ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
ELECTRIC GENERATOR FOR WIND-DRIVEN PLANT

Изобретение относится к электротехнике, используется для выработки электроэнергии в установках, имеющих малые обороты, в частности в ветроэнергетических установках с вертикальной осью вращения.
Известны ветроэнергетические установки с генераторами [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Известный безредукторный ветроагрегат с вертикальной осью вращения [1] содержит ротор с вертикальными лопастями, который установлен на ходовых опорных узлах и выполнен в виде тора. Относительно вертикальной оси каждого поперечного сечения тора расположены симметрично электромагниты и индукторы.
Недостатком этого изобретения является сложность конструкции и трудность его использования для получения электроэнергии большой мощности.
Более близким по технической сущности является электродинамическая машина [6], которая содержит в качестве катушек статора группу из двух змеевидных обмоток, каждая из которых описывает дугообразный сегмент круга. В каждом дугообразном сегменте, который образует секцию обмотки статора, появляется ток, как в отдельной фазе. Змеевидные обмотки охватывают пластины с магнитами.
Недостатком этой конструкции является сложность в изготовлении, так как змеевидные обмотки изготавливаются с щелевым зазором, где расположены магниты, при этом для повышения КПД генератора зазоры должны быть минимальными, что трудно выдержать, когда щель образована жгутами проводов. Кроме того, при таком расположении обмоток магнитный поток используется неэффективно, так как магнитные линии замыкаются через большой воздушный зазор, а также трудно выполнить электрический угол в 120° между фазами обмотки.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка электрогенератора более простой конструкции с высоким КПД.
Это достигается тем, что обмотки катушки выполнены кольцеобразной формы единым целым, причем плоская катушка обжата с двух сторон кольцевыми пластинами, а магниты охватывают катушку с двух сторон.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где показаны:
фиг.1 - общий вид электрогенератора;
фиг.2 - вид на электрогенератор сбоку;
фиг.3 - вид на электрогенератор сверху;
фиг.4 - вид на статор сверху;
фиг.5 - катушка статора в сборе;
фиг.6 - обмотка одной фазы катушки;
фиг.7 - матрица в сборе;
фиг.8 - наружная часть матрицы;
фиг.9 - внутренняя часть матрицы.
Электрогенератор состоит из ротора 1 и статора 2. Ротор 1 содержит основание 3 и крышку 4, на которых жестко установлены магниты 5 и 6 соответственно. Основание 3 и крышка 4 выполнены из магнитопроводящего материала. Основание 3 с крышкой 4 соединено болтами 7 через резьбовые втулки 8. Внутренняя полость генератора закрыта кожухом 9. Магниты 5 на основании 3 и магниты 6 на крышке 4 установлены четко один против другого (фиг.2) с разноименными полюсами. На основании 3 и крышке 4 магниты установлены по кольцу с чередующимися полюсами (фиг.3).
Магниты 5 на основании 3 и магниты 6 на крышке 4 установлены с зазором, величина которых равна радиальному зазору «В» (фиг.7). Высота магнитов 5, 6 выполнена равной расстоянию «Е» между ними в окончательно собранном роторе (фиг.2). Магниты 5, 6 выполнены в плане в форме трапеции.
Между магнитами 5, 6 с воздушным зазором 10 установлена трехфазная катушка 11, выполненная из проводов. Катушка 11 расположена в матрице 12 и зажата между двумя кольцевыми пластинами 13, выполненными из диэлектрического материала. Катушка 11 выполнена из трех одинаковых кольцевых обмоток 14, которые уложены в пазы матрицы 12. Матрица 12 состоит из двух частей - наружная часть матрицы 15 и внутренняя часть матрицы 16, которые выполнены из диэлектрического материала. Внутренняя часть матрицы 15 и наружная часть матрицы 16 выполнены с радиальными пазами одинаковой ширины «В» и при совмещении этих частей матрицы зазоры между ними такой же ширины «В». Кроме того, в собранной матрице выполнены зазоры «Д» между внутренней частью матрицы 15 и наружной частью матрицы 16.
Первая из трех обмоток проложена в плоскости матрицы в зазорах «В» и «Д» (фиг.6). Другие обмотки уложены в зазорах «В» и в районе зазоров «Д» имеют загибы 17 на наружной части обмотки и загибы 18 на внутренней части обмотки.
Сборка электрогенератора осуществляется следующим образом.
Изготавливаются три одинаковые обмотки 14 из провода одинаковой длины. Затем каждая из обмоток 14 укладывается в следующие пазы «В» собранной матрицы. За счет того, что обмотки 14 укладываются в равномерно расположенные пазы одинаковой ширины «В» обеспечивается равномерный сдвиг между фазами катушки 11 в 120°. Для обеспечения более плотной укладки без выступов проводов концы обмоток загибают в зазоры «Д». Затем обмотки поджимают с двух сторон кольцевыми пластинами 13, пластины скрепляют с помощью клея под давлением, тем самым обеспечивается плотная укладка обмоток 14, благодаря чему обеспечивается равномерный зазор между магнитами 5, 6 и катушкой 11.
Затем собранная катушка 11 устанавливается на статор 2, выдерживая минимальный воздушный зазор 10 между магнитами 5 на основании, затем устанавливают крышку 4 с магнитами 6, выдерживая тот же воздушный зазор 10, после чего болтами 7 закрепляют крышку.
Благодаря предложенному расположению магнитов 5, 6, обеспечивается замкнутый магнитный поток через крышку 4 и основание 3, при пересечении которого обмотками катушки 11 в ней возникает переменный трехфазный ток с электрическим углом в 120° между фазами.
Электрогенератор, выполненный по предлагаемому изобретению, более прост по конструкции, кроме того, обладает высоким КПД.
Источники информации
1. Патент RU 2 037 070, Безредукторный ветроагрегат с вертикальной осью вращения, приоритет 13.03.1992 г.
2. Патент RU 2 064 082, Ветросиловая установка, приоритет 16.02.1993 г.
3. Патент RU 2 203 434, Ветродвигатель, приоритет 15.03.2000 г.
4. Патент RU 2331792, Магнитоэлектрический обращенный ветрогенератор, приоритет 19.09.2006 г.
5. Патент RU 80 516 U1, приоритет 11.09.2008 г.
6. Патент US 7646132, опубликованный 12 января 2010 г.