен при помощи механизмов трансмиссии (предпочтительно с относительно большим радиусом колеса/зубчатого колеса) с ротором {104}, расположенном на противоположном роторе турбины (предпочтительно с относительно малым радиусом колеса/зубчатого колеса), где упомянутый ротор {104} может вращаться свободно относительно него. В результате такой конфигурации роторы {103} и {104} так же вращаются в противоположных направлениях относительно вращения их статоров {113} и {114}, соответственно. Более того, пара ротор {103} и статор {113} вращаются друг против друга с одинаковой относительной скоростью вращения, как пары ротор-статор первых двух генераторов. Скорость, которая уже удвоена или даже больше, чем относительная скорость вращения, наблюдается между двумя роторами турбины. Более того, пара ротор {104} и статор {114} обладает даже большей относительной скоростью вращения между ними по сравнению с другими парами ротор/статор. Другие конфигурации так же возможны, как наподобие, (но не ограничиваясь) с применением различного количества комплектов генераторов аналогичного и/или различного типов, различного количества ступеней передачи, различных конфигураций колес/маховиков и/или генераторов, и наоборот, все из которых находятся в рамках реализации изобретения.

Как будет ясно для специалиста в данной области, увеличенная скорость вращения позволяет достигать более эффективной работы и/или меньших, менее дорогих устройств, применяющих меньшее количество магнитов и/или меньшее количества меди или проводных материалов.

Мы обозначили несколько пунктов в связи с настоящими положениями, которые так же имеют силу в отношении всех последующих частей изобретения.

1. Элементы 5001 (см. фиг. 2 и 6 в качестве примера) обозначают вертлюги или любые иные механизмы передачи напряжения во время вращения, включая беспроводную передачу, и могут располагаться на любой подходящей структуре.

2. Описанная организация магнитных и медных пластин может быть так же изменена на противоположную.

3. Возможно использование любых типов устройств преобразования энергии таких, как (но не ограничиваясь) генератор или генератор переменного тока, медные и магнитные пластины, электромагниты и тому подобное.

4. Возможно применение генераторов с одним ротором с множеством статоров либо одним статором с множеством роторов, а также когда оба ротора и статора, вращаются в противоположных направлениях.

5. Возможно использовать большее количество устройств преобразования энергии, как позволяет доступное пространство и крутящий момент от ротора турбины.

6. Возможно применение нескольких колес, зубчатых колес или шестерней и тому подобного (любого индивидуального размера и количества зубьев).

7. Возможно использование одной или более цепей, хомутов или ремней и тому подобного в прямой и/или перекрещенной комбинациях.

8. Магнит или статор сами по себе могут занимать место передач или зубчатых колес на рисунках и/или принимать роль маховиков, а механизмы трансмиссии могут быть соединены с ними напрямую.

9. Возможно добавление в систему зубчатых колес на или вместо колес и/или маховиков. Изобретение может применять блок-шестерни такие, как в 18-ти скоростном велосипеде таким образом, что задействуются одно, два или более умножений передаточных чисел. Любые другие типы зубчатых передач могут применяться наподобие таких, как в вариаторах определенных машин.

10. Маховики могут иметь любую форму, например, полые и/или двумя-тремя или более спицами, как вагонное колесо или спицы велосипедного колеса, с целью снижения веса и уменьшения сопротивления потоку.

11. Возможно принудить колеса служить в качестве лопаток турбины так, что они тоже будут вносить свой вклад в производство энергии установкой.

12. Возможно применять множество устройств обратного преобразования энергии и/или множества ступеней передачи внутри них, например, друг на друге. Каждый из них может обладать передаточным отношением >1. Таким образом, они способны произвольно достигать относительной скорости в такой мере, в какой позволяет имеющееся пространство, питание и материал. Несколько примеров, демонстрирующих данную концепцию, показаны, как на фиг. 8. Каждая такая добавленная ступень умножает и, таким образом, повышает входную скорость от предыдущей ступени.

13. Возможна установка любого из таких положений на одной или двух сторонах роторов турбины, как показано, например, в примере реализации на фиг. 3.

14. Возможно добавление любого количества внешних осей.

Механизмы трансмиссии, описанные во всем изобретении, могут включать множество ступеней, способных достигать невероятно высокие передаточные отношения между ротором(ами) и статором(ами).

Генераторы и пластины, показанные на рисунках, отображены в соединении с роторами турбины и ремнями, хомутами или цепями, натянутыми между ними. Тем не менее, равно возможно размещение генераторов и на внешней оси с их фиксацией на них. При помощи внешней оси, как эта, возможно размещение устройства в любой точке между двумя роторами турбины, включая точно в середине между ними с целью снижения веса на оси роторов турбины.

10В Применение одной или нескольких внешних осей для одного или более роторов турбины

В некоторых примерах реализации настоящего изобретения одна или более внешних осей применяется для вращения в противоположных направлениях статора и ротора одного или более комплектов генераторов, а так же дополнительного увеличения относительной скорости между ними.

Для случая применения внешней оси (одной или более) и одиночного ротора турбины или более, существует несколько возможностей. Внешняя ось соединена с любым возможным элементов установки, включая, например, втулку ротора турбины, корпус (если используется), опору или любое иное расположение.

A. Одиночный генератор, чей ротор вращается в противоположном направлении к его статору, расположен на роторе турбины, и приводится посредством ремня, хомута, цепи, колес, зубчатых колес, маховиков и иных механизмов трансмиссии, соединенных исключительно с одной внешней осью.

Б. Несколько генераторов с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, расположены на роторе турбины, и приводятся при помощи ремней, хомутов, цепей, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных исключительно с одной внешней осью.

B. Одинарный генератор или более с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, расположен на единичной внешней оси, и приводится при помощи ремней, хомутов, цепей, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных с ротором турбины.

Г. Несколько генераторов с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, расположены на нескольких внешних осях, и приводятся при помощи ремней, хомутов, цепей, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных с ротором турбины.

Д. Несколько генераторов с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, расположены на роторе турбины, и приводятся при помощи ремней, хомутов, цепей, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных с несколькими внешними осями.

В рамках положений настоящего изобретения так же находится создание средств для изменения расстояния между любыми данными внешними осями и ротором турбины, например, за счет применения рельс или иных методов для обеспечения возможности изменения размера применяемых колес/зубчатых колес.

10В-А

Удвоение скорости (или даже больше) пары ротор-статор может быть так же достигнуто одинарным ротором турбины и единой внешней осью, как показано на фиг. 9. Применяется одинарный генератор, размещенный на роторе турбины. Статор вращается в направлении, противоположном направлению вращения ротора, за счет ремней, хомутов, цепей, колес, маховиков, зубчатых колес или иных механизмов трансмиссии, соединенных с единой внешней осью, как показано на фиг. 9, 10, 11, 12.

По той причине, что ротор турбины вращается, несколько элементов вращаются вместе с ним в аналогичном направлении и с аналогичной угловой скоростью, так как они жестко фиксированы на нем, на той же оси, как и маховик 531 (фиг. 10) и магнитной пластины 532. Это может быть пластина из магнитного материал или пластина, несущая комплект дискретных магнитов, или электромагнитов либо ротор генератора.

Во время работы установки возникают следующие моменты:

1. Вращение маховика 531 (предпочтительно относительно больший радиус) поворачивает колесо 533 (предпочтительно относительно малого радиуса), которое находится в физическом взаимодействии с маховиком 531 и, таким образом, вращается им в противоположном направлении. Элементы 531 и 533 могут быть так же любыми зубчатыми колесами, шестернями или тому подобным.

2. Вращение колеса 533 поворачивает колесо 534, которое движется на той же оси, что и колесо 533. Оба колеса, 533 и 534, механически связаны друг с другом и поворачиваются в одном направлении с одинаковой угловой скоростью.

3. Вращение колеса 534 (предпочтительно относительно большого радиуса) поворачивает колесо 535 при помощи ремня, хомута, цепи или иных механизмов трансмиссии, соединяющих их. Колесо 535 поворачивается в аналогичном направлении с колесами 534 и 533, так как хомут, соединяющий 534 и 535, не является перекрещенным.

4. Вращение колеса 535 (предпочтительно относительно малого радиуса) напрямую поворачивает медную пластину 536, к которой оно жестко фиксировано на той же оси.

В результате такой организации медная пластина 536 (представляющая из себя статор генератора, генератор переменного тока, электромагнит, простую медную пластину и т.д.) будет вращаться в противоположном направлении от магнитной пластины 532 (представляющей из себя магнитную пластину и/или ротор генератора, генератор переменного тока, электромагниты и т.д.), которая вращается на одной оси с маховиком 531.

Обычно, с целью увеличения относительной скорости вращения, наблюдаемой между ротором и статором, за счет некоторого увеличения скорости вращения ротора турбины, колесо/зубчатое колесо большого радиуса должно приводить колесо/зубчатое колесо малого радиуса. Данное правило соблюдено на фиг. 9, 10, 11, 12. Все примеры реализации настоящего изобретения придерживаются упомянутого правила.

Одним из преимуществ такой организации является тот факт, что благодаря разумному расположению различных диаметров, относительная скорость, полученная между ротором и статором, может быть более, чем удвоена. Как будет известно специалистам в данной области, повышенная скорость вращении позволяет добиваться более эффективной работы и/или меньших размеров, получая более дешевые установки, использующие меньшее количество магнитов и/или меди или проводных материалов.

В рамках положений настоящего изобретения находится создание средств изменения расстояния между любыми данными внешними осями и ротором турбины, например, с применением рельс, как видно на фиг. 10 (элементы 580 и 581), что позволяет изменять размеры применяемых колес/зубчатых колес.

Приближенный вид конструкции, вид спереди и вид сзади, показан на фиг. 11.

Приближенный вид конструкции, вид сверху и вид снизу, показаны на фиг. 12.

Аналогичный принцип показан в связи с традиционной горизонтально-осевой турбиной на фиг. 13. В данном примере магнитная пластина 532 вращается вместе с ротором турбины, а медная пластина 536 - против его направления вращения. Пластины проходят между передачами или зубчатыми колесами трансмиссии.

На фиг. 14 в дополнительном примере показано, где располагаются пластины до передач или зубчатых колес и трансмиссии. Иное расположение так же возможно.

К тому же, магнитная и медная пластины и/или генератор(ы) могут размещаться на внешней оси, что будет исследовано более детально чуть ниже.

Элемент 539 (на фиг. 10) - вертлюг (контактное кольцо или подобное) с возможностью передачи электрической энергии посредством вращающейся муфты, может быть заменен любыми элементами, обеспечивающими передачу напряжения во время вращения, включая беспроводную передачу.

Возможно применение перекрещенного ремня, хомута или цепи и/или любого иного допустимого механизма противоположной трансмиссии между колесами/зубчатыми колесами/шестернями 531, 533 (на фиг. 10), которые позволят двум отмеченным осям находится на расстоянии друг от друга.

Возможно применение зубчатых колес/шестерней/колес и/или иных механизмов трансмиссии между колесами 534, 535 (фиг. 10) вместо ремня.

10В-В

Фиг. 15 представляет альтернативный пример реализации изобретения с применением одиночной внешней оси. Такая концепция позволяет удваивает или даже еще больше увеличивать относительную скорость вращения между одни или более ротором и одним или более статором одного или более генератора, расположенного на роторе турбины и вращаемого за счет ремня, хомута, цепи, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных с единой внешней осью.

Несколько генераторов с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, размещены на роторе турбины, как показано на фиг. 15, 16. Они поворачиваются за счет, ремня, хомута, цепи, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных с единой внешней осью. На фигурах задействованы две медные пластины 536 и один ротор 532, но на деле может использоваться и другое количество в разных конфигурациях.

Элемент 591 на фиг. 16 - вертлюг, который может быть заменен любым другим элементом, позволяющим передавать напряжение во время вращения, включая беспроводную передачу.

Возможно использовать перекрещенный ремень, хомут или цепь и/или любые иные допустимые механизмы противоположной трансмиссии между колесом/зубчатым колесом/шестерней 531, 533, позволяя двум показанным осям, находится на расстоянии друг от друга.

Возможно использовать зубчатые колеса/шестерни/колеса и/или любые иные механизмы трансмиссии между колесами 534, 535 вместо ремней.

Фиг. 17, 18 демонстрируют еще один пример того, как удвоить или еще больше увеличить относительную скорость вращения, полученную между ротором и статором, применяя внешнюю ось и умножая ступени передачи. В таких примерах реализации несколько генераторов (в данном случае 4) с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, размещены на роторе турбины.

При вращении ротора турбины в любом направлении, маховик 5901 и ротор 5911 вращаются вместе с ним в аналогичном направлении и с идентичной угловой скоростью.

Вращение маховика 5901 (предпочтительно большого радиуса) вызовет противоположное вращение маховика 5941 (предпочтительно малого радиуса) и колеса 5951 с большей угловой скоростью, чем маховик 5901. Встречное вращение колеса 5951 (предпочтительно большого радиуса) вызовет вращение элементов: статора 5921, колеса 5931 (предпочтительно малого радиуса), маховика 5902, ротора 5912, - в аналогичном обратном направлении, как маховик 5951, и с большей угловой скоростью, чем маховик 5951.

Ротор 5911 и его статор 5921 теперь вращаются друг против друга с более, чем удвоенной скоростью вращения относительно ротора турбины.

Встречное вращение маховика 5902 (предпочтительно большого радиуса) вызовет вращение маховика 5942 (предпочтительно малого радиуса) и колеса 5952 с большей угловой скоростью, чем сам маховик 5902. Вращение колеса 5952 (предпочтительно большого радиуса) вызовет вращение элементов: статора 5922, колеса 5932 (предпочтительно малого радиуса), маховика 5903 и ротора 5913, - в аналогичном направлении, что и колесо 5952, но с большей угловой скоростью, чем колесо 5952.

Ротор 5912 и его статор 5922 теперь вращаются один против другого с намного большей скоростью, чем первый комплект генератора (ротор 5911 и статор 5921).

Вращение маховика 5903 (предпочтительно большого радиуса) вызовет встречное вращение маховика 5943 (предпочтительно малого радиуса) и колеса 5953 с большей угловой скоростью, чем сам маховик 5903. Вращение в противоположном направлении колеса 5953 (предпочтительно большого радиуса) вызовет вращение элементов: статора 5923, колеса 5933 (предпочтительно малого радиуса), маховика 5904, ротора 5914, - в аналогичном направлении, что и колесо 5953, но с большей угловой скоростью, чем колесо 5953.

Ротор 5913 и его статор 5923 теперь вращаются один против другого с намного большей скоростью, чем второй комплект генератора (ротор 5912 и статор 5922).

Встречное вращение маховика 5904 (предпочтительно большого радиуса) вызовет вращение маховика 5944 (предпочтительно малого радиуса) и колеса 5954 с большей угловой скоростью, чем маховик 5904. Вращение колеса 5954 (предпочтительно большого радиуса) вызовет вращение элементов: статора 5924 и колеса 5934 (предпочтительно малого радиуса), - в аналогичном направлении, что и колесо 5954, но с большей угловой скоростью, чем колесо 5954.

Ротор 5914 и его статор 5924 теперь вращаются один против другого с намного большей скоростью, чем третий комплект генератора (ротор 5913 и статор 5923).

Такая организация вызовет встречное вращение между роторами и статорами с одновременным увеличением относительной скорости вращения между парами ротор/статор на каждой ступени передачи, которая добавляется, начиная со второй.

В примере, показанном на фиг. 18, если «N» равно «Оборотам в минуту» ротора турбины, a «Gi» представляет передаточное отношение «i»-й задействованной ступени передачи (восемь ступеней на данном рисунке), то относительная скорость обратного вращения пары ротор/статор рассчитывается следующим образом:

5911 и 5921 = N+N⋅G₁⋅G₂

5912 и 5922 = N⋅G₁⋅G₂+N⋅G₁⋅G₂⋅G₃⋅G₄

5913 и 5923 = N⋅G₁⋅G₂⋅G₃⋅G₄+N⋅G₁⋅G₂⋅G₃⋅G₄⋅G₅⋅G₆

5914 и 5924 = N⋅G₁⋅G₂⋅G₃⋅G₄⋅G₅⋅G₆+N⋅G₁⋅G₂⋅G₃⋅G₄⋅G₅⋅G₆⋅G₇⋅G₈

Если, для простоты, все восемь ступеней в данном доступном примере обладают равным передаточным отношением (не как на рисунке), в таком случае относительная скорость обратного вращения пары ротор/статор:

5911 и 5921 = N⋅(1+G²)

5912 и 5922 = N⋅(G²+G⁴)

5913 и 5923 = N⋅(G⁴+G⁶)

5914 и 5924 = N⋅(G⁶+G⁸)

Если «N» было бы 6, a «G» 5 для каждой из восьми ступеней передачи, представленных в данной иллюстрации, то относительная скорость обратного вращения пары ротор/статор:

5911 и 5921 = 156 об/мин

5912 и 5922 = 3900 об/мин

5913 и 5923 = 97500 об/мин

5914 и 5924 = 2437500 об/мин

Возможно использовать перекрещенный ремень, хомут или цепь и/или иные возможные механизмы противоположной трансмиссии между маховиками/колесами/зубчатыми колесами/шестернями и тому подобным, что позволит двум обозначенным осям находится на расстоянии друг от друга.

Возможно использовать зубчатые колеса/маховики/шестерни/колеса и/или иные механизмы трансмиссии между колесами вместо ремней.

Иные конфигурации так же возможны (без какого-либо ограничения на объем изобретения) с применением различного количества комплектов генераторов одного и/или разных типов, различного числа ступеней передачи с любым отдельным передаточным отношением, различные компоновки колес/маховиков и/или генераторов, все из которых находятся в рамках положений настоящего изобретения.

10В-С

Фиг. 19 представляет альтернативный пример реализации настоящего изобретения, позволяющий минимум удваивать относительную скорость вращения между ротором и статором генераторной установки (генераторных установок). Такой пример использует отдельную внешнюю ось. Здесь генератор располагается на средней части внешней оси вместо ротора турбины, и вращается при помощи ремня, хомута, цепи, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов трансмиссии, соединенных с ротором турбины.

Фиг. 20 показывает конфигурацию в увеличенном масштабе (вид справа, спереди и сзади), описанную выше и изображенную на фиг. 19, где применяется отдельная внешняя ось, а генератор включает ротор и статор, вращающиеся в противоположных направлениях, и расположенный на такой внешней оси.

Колесо 610 и маховик 611 фиксированы к ротору турбины и вращаются вместе с ним в аналогичном направлении и с аналогичной угловой скоростью.

Вращение маховика/зубчатого колеса 611 (предпочтительно большого радиуса) вызывает обратное вращение маховика/зубчатого колеса 612 (предпочтительно малого радиуса), которое касается маховика 611, тем самым, вращаясь в противоположном направлении от него, и, соответственно, ротора 613, который жестко скреплен с маховиком 612. Одновременно, колесо 610 (предпочтительно большого радиуса), которое жестко фиксировано к той же оси, что и маховик 611, поворачивает колесо 615 (предпочтительно малого радиуса) за счет ремня, хомута или цепи, в том же направлении, и, следовательно, статор 614, жестко фиксированный к колесу 615. Как ясно из данной конфигурации, необходимый результат достигается в виде минимум удвоения скорости обратного вращения между ротором и статором.

Элемент 616 на фиг. 20 - вертлюг, который может быть заменен на любой элемент, позволяющий передавать напряжение во время вращения, включая беспроводную передачу.

Фиг. 21 показывает вид сверху и снизу механизмов с маховиком, ведущим колесом, ремнем и парой ротор/статор.

Возможно использовать перекрещенные ремни, хомуты или цепи и/или любые иные возможные механизмы противоположной трансмиссии между колесами/зубчатыми колесами/шестернями 611, 612 (на фиг. 20), что позволит двум обозначенным осям находится на расстоянии друг от друга.

Возможно использовать зубчатые колеса/шестерни/колеса и/или любые иные механизмы трансмиссии между колесами 610, 615 (на фиг. 20) вместо ремней.

Фиг. 22, 23 показывает пример аналогичный тому, что проиллюстрирован на фиг. 17, 18, но где пары ротор/статор, вращающиеся в противоположных направлениях 6201, 6202, 6203, 6204, расположены на внешней оси.

Фиг. 24 показывает комбинацию между фиг. 17, 18 и фиг. 22, 23, где пары ротор/статор 6201, 6202, 6203, 6204 расположены альтернативным образом на внешней оси и роторе турбины.

Иные конфигурации так же возможны (без наложения какого-либо ограничения на объем изобретения), как, например, применение различного числа комплектов генераторов аналогичного и/или различного типов, различного числа ступеней передачи с индивидуальным передаточным отношением, различных конфигураций колес/маховиков и/или генераторов, все из которых находятся в пределах положений настоящего изобретения.

10B-D

Фиг. 25 приводит альтернативный пример реализации настоящего изобретения, который позволяет вращение статора в обратном направлении с относительной скоростью минимум вдвое превышающую скорость вращения ротора за счет применения нескольких внешних осей. Один или более генераторов с роторами и статорами, вращающимися в противоположных направлениях, расположены на нескольких внешних осях и вращаются за счет ремней, хомутов, цепей, передач, колес, зубчатых колес, маховиков и иных механизмов трансмиссии, соединенных с ротором турбины.

Фиг. 25 показывает один пример реализации настоящего изобретения, использующий три пары ротор/статор, расположенные на трех внешних осях, фиксированных к единому ротору турбины. Ось ротора турбины вращает несколько элементов в своем направлении: маховик 6301 и три шкива 6302.

Как можно видеть на фиг. 25, 26, вращение маховика 6301 (предпочтительно с большим радиусом) поворачивает маховик 6303 (предпочтительного малого радиуса), который касается маховика 6301 и, следовательно, вращается в противоположном от него направлении. Движение маховика 6303 будет напрямую поворачивать магнитную пластину 6304 в том же противоположном направлении. В результате, магнитная пластина 6304 вращается против ротора турбины.

Движение колеса 6302 (предпочтительно большого радиуса) будет поворачивать колесо 6305 (предпочтительно малого радиуса) за счет ремня, хомута, цепи или иных механизмов трансмиссии в аналогичном направлении. Так как направление колеса 6305 совпадает с направлением колеса 6302, движение маховика 6305 будет напрямую поворачивать медную пластину 6306, которая делит ось с маховиком 6305. В результате, медная пластина 6306 будет поворачиваться в направлении вращения ротора турбины.

В результате таких оборотов магнитная пластина 6304 будет поворачиваться в противоположном направлении от медной пластины 6306.

Говоря в общем смысле, для дальнейшего умножения относительной скорости вращения между двумя пластинами, можно использовать следующее базовое правило: колеса большого радиуса должны приводить колеса меньшего радиуса. В ранее описанном примере ротор турбины вращает относительно большое колесо 6301, которое приводить меньшее колесо 6303, которое в свою очередь вращает магнитную пластину 6304. Ротор турбины так же вращает относительно большое колесо 6302, которое приводит малое колесо 6305, которое в свою очередь вращает медную пластину 6306, эффективно применяя систему передач. Одно из преимуществ изобретения является результатом разумного применения относительных размеров 4 колес (6301, 6302, 6303, 6305) наряду с добавлением внешних осей. Скорость оборота для каждой из двух пластин будет умножаться на произвольное отношение, фиксированное размером различных задействованных колес. Неизбежно будут возникать потери энергии в результате трения, однако увеличенная скорость вращения будут иметь свои собственные преимущества, как увеличенный выход за счет работы на высоких скоростях и/или снижение материальных издержек. В такой мере, когда передаточное отношение каждой ступени превышает единицу (таким образом, что выходная скорость вращения каждой ступени выше входной скорости), получается соответствующее увеличение конечной относительной скорости.

Дальнейшие иллюстрации настоящего концепта показаны на фиг. 27-30.

Фиг. 27 показывает концепт (вид в перспективе), использующий двухступенчатое мультипередаточное отношение и три внешние оси.

Фиг. 28 концепт (вид сверху).

Фиг. 29 концепт (вид спереди).

Фиг. 30 концепт (вид сзади).

Один и тот же ротор турбины может нести несколько комплектов генераторов и, таким образом, существует возможность генерации большего количества энергии даже в условиях малых скоростей потока, так как система позволяет высокие передаточные отношения, позволяя работать с произвольно минимально допустимыми скоростями.

Внешние оси (одна или более) могут вращаться вместе или против вращения ротора турбины. Они могут так же вращаться вокруг ротора турбины в аналогичном направлении.

Элемент 616 на фиг. 26 - вертлюг, который может быть заменен на любой элемент, позволяющий передавать напряжение во время вращения, включая беспроводную передачу.

Вместо двух маховиков/зубчатых колес/шестерней (6301, 6303 на фиг. 26) физически касающихся друг друга допустимо использовать перекрещенную цепь, ремень, хомут или шнур и/или иные допустимые механизмы трансмиссии, и с их помощью достигать обратного вращения, что позволит двум осям находится на расстоянии друг от друга. Возможно использовать зубчатые колеса/шестерни/колеса и/или любые иные механизмы трансмиссии между колесами 6302, 6305 вместо ремней.

10В-Е

В рамках положений настоящего изобретения находится применение одного или более генераторов с противоположно вращающимися роторами и статорами, расположенными на роторе турбины, вращаемые при помощи ремня, хомута, цепи, колес, зубчатых колес, маховиков или иных механизмов передачи трансмиссии, соединенных с несколькими внешними осями (не показано на фигурах).

10С Специальные средства обратного вращения для одного или более роторов турбины

Применение «специальных средств» может принимать следующие формы:

А. Один или несколько генераторов жестко фиксированы к своей опоре, их роторы и статоры вращаются в обратном направлении, используя специальные средства ковшового типа, соединенные с ротором турбины и вращающиеся вместе с ним.

Б. Один или несколько генераторов жестко фиксированы к ротору турбины, его роторы и статоры вращаются в обратном направлении, используя специальные средства ковшового типа, неподвижно соединенные с опорой, и сами так же вращаются вместе с ротором турбины.

Как видно на фиг. 31-33, внешний обод 6801 и внутренний обод 6810 (неподвижно фиксированные друг к другу) применяются для обеспечения обратного вращения между парой ротор/статор генератора (пять генераторов в данном случае). Элементы генератора 6802, 6803 (один из которых может быть назван ротор, а второй статор, хотя оба вращаются) фиксированы к пластине 6804. Внешний 6801 и внутренний 6810 ободы могут вращаться вместе в любом направлении относительно пластины 6804. Один или другой соединен с ротором турбины и будет вызывать относительное вращение, которое, как правило, вызывает вращение элементов генератора 6802, 6803 в противоположном направлении, эффективно минимум удваивая скорость относительного вращения между элементами генератора 6802 и 6803, так как радиус внешнего обода 6801 превышает радиус элемента генератора 6802, входящего в зацепление с 6801, а радиус внутреннего обода 6810 превышает радиус другого элемента генератора 6803, который входит в зацепление с 6810.

Элементы 6804 и 6801 могут быть так же повернуты в противоположное направление для дальнейшего увеличения относительной скорости вращения между ротором и статором.

10С-А

Один или несколько генераторов, как показано на фиг. 31-33, могут быть присоединены к неподвижной опоре, используя внешний обод 6801 и внутренний обод 6810, фиксированные к ротору турбины и вращающиеся вместе с ним. Опять же генератор имеет роторы и статоры, вращающиеся в обратном направлении. В примере на фиг. 34 внешний обод 6801 и внутренний обод 6810 вращаются вместе с ротором турбины. На рисунке опорная пластина 6811 неподвижно добавлена к основанию внешнего обода 6801.

10С-В

Один или несколько генераторов могут быть присоединены к ротору турбины. Такие генераторы имеют роторы и статоры, вращающиеся в обратном направлении, таким образом, как показано на фиг. 35 с внешним ободом 6801, фиксированном к опорной структуре.

В дополнение к относительному вращению между ротором и статором генераторов такие генераторы будут так же вращаться вместе с ротором турбины. Внешний обод 6801 и внутренний обод 6810 в данном примере не вращаются с ротором турбины. На фиг. 35 опорная пластина 6811 добавлена для внешнего обода 6801 и внутреннего обода 6810. Так же опорная пластина 6850 добавлена к пластине 6804.

Различные преимущества могут быть указаны относительно инноваций на рассмотрении. Можно выбирать различные диаметры для каждой пары зубчатых колес, например, при помощи регулировочного механизма 6860 (см. фиг. 31, 33) на пластине 6804. Такой регулировочный механизм позволяет перемещать ось вращения генераторов.

Более того, внешние оси могут быть добавлены, где это возможно, открывая широкий перечень контроля над относительной скоростью вращения между статором и ротором. Такая организация дает некоторые преимущества, очевидные для специалистов в данной области, как, например, генератор, работающий с более высоким значением об/мин, потребует меньше материальных затрат (медь или иные проводники и магниты), а так же увеличит выходную мощность.

На одном роторе турбины возможно подключить несколько пар роторов/статоров с целью увеличения общей мощности установки.

Вертлюг 6855 (один или более) может быть заменен на любой иной механизм для передачи напряжения во время вращения, включая беспроводную передачу. Такое размещение возможно на любом подходящем участке установки.

Возможно использовать любой тип устройства преобразования энергии, включая пластины, как на рисунках, генераторы, генераторы переменного тока, гидравлические элементы, электромагнитные устройства и тому подобное.

В рамках положений настоящего изобретения элемент 6802 и/или элемент 6803 размещены в противоположных местоположениях, например, на внешнем ободе пластины 6801, то есть они могут вращаться на внутреннем или внешнем ободе пластины 6801. Предположительно, они так же могут работать на плоской пластине сами по себе, на верху или внизу пластины в дополнение к другим местоположениям. Внутренний обод 6810 может находится выше или ниже внешнего обода 6801.

Возможно подключение еще одной оси перпендикулярно либо под любым другим углом к пластине 6801, например, аналогичным образом, как подключается велосипедный динамо-генератор. Динамо возможно подключить, например, к лопатке ротора турбины или пластины 8610.

Возможно использование любого количества пластин и пар ротор/статор, равно, как и элементов трансмиссии.

В рамках положений настоящего изобретения находится использование внешних осей (насколько возможно) и размещения любого количества элементов вокруг ротора турбины и/или друг на друге.

Возможно так же применять один или более ремень, прямой или перекрещенный, либо их комбинации.

10D

Возможно комбинировать все или часть положений, приведенных выше, с целью вызывать вращение как в роторе, там и статоре в противоположных направлениях.

Например, несколько устройств подобно тем, что описаны в секции 10С, могут быть внедрены на нескольких внешних осях (как те, что описаны в секции 10В) и/или возможно применить положения 10А, 10В и/или использовать положения 10А, 10С, либо 10А, 10В и 10С все вместе. Такая организация имеет эффект обратного вращения ротор/статор, умноженное на некоторые фиксированные передаточные отношения.

Устройства обратного вращения, раскрытые в секции 10С-А и 10С-В, могут так же вращаться сами по себе, в противовес тому, что указано выше, где они жестко фиксированы к ротору турбины или опорной структуре. Опорная структура может так же вращаться сама.

Один уникальный аспект секций 10А, 10В, 10С, 10D заключается в том, что здесь дополнительная «внешняя» передача обладает передаточным отношением, которое может быть задано конструктором. Такой допуск для применения колес различного радиуса позволяет располагать широким выбором передаточных отношений.

На фиг. 36 можно отметить три оси (в свете секции 10В-D), где на каждой из них имеются специальные средства (в свете секции 10С), каждая включает пять генераторов. Показанные механизмы трансмиссии являются четырехступенчатыми.

Естественно, что все элементы изобретения могут располагаться внутри или снаружи корпуса, если таковой применяется. Они могут иметь любое покрытие, хотя на рисунках зубчатые передачи отражены для лучшей иллюстрации принципа.

Обратное экспоненциальное вращение - общие положения

Элементы генератора могут размещаться в любой удобной секции установки. Они могут быть на любой стороне ротора турбины выше или ниже его, в парах или тройках, на одной или обеих сторонах, настолько много, сколько будет достаточно энергии их вращать.

В рамках положений настоящего изобретения находится применение дополнительных генераторов для активации и деактивации, основываясь на сигналах управления, в случае необходимости увеличивать или снижать мощность установки.

Последующее описание и иллюстрации примеров реализации настоящего изобретения не обязательно считаются исчерпывающими, а так же ограничивающими изобретение выше представленным описанием в любой форме.

Любой термин, которому было дано определение и применение в пунктах, должны интерпретироваться согласно такому определению.

Номера ссылок в пунктах не являются частью таких пунктов, а применяются для облегчения их чтения. Такие номера ссылок не должны толковаться в ограничивающем смысле для пунктов в любом форме.

Реферат

Изобретение относится к области электротехники, в частности к ветроэнергетике. Технический результат – повышение удельной мощности. Турбинная энергетическая установка включает ротор турбины, соединенный с минимум одним генератором турбины, включающим, по крайней мере, один статор и, по крайней мере, один ротор. Ротор турбины механически связан с минимум одним из указанных статоров и/или роторов генератора механизмами трансмиссии, способными вращать статоры в направлении, противоположном роторам генератора, с относительной скоростью вращения, устанавливаемой механизмами трансмиссии, включающими двух- или более последовательные ступенчатые передачи. Каждая ступень указанной ступенчатой передачи обладает передаточным отношением более 1, и скорость вращения на выходе каждой ступени превышает скорость вращения на входе. Ступени последовательной передачи соединены непрерывным образом, и каждая последующая ступень приводится в движение предыдущей таким образом, что входная скорость вращения каждой ступени увеличивается от одной ступени к следующей. Ступенчатые последовательные передачи являются независимыми по своим размерам и отношениям по сравнению с любой другой из указанных ступеней. 1 з.п. ф-лы, 36 ил.

Формула