ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВАЯ ВЕТРОУСТАНОВКА Российский патент 2015 года по МПК F03D3/00 F03D3/06 

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники, и, в частности, к электромашиностроению.

Известна вертикально-осевая ветроустановка, (Н-ротор Дарье), содержащая вертикальный вал, горизонтальные траверсы, соединенные с валом, и вертикальные лопасти крыльевого профиля, установленные параллельно валу на концах траверс (WO 95/09304 A1, МПК F03D 7/06, 1995 г.).

Недостатком известного технического решения является то, что установка имеет низкий аэродинамический крутящий момент при выходе из состояния покоя. Для начала вращения ротора при минимальной скорости ветра 2,5…4 м/с используются выдвижные поворотные щитки, дополнительно увеличивающие площадь взаимодействия лопастей ротора с ветровым потоком, которые для создания дополнительной тянущей силы должны циклически принимать то вертикальное, то горизонтальное положение ветродвигателя в целом. Более того, при небольшой скорости вращения, когда линейная скорость лопастей близка к скорости ветра, возможен тормозящий момент со стороны потока воздуха, и тогда самораскрутка ротора становится практически невозможной. При этом для циклического изменения угла поворота щитков применяется сложное устройство, а именно гидравлический или электрогидравлический привод с автоматическим управлением, что усложняет конструкцию и изготовление, снижает надежность и затрудняет эксплуатацию.

Наиболее близким решением является вертикально-осевая ветроустановка, содержащая ротор, включающий ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей и ступицу, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонован электрогенератор (см. патент №2347104, F03D 3/06).

Недостатком изобретения является высокая скорость ветра для самораскрутки ротора, высокие потери на трение в подшипниках, невысокий КПД генератора.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности работы ветроустановки и ее электрогенератора, снижение трения в подшипниках, упрощение конструкции, повышение КПД генератора.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в повышении ресурса ветроустановки и ее электрогенератора, повышении надежности работы, существенном уменьшении трения в подшипниках, повышении КПД генератора, уменьшении массы вращающихся деталей, увеличении окружной скорости индуктора электрогенератора.

Поставленная задача решается тем, что вертикально-осевая ветроустановка, содержащая ротор, включающий ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей и ступицу, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонован электрогенератор, отличается тем, что ротор содержит цилиндрический вал, от которого радиально в горизонтальной плоскости, отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, на концах которых закреплены вертикальные лопасти, кроме того, точки контакта силовых траверс с вертикальными лопастями связаны с цилиндрическим валом выше и ниже силовой траверсы, растяжками, предпочтительно закрытыми в аэродинамические обтекатели, при этом продольные оси растяжек и траверсы каждой лопасти лежат в одной вертикальной плоскости, кроме того, цилиндрический вал с возможностью вращения пропущен через направляющую втулку, жестко закрепленную на торце вертикальной мачты, в полости которой размещена эластичная втулка, содержащая цилиндрический полый вкладыш из немагнитного материала, на внешней поверхности которого закреплена эластичная втулка, при этом ступица ориентирована горизонтально и жестко скреплена с мачтой, ниже направляющей втулки, при этом цилиндрический вал на участке прохода через направляющую втулку снабжен вторым цилиндрическим немагнитным вкладышем, жестко скрепленным с ним, при этом, в зазоре между немагнитными вкладышами размещен радиальный магнитный подшипник, при этом электрогенератор содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, скрепленный со ступицей, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, причем в цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор электрогенератора, включающий съемно фиксируемые на выступе цилиндрического вала индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, предпочтительно с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха и подшипниковый узел, кроме того, торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора, при этом на первой торцевой крышке выполнены первый и второй кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке выполнены третий и четвертый кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, при этом в кольцевых зазорах между первым и вторым и между третьим и четвертым кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, кроме того, на стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита с одинаковым диаметром кольца, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, кроме того, корпус электрогенератора снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса, кроме того, центральная часть первого щита электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом первой торцевой крышки, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал ротора, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной ко второму кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа первой торцевой крышки ротора, кроме того, центральная часть второго щита корпуса электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом второй торцевой крышки, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной к четвертому кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа второй торцевой крышки ротора, кроме того, на участках первого и второго щитов корпуса, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым и вторым кольцевыми выступами первой торцевой крышки и третьим и четвертым кольцевыми выступами второй торцевой крышки, закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты, причем нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцевых крышках ротора. Кроме того, цилиндрический вал непосредственно над направляющей втулкой и непосредственно над верхней поверхностью электрогенератора снабжен кожухами выполненными, с возможностью защиты зазоров магнитных подшипников от попадания влаги.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения и существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки, указывающие что ротор «содержит цилиндрический вал, от которого радиально в горизонтальной плоскости, отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, на концах которых закреплены вертикальные лопасти, кроме того, точки контакта силовых траверс с вертикальными лопастями связаны с цилиндрическим валом выше и ниже силовой траверсы, растяжками, предпочтительно закрытыми в аэродинамические обтекатели, при этом продольные оси растяжек и траверсы каждой лопасти лежат в одной вертикальной плоскости» обеспечивают создание прочной, виброустойчивой конструкции ветротурбины, обеспечивающей ее надежную работу при высоких скоростях ветра, а также получение высоких значений коэффициентов использования энергии ветра.

Признаки, указывающие, что цилиндрический вал «с возможностью вращения пропущен через направляющую втулку, жестко закрепленную на торце вертикальной мачты, в полости которой размещена эластичная втулка, содержащая цилиндрический полый вкладыш из немагнитного материала, на внешней поверхности которого закреплена эластичная втулка, при этом ступица ориентирована горизонтально и жестко скреплена с мачтой, ниже направляющей втулки, при этом цилиндрический вал на участке прохода через направляющую втулку снабжен вторым цилиндрическим немагнитным вкладышем, жестко скрепленным с ним, при этом, в зазоре между немагнитными вкладышами размещен радиальный магнитный подшипник» обеспечивает формирование радиального виброустойчивого магнитного подшипника ветроустановки.

Признаки, указывающие что электрогенератор «содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, скрепленный со ступицей, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки» формируют статор электрогенератора.

Признаки «… в цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор электрогенератора, включающий съемно фиксируемые на выступе цилиндрического вала индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, предпочтительно с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха…» обеспечивают размещение индуктора в полости статора, а также создают рациональные пути замыкания магнитных потоков индуктора и создание сильного магнитного поля.

Признаки «…торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора, при этом на первой торцевой крышке выполнены первый и второй кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке выполнены третий и четвертый кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора…» обеспечивают формирование площадок для размещения подвижных частей первого и второго упорного магнитных подшипников.

Признаки, указывающие что «в кольцевых зазорах между первым и вторым и между третьим и четвертым кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием», обеспечивают формирование подвижных частей эффективных упорных магнитных подшипников ветроустановки и генератора.

Признаки, указывающие что «на стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита с одинаковым диаметром кольца, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием» обеспечивают формирование подвижных частей эффективных радиальных магнитных подшипников генератора.

Признак «… корпус электрогенератора снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса…» позволяет сформировать корпус статора.

Признаки «… центральная часть первого щита электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом первой торцевой крышки, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал ротора…» обеспечивают формирование площадок для размещения неподвижных частей первого радиального магнитного подшипника генератора.

Признаки, указывающие что «на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной ко второму кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа первой торцевой крышки ротора» обеспечивают формирование неподвижных частей первого радиального магнитного подшипника генератора.

Признаки, указывающие что «центральная часть второго щита корпуса электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом второй торцевой крышки» обеспечивают формирование площадок для размещения неподвижных частей второго радиального магнитного подшипника генератора.

Признаки, указывающие что «на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной к четвертому кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа второй торцевой крышки ротора» обеспечивают формирование неподвижных частей второго радиального магнитного подшипника генератора.

Признаки, указывающие что «на участках первого и второго щитов корпуса, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым и вторым кольцевыми выступами первой торцевой крышки и третьим и четвертым кольцевыми выступами второй торцевой крышки, закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит, как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты» обеспечивают формирование неподвижных частей эффективных упорных магнитных подшипников ветроустановки и генератора.

Признаки, указывающие что «нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцевых крышках ротора» обеспечивают усиление магнитного поля и направление основной его части в зазор, и, тем самым, увеличивают несущую способность упорных магнитных подшипников ветроустановки и генератора.

Признаки «… цилиндрический вал непосредственно над направляющей втулкой и непосредственно над верхней поверхностью электрогенератора снабжен кожухами выполненными, с возможностью защиты зазоров магнитных подшипников от попадания влаги…» позволяет длительно обеспечивать нормальную работу электрогенератора и магнитных подшипников в различных климатических условиях без снижения индукции в немагнитных зазорах генератора и магнитных подшипников.

На фиг. 1 показаны ветроколесо и мачта, на фиг. 2 их продольный разрез по оси вращения, на фиг. 3 поперечный разрез по лопастям ветротурбины, на фиг. 4 поперечный разрез по ветрогенератору, на фиг. 5 местный вид радиального магнитного подшипника, на фиг. 6 местный вид продольного разреза ветрогенератора.

На чертежах показаны ступица 1, цилиндрический вал 2, силовые траверсы 3, вертикальные лопасти 4, растяжки 5, направляющая втулка 6, мачта 7. эластичная втулка 8, цилиндрические полые немагнитные вкладыши 9 и 10, три кольцевых постоянных магнита 11 и 12, корпус 13 электрогенератора, сердечник статора 14, пазы 15, катушки 16 обмотки, торцевые крышки 17, 18 ротора, кольцевые выступы первый 19, второй 20, третий 21, и четвертый 22, составные постоянные магниты 23, 24 и 25, 26, первый 27 и второй 28 щиты корпуса электрогенератора 13, цилиндрический выступ 29, три кольцевых постоянных магнита 30, цилиндрический выступ 31, три кольцевых постоянных магнита 32, составные постоянные магниты 33, 34, кожухи 35, 36.

Вертикально-осевая ветроустановка содержит ступицу 1, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонован электрогенератор и ротор. Ротор содержит цилиндрический вал 2, от которого радиально в горизонтальной плоскости, отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы 3, на концах которых закреплены вертикальные лопасти 4. Точки контакта силовых траверс 3 с вертикальными лопастями 4 связаны с цилиндрическим валом 2 выше и ниже силовой траверсы, растяжками 5, предпочтительно закрытыми в аэродинамические обтекатели. Продольные оси растяжек 5 и траверсы 3 каждой лопасти 4 лежат в одной вертикальной плоскости. Цилиндрический вал 2 с возможностью вращения пропущен через направляющую втулку 6, жестко закрепленную на торце вертикальной мачты 7. Во втулке 6 размещена эластичная втулка 8, содержащая цилиндрический полый вкладыш 9 из немагнитного материала, на внешней поверхности которого закреплена эластичная втулка 8. При этом ось ступицы 1 ориентирована вертикально и жестко скреплена с мачтой 7, ниже направляющей втулки 6. Цилиндрический вал 2 на участке прохода через направляющую втулку 6 снабжен вторым цилиндрическим немагнитным вкладышем 10, жестко скрепленным с ним. В зазоре между немагнитными вкладышами 9 и 10 размещен радиальный магнитный подшипник. Для чего на наружной цилиндрической поверхности вкладыша 10, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 11 с одинаковым диаметром колец, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси вала 2 и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием. На внутренней цилиндрической поверхности немагнитного вкладыша 9, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 12 одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси вала 2 и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности магнитных колец 12 аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов 11, закрепленных на наружной поверхности вкладыша 10.

Электрогенератор содержит корпус 13, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора 14, скрепленный со ступицей 1, снабженный пазами 15, в которых размещены катушки обмотки 16. В цилиндрической полости статора 13 с возможностью вращения размещен ротор электрогенератора. Ротор включает в себя индуктор, выполненный с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха или с радиальным или тангенциальным намагничиванием. Торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками 17, 18, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора. На первой торцевой крышке 17 выполнены первый и второй кольцевые выступы 19, 20, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке 18 выполнены третий и четвертый кольцевые выступы 21, 22, соосные оси вращения ротора. В кольцевых зазорах между первым и вторым 19, 20 и между третьим и четвертым кольцевыми выступами 21, 22 жестко закреплены составные постоянные магниты 23 и 24 одинаковой высоты, каждый из которых содержит, как минимум, три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием. На стенках второго 20 и четвертого 22 кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 25, 26 с одинаковым диаметром колец, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием. Корпус 13 электрогенератора, снабжен первым 27 и вторым 28 щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса 13 электрогенератора. Центральная часть первого щита 27 электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом 29, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом 20 первой торцевой крышки 17, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал 2 ротора ветроустановки. На поверхности цилиндрического выступа 29, обращенной ко второму кольцевому выступу 20, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 30 одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности магнитных колец 30 аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности составных постоянных магнитов 25, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа 20 первой торцевой крышки 17 ротора. Центральная часть второго 28 щита корпуса электрогенератора 13 снабжена цилиндрическим выступом 31, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом 22 второй торцевой крышки 18 ротора. На поверхности цилиндрического выступа 31, обращенной к четвертому кольцевому выступу 22, жестко закреплены друг над другом, как минимум, три кольцевых постоянных магнита 32 одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов 26, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа 22 второй торцевой крышки 18 ротора. На участках первого 27 и второго щитов 28 корпуса 13 электрогенератора, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных, соответственно, первым 19 и вторым 20 кольцевыми выступами первой торцевой крышки 17 и третьим 21 и четвертым 22 кольцевыми выступами второй торцевой крышки 18, закреплены составные постоянные магниты 33, 34 каждый из которых содержит, как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты, причем нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов 23, 24, закрепленных на торцевых крышках 17, 18 ротора. Цилиндрический вал 2 непосредственно над направляющей втулкой 6 и непосредственно над верхней поверхностью электрогенератора снабжен кожухами 35, 36 выполненными, с возможностью защиты зазоров магнитных подшипников от попадания влаги.

Изготовление и сборку ветроустановки производят следующим способом.

Из трубы, выполненной, например, из алюминиевого сплава, изготавливают цилиндрический вал 2, к которому приваривают силовые траверсы 3. На цилиндрический вал 2 надевают цилиндрический немагнитный вкладыш 10 и приваривают его к валу 2. На концы траверс 3 жестко закрепляют вертикальные лопасти 4, выполненные, например, из углепластика. Силовые траверсы 3 закрепляют растяжками 5. Направляющую втулку 6 приваривают к торцу вертикальной мачты 7. Во втулку 6 устанавливают на клей эластичную втулку 8, в которую установлен цилиндрический полый вкладыш 9 из немагнитного материала. На внутреннюю цилиндрическую поверхность немагнитного вкладыша 9, приклеивают друг над другом кольцевые постоянные магниты 12 одинакового внешнего диаметра. На наружную цилиндрическую поверхность вкладыша 9 приклеивают кольца постоянных магнитов 11. На цилиндрический вал 2 непосредственно над направляющей втулкой 6 и непосредственно над верхней поверхностью электрогенератора устанавливают кожухи 35, 36.

Набирают сердечник 14 статора из штампованных листов электротехнической стали и сваривают его по внутренним канавкам. В изолированные пазы 15 укладывают катушки 16 обмотки статора и заклинивают их клиньями. Обмотку статора подвергают пропитке компаундами и сушке. Готовый статор и его нажимные листы устанавливают в корпус статора 13 и фиксируют разрезным кольцом.

Из немагнитного материала изготавливают ротор с силовым каркасом, а затем к торцевым частям ротора приваривают торцевые крышки 17, 18. В кольцевые зазоры между первым 19 и вторым 20 и между третьим 21 и четвертым кольцевыми выступами 22 торцевых крышек 17, 18, вклеивают составные постоянные магниты 23 и 24, а на стенках второго 20 и четвертого кольцевых выступов 22, обращенных к оси вращения ротора, вклеивают друг над другом постоянные магниты 25, 26.

На поверхности цилиндрического выступа 29, первого щита 27 вклеивают друг над другом постоянные магниты 30. На поверхности цилиндрического выступа 31 второго щита 28 вклеивают друг над другом кольцевые постоянные магниты 32. В первый 27 и второй 28 щиты вклеивают составные постоянные магниты 30, 32. В корпус 13 электрогенератора устанавливают собранные щиты 27 и 28 и фиксируют их винтами. Собранный генератор устанавливают на ступицу 1 мачты 7 и закрепляют его на ней.

Собранную ветротурбину поднимают и устанавливают, пропуская цилиндрический вал 2 через немагнитный вкладыш 10 и фиксируя торец цилиндрического вала 2 на торцевой крышке 18 ротора электрогенератора.

При вращении ветроколеса и, следовательно, ротора бесконтактного синхронного электрогенератора вырабатывается электроэнергия, которую можно использовать непосредственно для нетребовательных потребителей. Для получения электроэнергии стандартных параметров потребуется использовать полупроводниковый преобразователь частоты и напряжения.

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано в электромашиностроении. Вертикально-осевая ветроустановка содержит ступицу, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонованы электрогенератор и ротор. Ротор содержит цилиндрический вал, от которого радиально в горизонтальной плоскости отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, на концах которых закреплены вертикальные лопасти. Цилиндрический вал с возможностью вращения пропущен через направляющую втулку, жестко закрепленную на торце вертикальной мачты. Электрогенератор содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, скрепленный со ступицей, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки. В цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор электрогенератора. Ротор включает в себя индуктор, выполненный с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха или с радиальным или тангенциальным намагничиванием. Корпус электрогенератора, снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса электрогенератора. Использование данного изобретения приводит к повышению ресурса и надежности работы ветроустановки и ее электрогенератора за счет существенного уменьшения трения в подшипниках, повышения КПД генератора, уменьшения массы вращающихся деталей, увеличения окружной скорости индуктора электрогенератора.

1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Вертикально-осевая ветроустановка, содержащая ротор, включающий ряд вращающихся вокруг вертикальной оси вертикальных лопастей и ступицу, жестко зафиксированную в пространстве, располагаемую в центре вращения, в которой скомпонован электрогенератор, отличающаяся тем, что ротор содержит цилиндрический вал, от которого радиально в горизонтальной плоскости отходят закрытые в аэродинамические обтекатели силовые траверсы, на концах которых закреплены вертикальные лопасти, кроме того, точки контакта силовых траверс с вертикальными лопастями связаны с цилиндрическим валом выше и ниже силовой траверсы, растяжками, предпочтительно закрытыми в аэродинамические обтекатели, при этом продольные оси растяжек и траверсы каждой лопасти лежат в одной вертикальной плоскости, кроме того, цилиндрический вал с возможностью вращения пропущен через направляющую втулку, жестко закрепленную на торце вертикальной мачты, в полости которой размещена эластичная втулка, содержащая цилиндрический полый вкладыш из немагнитного материала, на внешней поверхности которого закреплена эластичная втулка, при этом ступица ориентирована горизонтально и жестко скреплена с мачтой, ниже направляющей втулки, при этом цилиндрический вал на участке прохода через направляющую втулку снабжен вторым цилиндрическим немагнитным вкладышем, жестко скрепленным с ним, при этом в зазоре между немагнитными вкладышами размещен радиальный магнитный подшипник, при этом электрогенератор содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, скрепленный со ступицей, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки, причем в цилиндрической полости статора с возможностью вращения размещен ротор электрогенератора, включающий съемно фиксируемые на выступе цилиндрического вала индуктор с внешней цилиндрической поверхностью, предпочтительно с возможностью образования магнитной схемы Хальбаха и подшипниковый узел, кроме того, торцевые части ротора жестко скреплены с торцевыми крышками, внешний диаметр которых соответствует внешнему диаметру индуктора, при этом на первой торцевой крышке выполнены первый и второй кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, а на второй торцевой крышке выполнены третий и четвертый кольцевые выступы, соосные оси вращения ротора, при этом в кольцевых зазорах между первым и вторым и между третьим и четвертым кольцевыми выступами жестко закреплены составные постоянные магниты одинаковой высоты, каждый из которых содержит как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита, нечетные из которых, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, кроме того, на стенках второго и четвертого кольцевых выступов, обращенных к оси вращения ротора, жестко закреплены друг над другом как минимум три кольцевых постоянных магнита с одинаковым диаметром кольца, при этом нечетные кольца, считая от крайних, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, кроме того, корпус электрогенератора снабжен первым и вторым щитами, выполненными с возможностью жесткого скрепления с соответствующими торцевыми кромками корпуса, кроме того, центральная часть первого щита электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной вторым кольцевым выступом первой торцевой крышки, и снабжена центрально расположенным отверстием, через которое с возможностью вращения пропущен вал ротора, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной ко второму кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом как минимум три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности второго кольцевого выступа первой торцевой крышки ротора, кроме того, центральная часть второго щита корпуса электрогенератора снабжена цилиндрическим выступом, выполненным с возможностью его размещения в полости, образованной четвертым кольцевым выступом второй торцевой крышки, при этом на поверхности этого цилиндрического выступа, обращенной к четвертому кольцевому выступу, жестко закреплены друг над другом как минимум три кольцевых постоянных магнита одинакового внешнего диаметра, при этом нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены по оси ротора и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с радиальным намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на внутренней поверхности четвертого кольцевого выступа второй торцевой крышки ротора, кроме того, на участках первого и второго щитов корпуса, совпадающих с местоположением кольцевых зазоров, образованных соответственно первым и вторым кольцевыми выступами первой торцевой крышки и третьим и четвертым кольцевыми выступами второй торцевой крышки, закреплены составные постоянные магниты, каждый из которых содержит как минимум три кольцевых коаксиальных постоянных магнита одинаковой высоты, причем нечетные кольца, считая от крайних колец, намагничены радиально и обращены друг к другу одноименными полюсами, а четные кольца выполнены с осевым намагничиванием, причем число, размеры и направление намагниченности этих магнитных колец аналогичны числу, размерам и направлению намагниченности постоянных магнитов, закрепленных на торцевых крышках ротора.

2. Вертикально-осевая ветроустановка по п. 1, отличающаяся тем, что цилиндрический вал непосредственно над направляющей втулкой и непосредственно над верхней поверхностью электрогенератора снабжен кожухами, выполненными с возможностью защиты зазоров магнитных подшипников от попадания влаги.