РОТОР ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области энергетической промышленности, в частности к устройствам для преобразования кинетической энергии природных сред в электрическую энергию и может быть использована в ветроэнергетике.
Известен ротор генератора для ветроэнергетической установки, который содержит установленный с возможностью вращения вал обод и расположенный на наружной поверхности обода магнитопровод (см., например, патент Российской Федерации №2270360, кл. F03D 9/00, опубл. 20. февраля 2006 г.).
В известном техническом решении магнитопровод выполнен в виде цепи из ферромагнитных и неферромагнитных пластин, скрепленных валиками. К недостаткам известного устройства можно отнести относительную сложность конструкции, которая обусловлена наличием большого количества деталей и соединительных элементов. Кроме того, необходимость периодической остановки ротора в процессе эксплуатации для обеспечения натяжения цепи, образующей магнитопровод, приводит к повышению эксплуатационных затрат.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является ротор генератора для ветроэнергетической установки, который содержит установленный с возможностью вращения вал, закрепленный на валу с помощью опор-спиц обод и расположенный на наружной поверхности обода и соединенный с последним магнитопровод (см., например, патент Российской Федерации №2148887, кл. Н02К 21/14, опубл. 10 мая 2000 г.).
Выбранное в качестве ближайшего аналога известное техническое решение частично устраняет недостатки описанного выше устройства. К недостаткам известного ротора можно отнести относительно металлоемкость конструкции за счет размещения обмоток возбуждения непосредственно на роторе. Увеличение массы
ротора и размещение на нем обмоток возбуждения приводит к возникновению колебаний во всей конструкции генератора. Причина возникновения указанных колебаний в генераторе обусловлена невозможностью идеальной динамической балансировки всех деталей ротора. Следует отметить, что в процессе работы на ветроколесо ветроэнергетической установки воздействует изменяющийся по скорости воздушный поток (порывы ветра). При этом в довольно широком диапазоне изменяется скорость вращения выходного вала ветроколеса и, следовательно, кинематически связанного с ним вала ротора генератора. Возникающие в процессе работы ветроэнергетической установки механические колебания накладываются на дополнительные колебания, связанные с неуравновешенностью ротора, что оказывает отрицательное влияние на эксплуатационную надежность всего устройства в целом.
Полезная модель направлена на решение задачи по созданию такого ротора генератора для ветроэнергетической установки, который позволил бы повысить эксплуатационную надежность его работы. Технический результат, который может быть получен при реализации полезной модели, заключается в уменьшении металлоемкости и в улучшении динамической балансировки конструкции.
Поставленная задача решена за счет того, что в ротор генератора для ветроэнергетической установки, который включает установленный с возможностью вращения вал, закрепленный на валу с помощью опор-спиц обод и расположенный на наружной поверхности обода и соединенный с последним магнитопровод, магнитопровод имеет форму зубчатого колеса с, по меньшей мере, двумя венцами и выполнен в виде соединенных между собой и расположенных рядами пластин из электротехнической стали, при этом зубья каждого венца зубчатого колеса смещены по окружности относительно зубьев смежного венца зубчатого колеса, причем
каждая пластина в ряду имеет форму сектора и смещена относительно пластины в смежном ряду по периметру зубчатого колеса.
Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что при выполнении зубчатого колеса с двумя венцами величина смещения зубьев одного венца зубчатого колеса относительно зубьев второго венца зубчатого равна половине углового шага зубьев.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен ротор генератора для ветроэнергетической установки; на фиг.2 - один из вариантов конструктивного выполнения генератора для ветроэнергетической установки; на фиг.3 - фрагмент магнитопровода и на фиг.4 - развертка магнитопровода.
Ротор генератора для ветроэнергетической установки содержит установленный с возможностью вращения вал 1, который предпочтительно выполнен из немагнитного материала. Вал 1 установлен на подшипниковых щитах (на чертежах не изображено) и кинематически связан с ветроколесом (на чертежах не изображено) ветроэнергетической установки. На валу 1 с помощью опор-спиц 2 закреплен обод 3. Соединение вала 1 и обода 3 с опорами-спицами может быть выполнено разъемным или неразъемным. На наружной поверхности обода 3 расположен магнитопровод 4. Магнитопровод 4 соединен с ободом 3 с помощью разъемного соединения. Магнитопровод 4 имеет форму зубчатого колеса с, по меньшей мере, двумя венцами (фиг.1). Магнитопровод 4 выполнен в виде соединенных между собой и расположенных рядами пластин 5 из электротехнической стали (фиг.4). Пластины 4 соединены между собой с помощью неразъемного или разъемного соединения, например, с помощью соответственно клеевого или болтового соединения. Каждая пластина 5 в ряду имеет форму сектора и смещена относительно пластины 5 в смежном ряду по периметру зубчатого колеса, определяющего форму магнитопровода 4. Зубья 6 каждого венца зубчатого колеса,
определяющего форму магнитопровода 4, смещены по окружности относительно зубьев 6 смежного венца зубчатого колеса, определяющего форму магнитопровода 4.
По одному из вариантов конструктивного выполнения ротора генератора для ветроэнергетической установки при выполнении зубчатого колеса, определяющего форму магнитопровода 4, с двумя венцами величина (А) смещения зубьев 6 одного венца зубчатого колеса относительно зубьев 6 второго венца зубчатого колеса равна половине углового шага (Б) зубьев (фиг.3), то есть предпочтительно выполнение следующего условия: А=0,5 Б.
Ротор генератора расположен коаксиально внутри корпуса 7 статора (фиг.2). На внутренней поверхности корпуса 7 статора по ее периметру закреплены отдельные сердечники 8 с полюсными наконечниками 9. На отдельных сердечниках 8 размещены катушки 10 рабочей обмотки статора. Отдельные сердечники 8 выполнены с пазами для размещения катушек 11 обмотки возбуждения.
Ротор генератора для ветроэнергетической установки работает следующим образом.
Воздушный поток, движущийся вдоль продольной оси симметрии ветроэнергетической установки, попадает на ветроколесо и заставляет его вращаться. Поскольку вал ветроколеса кинематически связан с валом 1 ротора генератора, то вал 1 ротора также начинает вращаться. При вращении ротора постоянный ток поступает от источника постоянного тока в катушки 11 обмотки возбуждения. Магнитное поле создается магнитодвижущими силами катушек 11 обмотки возбуждения. Магнитный поток проходит через зазор между зубьями 6, которые выполняют функции полюсных наконечников ротора, и полюсными наконечниками 9 статора, сцепляется с катушками 10 рабочей обмотки статора и создает магнитодвижущую силу статора, наводя в статоре электродвижущую силу.
Вращение ротора, который имеет значительную массу и не может быть идеально отбалансирован, вызывает появление в генераторе механических колебаний. При изменении скорости воздушного потока (при порывах ветра) происходит изменение скорости вращения вала ветроколеса и кинематически связанного с ним вала 1 ротора генератора, что вызывает возникновение дополнительных механических колебаний (вибрации). Через подшипниковые щиты (на чертежах не изображено) вибрация от вращающегося ротора передается на корпус 7 статора и далее на несущую конструкцию (на чертежах не изображено) ветроэнергетической установки, что вызывает появление в ней дополнительных напряжений, ведущих к снижению эксплуатационной надежности. Размещение катушек 11 обмотки возбуждения на статоре позволяет снизить массу вращающегося ротора, а также улучшить его динамическую балансировку, что позволяет уменьшить амплитуду механических колебаний.