专利名称：用于水下线性发电机的定子框架的制作方法
技术领域：
本发明在第一方面中涉及一种用于水下线性发电机(submergedIineargenerator)的定子框架。在第二方面中，本发明涉及这种定子框架的使用，并且在第三方面中，本发明涉及用于制造具有这种定子框架的线性发电机的方法。在本申请中，术语“径向的”、“轴向的”、“横向的”等指代通过转换器(translator)的中心的往复运动(即，如果没有另做明确说明，那么就是中心轴线)限定的轴线的方向。术语“上部的”和“下部的”指代竖直方向并涉及所讨论的部件在波浪发电单元(wave powerunit)工作时的位置。
背景技术：
海中以及大的内陆湖中的波浪运动构成了迄今几乎没有被利用的潜在能量源。然而，已提出多种建议，以在发电机中使用海浪的竖直运动来产生电能。由于海面上的点进行往复竖直运动，因此使用线性发电机来产生电能是适当的。WO 03/058055公开了这样一种波浪发电单兀发电机的移动部件(即，与旋转发电机中的转子相对应的且在本申请中被称作转换器的部件)相对于发电机的定子往复运动。在该公开中，定子锚定在海床中。转换器通过柔性连接装置(诸如缆线、缆绳或链条)连接至漂浮在海上的本体。发电机的定子和转换器封装在防水壳体中。由于发电机靠近海底设置或者设置在海底，因此发电机的保养和维护是复杂的。这要求发电机在工作时是非常可靠的。此外，为了提供工业规模的有竞争力的能量源，使用于制造和装配发电机的成本最小化是重要的。关于高可靠性和低制造成本的要求意味着发电机的优化设计和构造。
发明内容
本发明的目的在于满足上述要求。特别地本发明的目的在于满足在防水壳体与发电机的内部部件之间的关系方面的这些要求。本发明的第一方面中的此目的得以实现，因为介绍性地说明的这种类型的定子框架具有以下特定特征定子框架包括由金属的圆柱形管，安装装置用于将定子封包(statorpacket)安装至管的内壁,该管还形成线性发电机的外周向壁。这种定子框架实现了如下的双重功能形成封装壳体的一部分以及定子的可靠且合理安装。通过将壳体的一部分用作定子框架，所需要的发电机的部件的数量将较低。框架壁的内侧上的安装装置允许定子封包直接在该框架上的合理安装。由此消除了对单独的定子框架结构的需要。与整个定子必须首先装配且然后插入到壳体中的情况相比，这导致发电机的合理很多的装配。所发明的定子框架因此有助于获得关于发电机的低制造成本以及可靠的构造。根据一个优选实施方式，安装装置包括位于管的内壁上的多个轴向地分布的安装轮廓件(mounting profile),每个安装轮廓件在周向方向上延伸并具有用于定子封包的第一组接收槽，这些接收槽通过朝内的径向突起隔开，一个安装轮廓件的所有接收槽与其它安装轮廓件的接收槽轴向地对准。所讨论的这种类型的线性发电机中的每个定子封包形成待安装在轴向方向上的细长单元。具有接收槽的安装轮廓件有利地适于安装这种单元。对准的接收槽的形成提供了每个定子封包的良好限定的定位，使得该安装将是容易的并且具有最小的犯错风险。 根据另一优选实施方式，每个安装轮廓件通过周向边缘(rim)形成。这是一种简单的构造安装轮廓件的方式。该边缘也将有助于加强当发电机在海底工作时暴露于来自周围的水的外部高压的管的壁。根据另一优选实施方式，每个边缘具有形成接收槽的多个凹口(recess)。从而以容易的方式获得接收槽。根据另一优选实施方式，每个安装轮廓件具有第二组接收槽，以用于接收用于待在定子框架中轴向地往复运动的转换器的导向装置。转换器必须被准确地且可靠地引导，以保持转换器在径向方向上的位置，从而使朝向定子的间隙保持恒定。每个导向装置可以有利地包括排列在轮子框架中的一排轮子。通过还为这些部件提供接收槽，使发电机的装配进一步合理化。从而还实现了导向装置相对于定子封包在周向方向上的且更重要的在径向方向上的预定分开定位。这使确保间隙将是精确的得到简化。根据另一优选实施方式，第一组中的每个接收槽的周向延伸是第二组中的每个接收槽的周向延伸的2倍-8倍那么大。由于每个定子封包通常具有比导向装置所要求的大的周向延伸，因此槽的宽度的指定关系与之相适应。在大多数情况下，第一组中的槽是第二组中的槽的3倍-4倍那么大。根据另一优选实施方式，在每个安装轮廓件中，第二组中的接收槽的数量是三个或四个。转换器必须径向地支撑在至少三个不同的方向上，以确保恰当的位置。在许多情况下，可能有利的是，将转换器支撑在四个方向上。该实施方式与该要求相适应。根据另一优选实施方式，每个接收槽具有这样的底部该底部是平面。这简化了框架的制造，并且平面底部提供了对定子封包的平面后侧和导向装置的良好支撑。根据另一优选实施方式，第一组中的接收槽的数量在4-12的范围内。在大多数情况下，定子封包的数量将在该范围内，并且安装装置由此将很好地适于其特定目的。根据另一优选实施方式，对于任意两个邻近的安装轮廓件来说，两个邻近的安装轮廓件之间的轴向距离是相同的。安装轮廓件之间的相等距离导致定子封包和导向装置上的支撑力的有利的轴向分布。根据另一优选实施方式，每个接收槽具有这样的底部该底部设置有到达管的外部的通孔。这简化了定子封包和导向装置在相应的接收槽中通过使用螺栓等的附接。根据另一优选实施方式，管具有多个外周向凸缘。
从而，管的刚性和抵抗外部水压的能力增加并且允许比没有这些凸缘薄的壁。根据另一优选实施方式，凸缘的数量等于安装轮廓件的数量。从制造角度来说，这是有利的。根据另一优选实施方式，每个凸缘轴向地位于安装轮廓件附近。凸缘由此在管暴露于施加在定子封包和导向装置上的支撑力的这些区域中加强了管。凸缘的加强效果由此被优化，特别地如果管被沿着安装轮廓件的螺栓孔穿透。根据另一优选实施方式，框架包括接合在一起的多个轴向地分布的部分。在大多数情况下，由于壳体的通常较大尺寸，当制造管时，将各部分接合在一起时是方便的。由部分制造管还允许模块化，使得可以由同一且相同大小的部分制造不同长度的壳体。 根据另一优选实施方式，每个部分包括一个安装轮廓件和一个凸缘，并且至少一些部分彼此相同。这些部分的这种构造还有助于获得可以用于壳体的不同长度的模块。根据另一优选实施方式，管在其外部上具有布置为附接至支撑元件的附接装置。发电机的壳体具有相当大的高度，几十米或更大，并且暴露于其顶端处的由将转换器连接至海面上的浮体的连接装置(诸如缆线)引起的横向倾斜力。因此有利的是，提供将壳体的上端连接至海底的支撑元件，例如缆线或杆。通过为这种支撑元件在管的外部上提供附接装置，壳体可以容易地锚定。本发明还涉及一种波浪发电单元，该波浪发电单元包括至少一个浮体以及具有定子和转换器的水下线性发电机，并且该波浪发电单元还包括将至少一个浮体连接至转换器的柔性连接装置，从而定子包括根据本发明的且特别是根据本发明的优选实施方式中的任一个的定子框架，定子封包安装于该定子框架。通过柔性的表示连接装置是可弯曲的，诸如链条、缆线、绳索等。并非一定意味着连接装置在纵向方向上是柔性的。根据所发明的波浪发电单元的另一优选实施方式，转换器由多个导向装置引导，每个导向装置安装在每个轮廓件中的第二组接收槽中。根据另一优选实施方式，每个导向装置包括多个轴向地分布的轮子以及其上安装有轮子的轮子框架。根据另一优选实施方式，定子框架设置有将定子框架连接至海底的多个支撑元件。根据另一优选实施方式，支撑元件包括缆线和/或杆。本发明还涉及一种波浪发电工厂设备(wave power plant),该波浪发电工厂设备包括多个根据本发明的波浪发电单元。根据另一优选实施方式，该波浪发电工厂设备包括至少一个位于海底处的且连接至波浪发电单元的开关装置。本发明还涉及一种电网，该电网包括与根据本发明的波浪发电单元的连接线。根据一个优选实施方式，连接线包括控制单元，该控制单元布置为控制通过连接线的供电并提供关于通过连接线供应的能量的借记信息(debiting information)。根据本发明的第二方面，设置有根据本发明的定子框架的波浪发电单元用于产生电力并将电力供应至电网。在本发明的第三方面，介绍性地说明的这种类型的方法包括以下特定措施使定子框架形成为金属的管，并且将定子封包安装在管的内壁上。根据所发明的方法的一个优选实施方式，将用于转换器的导向装置安装在管的内壁上。根据另一优选实施方式，通过使多个轴向分布的部分彼此附接来制造管。根据另一优选实施方式，使定子形成为圆柱形管的步骤包括使管形成为，使得管具有所发明的定子框架且特别是定子框架的优选实施方式中的任一个中的管的特征。所发明的波浪发电单元、所发明的波浪发电工厂设备、所发明的电网、所发明的使用以及所发明的方法具有所发明的定子框架及其优选实施方式的优点，并且上面已描述了这些优点。所发明的波浪发电单元从所发明的定子框架及其优选实施方式获益，并且上面已描述了这些益处。本发明的上述优选实施方式在从属权利要求中说明。应该理解的是，其它优选实施方式当然可以通过上述优选实施方式的任何可能组合以及通过这些和在下面对实例的描述中提到的特征的任何可能组合构成。将通过以下参照附图对本发明的实例的详细描述来进一步说明本发明。
·图I是具有线性发电机的波浪发电单元的示意性侧视图，该线性发电机使用根据本发明的定子框架。图2是其上安装有定子封包的根据本发明的定子框架的立体图。图3是与图2的视图类似的视图，示出了其中没有安装部件的定子框架。图4示意性示出了根据可替代实例的制造步骤。图5是图3的定子框架的端视图。图6是与图5的视图类似的视图，示出了其上安装有定子封包且其中具有转换器的定子框架。图7是与图2的立体图类似的立体图，并且还示出了定子框架内的转换器。图8是具有根据本发明的另一实例的定子框架的波浪发电单元的一部分的示意性侧视图。图9示意性示出了根据本发明的波浪发电工厂设备。
具体实施例方式图I是在海中工作的根据本发明的波浪发电单元的示意性侧视图。浮体I漂浮在海面上并通过连接装置3 (诸如缆绳、缆线、绳索、链条等)连接至锚定在海床处的线性发电机2。在该图中，发电机附接至海床。然而，应该理解的是，发电机可以位于海床上方并以一些其它方式锚定。线性发电机2具有带有绕组的定子5以及带有磁体的转换器6。转换器6能够在定子5内上下往复运动，从而在定子绕组中产生电流，该电流通过电缆11传送至电网。
转换器6包括杆7，缆线3附接至该杆。当浮体I由于海面的波浪运动而被迫向上移动时，浮体将向上拉动转换器6。当浮体此后向下移动时，转换器6将由于重力向下移动。可选地但是优选地，作用在转换器6上的弹簧(未示出)等提供向下的额外力。由于发电机2锚定在海床中并且浮体I自由地漂浮在水面上，因此浮体相对于发电机2自由地横向移动。从而连接装置3将变得倾斜。在连接装置3进入发电机2的壳体4中的入口处，提供导向装置9，该导向装置引导连接装置在导向装置9下方竖直地移动，同时允许导向装置上方的连接装置3以倾斜位置移动。导向装置9附接至锥形构造8，该锥形构造位于发电机的壳体4上方并附接至该壳体。导向装置9允许连接装置3在穿过导向装置9时逐渐地改变其方向，使得连接装置的磨损变得有限。
在图2中，示出了定子框架12以及定子封包19和用于转换器的导向装置20，21。 定子框架12形成防水壳体4的一部分，线性发电机封装在该壳体中。应该理解的是，顶端壁和底端壁将附接至定子框架12的端部，以使壳体4完整。定子框架12由金属(例如，具有防锈外部涂层的不锈钢或铁)制成。定子框架12的内侧上安装有多个轴向延伸的定子封包19，在示出的实例中是八个。此外，定子框架12的内侧上安装有四个轴向延伸的导向装置20，21，以当转换器往复运动时引导转换器6 (图2中未示出)的运动。每个导向装置包括以轴向延伸的行布置的多个轮子21。每个轮子21排列在轮子框架20中。在工作时，轮子21在转换器6上的相应支撑轨道上滚动，使得将精确地保持转换器6的横向位置，以保持转换器磁体19与定子封包19之间的间隙是准确的。参照图3，说明了定子封包19和轮子框架20在定子框架12的壁的内侧上的安装。为此目的，定子框架12的内侧设有安装装置。该安装装置包括沿着定子框架轴向分布的多个安装轮廓件13，14，15。在该图中，仅看得见这些安装轮廓件中的两个。每个安装轮廓件包括边缘13，该边缘可以是定子框架12的壁的整体部分，或者该边缘可以以一些其它方式焊接或附接至该壁。每个边缘13具有多个凹口。第一组凹口布置为形成接收槽14，定子封包19将安装在该接收槽中。第二组凹口布置为形成接收槽15，导向装置的轮子框架20将安装在该接收槽中。第一组中的接收槽14的数量是八个，并且第二组中的接收槽15的数量是四个，以与如图2中示出的相应部件的数量相对应。然而，应该理解的是，每组中的槽的数量可以偏离示出的实例。边缘13的数量在示出的实例中是四个，但是该数量还可以根据定子框架的长度而改变。优选地但并非必要地，每两个相邻边缘13之间的距离是相同的。技术人员将理解，安装装置可以以除该实例中示出的之外的多种其它方式配置和构造。用于定子封包19的接收槽14的周向延伸大于用于导向装置20，21的接收槽15的周向延伸，以与相应部件的宽度相对应。在示出的实例中，每个定子封包的宽度约是每个导向装置20，21的宽度的三倍。然而，此关系可以得到很大的改变。如果例如仅具有四个定子封包，那么它们的相对关系比上文提到的大很多。在每个接收槽14，15的底部处具有穿过定子框架12的壁延伸的螺栓孔16，并且这些孔16由此在该图中在定子框架12的外部上也是可见的。通过使螺栓穿过这些孔，固定定子封包19与轮子框架20的附接。在定子框架12的外部处具有多个凸缘17，以增加定子框架的刚度和强度。在示出的实例中，每个凸缘17邻近一个边缘13而设置，但是当然，另一种分布也是可行的。此外，在外部上设置有凸耳(lug)，这些凸耳形成附接装置18，以支撑例如缆线或杆的元件。这些凸耳位于定子框架12的当设置成在海底工作时将作为上端的端部。定子框架12原则上可以制造成一体件。出于实际原因，有利的是，将其如图4中示出的分几部分制造，该图示意性示出了待接合在一起以形成完整的定子框架12的五个部分12a-12e。在该实例中，三个中间部分12b_12d是相同的，并且每个中间部分具有边缘和凸缘。通过此模块化制造，可以装配不同长度的定子框架。在图5中可以更详细地看到边缘13的形状。在图6中示出了转换器6与和定子框架12相关联的部件之间的关系。在转换器上具有多排磁体22，每排磁体与相应的定子封包19相配合，以在它们之间形成小的间隙，使 得当磁体22随着转换器6轴向地往复运动时，在定子绕组中感生电流。限定间隙，并通过导向装置20，21使间隙保持稳定，该导向装置的轮子在附接至转换器6的轨道23上滚动。图7的立体图还示出了从定子框架12部分地伸出的转换器6，并且还描绘了杆7，转换器6通过该杆连接至缆线3并进一步直至连接至图I中的浮体I。在转换器6的上端处具有弹簧，以当转换器到达其最大上端位置时抑制运动。如图8中示出的，线性发电机的壳体4优选地通过缆线或杆24固定于海底。缆线/杆24在定子框架的上端处附接至凸耳18。在图9a中示意性示出了从上方看到的波浪发电工厂设备。该工厂设备具有多个线性发电机2，每个线性发电机是如图I中示出的普通类型的波浪发电单元的一部分，并且设置有根据本发明的定子框架12。发电机2连接至开关装置30，该开关装置通过连接线40连接至电网40。连接线设置有控制经由开关装置30从发电机2到电网40的供电的控制单元42。控制单元42还记录供应至电网的电力的量，以用于计费的目的。
权利要求
1.一种用于水下线性发电机(2)的定子框架(12)，其特征在于，所述定子框架(12)包括金属圆柱形管，安装装置(13，14，15，16)用于将定子封包(19)安装至所述管的内壁，当装配所述线性发电机(6)时，所述管还形成所述线性发电机(6)的外周向壁。
2.根据权利要求I所述的定子框架，其特征在于，所述安装装置(13，14，15，16)包括位于所述管的内壁上的多个轴向地分布的安装轮廓件(13，14，15)，每个安装轮廓件(13，14， 15)在周向方向上延伸并具有用于所述定子封包的第一组接收槽(14)，所述接收槽(14)通过朝内的径向突起隔开，一个安装轮廓件(13，14，15)的所有接收槽(14)与其它安装轮廓件(13，14，15)的接收槽(14)轴向地对准。
3.根据权利要求2所述的定子框架，其特征在于，每个安装轮廓件(13，14，15)通过周向边缘(13)形成。
4.根据权利要求2所述的定子框架，其特征在于，每个边缘(13)具有形成所述接收槽 (14)的多个凹口。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的定子框架，其特征在于，每个安装轮廓件(13，14， 15)具有第二组接收槽(15)，以用于接收用于待在所述定子框架(12)中轴向地往复运动的转换器(6)的导向装置(20，21)。
6.根据权利要求5所述的定子框架，其特征在于，所述第一组中的每个接收槽(14)的周向延伸是所述第二组中的每个接收槽(15)的周向延伸的2-8倍那么大。
7.根据权利要求6所述的定子框架，其特征在于，在每个安装轮廓件(13，14，15)中，所述第二组中的接收槽(15)的数量是三个或四个。
8.根据权利要求2-6中任一项所述的定子框架，其特征在于，每个接收槽(14，15)具有这样的底部所述底部是平面。
9.根据权利要求2-8中任一项所述的定子框架，其特征在于，所述第一组中的接收槽(14)的数量在4-12的范围内。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的定子框架，其特征在于，对于任意两个邻近的安装轮廓件(13，14，15)来说，两个邻近的安装轮廓件(13，14，15)之间的轴向距离是相同的。
11.根据权利要求2-10中任一项所述的定子框架，其特征在于，每个接收槽(14，15)具有这样的底部所述底部设置有到达所述管的外部的通孔(16)。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的定子框架，其特征在于，所述管具有多个外周向凸缘(17)。
13.根据权利要求12所述的定子框架，其特征在于，凸缘(17)的数量等于安装轮廓件 (13，14，15)的数量。
14.根据权利要求13所述的定子框架，其特征在于，每个凸缘(17)轴向地位于一安装轮廓件(13，14，15)附近。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的定子框架，其特征在于，所述定子框架(12)包括接合在一起的多个轴向地分布的部分(12a_12e )。
16.根据权利要求15所述的定子框架，其特征在于，每个部分(12a-12e)包括一个安装轮廓件(13，14，15)和一个凸缘(17)，并且至少一些部分(12b 12d)彼此相同。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的定子框架，其特征在于，所述管在其外部上具有布置为附接至支撑元件(24)的附接装置(18)。
18.一种波浪发电单元，所述波浪发电单元包括至少一个浮体(I)以及具有定子(5 )和转换器(6)的水下线性发电机(2)，并且所述波浪发电单元还包括将所述至少一个浮体(I) 连接至所述转换器(6)的柔性连接装置(3)，其特征在于，所述定子(6)具有根据权利要求 1-17中任一项所述的定子框架(12)，所述定子封包(19)安装于所述定子框架(12)。
19.根据权利要求18所述的波浪发电单元，其特征在于，所述转换器(6)由多个导向装置(20，21)引导，每个导向装置(20，21)安装在每个安装轮廓件(13，14，15)中的所述第二组的相应接收槽(15)中。
20.根据权利要求19所述的波浪发电单元，其特征在于，每个导向装置(20，21)包括多个轴向地分布的轮子(21)以及上面安装有所述轮子(21)的轮子框架(20)。
21.根据权利要求18-20中任一项所述的波浪发电单元，其特征在于，所述定子框架 (12)设置有将所述定子框架(12)连接至海底的多个支撑元件(24)。
22.根据权利要求21所述的波浪发电单元，其特征在于，所述支撑元件(24)包括缆线和/或杆。
23.一种波浪发电工厂设备，其特征在于，所述波浪发电工厂设备包括多个根据权利要求18-22中任一项所述的波浪发电单元。
24.根据权利要求23所述的波浪发电工厂设备，其特征在于，所述波浪发电工厂设备包括位于海底的且连接至所述波浪发电单元的至少一个开关装置(30)。
25.—种电网，其特征在于，所述电网(40)包括与根据权利要求18-22中任一项所述的波浪发电单元连接的连接线(41)。
26.根据权利要求25所述的电网，其特征在于，所述连接线(41)包括控制单元(42)，所述控制单元布置为控制通过所述连接线(41)的供电并提供关于通过所述连接线(41)供给的能量的借记信息。
27.根据权利要求18-22中任一项所述的波浪发电单元的使用，以用于产生电力并将所述电力供应至电网。
28.一种用于制造供水下使用的线性发电机(2)的方法，所述线性发电机(2)具有定子(6)，所述定子具有定子框架(12)和定子封包(19)，并且所述线性发电机具有转换器(6)， 所述方法包括将所述转换器(6 )布置为在所述定子(6 )内往复运动，其特征在于，将所述定子框架(12)形成为金属圆柱形管，并且将所述定子封包(19)安装在所述管的内壁上。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，将用于所述转换器(6)的导向装置(20， 21)安装在所述管的内壁上。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，通过使多个轴向地分布的部分 (12a_12e)彼此附接来制造所述管。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的方法，其特征在于，使所述定子框架(12)形成为圆柱形管的所述步骤包括将所述管形成为，使得所述管具有在权利要求1-17中任一项中说明的所述定子框架(12)的特征。全文摘要
本发明涉及一种用于水下线性发电机的定子框架(12)。根据本发明，定子框架(12)包括具有金属圆柱形管，安装装置(13，14，15，16)用于将定子封包安装至管的内壁。定子框架(12)还是线性发电机的外周向壁。本发明还涉及这种定子框架(12)的使用，并且涉及一种用于制造具有这种定子框架(12)的线性发电机的方法。
文档编号H02K5/12GK102934332SQ201080067079
公开日2013年2月13日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者马茨·莱永, 埃里克·多尔, 弗雷德里克·阿克塞尔松, 拉斐尔·沃特斯 申请人:西贝斯特公司