專利名稱：在波浪驅(qū)動的發(fā)電站中用于發(fā)電的帶有初級部分和次級部分的線性發(fā)電機(jī)以及波浪驅(qū)動 ...的制作方法
在波浪驅(qū)動的發(fā)電站中用于發(fā)電的帶有初級部分和次級部分的 線性發(fā)電機(jī)以及波浪驅(qū)動的發(fā)電站
本發(fā)明涉及在一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站中用于發(fā)電的一種線性機(jī)器， 該線性機(jī)器具有一個初級部分，該初級部分具有多個環(huán)形的初級線圏， 這些初級線圏優(yōu)選地相對于一條軸線被同心地安排并且被多個中間元
件彼此分離；并且具有一個次級部分，該次級部分具有多個次級線圈， 在這些次級線圈上可以施加直流電并且這些次級線圈在軸向上以交互 的極性彼此并列安排并且具有多個超導(dǎo)體繞組，其中一個部分能夠相 對于另一個部分平行于該軸線而前后移動。本發(fā)明還涉及具有像這樣 的一臺線性發(fā)電機(jī)的一種波浪驅(qū)動的發(fā)電站。
DE 195 42 551 Al披露了一種線性電動機(jī)，該電動機(jī)具有一個空 心圓柱形的初級部分，該初級部分具有多個環(huán)形初級線圏，這些初級 線圏相對于一個次級部分的一條運動軸線同心地安排并且能夠通過多 相電流來運作。由軟磁材料構(gòu)成的多個環(huán)形疊層板被安排在這些初級 線圏之間、被用作分離鄰近的初級線圏的中間元件、并且形成多個可 磁化的齒，以便放大磁性通量并且將其傳送給安排有該次級部分的接 受體。這些初級線圏和這些環(huán)形疊層板被容納在一個由可磁化的材料 構(gòu)成的空心圓柱形的軛中，該輒形成一個磁回路。該次級部分凈皮安排 為使它能夠在由該初級部分形成的接受體內(nèi)軸向地移動。次級部分具 有由多個超導(dǎo)體繞組構(gòu)成的多個場磁鐵，這些場磁鐵在軸向方向上以 交替的極性彼此前后安排。在DE 195 42 551中，這些次級繞組的磁 場與次級部分的軸線成直角。為了利用纏繞的線圏產(chǎn)生這個場方向， 電流從中流過的每個單獨線圈的軸線必須與該線性電動機(jī)的運動軸線 成直角。只有在使用永久磁鐵或超導(dǎo)實心體磁鐵時這些磁鐵才能夠以 它們的內(nèi)部圓周表面停留在由可磁化的材料構(gòu)成的一個圓柱形的軛 中。雖然它們于是具有一種環(huán)形的形狀，然而它們是徑向磁化的。相 比之下，在纏繞的次級線圏的情況下，必須選擇一種安排，其中多個 纏繞的線圏在該支撐體的殼體表面上、在圓周方向上并且在軸向方向上彼此并列地偏移。當(dāng)電流施加到這些初級和次級線團(tuán)上時產(chǎn)生的磁 性力在初級部分與次級部分之間產(chǎn)生一種相對運動。
EP 1 465 328 Al披露了 一種線性電動機(jī)，在該電動機(jī)中初級部分 和次級部分被反向安排，這樣次級部分在外部并且環(huán)繞初級部分。
使這些軟磁的齒磁化的能力是受約束的，因為在該軟磁材料中發(fā)生 磁飽和。為了在初級部分與次級部分之間通過初級部分的這些線圏中 的高電流密度獲得更高的力密度，已經(jīng)提出增加這些初級線圏匝數(shù)或 者增加可磁化材料的數(shù)量。這些措施已允許在試驗階段中對于圓形的 和多螺線管線性電動機(jī)實現(xiàn)了高達(dá)約8 N/cm2的力密度。然而，這些 線性電動機(jī)的物理尺寸和重量必須顯著地增加以做到這一點。
本發(fā)明的目的是提供用于波浪驅(qū)動的發(fā)電站發(fā)電的一個線性發(fā)電 機(jī)以及一種波浪驅(qū)動的發(fā)電站，這使之有可能通過在初級部分和/或次 級部分中的設(shè)計手段連同波浪驅(qū)動的發(fā)電站的物理設(shè)計、實現(xiàn)從海浪 的運動中高的電產(chǎn)出。
根據(jù)本發(fā)明，這一目的在線性發(fā)電機(jī)的情況下以及在使用這種線性 發(fā)電機(jī)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站的情況下，是通過分別如在權(quán)利要求1和 權(quán)利要求2中所限定的本發(fā)明來實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明，在初級部分中 這些初級線圏的安排是由不可磁化的材料構(gòu)成的多個中間元件的一種 氣隙繞組的形式，并且這些次級線圏是包括一種高溫超導(dǎo)體繞組，其 結(jié)果是可以實現(xiàn)大于18N/cm2的力密度。這些次級線圏是環(huán)形的并且 圍繞支撐體彼此相對而同心地安排，其中多個間隔元件被優(yōu)選地安排 在這些次級線圏之間，這些次級線圈在該軸向方向上被支撐在這些間 隔元件上。為了實現(xiàn)在該初級部分與該次級部分之間的相對運動，該 初級部分或該次級部分能夠以一種外部運作的方式通過一個波浪驅(qū)動 的發(fā)電站的一個浮標(biāo)平行于該軸線而被移動，并且通過該初級部分與 該次級部分之間的相對運動在這些初級線圏中感應(yīng)出的電流能夠被引 出用于發(fā)電。在該初級部分與該次級部分之間的相對運動在這些初級線圏中感應(yīng)出一個電流，該電流-故轉(zhuǎn)換并且被用于發(fā)電。因為這些初 級線圏的安排以及優(yōu)選地同樣這些次級線圏的安排是一種氣隙繞組的 形式，就是說在這些初級線圈之間或者安排在這些次級線圏之間都沒 有安排用于通量引導(dǎo)的可磁化的材料，在根據(jù)本發(fā)明的線性發(fā)電機(jī)中 的力密度不受飽和磁化強(qiáng)度的限制。
該初級部分中的電流水平(即在該初級部分的每個軸向長度的圓周 方向中的電流)與已知線性電動機(jī)相比較可以被增大而無需放大線性 電動機(jī)的物理尺寸，其結(jié)果是與該電流水平成比例的力密度上升了而 沒有飽和效應(yīng)。優(yōu)選地在這些初級線圏之間不安排用于集中磁通量的 鐵或可磁化的任何材料。在次級部分中使用由高溫超導(dǎo)材料(它具有
高于77K的臨界溫度)構(gòu)成的次級線圍允許將大的直流電流施加到這 些次級線圏上，以便使之有可能在該接受體中產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場。根據(jù) 本發(fā)明的線性發(fā)電機(jī)的另一個優(yōu)點是實現(xiàn)了在軸向方向上幾乎是平滑 的一種力分布特征，因為該氣隙繞組意味著實際上大體上沒有磁阻力， 并且因此幾乎沒有發(fā)生齒槽力。此外，因為在初級部分與次級部分中 不存在永磁鐵和可磁化的材料，因此當(dāng)所提供的電流被切斷時不發(fā)生 磁力，該線性發(fā)電機(jī)能夠相對容易地進(jìn)行維修和清理。
原則上，當(dāng)在波浪驅(qū)動的發(fā)電站中使用根據(jù)本發(fā)明用于發(fā)電的線性 發(fā)電機(jī)時，該初級部分也能夠^皮移動。在波浪驅(qū)動的發(fā)電站中在用于 發(fā)電的特別優(yōu)選的改進(jìn)中，該次級部分能夠通過一個上升和下降的浮 標(biāo)而被機(jī)械地移動。
根據(jù)相應(yīng)的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站的一個有利的改進(jìn)，該 次級部分能夠被連接到一個優(yōu)選剛性的連接或傳輸元件(例如一根桿) 上，該元件被連接到該浮標(biāo)上，這樣使得它們一起移動，以便將該浮 標(biāo)的移動傳輸?shù)皆摯渭壊糠稚?。除其他之外，將直接地連接到或者可 能僅間接地連接到該浮標(biāo)上的一根桿或某些其他支撐型材用作運動傳 輸?shù)囊粋€連接元件還提供了在整個結(jié)構(gòu)(該結(jié)構(gòu)被用在海上區(qū)域中并 因此遭受極其嚴(yán)酷的環(huán)境影響)的密封中抵抗水汽進(jìn)入的優(yōu)點。該波浪驅(qū)動的發(fā)電站的整個結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行設(shè)計的方式為使得對于運作必需
的所有部件和供應(yīng)器具以一種受保護(hù)的方式被安排在一個閉合的和/ 或封閉的區(qū)域中，并且僅有該優(yōu)選剛性的連接元件(該連接元件適合 用于電力傳輸)從該區(qū)域中穿出。
根據(jù)線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站的一個實施方案的變體，該浮
標(biāo)具有多個漂浮體，這些漂浮體的浮力使該浮標(biāo)保持在水的表面上， 其中該初級部分被安排在一個水下本體中，該浮標(biāo)能夠相對于該水下 本體通過水波浪的運動而移動。然后，該初級部分和該次級部分能夠 特別有利地被安排在該水下本體中的一個閉合容器中，在該水下本體 的上表面上具有用于該連接元件的一個開口，用于運動的機(jī)械傳遞。 然后，這些浮標(biāo)的漂浮體具體地被安排在一個中心開口的周圍，該中 心開口形成于該水下本體與該浮標(biāo)之間的移動的一種軸向引導(dǎo)。此外， 優(yōu)選地，在本實施方案中的水下本體可替代地具有一個圓柱形的外殼 體部分，該外殼體部分在該開口和/或多個支承元件(具體的為滑動軸 承環(huán)或滑動墊)中被引導(dǎo)，通過這些支承元件能夠改善該浮標(biāo)與該水 下本體之間的滑動引導(dǎo)，或者在適當(dāng)?shù)臅r候，有可能防止由于該浮標(biāo) 與該水下本體的相對運動而引起的海水運動并且防止抵消這種帶有相
對大的阻力的相對運動而因此防止減少波浪驅(qū)動的發(fā)電站的效率。該 水下本體被有利地實質(zhì)地剛性地連接到該初級部分上。才艮據(jù)一個實施
方案，該水下本體能夠被連接到一個壓重體上，該壓重體確保在該水 下本體與海床之間有一個相對恒定的距離，其中該水下本體和/或該壓 重體優(yōu)選地通過一根系泊纜被錨定在海床上。該系泊纜還可以包括多 個附接纜，或者可以由其組成，這些附接纜同時被用作為電力傳輸纜 或者包含這樣的纜，以便將電力首先傳輸?shù)胶４踩缓蟮疥懙亍？商娲?地或另外地，該壓重體可具有至少一個平臺，優(yōu)選地具有至少兩個平 臺，這些平臺彼此被垂直地分開，其中這些平臺之間的中間間隔是開 放的或者能夠被打開使海水進(jìn)入，以便通過這些平臺來支撐該水下本 體相對于海床的"固定位置"的漂浮狀態(tài)。當(dāng)波浪運動以一個相當(dāng)較 高的頻率以及通過一個相當(dāng)大的振幅振蕩時，配備有多個平臺并且是 相對惰性的水下本體能夠?qū)嶋H上被動地保持它在海中的位置，并且當(dāng)
11帶有多個漂浮體的相當(dāng)?shù)偷亩栊砸约拜^輕的浮標(biāo)永久地漂浮在水面上 并且還能夠通過海波浪的運動而移動時，并且在這個程度上暴露了該
水下本體的不同長度。海波浪以及因此該浮標(biāo)能夠以(例如)12秒的 周期而移動。
該壓重體可以具有一個儲罐，該儲罐至少部分地充有海水，其中該 儲罐的填充水位優(yōu)選是可變的，以便改變在一方面浮標(biāo)與另一方面水 下本體之間的頻率，并且以此程度間接地改變在該線性發(fā)電機(jī)的次級 部分與初級部分之間的運動和運動頻率，以4更接近一個諧振頻率。不 言而喻，該壓重體與該水下本體優(yōu)選地產(chǎn)生浮力，該浮力取決于波浪 運動使該水下本體保持接近水面或者貼近水面之下，這樣使得水下本 體伸出水面上的唯一的區(qū)域是帶有初級繞組的初級部分定位于其中的 區(qū)域。
此外優(yōu)選地，該浮標(biāo)可以配備有多個配件，這些配件上附接有該機(jī) 械連接元件的自由端，和/或這些配件被安排在用于該線性發(fā)電機(jī)的開 關(guān)和供應(yīng)裝置之內(nèi)。用于供應(yīng)所要求的所有裝置(例如)用于將這些 HTS超導(dǎo)體線圏冷卻到臨界溫度以下的低溫恒溫器以及如果適當(dāng)?shù)脑?還有用于處理并且輸出在這些初級線圏中所感應(yīng)出的電流的開關(guān)裝置 都能夠以一種保護(hù)性方式被安排在水面之上。對于用于運動傳遞的機(jī) 械連接元件特別有利的是包括一個空心桿或管或某些其他空心型材， 該空心型材使其空腔被用作為一個線性套管，用于在一方面安排在該 浮標(biāo)上的這些開關(guān)和供應(yīng)裝置與另一方面的該線性發(fā)電機(jī)的主要和次 級部分之間的供應(yīng)線路。
根據(jù)線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站的一個可替代的改進(jìn)，該水下 本體可以具有一個圓柱形的桅桿或者一個外殼體部分，該桅桿或外殼 體部分的下端被連接到一個壓重體上并且其外壁被用作為一個軸向引 導(dǎo)件，用于形成該浮標(biāo)的一個水下滑動元件，該水下滑動元件能夠相 對于該水下本體而移動并且它配備有多個配件，這些配件上附接有該 連接元件的自由端。該初級部分和該次級部分然后能夠優(yōu)選地被安排
12在該水下本體中的一個閉合的容器中，并且該水下本體能夠被連接到 一個表面漂浮體上，該表面漂浮體優(yōu)選地具有一個開口，用于在它上 表面的連接元件，并且該表面漂浮體優(yōu)選地配備有作為 一個軸向引導(dǎo) 件的多個導(dǎo)向元件，用于這些配件或者用于連接到該表面漂浮體上的 多個導(dǎo)桿。在波浪驅(qū)動的發(fā)電站的這個改進(jìn)中，被彼此同軸引導(dǎo)的兩 個元件一旦再次相互作用，然而，其中該次級部分相對于該初級部分 的這些線圏的移動原則上完全發(fā)生在水面之下。這些配件越長，在該 初級部分與該次級部分之間可能有更大的相對運動，其中，該水下滑 動元件在容納該初級部分的水下本體的桅桿或外殼體部分上能夠被良 好地引導(dǎo)。用于該線性發(fā)電機(jī)的開關(guān)和供應(yīng)裝置能夠優(yōu)選地被安排在 該表面漂浮體之中。
根據(jù)可替代的用于線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站的另一個實施 方案，該水下本體可被附接到海床上，并且可以優(yōu)選地通過一個底板 被錨定在海床上，其中從該水下本體中穿出的連接元件的一端是通過 一根粗纜或纜繩而連接到該浮標(biāo)上的，該浮標(biāo)漂浮在水面上并且通過
波浪運動而上下移動。于是，特別有利的是通過該浮標(biāo)使該次級部分 對抗一個機(jī)械恢復(fù)裝置(例如一根彈簧)的恢復(fù)力是可移動的。用于 該線性發(fā)電機(jī)的開關(guān)和供應(yīng)裝置能夠優(yōu)選地被安排在該水下本體中，
因為該水下本體是穩(wěn)定的并且不會漂浮。所有的供電路線都能被鋪ii 在海床上。
根據(jù)波浪驅(qū)動的發(fā)電站的可替代的另 一個實施方案，該浮標(biāo)可以是 一種水下鐘蓋的形式，該水下鐘蓋能夠相對于一個水下本體通過波浪 動力而移動，該水下本體被錨定在海床上并且通過該水下鐘蓋而被閉 合以形成一個封閉的、充氣的諧振裝置。如果有要求的話，該諧振裝 置的頻率能夠受到氣體壓力、填充體積或者所使用的填充氣體的影響 以及調(diào)節(jié)或控制。空氣或者另外一種氣體(它能夠特別有利地與冷卻
劑一起用于這些HTS超導(dǎo)體線圏)能夠被用作該填充氣體。包括所有 這些開關(guān)和供應(yīng)裝置的初級部分和次級部分能夠優(yōu)選地被安排在該水 下本體與該水下鐘蓋之間的諧振裝置的容納區(qū)域中。此外，優(yōu)選地，該水下本體可以具有一個圓柱形的外壁，該外壁形成一個軸向引導(dǎo)件 用于在該水下鐘蓋上的一個圓柱形的殼體部分，或者該水下本體通過 多個軸向引導(dǎo)件與該水下鐘蓋相互作用。
在所有的這些改進(jìn)中，配備有多個初級線圏并且能夠被用于電流感 應(yīng)的該初級部分可以至少是配備有多個超導(dǎo)次級線圏的該次級部分的 截面的三倍。特別是通過為該初級部分選擇一個高的填充因數(shù)，在該 初級部分中能夠?qū)崿F(xiàn)一個高的電流水平。該填充因數(shù)被定義為電流所 流過的這些初級線圏的體積與這些中間元件以及存在于這些初級線圏 之間任何中間空間的體積的體積比。該初級部分的填充因數(shù)優(yōu)選地大
于70%并且特別是大于85%。在軸向方向上相鄰的初級線團(tuán)優(yōu)選地產(chǎn)生 一個相移120。的交流電，其結(jié)果是該線性發(fā)電機(jī)形成一個三相發(fā)電機(jī)。 在一個兩相發(fā)電機(jī)或者大于三相的一個多相發(fā)電機(jī)的情況下，對該相 位移動可以進(jìn)行不同的適配或者選擇。
在這種優(yōu)選的改進(jìn)中，這些初級線圈可以具有由一個常規(guī)的導(dǎo)體 (特別是例如由鋁或銅構(gòu)成的一個導(dǎo)體)構(gòu)成的多個繞組，其結(jié)果是 這些初級線圏可能(例如)以一種有成本效益的方式進(jìn)行液體冷卻或 氣體冷卻。例如，用水或油冷卻是特別有利的。具體地，該常規(guī)導(dǎo)體 也可以由一個空心導(dǎo)體形成，其內(nèi)部管被用于冷卻。可替代地，這些 初級線圏的這些繞組能夠由一種超導(dǎo)性導(dǎo)體(特別是是一種高溫超導(dǎo) 性導(dǎo)體)所構(gòu)成或由其制造。于是所施加的電流應(yīng)該使用小于100Hz (特別是小于50Hz)頻率的交流電來施加，以便在這些超導(dǎo)電初級線 圈中保持低交流電損失，否則必須通過額外的冷卻劑來補(bǔ)償。然后能 夠選擇一個適當(dāng)?shù)拇艠O距以便對于一個給定最大速度限制發(fā)電機(jī)模式 中的最高頻率。在根據(jù)本發(fā)明的線性發(fā)電機(jī)的情況下，能夠獲得大于 18N/cm2的力密度，并且當(dāng)在這些次級線圏以及在這些初級線圏中均 使用超導(dǎo)體時，甚至有可能獲得大于25 N/cm2的力密度。在這些線 圏之間也可以形成多條冷卻線路(冷卻劑可在其中流過)，或者可以 使氣隙在這些初級線圏之間(并且如果適當(dāng)在這些中間元件之間)開 放，以便冷卻這些初級線團(tuán)。這些中間元件可以是環(huán)形段的形式，因此允許冷卻劑被通過而到達(dá)這些初級線圏的端面，這些端面未^皮這些 環(huán)形段覆蓋。這些中間元件可以在整個區(qū)域上部分延伸或者在這些初 級線圏的徑向高度上帶有中間空間。這些中間元件還可以包括多個格 柵結(jié)構(gòu)、空心體或格柵體，它們在機(jī)械上充分地堅固耐用并且同時允 許冷卻劑穿過它們而流動。
此外，這些初級線圏和這些中間元件優(yōu)選地被一個軛包覆，該軛優(yōu) 選地由不可磁化的材料(特別是是一種沒有任何鐵的輕型材料)構(gòu)成。 可替代地，該軛可以由不含鐵和/或能被磁化的材料構(gòu)成，用于磁場屏 蔽。特別地，該輒和這些中間元件可以形成用于這些初級線圏的一種 機(jī)械支持結(jié)構(gòu)。為了將這些中間元件固定在軸向方向上，該軛在其內(nèi) 部圓周上可以具有多個槽，在這些槽中這些中間元件以 一種互鎖方式 接合。將這些中間元件固定在該軛上允許這些初級線圏在軸向方向上 支撐在這些中間元件上，這意味著該軛在軸向方向上能夠吸收作用于 這些初級線圏上的這些磁場力。特別有利的是不用鐵來形成該初級部 分以便獲得用于該初級部分(并且由此用于該線性機(jī)器)的特別輕型 的設(shè)計，而同時避免飽和效應(yīng)?？商娲兀撥椏梢跃哂幸环N可磁化 的材料，以^t形成用于該磁通量的一個回路。
這些初級線圈可以封裝在塑料中，優(yōu)選地在合成樹脂中，特別是在 環(huán)氧樹脂中。在本發(fā)明的一個有利改進(jìn)中的這些中間元件同樣是由塑 膠(優(yōu)選地由合成樹脂，特別是由環(huán)氧樹脂)制造并且可以用纖維增 強(qiáng)物來增強(qiáng)，例如，通過插入玻璃纖維材料。
這些超導(dǎo)電次級線圏能夠運送高電流密度，優(yōu)選地大于50 A/mm2 的電流密度，另外優(yōu)選地大于70 A/mm2并且特別是大于100 A/mm2， 因此使之有可能通過這些次級線圏產(chǎn)生一個極強(qiáng)的磁場。能夠由該氣 隙中的這些次級部分產(chǎn)生的這些磁通密度可能達(dá)到大于0, 5泰斯拉， 優(yōu)選地大于1泰斯拉，并且可能等于2泰斯拉。該次級部分優(yōu)選地具 有一個圓柱形的支撐體，該支撐體被安排為鄰近或者處在其殼體表面 上。包括一種HTS導(dǎo)體的多個繞組并且在該實施方案中特別有利地形成為雙餅線圈的這些次級線圏被優(yōu)選地安排為使得這些次級線圏的磁 場被排列為平行于該軸線。
該次級部分的支撐體優(yōu)選地由一種非磁化材料生產(chǎn)，例如由纖維增 強(qiáng)的塑膠。該支撐體還可以由一種磁性材料(特別是鐵)生產(chǎn)或構(gòu)成。 在一個改進(jìn)中，這些次級線圈具有一種環(huán)形的形狀并且關(guān)于該軸線彼 此相對地同心地安排并安裝在該次級部分的相關(guān)聯(lián)的支撐體上。在軸 向方向上鄰近的次級線圏在運行過程中通過相反的極性連接使直流電 以反相施加到其上。再一次，為了產(chǎn)生氣隙繞組，在這些次級線圏之 間可以安排多個環(huán)形的間隔元件。在這個改進(jìn)中，鄰近的次級線圏優(yōu) 選地彼此相距一定距離，該距離大于對應(yīng)的次級線圏在軸向方向上的 寬度的至少兩倍，并且優(yōu)選地大于該倍數(shù)。還可以將多個線圈組合形 成一個組，全都具有相同的電流流動方向(串聯(lián)或并聯(lián)連接)。于是， 在每一情況下僅有一個相反的電流方向被施加到鄰近的線圏組上。
本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點和特征將參考在附圖中示意性地展示的線 性發(fā)電機(jī)和波浪驅(qū)動的發(fā)電站的示例性實施方案在下文中進(jìn)行說明，
在這些附圖中


圖1示出了根據(jù)一個第一示例性實施方案并且處于一個縱向截面的形 式的根據(jù)本發(fā)明的帶有個初級部分和次級部分的一臺線性發(fā)電機(jī)； 圖2示出了圖1的次級部分的一個透視圖3示出了根據(jù)第一示例性實施方案帶有一個線性發(fā)電機(jī)的波浪驅(qū)動 的發(fā)電站，在該線性發(fā)電機(jī)中該次級部分是通過一個浮標(biāo)移動的； 圖4示出了根據(jù)第二示例性實施方案帶有用于驅(qū)動該次級部分的一個 浮標(biāo)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站；
圖5示出了根據(jù)第三示例性實施方案、帶有用于移動該次級部分的一
個浮標(biāo)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站，該浮標(biāo)被安排在水面下；
圖6示出了根據(jù)第四示例性實施方案、帶有用于移動該次級部分的一
個浮標(biāo)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站，該浮標(biāo)漂浮在水面上，并且
圖7示出了根據(jù)第五示例性實施方案、帶有用于移動該次級部分的一
個浮標(biāo)的水下波浪驅(qū)動的發(fā)電站。
16圖l展示了總體上標(biāo)注為IO的一臺線性發(fā)電機(jī)，它帶有一個初級 部分20和一個次級部分30。初級部分20圍繞一個圓柱形的接受體11, 次級部分30可以在該接受體中沿一條中心軸線A前后移動。在所展示 的示例性實施方案中，初級部分20具有五個初級線圏21,這些初級 線圈相對于軸線A同心地安排。該圖僅示出一臺完整的發(fā)電機(jī)一個發(fā) 電機(jī)段，因為(例如)線圈或線圈組的數(shù)目必須被三整除(例如，用 于三相運行)。這些初級線圈21包括多個環(huán)形盤式線圈，在每種情況 下，在這些盤式線圏上一個交變電流或三相電流(該三相電流例如經(jīng) 過120。相移)的一相通過在其外圓周上的多個觸點(圖中未示出)而 能夠引出。這些初級線圈21的這些繞組(它們由銅導(dǎo)體構(gòu)成)被環(huán)氧 樹脂封裝，以提供機(jī)械牢固性。在這些初級線圏21之間同樣安排了多 個環(huán)形的中間元件22,這些初級線圈21的端面在軸向方向上被支撐 在這些中間元件22上。這些中間元件22在徑向方向上從這些初級線 圏21的內(nèi)圓周延伸到這些初級線團(tuán)21的外圓周。 一個空心圃柱形的 軛23 (這些中間元件22被錨固在其上(未展示))?？吭谶@些中間 元件22和這些初級線圈21的外圓周上。扼23和這些中間元件22因 此形成一個機(jī)械支持結(jié)構(gòu)，用于在其中容納這些初級線圏21。
環(huán)繞初級部分20的扼23可以由不可磁化的材料構(gòu)成，或者為了屏 蔽的目的還可以由可磁化的材料構(gòu)成。在后者情況下，它甚至有可能 使力密度增加。如果軛23由導(dǎo)電的材料構(gòu)成，則它可以優(yōu)選地通過疊 層的或者有縫隙的材料形成，以便減少交流電損失，其中可以選擇開 縫或?qū)訅旱恼_方向以與這些要求相符。
通過舉例的方式，根據(jù)本發(fā)明，這些中間元件22可以由玻璃纖維 增強(qiáng)的塑料構(gòu)成，因此不能被磁化，其結(jié)果是，當(dāng)電流施加到這些初 級線圏21上時在接受體11中產(chǎn)生的磁場不受這些中間元件22的飽和 磁化強(qiáng)度的限制。實質(zhì)上在這些初級線圍21之間沒有用于通量引導(dǎo)的 可磁化的材料。這些初級線圏21在軸向方向上彼此并列定位的安排因 此是被稱為氣隙繞組的形式。在這些初級線圏21之間的這些"氣隙"被這些中間元件22填充，這些中間元件可能是部分空心的和/或被專 門用于絕緣。在初級部分20中因此能夠使用軸向長度的每個單元帶有 大臣數(shù)的非常寬的初級線圈21。因為這些中間元件22的體積僅占這 些初級線團(tuán)21的體積的一小部分，帶有這些發(fā)電匝的初級部分的填充 因數(shù)遠(yuǎn)大于50%。
圖1和圖2中展示的次級部分30具有多個環(huán)形次級線圈31,這些 次級線圏相對于軸線A同心地安排并且由一種高溫超導(dǎo)體構(gòu)成。這些 次級線圈31 (它們在大于20 K的低溫下是超導(dǎo)的)上施加了直流電， 在軸向方向上鄰近的次級線圏31是反相連接的。次級部分30中的這 些高溫超導(dǎo)體繞組和多個次級線圈31可以是扁平線圈的形式、雙扁平 線圈的形式、由這些扁平線圈或者短的螺線管線圈構(gòu)成的組。多個環(huán) 形的間隔元件32同樣被安排在這些次級線圈31之間，并且相對于軸 線A被同心地安排。這些間隔元件32是由玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂構(gòu) 成并且與這些次級線團(tuán)31 —起安排在一個空心圓柱形的支撐管33上。 空心圓柱形支撐管3 3可以由軟磁的可磁化的材料(例如軟磁鐵)制造， 或者可以同樣地(例如)由玻璃纖維增強(qiáng)的塑膠構(gòu)成。為了允許(例 如)用液體氮冷卻這些次級線圏31，低溫恒溫器34配備有一個雙壁 管36。在管36的"溫暖的，，外部管壁與相對"寒冷的"內(nèi)部管壁之 間的中間空間(未展示)被抽空，以便防止熱從外部引入低溫恒溫器 34或者抑制它。如果有要求的話，圍繞該冷卻管壁還可以安裝由可商 購的表面絕緣片構(gòu)成的一個絕緣層。力是通過示意表示的傳輸元件35a 和35b從次級部分30傳輸?shù)降蜏睾銣仄?4的。這些傳輸元件35a、 35b是由一種低熱傳導(dǎo)率以及高機(jī)械強(qiáng)度的材料構(gòu)成，例如，玻璃纖 維增強(qiáng)的塑膠。這些次級線圈31可以通過等于100 A/mi^的電流密度 來運行。線性發(fā)電機(jī)10 (帶有根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的一個初級部分20以 及帶有根據(jù)本發(fā)明設(shè)計的這些初級線圏的一種氣隙繞組和一個次級部
分30)允許在該初級部分與該次級部分之間的接受體11中獲得大于 18 N/cm2的力密度。
圖3至圖7示出了用于波浪驅(qū)動的發(fā)電站的不同的設(shè)計原理，這些發(fā)電站使用多個浮標(biāo)并且在這些發(fā)電站中使用一種線性發(fā)電機(jī)，具體 如以上進(jìn)一步的說明所設(shè)計的線性發(fā)電機(jī)。在所有的圖中，而且該線
性發(fā)電機(jī)在每種情況下都用參考符號IO來標(biāo)注，該初級部分而且都用 參考符號20來標(biāo)注，并且另外該次級部分都用參考符號30來標(biāo)注。 圖3至圖7各自示出了在左手側(cè)一半的波峰處位置中以及在右手側(cè)一 半的海浪51的波谷處位置中相關(guān)聯(lián)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站。
圖3示出了一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站50的第一示例性實施方案，該 發(fā)電站漂浮在海水中并且在該發(fā)電站中線性發(fā)電機(jī)10被安排靠近于 水面，該水面通過波浪51來指明。帶有初級部分20和次級部分30的 整個線性發(fā)電機(jī)10被安排在一個水下本體55 (它漂浮在海水中)的 一個圓柱形的外殼體部分60中，該外殼體部分被設(shè)計并且被安排為關(guān) 于線性發(fā)電機(jī)10的運動軸線A是同軸的。圓柱形的外殼體部分60的 內(nèi)部形成用于線性發(fā)電機(jī)10以及該水下本體的上部分的一個容器61， 在這種情況下該容器是圓柱形的，該水下本體總體上用參考符號55來 標(biāo)注并且在外殼體部分60之下配備有一個大體積的壓重儲罐65,總 體上是為了對水下本體55提供足夠的浮力，從而使它能夠在海水中上 升靠近水面51。同時，壓重儲罐65為水下本體55提供足夠的慣性， 這意味著水下本體55以小于水面51的波浪間距的振幅來移動。壓重 體65 (在這種情況下它是一個儲罐的形式)至少部分充有海水并且應(yīng) 該具有一個足夠大的體積以確保水下本體55用于海上使用的近似固 定位置的定位。然而，為了精確的浮力調(diào)整，該壓重儲罐還可額外包 含石頭、混凝土、鋼或者具有高于水密度的其他材料。在大風(fēng)浪的狀 態(tài)下以及如果海中電流強(qiáng)時為了防止波浪驅(qū)動的發(fā)電站50被驅(qū)逐離 開，該發(fā)電站能夠通過一根系泊纜52被錨定在海床上(在此未示出)。 水下本體55的相當(dāng)窄的圓柱形外殼體部分60通過一個堅固的底板62 被連接到壓重體65上。該線性發(fā)電機(jī)的初級部分20被附接在底板62 上，并且次級部分20是關(guān)于在外殼體部分60的容納區(qū)域61中的初級 部分的軸線A同心地安排。軸線A實質(zhì)上是垂直的，并且整個波浪驅(qū) 動的發(fā)電站50關(guān)于軸線A實質(zhì)上是對稱的。初級部分20的長度超過 次級部分30的長度的兩倍，并且優(yōu)選地超過三倍的長度，該次級部分裝配有多個超導(dǎo)的HTS線圏并且能夠在初級部分20內(nèi)平行于軸線A上 下移動。專門通過水面51的運動以及通過波浪振幅的變化率在波浪驅(qū) 動的發(fā)電站50中實現(xiàn)次級部分30相對于初級部分20的往復(fù)移動，其 中波浪的運動在圖3中由箭頭W來指明。為了產(chǎn)生在線性發(fā)電機(jī)10中 的相對運動，次級部分30被連接到一個傳輸或連接元件上使得它們一 起移動，該傳輸或連接元件被安排在軸線A上并且在每個圖中由一根 桿75或帶有優(yōu)選圓形的外徑的管形成，并且桿75或管在其自由的上 部桿端76處被連接到多個配件71上，這些配件被連接到一個浮標(biāo)的 這些漂浮體72上，該浮標(biāo)全部用參考符號70來標(biāo)注。將浮標(biāo)70的這 些漂浮體72的浮力選擇為它以相同的平均浸入深度實質(zhì)上永久地漂 浮在水面51上，如從圖3的波浪驅(qū)動的發(fā)電站50的左手與右手的展 示的比較中能夠很好地看出。如箭頭B所指示的，該浮標(biāo)也實質(zhì)上以 水面51的波浪運動的頻率和振輻相對于水下本體55進(jìn)行線性運動， 因為如這些箭頭U所指示的，水下本體55進(jìn)行顯著地小于浮標(biāo)70的 貫穿波浪的垂直運動。因為次級部分30通過桿75連接到浮標(biāo)70上， 這樣它們一起移動，所以浮標(biāo)70相對于水下本體55的軸向運動導(dǎo)致 了線性發(fā)電機(jī)10的次級部分30與初級部分20相對于彼此的外運作的 運動，其結(jié)果是(如對于一個線性發(fā)動機(jī)本身是已知的)，當(dāng)磁場存 在于次級部分30中時在初級部分20的這些初級線圏中能夠感應(yīng)出一 個電流，該電流能夠被轉(zhuǎn)換并且用于發(fā)電。在次級部分30中的磁場是 通過流經(jīng)這些超導(dǎo)線圏的直流電產(chǎn)生的(未示出)，這些超導(dǎo)線圏在 其臨界溫度以下被冷卻。雖然初級部分20和次級部分30被安排在水 下本體55的上端區(qū)域中并且在此程度上取決于波浪高度可以被定位 在水面之下，但是用于波浪驅(qū)動的發(fā)電站50中的線性發(fā)電機(jī)10的容 納區(qū)域61是以一種相對簡單的方式被密封為防水的，因為實質(zhì)上從線 性發(fā)電機(jī)10中穿出并且與周圍區(qū)域相接觸的單個的連接元件包括桿 75。為了密封以抵抗水汽的進(jìn)入，桿75能夠通過一個適當(dāng)?shù)妮S密封(未 被更詳細(xì)地展示出)來貫穿水下本體55的外壁殼體60的上部分64中 的一個開口 63。
初級部分20與次級部分30在波浪驅(qū)動的發(fā)電站50中相對于彼此的同軸引導(dǎo)得到以下設(shè)計的協(xié)助，在該設(shè)計中桿75的縱向軸線與線性 發(fā)電機(jī)10的運動軸線A重合，并且因為這些漂浮體72在中心具有一 個中心開口 74，該中心開口如同一個軸向引導(dǎo)件與水下本體55的外 壁殼體60的外壁相互作用。為了改善波浪驅(qū)動的發(fā)電站50的運動體 72、 60之間的引導(dǎo)，在多個引導(dǎo)件或類似物中被引導(dǎo)的滑動或滾柱軸 承元件80 (這些元件是滑動墊、帶有相反支承的滾柱、滾柱軸承的形 式)能夠被安排在漂浮體72的開口 74的內(nèi)部，使之有可能避免海水 阻止在水下本體60與浮標(biāo)70的這些漂浮體72之間的移動。
用于線性發(fā)電機(jī)10的運作、用于在線性發(fā)電機(jī)10的初級部分20 中產(chǎn)生的功率轉(zhuǎn)換和輸出所要求的所有供應(yīng)裝置和開關(guān)器件(未示出) 能夠優(yōu)選地被安排在浮標(biāo)70的漂浮體72中的適當(dāng)?shù)氖抑谢虮话才旁?配件71之內(nèi)，以便所有的電源和開關(guān)器件永久地在水面51之上。當(dāng) 將一個剛性的桿75 (同時它是空心的)用作一個連接元件時，例如對 于用于次級部分30的低溫恒溫器的這電力纜和供應(yīng)纜能夠特別有利 地通過該內(nèi)部腔室來確定到水下本體60的容納區(qū)域61中的路線。壓 重體65的所展示的儲罐形狀(它是一個雙錐形的形式)僅呈現(xiàn)了儲罐 形式的壓重體的眾多示例性實施方案之一的一個實例。此外，圖中未 示出多個器件，通過這些器件能夠改變壓重體65中的水位，以便取決 于波浪狀態(tài)(在此狀態(tài)下能夠特別有效地生成諧振頻率功率)將浮標(biāo) 70與波浪驅(qū)動的發(fā)電站50的水下本體55調(diào)整到一個諧振頻率。能夠 (例如)通過可被關(guān)閉和打開的多個閥來改變在壓重體65中的填充體 積。
在圖4所展示的波浪驅(qū)動的發(fā)電站150中，除了漂浮體172和水下 本體155的外殼體部分160 (該外殼體部分容納帶有初級部分20與次 級部分30的線性發(fā)電機(jī)10)外，浮標(biāo)170具有如圖3所示的示例性 實施方案的相同設(shè)計，出于這個原因可參考那里已有的陳述以避免重 復(fù)。波浪驅(qū)動的發(fā)電站150在壓重體165的構(gòu)形上不同于波浪驅(qū)動的 發(fā)電站50，在這種情況下，該壓重體不包括一個儲罐而是具有一個長 桅桿166,該長桅桿平行于軸線A延伸并且靠近該長桅桿的下端附接有兩個平坦的大面積平臺167、 168，這兩個平臺關(guān)于軸線A橫向地延 伸。平臺167、 168的外部尺寸(具體而言它們的直徑)優(yōu)選地是相當(dāng) 大的，至少是浮標(biāo)170的漂浮體172的外部直徑的兩倍。壓重體165 形成一個被動元件，與在波浪驅(qū)動的發(fā)電站50的情況下相比，通過該 被動元件在更大程度上防止水下本體155相對海床的相對運動(未展 示)?？梢酝ㄟ^至少兩個平臺167、 168(海水能夠從該兩個平臺進(jìn)入) 的安排來改善水下本體155的被動性以及在此程度下其穩(wěn)定性的位 置。事實上，在某些海上區(qū)域，僅帶有適當(dāng)尺寸的一個平臺的壓重體 也是足夠的。該水下本體通過纜繩52被錨定在海床上。可替代地，該 浮標(biāo)漂浮體也可被附接到海床上。
圖5示出了一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站250的第三示例性實施方案，在 該實施方案中次級部分30被連接到一個浮標(biāo)270上，該浮標(biāo)永久地在 水面51之下并且在此程度上形成一個水下滑動元件。在次級部分30 (它主要形成用于線性發(fā)電機(jī)10的一個致動器)與初級部分20 (它 形成用于發(fā)電的定子)之間的相對運動是通過浮標(biāo)270與水下本體255 的疊加運動來實現(xiàn)的。水下本體255具有在水下滑動元件270之上的 一個表面漂浮體280,該水下滑動元件形成來回移動的浮標(biāo)，表面漂 浮體280的浮力被適配為使得表面漂浮體280永久地保持水面51上。 表面漂浮體280通過一個狹長的桅桿260 (它關(guān)于軸線A被同心地對 齊)與一個壓重體265相連接，該壓重體被定位在水下滑動元件270 之下并且包括一個相對重型的儲罐或類似的容器，并且除其他之外這 個壓重體265還具有使波浪驅(qū)動的發(fā)電站250的運動軸線A保持基本 垂直的功能。壓重體265通過一根系泊纜52被連接到海床上。連接壓 重體265與表面漂浮體280的桅桿260是空心的，并且線性發(fā)電機(jī)10 的初級部分20和次級部分30被安排在這個空心室261中。初級部分 20大于次級部分30的長度的三倍。桅桿260被連接到表面漂浮體280 上，以便創(chuàng)建一個密封的并且優(yōu)選地用空氣等填充的腔。表面漂浮體 280配備有多個軸向引導(dǎo)件281，這些軸向引導(dǎo)件在此被示意性地表示 并且在這些軸向引導(dǎo)件中多個導(dǎo)向桿277被引導(dǎo)，這些導(dǎo)向桿平行于 軸線A運行并且被連接到形成該浮標(biāo)的水下滑動元件270上。導(dǎo)向桿277通過一個支柱273被連接到一根桿275上，該桿平行于該軸線安 排并且次級部分30被連接到該桿上，使得它們一起移動。為了保護(hù)在 桅桿260之內(nèi)的腔261 (在該腔中安排線性發(fā)電機(jī)10)以抵抗水汽的 進(jìn)入，桿275 (在這種情況下，該桿在表面漂浮體280的上端)貫穿 一個開口 263，該開口通過軸密封件或類似物以一種適當(dāng)?shù)姆绞奖幻?封。桅桿260的外殼體部分或外壁優(yōu)選地被用作一個軸向引導(dǎo)件用于 水下滑動元件270，為此目的，該水下滑動元件可具有一個相對狹長 的導(dǎo)向切口 278。在波浪驅(qū)動的發(fā)電站250的情況下，因為浮標(biāo)270 (如圖5平分的左手以及右手中的箭頭B所指示)以及表面漂浮體280 (如箭頭U所指示)在相反的方向上各自移動，所以不同的振幅和相 對運動能夠取決于波浪運動而發(fā)生，并且這些運動能夠被用于發(fā)電。 這些開關(guān)和供應(yīng)裝置能夠優(yōu)選地被安排在表面漂浮體280中，這意味 著它們被永久地定位于水面上或其上方。
圖6示出了一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站350的第四示例性實施方案，該 發(fā)電站具有附接在海床53上的一個水下本體355，使得該水下本體是 穩(wěn)定的。水下本體355可以具有一個堅固的底板362，該底板被直接 錨定在海床350上。水下本體355的殼體壁395原則上具有任何所希 望的形狀，在這種情況下被近似為一個鐘蓋的形式，并且它可以假定 一個尺寸，具體而言，使得用于線性發(fā)電機(jī)10的開關(guān)和供應(yīng)裝置390 也能被安排在由殼體壁395所包圍的容納區(qū)域361之內(nèi)。線性發(fā)電機(jī) 10的次級部分30與初級部分20之間的相對運動是通過一個浮標(biāo)370 產(chǎn)生的，該浮標(biāo)漂浮在水面51上并且在這種情況下通過一根柔性的纜 繩396被連接到一根桿375的上端。桿375的下端被連接到波浪驅(qū)動 的發(fā)電站350的次級部分30上，使得它們一起移動。因為只有張力是 能夠通過連接到浮標(biāo)370上的柔性纜繩396傳輸?shù)?，也就是說在箭頭 H的方向上能夠?qū)崿F(xiàn)次級部分30的垂直運動，所以次級部分30具有 一個相關(guān)聯(lián)的恢復(fù)裝置(它在這種情況下是示意性地表示的彈簧399 的形式)，該恢復(fù)裝置在底板362的方向上對次級部分30預(yù)加應(yīng)力并 且當(dāng)由于波峰的結(jié)果通過纜繩396和推動桿375沒有張力施加到次級 部分30上時使其在該方向上返回。桿375進(jìn)而形成僅有的傳輸元件，
23該傳輸元件從水下本體355的其他方式密封的室361中穿出。.桿375 在一個開口 363中從水下殼體中穿出，該開口在該水下殼體的殼體壁 395的一個彎曲的頂中，并且用于密封以抵抗水汽的進(jìn)入，適當(dāng)?shù)妮S 密封件或類似物能夠?？吭陂_口 363中的桿375上。
圖7示出了一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站450的第五示例性實施方案，該 發(fā)電站完全被安排在水面51之下。用于次級部分30相對于線性發(fā)電 機(jī)10的初級部分20的運動的線性運動主要通過水下波浪和密度差異 來傳遞，這些密度差異是通過在水面51處的波浪運動甚至在更深層中 造成的。為此目的，次級部分30通過一根桿475被連接到一個水下鐘 蓋470上，該水下鐘蓋形成該上升與下降的浮標(biāo)并且能夠關(guān)于一個水 下本體455 (例如，它是一個杯的形式)平行于該軸線而移動。水下 本體455和水下鐘蓋470覆蓋一個容納區(qū)域485，該容納區(qū)域的體積 能夠通過水下鐘蓋470相對于水下本體455的不同延伸狀態(tài)來改變， 并且該容納區(qū)域是用一種適當(dāng)?shù)臍怏w(具體地用空氣)所填充，以便 波浪驅(qū)動的發(fā)電站450以其整體在水下本體455與水下鐘蓋470之間 形成一個諧振裝置。在水下鐘蓋470與水下本體455之間的運動優(yōu)選 地通過多個適當(dāng)?shù)妮S向引導(dǎo)件在水下本體455的圓柱形外壁459上被 引導(dǎo)，這些軸向引導(dǎo)件在此未被展示并且可以配備有多個密封器件以 及一個空氣隙密封件，以便防止水滴由于相對運動的結(jié)果而能夠進(jìn)入 容納區(qū)域485中。在容納區(qū)域485中的氣體的內(nèi)部壓力能夠作用為一 個彈簧的形式，以產(chǎn)生水下鐘蓋470到其初始位置的恢復(fù)運動。波浪 驅(qū)動的發(fā)電站470不需要一個桿密封件或者類似物，因為水浸入最多 能發(fā)生到水下本體455的外壁459與水下鐘蓋470的內(nèi)壁之間的容納 區(qū)域485之中。波浪能量僅移動上面的水下鐘蓋470，同時水下本體 455通過一根系泊纜52被錨定在海床53上，這樣使得該水下本體基 本上不能移動。
從以上說明和從屬權(quán)利要求中，許多改變對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將是明顯的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員特別是從這些示例性實施方案中 能夠容易地進(jìn)一步推導(dǎo)出多個變體以及其他組合。為了提供根據(jù)本發(fā)明用于具有大約1 MW (兆瓦)等級的波浪驅(qū)動的發(fā)電站的一種線性發(fā) 電機(jī)，超導(dǎo)的次級部分30 (例如)可以具有大約600 mm的直徑以及 大約600 mm的長度，其中初級部分20具有(例如)大約4 m的長度。 初級和次級線圏在軸向方向上的數(shù)目僅代表一個實例，并且特別是可 以隨這些線圈的寬度以及該線性發(fā)電機(jī)的總體長度來改變。這些次級 線圈還能以螺旋形狀安排。該軛和用于次級部分的支撐管也可以由包 含鐵的材料構(gòu)成。如果這些次級線圏已經(jīng)與這些間隔件一起被堅固地 彼此連接(例如，通過真空浸漬)，用于次級部分的支撐管也是可以 被省略?？商娲兀糜诖渭壊糠值闹喂芸梢杂莎B層的和有縫隙的 可磁化的材料構(gòu)成，或者同樣地(例如)由玻璃纖維增強(qiáng)的塑膠構(gòu)成。 在該次級部分中硬磁材料也可以;故用作流經(jīng)直流電的支撐管。特別地， 當(dāng)使用 一般的傳導(dǎo)性初級線圈時，這些線圏可以間接地或者優(yōu)選直接 地進(jìn)行冷卻，例如通過水、油、氣體或氮氣(N2)?？商娲?，還能 夠使用適當(dāng)?shù)臍怏w或者干冷卻，它允許在77 K以下的一個工作溫度， 例如20 K或者30 K。為了進(jìn)一步減少該初級部分中的渦流損耗，這 些初級線圏可以配備有多個導(dǎo)線編織的繞組。如果需要， 一個第二初 級部分還可以安排在該次級部分內(nèi)，以便進(jìn)一步增加力密度。除了次 級部分，初級部分也可以通過波浪動力而平行于該軸線移動。該初級 部分可以安排在內(nèi)部而該次級部分可以安排在外部。然而，這些圖示 出了一臺線性發(fā)電機(jī)，其中的次級部分(其上施加直流電)通過波浪 驅(qū)動的發(fā)電站的一個上升和下降的浮標(biāo)被機(jī)械地移動，以便通過該次 級部分的這種運動在初級部分的初級繞組中感應(yīng)出的電流而用于發(fā) 電。代替該次級部分，該初級部分也能夠進(jìn)行平行于軸線的一個往復(fù) 運動，使得次級部分是穩(wěn)定的，而不偏離附加的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。 在所有提及的示例性實施方案中，盡管是長的運動，但是一個優(yōu)選在 外部圓形的桿或管在浮標(biāo)與次級部分之間形成機(jī)械傳輸元件，以便允 許通過軸密封環(huán)或類似物以一種相對筒單的方式在開口中的密封。然 而，該傳輸或連接元件還能夠具有一個不同的、適當(dāng)?shù)妮喞螤畈⑶?br> (例如)可以包括一個T支架或雙T支架、 一個管、 一組桿或類似物， 或者可以具有用于加固的這些輪廓。在該開口上的這些密封件還可以
包括波紋管密封件，以便甚至通過長的運動和大的壓 差值來確保可靠的密封。
帶有一個浮標(biāo)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站的所有示例性實施方案就它們 本身來說均具有發(fā)明的重要性，并且這些波浪驅(qū)動的發(fā)電站中的每個 設(shè)計原則也可與其中的初級部分和次級部分是以一種傳統(tǒng)的方式進(jìn)行 設(shè)計的線性發(fā)電機(jī)一起使用，例如，在這些線圏之間使用可飽和的材 料和/或不用超導(dǎo)體繞組。對于波浪驅(qū)動的發(fā)電站的設(shè)計原則的本身提 出了保護(hù)的要求，這獨立于所使用的線性發(fā)電機(jī)。
2權(quán)利要求
1.在一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站中用于發(fā)電的一種線性發(fā)電機(jī)，該線性發(fā)電機(jī)具有一個初級部分(20)，該初級部分具有多個環(huán)形初級線圈(21)，這些線圈關(guān)于一條軸線(A)被同心地安排并且被多個中間元件(22)彼此分離開；并且具有一個次級部分(30)，該次級部分具有多個次級線圈(31)，其上能夠施加直流電并且這些次級線圈在軸向上彼此以交替的極性并列安排并且具有多個超導(dǎo)體繞組，其特征在于，在該初級部分(20)中這些初級線圈(21)的安排是由不可磁化的材料構(gòu)成的多個中間元件(22)的一個氣隙繞組的形式，并且這些次級線圈(31)包括一種高溫超導(dǎo)體的多個繞組，其結(jié)果是可以實現(xiàn)大于18N/cm2的力密度，其中這些次級線圈(31)是環(huán)形的并且環(huán)繞該支撐體(33)彼此相對地同心地安排，其中在這些次級線圈(31)之間安排多個間隔元件，而這些次級線圈(31)上在該軸向方向上被支撐在這些間隔元件上，其中該初級部分或該次級部分能夠以一種外部運作的方式通過一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站(50；150；250；350；450)的一個浮標(biāo)(70；170；270；370；470)平行于該軸線而移動，并且通過該初級部分與該次級部分之間的相對移動在這些初級線圈中感應(yīng)出的電流能夠被引出用于發(fā)電。
2. —種波浪驅(qū)動的發(fā)電站，具有用于發(fā)電的一個線性發(fā)電機(jī)，其 中該線性發(fā)電機(jī)具有一個初級部分(20)以及一個次級部分(30)， 該初級部分具有多個環(huán)形的初級線圏(21),這些初級線圏關(guān)于一個 軸線(A)被同心地安排并且被多個中間元件(22)相互分離，該次級 部分具有多個次級線圏(31)，能夠?qū)⒅绷麟娛┘拥竭@些次級線圏上 并且這些次級線圏以交替的極性被彼此并列地軸向地安排并且具有多 個超導(dǎo)體繞組，其特征在于，在該初級部分(20)中的這些初級線圏(21)的安排是帶有多個中間元件(22)的一個空氣隙繞組的形式， 這些中間元件由不可磁化的材料組成，并且這些次級線圏(31)包括 一個高溫超導(dǎo)體的多個繞組，其結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)超過18N/cm2的力密 度，其中這些次級線圏(31)是環(huán)形的并且圍繞支撐體(33)相對于 彼此被同心地安排，其中多個間隔元件被安排在這些次級線圏(31)之間，這些次級線圏(31)在軸向方向上被支撐在這些間隔元件上， 其中該初級部分或該次級部分能夠以一種外部運作的方式通過一個浮 標(biāo)(70; 170; 270; 370; 470 )平行于該軸線(A)而移動，并且其中 通過該初級部分與該次級部分之間的相對移動在這些初級線圈中感應(yīng) 出的電、流食b 夠被接出用于發(fā)電。
3. 如權(quán)利要求1所述的線性發(fā)電機(jī)或者如權(quán)利要求2所述的波浪 驅(qū)動的發(fā)電站，其特征在于，該次級部分(30)能夠通過一個上升和 下降的浮標(biāo)(70; 170; 270; 370; 470 )而機(jī)械地移動。
4. 如權(quán)利要求3所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特征 在于，該次級部分(30)被連接到一個優(yōu)選剛性的連接元件(75; 175; 275; 375; 475 )上，該連接元件被連接到該浮標(biāo)(70; 170; 270; 370; 470 )上，這樣使得它們一起移動，以便將該浮標(biāo)的移動傳送到該次級 部分上。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其 特征在于，該浮標(biāo)(70; 170; 370 )具有多個漂浮體(72; 172)，這 些漂浮體的浮力使該浮標(biāo)保持在水的表面，并且其特征在于該初級部 分被安排在一個水下本體(55; 155; 355 )中，相對于該水下本體該 浮標(biāo)能夠通過水的波浪運動而被移動。
6. 如權(quán)利要求5所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特征 在于，該初級部分(20 )和該次級部分(30 )被安排在該水下本體(55; 355 )中的一個閉合的容器(61; 361)中，該水下本體的上表面具有 用于該連接元件(75; 375 )的一個開口 (63; 363 )，用于該移動的 機(jī)械傳輸。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其 特征在于，這些浮標(biāo)(70; 170)的漂浮體(72; 172)被安排在一個 中心開口 (74)的周圍，該中心開口形成于該水下本體與該浮標(biāo)之間 的移動的一種軸向引導(dǎo)，其中該水下本體(55; 155)優(yōu)選地具有一個圓柱形的外殼體部分(60; 160)，該外殼體部分被引導(dǎo)在該開口和/ 或多個滑動元件(80)中，這些滑動元件具體為滑動件或滑動墊，或 者支承元件，例如被安排在該開口與該外殼體部分之間的多個滾柱軸 承。
8. 如權(quán)利要求5、 6或7所述的線性發(fā)電機(jī)或者波浪驅(qū)動的發(fā)電 站，其特征在于，該水下本體(55; 155)被連接到一個壓重體(65; 165 )上，該壓重體確保在該水下本體與海床之間有一個相對恒定的距 離，其中該水下本體和/或該壓重體優(yōu)選地通過一根系泊纜(52)被錨 定在海床上。
9. 如權(quán)利要求8所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特征 在于，該壓重體(165)具有至少一個平臺，優(yōu)選地具有至少兩個平臺(167, 168 )，這些平臺被垂直地彼此分離，其中在這些平臺之間的 中間間距是開放的或者能夠被打開使海水進(jìn)入。
10. 如權(quán)利要求8或9所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其 特征在于，該壓重體(65)具有一個儲罐，該儲罐至少部分地充有海 水，其中該儲罐的填充水位優(yōu)選地是可變化的。
11. 如權(quán)利要求5至10中的任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動 的發(fā)電站，其特征在于，該浮標(biāo)(70)配備有多個配件(71)，這些 配件是與該連接元件的自由端(76)相附接的，和/或這些配件被安排 在用于該線性發(fā)電機(jī)的開關(guān)與供應(yīng)裝置之內(nèi)，其中該連接元件優(yōu)選地 是空心的并且?guī)в幸粋€空腔，該空腔被用作到這些開關(guān)和供應(yīng)裝置的 多個供應(yīng)管線的一個管線套管。
12. 如權(quán)利要求4所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特征 在于，該水下本體(255 )具有一個圓柱形的外殼體部分(260 ),該 外殼體部分的下端被連接到一個壓重體(265 )上并且其外壁被用作為 一個引導(dǎo)件，用于形成該浮標(biāo)的一個水下滑動元件(270 ),該水下滑動元件能夠相對于該水下本體(255 )而移動并且配備有多個配件 (273 )，該連接元件(275 )的自由端被附接到這些配件上。
13. 如權(quán)利要求12所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特 征在于，該初級部分和該次級部分被安排在該水下本體中的一個閉合 的容器(261)中，并且該水下本體被連接到一個表面漂浮體(280 ) 上，該表面漂浮體優(yōu)選地具有一個開口 ( 263 )，該開口用于在其上面 的該連接元件(275 )，并且該表面漂浮體優(yōu)選地配備有作為一個軸向 引導(dǎo)件的多個導(dǎo)向元件(281)，用于這些配件或者用于被連接到它們 之上的多個導(dǎo)桿。
14. 如權(quán)利要求13所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特 征在于，用于該線性發(fā)電機(jī)的多個開關(guān)和供應(yīng)裝置被安排在該表面漂 浮體(280 )中。
15. 如權(quán)利要求5或6所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其 特征在于，該水下本體(355 )被附接到海床上，并且優(yōu)選地通過一個 底板(362 )被錨定在海床上，其中從該水下本體中穿出的一個桿端(375 )是通過一根拖纜(396 )被連接到在水面上的浮標(biāo)(370 )上的， 并且該次級部分(30)能夠優(yōu)選地通過該浮標(biāo)對抗一個機(jī)械的恢復(fù)裝 置(399 )的恢復(fù)力而被移動，和/或用于該線性發(fā)電機(jī)的多個開關(guān)和 供應(yīng)裝置(390 )被安排在該水下本體(355 )中。
16. 如權(quán)利要求4所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特征 在于，該浮標(biāo)是一個水下鐘蓋(470 )的形式，該水下鐘蓋能夠通過波 浪力量來相對于一個水下本體(355 )而移動，該水下本體被錨定在海 床上并且通過該水下鐘蓋(470 )被閉合以形成一個封閉的、充氣的諧 振裝置，其中該初級部分(20)與該次級部分(30)優(yōu)選地被安排在 該水下本體與該水下鐘蓋之間的諧振裝置的容納區(qū)域(485 )中。
17. 如權(quán)利要求16所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的發(fā)電站，其特 征在于，該水下本體(455 )具有一個圓柱形的外壁(459 )，該外壁 形成一個軸向的引導(dǎo)件用于在該水下鐘蓋(470 )上的一個圓柱形殼體 部分，或者通過多個軸向的引導(dǎo)件與之相互作用。
18. 如權(quán)利要求1至17中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，在該次級部分(20)中的次級線圏(31)的安 排是一個空氣隙繞組的形式。
19. 如權(quán)利要求1至18中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，沒有用于磁通集中的不可磁化的材料，尤其是 沒有鐵被安排在該初級部分(20)的初級線圏(21)之間以及該次級 部分(30)的次級線圈(31)之間。
20. 如權(quán)利要求1至19中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，該初級部分(20)的填充因數(shù)超過70%,并且 特別是超過85%，該填充因數(shù)是由初級線圏(21)與多個中間元件(22 ) 和/或多個空氣中間間隔的體積比所定義的。
21. 如權(quán)利要求1至20中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，這些初級線圏(21)包括一個常規(guī)導(dǎo)體的多個 繞組，具體地是由鋁或銅組成的一個導(dǎo)體或空心導(dǎo)體的多個繞組。
22. 如權(quán)利要求1至21中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，這些初級線圈是由一個超導(dǎo)體的多個繞組中制 造的，該超導(dǎo)體優(yōu)選地是一種高溫超導(dǎo)體。
23. 如權(quán)利要求1至22中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)，其特征為一 個輒架(23)，該輒架覆蓋這些初級線團(tuán)(21)和這些中間元件(22) 并且它優(yōu)選地由非磁性材料或不可磁化的材料、尤其是輕質(zhì)材料組成，其中，該軛架優(yōu)選地在其內(nèi)周邊上具有多個縫隙，在這些縫隙上這些中間元件(22)被錨定。
24. 如權(quán)利要求1至23中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，超過50 A/mm2、優(yōu)選地超過70 A/mm2并且特 別是超過100 A/mm2的一個電流密度是能夠施加或者被施加到這些次 級線圏Ul)上，和/或其特征在于這些次級線圈的磁場被排列為平行 于該軸線。
25. 如權(quán)利要求1至24中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，該次級部分具有一個圓柱形的支撐體(33)， 在該支撐體的殼體表面上安排這些次級線圈(32)，其中該支撐體(33) 優(yōu)選地不能被磁化或者由不可磁化的材料組成。
26. 如權(quán)利要求1至25中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，這些間隔元件(32)不能被磁化或者由不可磁 化的材料組成。
27. 如權(quán)利要求1至26中任一項所述的線性發(fā)電機(jī)或波浪驅(qū)動的 發(fā)電站，其特征在于，這些次級線圏具有一個寬度，并且在相鄰的次 級線圏(31)之間的距離相當(dāng)于這些次級線圏(31)的寬度的至少兩 倍，和/或其特征在于這些次級線圏是雙餅線圏的形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及在一個波浪驅(qū)動的發(fā)電站(50)中用于發(fā)電的一種線性發(fā)電機(jī)(10)，該線性發(fā)電機(jī)包括一個初級部分(20)以及一個次級部分(30)，該初級部分帶有多個環(huán)狀的初級線圈，這些初級線圈優(yōu)選被多個間隔件分開而與一條軸線同心，該次級部分帶有多個可用直流電進(jìn)行激勵的次級線圈，帶有多個HTS超導(dǎo)繞組、帶有交替的極性彼此相鄰被軸向地安排。本發(fā)明進(jìn)一步涉及帶有這樣一個線性發(fā)電機(jī)的波浪驅(qū)動的發(fā)電站。根據(jù)本發(fā)明，在該初級部分(20)中的初級線圈(21)的安排是作為帶有由不可磁化的材料組成的多個間隔件的多個空氣隙繞組。該初級部分或該次級部分通過平行于軸線A移動的一個浮標(biāo)(70)而遠(yuǎn)程運作并且通過該初級部分與該次級部分之間的相對移動在這些初級線圈中感應(yīng)出的電流能夠被引出用于發(fā)電。
文檔編號H02K55/04GK101669270SQ200880010009
公開日2010年3月10日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月27日
發(fā)明者C·比赫爾, I·哈恩, J·威佐瑞克, J·穆勒 申請人:澤奈基電力公司