Относится к ветроэнергетике и может быть использовано в конструкциях ветроэлектростанций.

Известен безредукторный вертикальноосевой ветроагрегат, описанный в патенте Украины 99662, опубликованном 10.09.2012 г. в бюл. JV°17, индексы МПК : F03D 3/06, F03D 11/00 , F03D 9/00 который содержит ветроротор, установленный на общем трансмиссионном валу с электрогенератором, и опорный узел,

оборудованный магнитовзаимодействующими элементами, причем, ветроротор выполнен двухъярусным и обрамлен бандажной клеткой, установленной на опоре, каждый ярус содержит крылья аэродинамического профиля, закрепленные обоими концами на разновысоких опорных кольцах, которые жестко связаны с общим валом при помощи системы спиц, при этом крылья нижнего яруса повернуты по окружности относительно крыльев верхнего яруса на 60° в трехлопастном варианте выполнения, среднее кольцо является общим для обоих ярусов и имеет

увеличенный диаметр за счет функционального выступа, бандажная клетка состоит из двух опорных дисков, соединенных между собой с помощью стоек, нижний и верхний диски выполнены сплошными и оснащены опорно-подшипниковыми узлами для крепления вала, опорный узел перенесен из ротора электрогенератора на бандажную клетку ветрового ротора и содержит подвесное кольцо,

закрепленное на стойках, подвесное кольцо выполнено в виде профилированной круговой балки, которая имеет швеллерный профиль, обращенный желобом к оси ротора, на верхней полке швеллера установлено ферромагнитное кольцо, равное ширине полки, на нижней полке установлена магнитная дорожка, выполненная из брусков постоянных магнитов, расположенных с интервалами и с переменной полярностью, между магнитным и ферромагнитным слоями выполнен

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) минимальный воздушный зазор, в который без касания входит выступ среднего кольца ротора электрогенератора.

Недостатками являются высокая сложность конструкции, выполненой с целью обеспечения уменьшения деформаций, что также привело к электромагнитному подтормаживанию ветряного ротора, причем вегроротор имеет большой диаметр, а приводит в движение традиционный генератор со значительно меньшим диаметром ротора и статора, который должен эффективно работать при намного больших скоростях вращения чем обеспечивают ветряные роторы такой конструкции.

Наиболее близким по технической сущности является ветроагрегат описанный в патенте Украины на полезную модель N°64345, опубликованном 10.11.201 1 в бюл. М>21, индексы МПК: F03D 1/00, Н02К 1/27 .

Ветроагрегат, содержит соосно размещенные на полувалах две ветротурбины с инверсным оборотным движением, генератор, в состав которого входит статор с трехфазной распределенной обмоткой и подвижная часть, причем, статор закреплен консольно с помощью кронштейнов к корпусу генератора, обмотка статора выполнена из секций П-подобной пространственной формы с

двусторонней активной поверхностью, а подвижная часть выполнена в виде двух явнополюсних роторов с магнитоэлектрическим возбуждением, эквидистантно размещенных относительно активной поверхности статора и механически соединенных с полувалами соответствующих ветротурбин, причем в пределах каждого двойного полюсного разделения П-подобные секции уложены с перекрещиванием двух крайних фаз в нерабочей зоне. Места крепления кронштейнов размещены на свободной от обмотки торцевой поверхности статора, между лобовыми частями распределенной обмотки.

Статор выполнен с тороидальной плоской активной поверхностью, а роторы с магнитоэлектрическим возбуждением выполнены дисковыми.

Общими существенными признаками является то, что ветроэлектрический агрегат, содержит не менее одного ветроколеса, закрепленного на валу с

возможностью вращения ротора генератора и закрепленный неподвижно корпус

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) статора, в котором множество катушек с выводами обмоток, расположенных на корпусе статора по дуге окружности так, что обмотки находятся на этой

окружности, также по окружности расположены на роторе с промежутками между собой магниты.

К недостаткам этого ветрогенератора следует отнести сложность конструкции и, как следствие, низкие надежность и эффективность обусловленные малой зоной использования магнитного потока между магнитами и катушками, которые не решены установкой двух ветротурбин, синхронизацию работы которых

конструкция не гарантирует.

Техническим результатом является упрощение конструкции, уменьшение металлоемкости, повышение надежности и эффективности работы. Существенными признаками является то, что ветроэлектрический агрегат содержит не менее одного ветроколеса, закрепленного на валу с возможностью вращения ротора генератора и закрепленный неподвижно корпус статора, в котором множество катушек с выводами обмоток, расположенных на корпусе статора по дуге окружности так, что обмотки находятся на этой окружности, также по окружности расположены на роторе с промежутками между собой магниты, причем, неподвижный корпус статора генератора закреплен кронштейном на опорной мачте, вал ветроколеса и вал ротора генератора соединены между собой, ротор генератора выполнен в виде немагнитного диска носителя с установленными по его внешнему контуру постоянными магнитами с полюсами расположенными по направлению касательной к контуру и закреплен на валу установленном в опорах вращения, а каждая катушка статора выполнена из не менее двух обмоток, каждая из обмоток изогнута в виде двух, первого и второго, разомкнутых колец, являющихся рабочей частью обмоток, охватывающих зону расположения_магнитов ротора, а концы разомкнутых колец соединены между собой продольными участками этих обмоток, в каждой катушке разомкнутые кольца первого номера последующих обмоток размещают соосно по дуге окружности между разомкнутыми кольцами предыдущих обмоток и разъем колец

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) развернут в направлении центра диска носителя и превышает толщину диска носителя постоянных магнитов.

Постоянные магниты на диске носителе расположены согласованно между собой на равных расстояниях друг от друга, исключающем образование

последовательной замкнутой магнитной цепи, или постоянные магниты на диске носителе закрепляют одноименными полюсами встречно, на расстоянии

обеспечивающем взаимодействие магнитных полей между соседними магнитами.

Расстояние между первыми и вторыми разомкнутыми кольцами обмоток в каждой катушке равно длине постоянного магнита ротора.

В роторе генератора носитель постоянных магнитов закреплен на валу, установленном в радиально-упорных подшипниках, закрепленных в корпусе статора, а к валу генератора присоединен посредством соединительной

компенсирующей муфты вал ветроколеса, также установленный в радиально- упорных подшипниках .

В роторе генератора носитель постоянных магнитов закреплен на валу, установленном в радиально-упорных подшипниках, закрепленных в корпусе статора, а к валу генератора присоединен посредством обгонной муфты вал ветроколеса, также установленный в радиально- упорных подшипниках .

На опорной конструкции, представляющей собой мачту, закрепленную на фундаментной конструкции с боковым кронштейном крепления статора

генератора, имеется вверху радиально расположенная опора, на которой установлена подшипниковая опора верхней части вала ветроколеса.

Рабочие поверхности ветроколеса состоят из пластин сегментов соединенных между собой, которые Г-образно плавно изогнуты, в сечении условными плоскостями перпендикулярными валу _л сегменты попарно установлены напротив друг друга относительно оси вала и каждая последующая пара сегментов развернута относительно предыдущей вокруг оси вала на одинаковый выбранный угол обеспеченный также закруткой каждого сегмента относительно

перпендикуляра к валу, образуя вдоль вала спиральные выпукло-вогнутые поверхности.

Вал ветроколеса расположен вертикально или вал ветроколеса расположен горизонтально.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Катушки выполнены модулями в виде пустотелых корпусов из тонкого диэлектрического материала, в которых размещены обмотки и залиты

неэлектропроводным компаундом.

Разъем колец обмоток и разъем в образующей отверстий в катушках превышает толщину носителя постоянных магнитов на размер соответствующий допускаемым отклонениям размеров и рабочих деформаций конструкции.

Опорная мачта закреплена шарнирно на фундаменте с возможностью

заваливания .

На опорной мачте и фундаменте на проушинах закреплен гидравлический цилиндр с положительным плечем относительно шарнира крепления мачты к фундаменту с возможностью подключения своими штуцерами поршневой и штоковой полостей к насосной станции.

Отличительными существенными признаками действительными во всех случаях является то, что неподвижный корпус статора генератора закреплен кронштейном на опорной мачте, вал ветроколеса и вал ротора генератора соединены между собой, ротор генератора выполнен в виде немагнитного диска носителя с установленными по его внешнему контуру постоянными магнитами с полюсами расположенными по направлению касательной к контуру и закреплен на валу установленном в опорах вращения, а каждая катушка статора выполнена из не менее двух обмоток, каждая из обмоток изогнута в виде двух, первого и второго, разомкнутых колец, являющихся рабочей частью обмоток, охватывающих зону расположения магнитов ротора, а концы разомкнутых колец соединены между собой продольными участками этих обмоток, в каждой катушке разомкнутые кольца первого номера последующих обмоток размещают соосно по дуге окружности между разомкнутыми кольцами предыдущих обмоток и разъем колец развернут в направлении центра диска носителя и превышает толщину диска носителя постоянных магнитов. Отличительными существенными признаками действительными в отдельных случаях является то, что постоянные магниты на диске носителе расположены согласованно между собой на равных расстояниях друг от друга, исключающем

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) образование последовательной замкнутой магнитной цепи, или постоянные магниты на диске носителе закрепляют одноименными полюсами встречно, на расстоянии обеспечивающем взаимодействие магнитных полей между соседними магнитами.

Расстояние между первыми и вторыми разомкнутыми кольцами обмоток в каждой катушке равно длине постоянного магнита ротора.

В роторе генератора носитель постоянных магнитов закреплен на валу, установленном в радиально-упорных подшипниках, закрепленных в корпусе статора, а к валу генератора присоединен посредством соединительной

компенсирующей муфты вал ветроколеса, также установленный в радиально- упорных подшипниках .

В роторе генератора носитель постоянных магнитов закреплен на валу, установленном в радиально-упорных подшипниках, закрепленных в корпусе статора, а к валу генератора присоединен посредством обгонной муфты вал ветроколеса, также установленный в радиально- упорных подшипниках .

На опорной конструкции, представляющей собой мачту, закрепленную на фундаментной конструкции с боковым кронштейном крепления статора генератора, имеется вверху радиально расположенная опора на которой установлена подшипниковая опора верхней части вала ветроколеса.

Рабочие поверхности ветроколеса состоят из пластин сегментов соединенных между собой, которые Г-образно плавно изогнуты, в сечении условными плоскостями перпендикулярными валу сегменты попарно установлены напротив друг друга относительно оси вала и каждая последующая пара сегментов развернута относительно предыдущей вокруг оси вала на одинаковый выбранный угол обеспеченный также закруткой каждого сегмента относительно

перпендикуляра к валу, образуя вдоль вала спиральные выпукло-вогнутые поверхности.

Вал ветроколеса расположен вертикально или вал ветроколеса расположен горизонтально.

Катушки выполнены модулями в виде пустотелых корпусов из тонкого диэлектрического материала, в которых размещены обмотки и залиты

неэлектропроводным компаундом.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Разъем колец обмоток и разъем в образующей отверстий в катушках превышает толщину носителя постоянных магнитов на размер соответствующий допускаемым отклонениям размеров и рабочих деформаций конструкции.

Опорная мачта закреплена шарнирно на фундаменте с возможностью

заваливания .

На опорной мачте и фундаменте на проушинах закреплен гидравлический цилиндр с положительным плечем относительно шарнира крепления мачты к фундаменту с возможностью подключения своими штуцерами поршневой и штоковой полостей к насосной станции.

Благодаря тому, что ветроэлектрический агрегат, содержит не менее одного ветроколеса, закрепленного на валу с возможностью вращения ротора генератора и статор в котором множество катушек с отводами обмоток, расположенных на корпусе статора по дуге окружности так, что обмотки находятся на этом кругу, также по кругу расположены на роторе с зазорами между собой постоянные магниты, причем, неподвижный корпус статора генератора закреплен кронштейном на опорной мачте, вал ветроколеса и вал ротора генератора соединены между собой, ротор генератора выполнен в виде немагнитного диска-носителя с установленным по его внешнему контуру постоянными магнитами с полюсами расположенными по направлению касательной к контуру и закрепленный на валу, установленном в опорах вращения, а каждая катушка статора выполнена из не менее двух обмоток, каждая из обмоток изогнута в виде двух, первого и второго, разомкнутых колец, которые являются рабочей частью обмоток, охватывающих зону расположения магнитов ротора, а концы разомкнутых колец соединены между собой продольными участками этих обмоток, в каждой катушке разомкнутые кольца первого номера следующих обмоток размещают соосно по дуге окружности между разомкнутыми кольцами предыдущих обмоток и разъем колец развернут в направлении центра диска носителя и превышает толщину диска носителя постоянных магнитов - упрощена конструкция и уменьшена материалоемкость ветроэлектрического агрегата, так как не нужна высокая мачта, ветро колесо приводит в движение генератор ветром начиная с силы 0,5 баллов, так как отсутствует увеличение крутящего момента за счет неэффективного притяжения

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) между постоянными магнитами и магнитопроводами статора, как в известных распространенных в технике конструкциях, достигнуто повышение надежности и эффективности работы за счет охвата обмоткой угла не менее 300 ⁰ вокруг постоянных магнитов, и того что большое количество магнитов и катушек с обмотками позволяет изготавливать генераторы большего диаметра относительно типовых традиционных конструкций такой мощности и обеспечить необходимую линейную скорость и вырабатывать электроэнергию при малых оборотах в большом количестве обмоток катушек, что позволяет, за счет известных специалистам коммутационных переключений на различные схемы соединения, производить необходимую потребителю электроэнергию с обеспечением заданных мощности и напряжения.

На фиг.1 изображен главный вид на ветроэнергетический агрегат;

На фиг.2 изображен вид сверху на ветроэнергетический агрегат;

На фиг.З изображен выносной элемент А;

На фиг.4 изображен разрез электрогенератора с подшипниковыми опорами и муфтой;

На фиг.5 изображен разрез В-В по постоянным магнитам ротора и катушкам статора;

На фиг.6 показана форма обмоток катушек и их взаиморасположение;

На фиг.7 показано поперечное сечение обмотки;

На фиг.8 показана одна катушка;

На фиг.9 показано взаимодействие магнитного поля и обмоток при встречном расположении постоянных магнитов ротора.

Согласно заявки, ветроэлектрический агрегат, содержит ветроколесо 1, закрепленное на валу 2 с возможностью вращения ротора 3 генератора 4.

Неподвижно закрепленный корпус статора 5, в котором множество катушек 6 с отводками 7, расположенных на корпусе статора 5 по дуге окружности так, что они находятся на этой окружности, также по окружности расположены на роторе 3 с промежутками между собой постоянные магниты 8. Неподвижный корпус статора 5 закреплен кронштейном 9 на опорной мачте 10.

Вал 2 ветроколеса и вал 1 1 ротора 3 генератора 4 соединены между собой с помощью соединительной муфты 12, которая компенсирует перекосы и резкие

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) удары при изменении нагрузки, также вал ветроколеса 2 установлен в радиально - упорных подшипниках 13, для возможности не передавать вибрации и нагрузки на ротор 3.

Ротор 3 генератора 4 содержит выполненный из немагнитного материала диск носителя 14 с установленными по его наружному контуру постоянными

магнитами 8 с полюсами расположенными по направлению касательной к контуру и закрепленный на валу 11, установленном в опорах вращения в радиально- упорных подшипниках 15 и 16, которые обеспечивают четкое расположение ротора 3 относительно катушек 6 статора не только в радиальном направлении, а и по высоте - в осевом направлении.

Каждая катушка 6 статора 5 выполнена из не менее двух обмоток , каждая из обмоток (см. фиг. 6 ) изогнута в виде двух, первого 17 и второго 18, разомкнутых колец, которые являются рабочей частью обмоток, охватывающих зону

расположения магнитов ротора, а концы разомкнутых колец 17 и 18 соединены между собой продольными участками 19 и 20 этих обмоток, в каждой катушке 6 разомкнутые кольца 17 первого номера последующих обмоток размещают соосно по дуге окружности между разомкнутыми кольцами предыдущих обмоток и разъемы колец развернуты в направлении центра немагнитного диска носителя 14 и превышают толщину диска носителя постоянных магнитов.

Постоянные магниты 8 на немагнитном диске носителе 14 могут быть

расположены согласованно между собой на равных расстояниях друг от друга, с возможностью исключения образования замкнутой магнитной цепи. А в нашем примере конкретного выполнения на фиг. 9 показано, что постоянные магниты на диске носителе закрепляют одноименными полюсами встречно, на расстоянии обеспечивающим взаимодействие магнитных полей между соседними магнитами и обеспечивают резкое повышение магнитного потока, а так как расстояние между разомкнутыми кольцами обмоток в каждой катушке равно длине постоянного магнита ротора и магниты и обмотки расположены по окружности равномерно, то фазы произведенного напряжения в одинаково расположенных обмотках всех катушек совпадают между собой по фазе.

На опорной конструкции, представляющей собой мачту 10, закрепленную на фундаментной конструкции 21 с боковым кронштейном 9 крепления статора 5

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) генератора 4, вверху расположена радиально опора 22, на которой установлена подшипниковая опора 23 с подшипником 13 для верхней части вала 2

ветроколеса 1. Мачта 10, для удобства монтажа и демонтажа, может быть собрана из разъемно соединенных между собой секций 24, 25, 26. Секция 24 закреплена

5 шарниром 27 на фундаментной конструкции 21. Для относительно крупных

ветроэлектрических агрегатов на фундаментной конструкции 21 на проушине 28 и на мачте 10 на проушине 29 закреплен гидравлический цилиндр 30 с

положительным плечом относительно шарнира 27, крепления мачты 10 к фундаментной конструкции 21, с возможностью подключения своими штуцерами:

10 46 поршневой полости и 47 штоковой полости к насосной станции и заваливания или подъема мачты 10, при необходимости, одним человеком. Насосная станция не показана, так как подойдет, как станция с ручным приводом, так и с электрическим и они поставляются на рынки мира многими фирмами, их конструкции известны специалистам и не являются объектом притязаний.

15 Рабочие поверхности ветроколеса 1 состоят из Г-образно плавно изогнутых в сечении условными плоскостями перпендикулярными валу, сегментов 31, которые попарно закреплены напротив друг друга относительно оси вала 2 на валу 2 и каждая следующая пара сегментов 31 развернута относительно предыдущей вокруг оси вала 2 в горизонтальной плоскости на одинаковый выбранный угол. 0 Закрутка каждого сегмента 31 относительно перпендикуляра к валу 2, позволяет образовать вдоль вала спиральные выпукло-вогнутые с плавными переходами поверхности аэродинамически пригодные для эффективного использования силы ветра.

Вал 2 ветроколеса 1, в нашем примере, расположен вертикально, но в

5 необходимых случаях вал 2 ветроколеса 1 может быть расположен горизонтально и тоже пригоден эффективно воспринимать ветровой поток.

С целью устойчивости при восприятии ветровой нагрузки в маленьких

ветроэлектрических агрегатах достаточно расширенной фундаментной

конструкции, которая стоит на грунте, а для более крупных, как показано на фиг.1, 0 фундаментная конструкция 21 крепится к шпилькам 32 с гайками 33 и

подкладными плитами 34 вмурованными в бетонный фундамент 35.

Катушки 6 выполнены модулями (см. фиг.8) в виде пустых корпусов из тонкого

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) диэлектрического материала, в которых размещены обмотки и залиты

неэлектропроводным компаундом.

Разъем колец обмоток и разъем в образующих отверстий в катушках превышает толщину диска носителя 14 постоянных магнитов 8 на соответствующий размер допустимых отклонений размеров и рабочих деформаций конструкции.

Для защиты подшипниковых узлов и муфт корпус статора 5 к кронштейну 9 присоединен через стакан 36 с корпусной крышкой 37 в который установлен подшипниковый узел с подшипником 13, корпус 38 и соединительная

компенсирующая муфта 39 со шпонками 40, которыми она соединена с валом 41, на котором установлена соединительная муфта 12, которая содержит полумуфту 42, которая через резиновые амортизаторы 43, и полумуфту 44 передает крутящий момент на вал 1 1 генератора 4.

Снизу генератор закрыт кожухом 45. В работе ветроэлектрический агрегат работает следующим образом.

Вал 11 ротора генератора 4 с постоянными магнитами 8 приводится во вращение силой ветра, который вращает ветроколесо 1. Как показано на фиг.9 магнитные силовые линии пересекают проводники двух разомкнутых колец обмоток первого 17 и второго 18, что являются рабочей частью обмоток, причем расстояние между разомкнутыми кольцами каждой обмотки равна длине в направлении окружности постоянных магнитов 8 и наводятся в них согласованные по направлению и равные по величине электродвижущие силы. Электрический ток, направленный от зрителя обозначен значком (+) и к зрителю - (.). Очевидно, что при равенстве расстояния между частями 17 и 18 обмоток и длиной магнита 8 будет обеспечиваться баланс токов в частях обмоток 17 и 18 которые передаются через коммутационные устройства потребителю и обеспечивают полное использование энергии

магнитного поля постоянных магнитов 8, которые перемещаются движущей силой ветра, начиная с силы ветра 0,5 балла.

При необходимости ремонта, профилактики или прекращения работы, гидроцилиндр 30, подсоединяется своими штуцерами 46 и 47 к гидравлической насосной станции и в режиме контролируемого перемещения, мачта 10

наклоняется, а по окончании работ поднимается в рабочее положение.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)