Содержание
Описание: В данной статье описано как переделать мотор-колесо в ветрогенератор
В коммерческих ветрогенераторах чаще всего используют винтовые пропеллерные двигатели – у них максимальный КПД, доходящий до 49%. Это весомое преимущество, и свой третий или четвертый по счету ветряк вы можете попытаться изготовить по пропелерной схеме — но винтовые двигатели значительно сложнее изготовить, поэтому если вы хотите сделать свой первый самодельный ветрогенератор, т.е. не покупать готовый, а именно сделать ветрогенератор своими руками, лучше начать с классических конструкций на роторном двигателе, выглядит она так: 
Однако не стоит думать, что необходимо поднять ветряк как можно выше любой ценой – на самом деле скорость ветра пропорциональна корню седьмой степени от высоты – выгода не большая, но с точки зрения монтажа это весьма существенно!
Один только плюс – если ветро энергетическая установка (ВЭУ) высоко поднятая над землей, то она будет выполнять функцию молниеотвода, а это для сельской местности бывает полезно.
До недавнего времени главной проблемой в строительстве ветрогенераторов являлся выбор (или самостоятельная постройка) генератора электрического тока, подключаемого к шкиву ветрогенератора – всегда легче использовать готовую конструкцию, чем собирать и наматывать обмотки самостоятельно.
И все поменялось с появлением мотор-колес для электровелосипедов и электроскутеров – это идеальные генераторы для домашней ветроэнергетики! В терминах ветроэнергетики правильнее всего принимать мотор колесо за "многополюсной тихоходный генератор", посмотрим, как оно устроено, самое простое и дешевое мотор-колесо для электровелосипеда:
Как мы видим, в зависимости от конструкции, это от 30 до 50 ниодимовых магнита, закрепленных на вращающемся статоре и неподвижный ротор с тремя независимыми обмотками. Каждая обмотка намотана 4-9 параллельно соединенными (для лучшего заполнения паза) проводами, суммарный диаметр около 3-4мм. Посмотрим, что стоит отметить особо важным для самостоятельного строительства ветрогенератора из мотор-колеса?
1.В режиме генератора, любое мотор колесо начинает выдавать ток сразу же, "с пол оборота!"
2.Выдаваемое напряжение пропорционально скорости вращения – учитывайте это при выборе контроллера.
3.Снимаемую мощность можно увеличить, подключая дополнительные обмотки!
4.Можно затормозить мотор-колесо закоротив обмотки между собой – с обмотками ничего страшного не случится, электротормоза такой конструкции давно используются на электровелосипедах и электроскутерах.
5.Внутри мотор-колеса для электровелосипеда обмотки чаще бывают соединены по схеме "звезда". А мотор колеса для скутеров и, особенно, мотор колеса для электросамокатов имеют соединение обмоток по схеме "треугольник" — имейте в виду это при конструировании! Хотя, залезть в мотор-колесо и перепаять обмотки не представляет никакого труда, все эти мотор колеса очень легко открываются!
6.Мотор колеса отличаются по весу и условно делятся на три класса: 4.5-6кг имеют паспортную мощность около 600 – 1000 вт, в случае их использования по назначению, и КПД порядка 85%.
Мотор-колеса весом от 8 до 10 кг мощностью около 1500 – 2000 ватт. И самые мощные, до 24 кг включительно, рассчитаны на мощность до 8000 ватт.
7.Цена на голое мотор колесо (т.е. в комплекте нет ничего кроме самого мотор колеса), которое имеется в наличии .
8.Максимальные обороты мотор-колес при эксплуатации по прямому назначению — от 200 до 400 оборотов в минуту.
Теперь поговорим о конструкциях роторов для ветряков с мотор-колесом. Естественно, конструкция их может быть абсолютно любая, никаких ограничений нет. Но, какие-то подходят лучше и считаются проще для самостоятельно изготовления своего первого ветрогенератора. Абсолютным лидером тут являются вертикальные конструкции с ротором Савониуса. Этот тип конструкции очень прочен и долговечен, если построен правильно, имеет относительно небольшую скорость вращения, что важно именно в конструкции с мотор-колесом в качестве электрогенератора. Ротор Савониуса может быть легко изготовлен в домашних условиях, без возни с аэродинамическим профилем крыла и другими проблемами, связанными с изготовлением горизонтальной "пропеллерной" турбины. Более того, в отличие от турбины с горизонтальной осью, ротор Савониуса всегда ориентирован по ветру, и не сильно зависит от турбулентности, что иногда бывает сильным подспорьем.
К недостатком роторов Савониса (а их достаточное количество) обычно относят их низкий КПД, всего порядка 15%. К счастью, для конструкций с мотор-колесов наиболее подходит самый эффективный вид ротора Савониуса.
Он не только имеет аэродинамическое преимущество, так как воздушные потоки отклоняются лопастями два раза, но лопасти еще имеют некоторый аэродинамический профиль. Когда на лопасти находит поток воздуха, создается небольшая подъемная сила и, следовательно, эффективность ротора повышается. Реальные конструкции на таком профиле начинают движение при ветре, который лицом не ощущается…
СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ МОТОР-КОЛЕСА
Диоды всего лутчше брать минимум 10А или диодные мосты.
Многие сталкиваются с вопросом после сборк и генератора, как избежать перезаряда АКБ. Ответ прост. Вам поможет ко нтроллер заряда от автомобиля. Плюсы очевидны, пришел, выбрал, купил. На примере ,реле регулятора напряжения РР 362.3772 устанавливается на
ПАЗ-3205 ГАЗ-53, артикул РР 362-01 
Многие ищут готовый генератор для изготовления ветрогенератора, и такой генератор есть, это велосипедное мотор колесо, есть и более мощные, для скутеров и электромобилей. Мотор колесо это готовый трёхфазный генератор на магнитах, номинальная мощность которого в режиме генератора достигается уже при 500-700 об/м, бывают и более высокооборотистые, зависит от конкретной модели.
Например мотор колесо (TM Volta bikes 48vv1000w), скорость вращения которого на холостом ходу в режиме двигателя 460 об/м при 48v. В режиме генератора он выдаст 1кВт при примерно 600 об/м на 48v АКБ. На 12-ти вольтовый АКБ конечно меньше, но заряд будет начинаться примерно при 100-120 об/м, а максимальная мощность с хорошим трёхлопастным винтом будет не более 400-500 ватт. На 24 вольт АКБ максимальная мощность будет лучше, но начало заряда акб с 200-250 об/м.
Есть у мотор колеса и неприятность, это довольно ощутимое залипание, по этому будет тяжело стартовать на слабом ветре, но это уже зависит от стартового момента винта. Винт это отдельная тема и я пока не встречал ветряки с мотор колёсами и хорошими винтами, но вот что мне удалось найти по готовым ветрогенераторам.
Ветрогенератор с мотор колесом мощностью 1 кВт
Этот ветрогенератор имеет деревянный винт диаметром 4 метра. Мотор колесо с цепным приводом и передаточным числом 1:2, то-есть оно вращается в два раза быстрей чем винт. Максимальный ток заряда 12 вольт АКБ достигал 30А. Конструкция думаю понятна ниже на фото
Ветрогенератор сделан вроде бы неплохо, но винт имеет слишком большой диаметр, и из-за этого низкие обороты, и редукция 1:2 не особо помогает поднять мощность ветрогенератора. По этому зарядка начинается поздновато и обороты низкие. Но думаю создатель этого ветрогенератора в будущем это поймёт. Сам винт тоже сделан неизвестно как и не имеет крутки, поэтому скорее всего имеет низкий КИЭВ и быстроходность. В общем конструкция хорошая за исключением винта.
Ветрогенератор с мотор колесом мощностью 1 кВт
и оригинальным креплением
Конструкция этого ветрогенератора на мой взгляд более продумана. у мотор-колеса слабая ось, диаметр которой всего 12 мм, и к тому же она полая и через неё проходят провода. Поэтому если крепить лопасти к корпусу, а генератор за ось с одной стороны то это очень слабое крепление и такой тонкий вал легко может сломать. Здесь сделан переходник с подшипником, на который и приходится вся нагрузка винта.
Винт здесь трёхлопастной, имеет прямой привод на генератор сам винт диаметром под 2.7-3 метра, и имеет неплохую быстроходность и КИЭВ. Мощность этого ветряка при ветре 4-5 м/с составляет 150-250 ватт что уже очень неплохо.
Ветрогенераторы на основе мотор колёс
Ветрогенератор из мотор-колеса 900 ватт
Ветрогенератор из мотор-колеса
В общем мотор колесо хороший генератор, но его стоимость не такая и низкая, стоит оно на 1кВт около 200-250$, это его самый главный минус, но это находка для тех кто сам не может сделать хороший генератор. Также залипание как я уже писал у мотор колеса довольно ощутимое и трёхлопастные винты будут плохо стартовать на слабом ветру. Сам я не пробовал делать ветряк на таком генераторе, но может быть и получится когда нибудь.
Недавно наткнулся на уникальную в своем роде разработку нашего профессора Шкондина, живущего и работающего в г. Протвино МО.
Изучив поверхностно данное Ноу-Хау, я поразился унакальностью этого изобретения. Данное электрическое мотор-колесо может устанавливаться как на скутеры, мотоциклы так и на автомобили. Из-за унакально огромного КПД работы у этого изобретения будет большое будущее в нашей стране (надеюсь что изобретение не будет продано Китайцем или на Запад).
О Мотор-Колесе Шкондина говорят и пишут многие. И часто это происходит на уровне мифов и предположений. Мол, есть такое изобретение, и по многим параметрам оно просто замечательно, а вот как оно работает, практически никто не объяснил. Сам Василий Васильевич Шкондин отсылает всех к своим многочисленным отечественным и зарубежным патентам, где, якобы, всё написано, а если хотите производить такие колеса, то берите лицензии.
О Мотор-Колесе Шкондина в Интернете можно найти ряд интересных статей. Например, «Василий Шкондин – конструктор лучших в мире электровелосипедов». Или познакомиться с информацией о моторе Шкондина по ряду фильмов. Например, по адресу, где можно посмотреть сразу 25 фильмов. Эти же фильмы можно найти в Интернете и по другим адресам. Приведу лишь один из последних фильмов, созданных Старухиным.
Здесь можно посмотреть сведения о патентах, которые принадлежат Шкондину . А тут указаны данные про «ООО МОТОР-КОЛЕСО ШКОНДИНА».
Чтобы понять особенности мотор-колеса Шкондина, а проще, говоря, двигателя Шкондина, нужно сравнить его двигатель с конструкцией стандартного двигателя постоянного тока и так называемого бесколлекторного двигателя. Но для начала приведем некоторые данные из патентов Шкондина, а также ряд рисунков, которые позволят понять основные принципы, которые положил Шкондин в основу своего мотора.
Познакомиться с патентами Шкондина можно по указанным адресам, но можно почитать и на моем сайте по адресам здесь и здесь. Сам Шкондин старается позиционировать свой двигатель как мотор-колесо, но при желании этому двигателю можно придать любую форму, сохраняя при этом саму идеологию изобретения. Рассмотрим поближе мотор-колесо Шкондина
Итак, имеем статор внутри, и ротор снаружи. На статоре через равные промежутки установлено 11 пар магнитов, полюса магнитов чередуются. Всего полюсов 22. На роторе установлены 6 U-образных электромагнитов, у которых, получается, имеется 12 полюсов. На роторе установлены щетки, с помощью которых подается питание на электромагниты, а на статоре установлен коллектор, с которого электрический ток поступает на щетки. Обращаю внимание на то, что расстояние между полюсами любого электромагнита ротора равно расстоянию между соседними магнитами на статоре. А это означает, что в момент точного «соприкосновения» полюсов одного из электромагнитов с соседними полюсами магнитов на статоре, полюса остальных электромагнитов с полюсами магнитов на статоре не «соприкасаются».
Сдвиг полюсов электромагнитов на роторе и полюсов магнитов на статоре относительно друг друга создает между ними градиент напряженности магнитного поля, а последний как раз и является источником крутящего момента. Для варианта двигателя Шкондина, изображенного на рис.1 получается, что в каждый момент времени крутящий момент создают 5 электромагнитов из 6. Тот электромагнит, полюса которого точно «соприкасаются» с полюсами магнитов на статоре, крутящего момента не создаёт. Получаем своеобразный силовой КПД в 83%. И это при отсутствии притиво ЭДС. А если считать КПД по доле участвующих в создании тяги магнитов на статоре, то получаем, что из 22 магнитов тягу создают 20 магнитов, т.е., 91%.
Пока прошу поверить на слово, что коллектор мотора Шкондина устроен так, что он в нужное время переключает направление тока в обмотках электромагнитов, что обеспечивает тягу только в одну сторону. Можно даже утверждать, что в данном моторе Шкондина работают сразу 6 классических электромоторов. Мотор действительно работает мотором, а не маховиком. В данном моторе на «полную катушку» используется не только мощность электромагнитного поля, но и коллекторно-щеточный механизм. И при этом двигатель устроен удивительно просто. Он состоит всего из 5-6 основных деталей. Создав для этих деталей точные матрицы, можно штамповать двигатели Шкондина миллионами.
Познакомимся поближе с одним из патентов Шкондина. Это ИМПУЛЬСНО-ИНЕРЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ . Выделим из этого патента достаточно большую цитату, которая содержит основные отличительные признаки двигателя Шкондина:
«Импульсно-инерционный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, содержит: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;
ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга;
распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;
токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.
Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество постоянных магнитов статора, равное n и количество электромагнитов ротора равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:
n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.
m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0 
Рассмотрим последний рисунок. На нём полюса электромагнитов ротора сверху и снизу совпадают с полюсами магнитов на статоре. Эти электромагниты в создании тяги не участвуют, поэтому питание на них не подается. Полюса электромагнитов справа и слева с полюсами магнитов на статоре не совпадают. Поэтому на эти электромагниты питание подается. И именно эти электромагниты создают крутящий момент. И именно на это тратится энергия из аккумулятора.
Обратите внимание, что как правый, так и левый электромагниты сразу взаимодействует с магнитными полями трех соседних статорных магнитов. А это уже типичная магнитная дорожка, которая за счет градиентов в магнитных полях позволяет получить максимальную тягу. Если считать тягу по задействованным электромагнитам, то получаем, что тягу создают 50% электромагнитов, а если по числу задействованных магнитов статора, то получаем, что в создании тяги участвует сразу 60% магнитов. А это уже большой показатель. Т.е., и на примере этой схеме мы убедились, что мотор-колесо Шкондина – это мотор в моторе.
Теперь рассмотрим схему стандартного электродвигателя с подмагничиванием статорных обмоток, взято здесь
В этом двигателе всего пара щеток, зато на коллекторе масса контактов, численно равных числу проводников обмотки ротора. В правом верхнем углу показано сечение мотора с неправильным указанием направления токов в проводниках роторной обмотки. Дело в том, что в каждый момент времени ток подается только в пару проводников, значит только в одном проводнике сверху ток течет от нас, а внизу только в одном проводнике ток течет к нам. Остальные секции ротора такого мотора работают как маховик, что не всегда хорошо. Поэтому при запуске за счет необходимости «сдвинуть ротор с места» такие моторы потребляют большой ток из сети или аккумулятора. Либо при выключении такие моторы превращаются в генераторы, так как остановка ротора, обладающего большой механической инерцией, требует длительного промежутка времени.
К сожалению, такие моторы составляют большую часть моторов на постоянном токе в нашей промышленности. И замена электромагнитов статора на сильные постоянные магниты погоды не сделают.
Теперь посмотрим на возможность использования двигателя Шкондина в бесколлекторном варианте. Сам Шкондин получил несколько патентов, где как вариант он рассматривал возможность использования его двигателя без коллектора. Например, на следующем рисунке (рис. 6) показана такая
В этом случае двигатель Шкондина работает примерно так, как показано на следующей анимации:
vitanar.narod.ru/schkondin3/schkondin3_7.gif
Но есть существенный различия. Если в двигателе на рис.7 магнитное поле вращается синхронно с вращением ротора, заставляя ротор вращаться вслед за вращением магнитного поля, то в двигателе Шкондина такого нет. В двигателе Шкондина «бегущим» является отключение тока электромагнита ротора в тот момент, когда полюса электромагнита ротора устанавливаются напротив полюсов пары магнитов на статоре. При этом в момент отключения тока в таком электромагните в других электромагнитах направление тока меняется на противоположное. Это позволяет в нужный момент или нужном месте заменить «притяжение» полюсов электромагнитов к паре магнитов на статоре на «выталкивание» полюсов электромагнитов от пары полюсов магнитов статора.
Поэтому Шкондин правильно делает своим оппонентам замечание, что подходить к его двигателю с общераспространёнными теориями бесполезно, что обмотки электромагнитов ротора нельзя соединять ни звездой, ни треугольником. Оно и, правда, двигатель Шкондина – это совокупность магнитных дорожек, динамически меняющих свои параметры за счет переключение обмоток электромагнитов в нужное время и в нужном месте. Поэтому и выдает этот мотор результаты, которые обычным моторам и не снились.
Мотор Шкондина – это не маховик, это устройство, которое с высоким КПД использует взаимодействие магнитных полей, параметры которых умело меняются как за счет правильного соотношения между парным числом магнитных полюсов на статоре и числом пар полюсов электромагнитов на роторе, число пар магнитов на статоре больше числа пар полюсов электромагнитов на роторе, правильно сконструированного коллектора или устройства синхронизации в бесколлекторном варианте.
Мотор Шкондина обладает при той же массе и подаваемого на обмотки ротора тока гораздо большей мощностью, чем электромотор стандартной конструкции. Мотору Шкондина конструктивно можно придать любую форму, как в виде колеса (блина), так и в виде цилиндра, наподобие той формы, которую придают существующим двигателям постоянного тока. Это делает такие двигатели подходящими для установки в военную технику самого разного назначения. Эти двигатели можно использовать в космосе. В авиации такие двигатели хорошо подходят для вертолетов, так как они обладают малой инерцией вращения. Значит лопастями с такими двигателя легче управлять, уменьшится вероятность непредвиденных катастроф.
Кроме мотора Шкондин спроектировал и собрал несколько вариантов генераторов по своей схеме. Причем на одно и тоже транспортное средство можно установить и двигатель, и генератор. И когда двигатель будет «тянуть» транспортное средство, генератор будет вырабатывать электроэнергию и с КПД больше 90% и возвращать её в аккумулятор. Наивысшим достижением Шкондина является создание спарки двигателя и генератора, которые дополненные небольшой солнечной батареей или ветряком, практически становится «вечным» двигателем, мощность которого достаточна для обеспечения электроэнергией сельского дома или квартиры.
Так что для меня понятно, почему коляска для инвалидов, собранная Шкондиным, пробегает дистанцию на одном заряде аккумулятора больше, чем аналоги, собранные в других странах. Или почему на электровелосипеде Шкондина можно проехать 50 и более километров на паре аккумуляторов для источников бесперебойного питания, которые мы привыкли использовать для своих компьютеров. Или почему мотор-колесо Шкондина можно использовать для строительства ветрогенератора.
Данная статья написана не как реклама Шкондину, а как попытка разобраться с механизмом работы его двигателя, чтобы немного развеять тот туман, который в последнее время сгустился над этим изобретением. И, похоже, что двигатель Шкондина, как всё гениальное, очень простое устройство.
Можно еще долго вести разговор о достоинствах мотора Шкондина. Но пока к этому делу не проявят интерес государственные чиновники или акулы российского бизнеса, мотор-колесо Шкондина так и останется игрушкой для небольшой группы энтузиастов. В Интернете однажды «вышел» на небольшую статью, что электромобили на зимней Олимпиаде в Сочи созданы на основе моторов Шкондина. У меня есть надежда и уверенность, что к мотору Шкондина проявит интерес Министерство обороны Российской Федерации. И тогда мы, возможно, станем обладателями электровелосипедов или электромобилей, в которых будут установлены двигатели Шкондина. И не только в колесах, но и в системах
Мотор-колесо Дуюнова Мотор-колесо – это электродвигатель, встраиваемый в колесо велосипеда, автомобиля, скутера, мотоцикла и других транспортных средств. Двигатель выполнен на оси, что дает привод колесу без вспомогательных элементов передачи тяги, таких как шестерни или цепь. На данный момент все модели мотор-колес, представленные на рынке, являются BLDC-двигателями и имеют в своей конструкции постоянные магниты, из-за использования которых в производстве, стоимость выпуска мотор-колес высока. Мотор-колесо Дуюнова – одна из самых знаменитых разработок на основе технологии «Славянка». Это первое в мире асинхронное мотор-колесо без использования в конструкции постоянных магнитов, за счет чего обеспечивается снижение на 30% веса и материалоёмкости в сравнении с двигателем со стандартными обмотками, полное импортозамещение и независимость от китайских производителей магнитов. Асинхронное мотор-колесо Дуюнова демонстрирует неоспоримые преимущества над мотор-колесами с постоянными магнитами (BLDC): имеет низкие затраты в обслуживании, хороший накат, экономию электроэнергии до 40%, низкий уровень шума, высокую надежность и длительный срок службы.
