В последние годы возникла необходимость в источниках альтернативной энергии большей мощности, надёжности. В качестве таких источников энергии всё больше рассматривают ветродвигатели с вертикальной осью. Разработаны и запатентованы новые конструкции ветродвигателей с вертикальной осью, имеющие улучшенные характеристики и повышенную надёжность. Для сравнения рассмотрим различные варианты ветродвигателей с вертикальной осью, каким образом в новых разработках устраняются недостатки.

Самые распространенные в настоящее время ветродвигатели крыльчатого типа с горизонтальной осью имеют наибольший коэффициент использования ветра. Построены ветряки номинальная мощность которых составляет несколько мегаватт. При вращении мощных высокоскоростных ветродвигателей достигается сверхзвуковая скорость на концах лопастей. Дальнейшее увеличение мощности уменьшает надёжность, увеличивает влияние на окружающую среду.

В последние годы возникла необходимость в источниках альтернативной энергии большей мощности, надёжности. В качестве таких источников энергии всё больше рассматривают ветродвигатели с вертикальной осью. Разработаны и запатентованы новые конструкции ветродвигателей с вертикальной осью, имеющие улучшенные характеристики и повышенную надёжность. У этих конструкций ветродвигателей в значительной степени устранены присущие прежним вариантам недостатки и могут быть перспективными для применения. Для сравнения рассмотрим различные варианты ветродвигателей с вертикальной осью, каким образом устраняются присущие им недостатки.

Как пример ветряка с вертикальной осью можно рассматривать, например, прибор для измерения скорости ветра, у которого лопасти по форме похожи на половинки мяча. При обдувании ветром вогнутая поверхность имеет большее сопротивление, чем выпуклая. Вращение происходит из-за разности сил действующих на противоположные относительно оси лопасти. Классическими считаются конструкции ветряков с лопастями изогнутыми в виде желобов, что обеспечивает большую ветровоспринимающую поверхность.

Если посмотреть на ветродвигатель с вертикальной осью со стороны обдувающего его ветра, то хорошо видно, что ветер действует по обе стороны от оси ветродвигателя. Поэтому ветродвигатели с вертикальной осью имеют меньший коэффициент использования ветра по сравнению с конструкциями с горизонтальной осью. В старых конструкциях ветродвигателей предлагались экраны, закрывающие лопасти, движущиеся навстречу ветру или концентраторы, направляющие ветер на лопасти. Разработаны многочисленные конструкции ветродвигателей с коррекцией угла поворота лопастей по отношению к ветру. Коррекция лопастей ветродвигателей может выполняться несколькими способами. Некоторые конструкции имеют флюгерное устройство, которое занимает определённое положение по отношению к ветру и разворачивает лопасти ветроколеса с одной стороны перпендикулярно по отношению к ветру, а с другой стороны, которая движется навстречу ветру, лопасти поворачиваются ребром. Аналогичную функцию выполняют конструкции, у которых разворот лопастей осуществляется с помощью эксцентриков, тяг, кулачков или цепной передачи. У некоторых конструкций поворот лопастей происходит плавно, но есть варианты, когда лопасти перебрасываются в другое положение, а это уже нежелательные ударные нагрузки. Проще и надёжнее поворотные конструкции лопастей с упорами и плавным поворотом лопастей. Лопасти ветродвигателей с поворотными механизмами чаще всего изготавливают в виде аэродинамического профиля.

Выполненные из металла ветродвигатели с вертикальной осью довольно тяжелые и материалоёмкие, что усложняет и удорожает всю конструкцию. Для удешевления и упрощения устройства, рекомендуется использовать парусную оснастку. Есть варианты не только с прямоугольной, но и с треугольной формой парусов. Коэффициент использования ветра парусами меньше, чем у жестких металлических лопастей, поэтому одинаковая выходная мощность ветродвигателя может быть получена при некотором увеличении площади лопастей у парусного варианта. Некоторые варианты ветродвигателей укрепляют с помощью тяг или растяжек. Для вариантов ветродвигателей большой мощности с большой площадью парусов разработана конструкция с рамочными махами. В каждой раме установлено несколько поворотных лопастей с упорами.

Ветродвигатели с вертикальной осью имеют скорость движения парусных или жестких лопастей меньше, чем скорость ветра, поэтому являются тихоходными. В этом есть некоторое преимущество, такие ветряки работают довольно тихо. Но, из-за низкой скорости вращения центрального вала, приходится применять редуктор для генератора с большим передаточным числом, что снижает кпд ветродвигателя. Поэтому ветродвигатели с вертикальной осью очень большой мощности предлагают устанавливать на колёсах, которые движутся по рельсам, уложенным по кругу. Чем больше размеры такого ветряка, тем больше колёс и размер рельсового круга. Для большей устойчивости конструкцию утяжеляют в нижней части. Генераторы электрической энергии получают энергию от колёс через редукторы. Такие конструкции ветродвигателей проще в эксплуатации и могут иметь мощность до сотен мегаватт.

Кроме лопастных и парусных моделей, предлагаются варианты с роторами в виде спирали Савониуса или шнека. Некоторые модели имеют регуляторы скорости, для обеспечения большей стабильности вырабатываемой энергии. Чтобы повысить надёжность ветродвигателей, применяют защиту от перегрузки при больших скоростях ветра. Защита может выполняться с помощью пружин, грузов, эксцентриков или других механизмов разворота. Использование аэродинамического профиля лопастей, позволяет увеличить скорость вращения ветродвигателей. Преимущество ветродвигателей с вертикальной осью ещё и в том, что они могут работать при небольших скоростях ветра, но энергия ветра при малых скоростях существенно меньше, чем при нормальном и сильном ветре.

Некоторые российские и советские патенты на ветродвигатели с вертикальной осью:

№2237822 от 20.02.03г.; №2231683 от 21.11.02г.; №2210000 от 20.06.02г.; №2187017 от 19.03.01г,; №846777 от 07.03.79г.; №992800 от 30.01.83г.; №2202048 от 17.02.98г.; №2170365 и №2170366 от 06.04.98г.; №2246635 от 16.05. 2003г.; №2203434 от 15.03.2000г.; №2289722 от 31.01.05г.; №2269028 от 12.11.02г.; №2235901 от 06.07.01г.; №2166665 от 21.02.2000г.; №2164624 от 25.08 99г.; №2153599 от 18.01.99г.; №2247861 от 18.12.03г.; №2245455 от 03.06.03г.

Как найти описание патента по его номеру, а также провести патентный поиск нужного изобретения описано в статье "Некоторые особенности патентования". Предварительное проведение патентного поиска позволит избежать излишних расходов на попытку патентования уже запатентованных изобретений.