專利名稱：水電渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)電的水電渦4侖機(jī)，更具體地，涉及一種
適于用洋流和/或潮汐流來發(fā)電的中心開口式水電渦4侖才幾。
背景技術(shù)：
通過設(shè)置在轉(zhuǎn)子的外緣和定子的內(nèi)緣的輪緣結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)，可以最便利地安排中心開口式水電渦輪機(jī)的功率輸出。在這種情況下，發(fā)電機(jī)是高》茲極數(shù)的同步機(jī)。；茲場系統(tǒng)可以使用供有電流的電線圈或一組永磁體來l是供驅(qū)動(dòng)磁通量穿過磁路所需的永》茲原動(dòng)力。這種布置在容納轉(zhuǎn)子的定子的中心處提供了大直徑的開口空間。輪緣發(fā)電機(jī)以與渦輪機(jī)相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，并且不需要傳動(dòng)裝置。
具有永》茲場激勵(lì)功能的直4妄驅(qū)動(dòng)(即，無傳動(dòng)裝置)發(fā)電枳j
(DDPMGs )為可再生能源系統(tǒng)提供了最簡單且可能是最可靠和最節(jié)省成本的功率輸出(power take-off)裝置。
大多數(shù)DDPMG設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)子上的 一組磁體所產(chǎn)生的^茲路在隔開轉(zhuǎn)子與定子的狹窄間隙內(nèi)形成徑向磁場。通常，定子具有必要的
傳統(tǒng)構(gòu)造，并且包括基于在圓柱形疊片鐵定子的孔中的狹槽內(nèi)互相纏繞的絕緣線圏的電路，并且類似于感應(yīng)式電機(jī)或同步機(jī)的定子。通過將轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子內(nèi)，^吏得石茲路與電路相耦合。磁路通常包括
由鐵或鋼制成的鐵磁部件，以提供一條低磁阻的路徑供,茲通量通過。這種部件通常設(shè)置在轉(zhuǎn)子及定子內(nèi)。^磁場系統(tǒng)所建立的萬茲場穿過隔開轉(zhuǎn)子與定子的間隙。轉(zhuǎn)子關(guān)于 定子的相對運(yùn)動(dòng)，且因此磁場關(guān)于電路的定子線圈的相對運(yùn)動(dòng)，使
得線圏中感生出電動(dòng)勢(EMF)。然而，關(guān)于定子內(nèi)的4壬何其它電 路的磁鏈也經(jīng)歷了變化的磁鏈，因此感生出電動(dòng)勢。轉(zhuǎn)子的和因此 為了避免不希望的電流流入到定子的磁鐵或磁鋼中(這會導(dǎo)致功率 損耗)，通常用由電絕緣材料隔開的磁鐵或磁鋼的薄片來構(gòu)造定子的 ^磁芯部，線圈纏繞在該z磁芯上。這些薄片,皮稱作疊片，并通過沖壓 工藝剪切成形。絕》彖材并牛通常通過由此沖壓出疊片的薄片的一側(cè)或 兩側(cè)上的薄涂層來提供。在沖壓工藝過程中，通常通過形成狹槽而 使得電樞線圈附著在疊片磁芯上。線圈必須被插入并固定到狹槽中， 并且該工藝強(qiáng)調(diào)繞組的絕纟彖，并且通常意p木著需要比4又是電絕緣所 需的更厚的絕緣材料。
在需要少量機(jī)器的情況下，制造用于沖壓疊片的沖才莫的費(fèi)用可 能是最終的才幾器成本的一個(gè)重要組成部分，而且用來制造該特定沖 模的時(shí)間可能使施工延遲。此外，浪費(fèi)了從沖壓出的疊片的中心部 分去除的材料，這代表相當(dāng)高的成本。
在水力發(fā)電應(yīng)用中，期望使用大直徑的機(jī)器，這可以使得效率 提高，并減少電磁活性材料的使用。但是，對于大直徑的機(jī)器，需 要將疊片構(gòu)造成一組弧形部件，因?yàn)椴豢赡塬@得尺寸足以制造出一 個(gè)完整的環(huán)的》茲鋼片。該弧形必須裝在支撐結(jié)構(gòu)中。這給才幾器增加 了很大的成本。
該疊片、開槽的定子布置導(dǎo)致朝向轉(zhuǎn)子伸出的齒的形成，因此 導(dǎo)致轉(zhuǎn)子被朝向一個(gè)優(yōu)選的角度位置吸引，這是一種公知的"接頭" 效應(yīng)，這種效應(yīng)則要求相當(dāng)大的驅(qū)動(dòng)^^矩來起動(dòng)轉(zhuǎn)子。此外，轉(zhuǎn)子 與定子之間的大徑向吸引力要求巨大堅(jiān)硬的支撐結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
因此出于減輕上述問題的目的而研發(fā)出本發(fā)明。
因此本發(fā)明提供了一種水電渦輪機(jī)，包括轉(zhuǎn)子； 一組磁體，圍繞轉(zhuǎn)子的外輪緣設(shè)置并形成徑向磁場；無槽定子，同心地環(huán)繞轉(zhuǎn)子，并且包括限定出磁體的磁通量回路的鐵磁繞絲；以及定子上的多個(gè)線圈。
^尤選;l也，線圏徑向地/沒置在繞絲內(nèi)。
優(yōu)選地，各個(gè)線圏才幾械地附著在定子上，而不是與定子互相纏繞。
優(yōu)選地，線圈沒有互相纏繞。
優(yōu)選地，線圈并排地布置，以限定出同心地環(huán)繞該組》茲體的環(huán)
形陣列。
優(yōu)選地，線圈中感生出的電動(dòng)勢不是都具有相同的相。優(yōu)選地，每個(gè)線圈都粘附在定子上。
優(yōu)選地，每個(gè)線圏都沿著基本呈長圓形(obround )的路徑纏繞。
優(yōu)選地，每個(gè)線圈都設(shè)有一個(gè)專用的整流器。
優(yōu)選地，整流器都安裝在定子上。
優(yōu)選地，每個(gè)整流器都靠近相應(yīng)的線圏安裝。
優(yōu)選地，每個(gè)線圏都^皮不漏液體的涂層或覆蓋物包住。優(yōu)選地，每個(gè)線圈和相應(yīng)的整流器一起一皮不漏液體的涂層或覆 蓋物包住。
優(yōu)選地，涂層或覆蓋物是電絕緣的。
優(yōu)選地，每個(gè)整流器都包括一個(gè)二極管橋或半橋。
優(yōu)選地，整流器連接至共用直流電輸出。
優(yōu)選地，整流器連接在一起以形成多個(gè)組，每組中的整流器都 并耳關(guān)連接，這多個(gè)組串聯(lián)連4妄到一起。
優(yōu)選地，定子繞組由非絕緣鐵線形成。
如本文中所使用的，術(shù)語"無槽"是指發(fā)電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)，并 且具體地是指沒有通常形成在圓柱形疊片鐵芯的孔的內(nèi)緣周圍的狹 槽，并且絕緣銅線圏通常穿過這些狹槽而纏繞。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明，附圖中
圖1示出了4艮據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的水電渦壽侖^^的透一見
圖2示出了構(gòu)成本發(fā)明的水電渦I侖才幾的一部分的轉(zhuǎn)子的透^L
圖3示出了構(gòu)成本發(fā)明的水電渦輪機(jī)的另一部分的定子的透視
圖4示出了圖2的轉(zhuǎn)子的剖面圖；圖5示出了構(gòu)成本發(fā)明的水電渦輪機(jī)的一部分的線圈的透視
圖6示出了構(gòu)成本發(fā)明的水電渦輪機(jī)的一部分的一組線圏的電 ^各圖；以及
圖7示出了包4舌多個(gè)本發(fā)明的水電渦4侖才幾的潮沙站的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，示出了一種總體上用IO表示的、用于主要用潮 沙流和/或洋流來發(fā)電的水電渦輪機(jī)，盡管渦輪機(jī)10可能具有其它 用途，例如用在水電壩(未示出)中等等。如從下面的描述中將變
得顯而易見的，渦4侖才幾io體現(xiàn)出許多優(yōu)于現(xiàn)有l(wèi)支術(shù)等同物的明顯益 處，具體地為改進(jìn)的可靠性、更^f氐的成本以及更輕重量的構(gòu)造。
具體地，參照圖2,渦輪機(jī)10包括轉(zhuǎn)子20,其4皮容納在定子 30中以在其中旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子20具有開口中心的i殳計(jì)，并且包括限定 出所述開口中心的內(nèi)輪緣23。轉(zhuǎn)子20還包括一組介于內(nèi)輪緣23與 外輪緣22之間大致徑向地延伸的葉片21。轉(zhuǎn)子20還包括一組圍繞 夕卜輪緣22設(shè)置的,茲體41，優(yōu)選地為永》茲體。這些磁體41沿周向方 向交替地才及化成北4及或南才及。該組》茲體41優(yōu)選地安裝在4失石茲材沖+的 環(huán)孔(未示出)上。
現(xiàn)在參照圖3和圖4，可以看出定子30 (在4黃截面圖中)限定 出文氏管(venturi)，在該文氏管的喉部^殳有環(huán)形通道32, <吏用時(shí)， 轉(zhuǎn)子20位于該環(huán)形通道內(nèi)。定子30的文氏管一黃截面導(dǎo)致流過定子 30的7JC加速，以增大轉(zhuǎn)子20的壽爭速。然而，該文氏管4黃截面對于 本發(fā)明的實(shí)施并不是必須的。為了便于轉(zhuǎn)子20的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 20與定子30之間可以i殳有任何適當(dāng)形式的軸承。如同轉(zhuǎn)子20 —樣，定子30可以由任何適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)成，而在所示優(yōu)選實(shí)施例中，其基 本由3皮璃鋼(GRP)構(gòu)成。
在通道32內(nèi)、固定在定子30上的是呈環(huán)形陣列的單個(gè)線圏42, 圖5中示出了其中之一的實(shí)例。下文中將更詳細(xì)地描述該組線圏42 的構(gòu)造和運(yùn)作。乂人此徑向向外地、同心地纏繞在該組線圏42周圍的 是4失;茲繞組50,該4失》茲繞組優(yōu)選地由鐵絲構(gòu)成。繞組50除了優(yōu)選 地為定子30提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之外，還在使用時(shí)為磁體41產(chǎn)生的磁場 提供定子30上的磁通量回路。這還便于使用輕質(zhì)材料來制造定子 30。
4吏用時(shí)，轉(zhuǎn)子20安裝在定子30的通道32內(nèi)，因此，線圏42 同心地環(huán)繞》茲體41，并且其間具有較窄的間隙。在傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電才幾中，該間隙/>知為空氣隙， <旦在運(yùn)4亍時(shí)，渦4侖才幾10浸沒在水 中，因此，該間隙,皮水而不是空氣填充。^茲體41產(chǎn)生穿過外4侖桑彖 22與定子30之間的間隙的沿徑向延伸的》茲場，而繞組50形成^茲通 量回路。當(dāng)水流過渦輪機(jī)10時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)，該徑向延伸的磁 場(優(yōu)選地，其在相鄰磁體41的南北極之間交替)將穿過線圏42, 從而在每個(gè)線圏42中感生交替的電動(dòng)勢。如下文將詳細(xì)描述的，正 是這些感生的 叉流 電動(dòng)勢提供了渦輪機(jī)IO的電功率輸出。
如上所述，定子30用繞絲50來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開槽及疊片定子布 置，以便為磁體41產(chǎn)生的磁場提供磁通量回路。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種布置 具有許多有益效果，當(dāng)用在水力發(fā)電應(yīng)用中時(shí)，它是尤其有利的。 沒有開槽及疊片鐵芯，或者更具體地包括完整的環(huán)形繞組50，消除 了轉(zhuǎn)子20的"接頭(cogging )"。"接頭"是具有傳統(tǒng)的開槽定子布 置的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，因此，轉(zhuǎn)子磁體試圖與定子齒成 一條直線，從而導(dǎo)致將轉(zhuǎn)子朝向一個(gè)優(yōu)選位置吸引。因此，該現(xiàn)象 導(dǎo)致這種傳統(tǒng)電動(dòng)才幾/發(fā)電才幾的起動(dòng)4丑矩增加。通過包括無槽繞組50 而消除了該"接頭，，，轉(zhuǎn)子20具有較低的起動(dòng)扭矩，因此能夠在較低的流速下起動(dòng)，如將在潮汐應(yīng)用中所發(fā)現(xiàn)的，潮沙不會在轉(zhuǎn)子20 上產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩。此外，渦輪機(jī)10能夠在整個(gè)潮汐周期中提取能量。
此外，省去開槽及疊片定子布置極大地降低了定子30的成本和 復(fù)雜性，而使用線圈繞組50是相對低廉且易于制造的。另一優(yōu)點(diǎn)起 因于,人該組線圏42徑向向外地i殳置繞組50。該結(jié)構(gòu)形成了更大的 供來自萬茲體41的f茲通量穿過的間隙，因此減小了穿過該間隙的》茲通 量密度。然而，起初這表現(xiàn)為一個(gè)缺點(diǎn)，其確實(shí)導(dǎo)致定子30與轉(zhuǎn)子 20之間的吸引力減小。這降低了轉(zhuǎn)子20和定子30為抵抗所述吸引 力并因此抵抗變形所需的硬度。因此，轉(zhuǎn)子20和定子30能夠被制 造成相對輕型的構(gòu)件，故極大地降低了同一產(chǎn)品的成本，同時(shí)簡化 了同一產(chǎn)品的運(yùn)輸和調(diào)動(dòng)。在給定渦輪機(jī)IO的總尺寸時(shí)，這可以是 一個(gè)相當(dāng)大的益處，渦輪機(jī)的直徑可以是接近10米或更長。使用鐵 芯繞組50還消除了制造同 一產(chǎn)品過程中的浪費(fèi)，這在制造開槽疊片 繞組時(shí)是一個(gè)重要因素，尤其是對于諸如渦輪機(jī)10的大規(guī)模機(jī)器。
無論用在發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)中的電樞的類型，其中感生有電動(dòng)勢、 并且通常由銅線形成的線圏通常以復(fù)雜的重疊方式纏繞，乂人而形成 圍繞轉(zhuǎn)子的網(wǎng)。通常將這些線圈構(gòu)造成才是供三相交流電輸出。在無 槽電樞的情況下，通常設(shè)置某種形式的其上纏繞有上述線圈的框架 或織機(jī)(loom )。然而，本發(fā)明為渦輪機(jī)10的電路提供了完全不同 且顯著改進(jìn)的構(gòu)造。具體參照圖3和圖4,可以看出，電^各由以環(huán) 形陣列并排布置在通道24內(nèi)的多個(gè)線圈42構(gòu)成。線圈42的凄t量可 以根據(jù)渦輪機(jī)10的需要而變化。此外，每個(gè)線圏42均設(shè)有自己的 整流器71，該整流器優(yōu)選地為單相橋式整流器71 (僅在圖6的電路 圖中示出)，以4吏每個(gè)線圏42中感應(yīng)的交;充電立即^皮整;危為直:^u電， 而每個(gè)組合式線圈42和整流器71的輸出則連接至渦輪機(jī)10的共用 直流電輸出。上述特征已被證明是非常有利的，尤其是對于水力發(fā) 電應(yīng)用，其原因在下文中i兌明。在另一可^,^:電^^ (未示出)中，對于每個(gè)線圏42可以使用半橋式整流器(未示出)。對于這種布置，
每個(gè)整流器將包括一對二極管，其中一個(gè)二極管連接在相應(yīng)線圈的
一個(gè)接線端(terminal)與正向直流電輸出端之間，而另一個(gè)二極管 連4妾在該線圏的同一4妄線端與反向直流電l俞出端之間，而線圏的另 一接線端連接至所有其它線圈都連4妄于此的/>共點(diǎn)。
為了筒化結(jié)構(gòu)并才是供每個(gè)線圏42中、^皮轉(zhuǎn)子20的》茲場垂直切 割的必需銅線長度，線圈42優(yōu)選地由纏繞在長圓形或"跑道"路徑 周圍的絕》彖銅線或矩形帶構(gòu)成。線圈42優(yōu)選i也具有大體成細(xì)長的矩 形形狀的電絕緣芯或模型(未示出)，銅線或銅帶纏繞在其上及其周 圍，以提供"跑道"形狀?？梢赃x擇每個(gè)線圏42的匝數(shù)，以使產(chǎn)生 的電壓小于商業(yè)上可獲得的(并且優(yōu)選地低成本的)整流器71的額 定值，即使由于渦輪機(jī)提供的負(fù)荷(未示出)斷開而使轉(zhuǎn)子20加速 到其最大值。由于i人識到繞組50具有大大^f氐于傳統(tǒng)疊片開槽電樞的 電抗，也促進(jìn)了僅基于二極管的整流器71的使用，使得能夠在沒有 導(dǎo)致線圏42的阻抗出現(xiàn)不能接受的壓降的情況下，使用該基于二極 管的整流器71。這種關(guān)于每個(gè)線圈42的專用整流器71布置G殳置 在線圈42旁邊或者靠近該線圈i殳置)，佳J尋交流電-直流電-交流電 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的第一交流電到直流電轉(zhuǎn)化階段能夠在渦輪機(jī)10處實(shí)現(xiàn)， 于是，電能以直流電傳輸?shù)竭m當(dāng)位置，以^更最后轉(zhuǎn)換回到在固定電 壓和頻率下用于電網(wǎng)線3各(grid connection )的三相交流電。
由于線圏42沒有祐 沒置成相互纏繞在定子30周圍的復(fù)雜網(wǎng)， 因此極大地降低了制造定子30的電路的成本和復(fù)雜性。具體地，每 個(gè)線圈42都被設(shè)置成一個(gè)物理上獨(dú)立的單元，這因此使得每個(gè)線圈 42能夠在廠區(qū)外且因此能夠精確但仍價(jià)格低廉地制造。在制造過程 中，線圏42還可以涂凄丈有優(yōu)選地為樹脂形式的電絕^彖材料(未示 出)，可以將線圏42浸泡在其中，或者將線圈涂敷或覆蓋有電絕緣 材料。該涂層或外殼優(yōu)選地使得線圈42與大地或地面電絕緣。另外有利地，在該絕緣工藝中，每個(gè)線圏42的專用整流器71 可以串聯(lián)地電連接至線圈42,并設(shè)置在同一線圈旁邊，以同時(shí)涂敷 樹脂，并因此從物理上有效地與線圈42整合成一個(gè)單獨(dú)的單元，因 而，^皮涂^的線圏42和整流器71類似一個(gè)具有乂人同一者上伸出的 簡單兩線式輸出(未示出)的4交薄矩形板材。類似地，用于制造單 個(gè)線圈42和整流器71單元的工藝可以用來制造一組線圈及與其相 關(guān)的整流器71,以形成短弧形式的才莫塊。此外，這種才莫塊可以與整 個(gè)渦4會一幾10分開制造，并且伊C選i也在潔凈的環(huán)境下，而且如果需要， 可以使用真空壓力注入設(shè)備，如果將其用來制造整個(gè)渦輪機(jī)10的全 部環(huán)形陣列的線圏42,該設(shè)備將是不切實(shí)際地大且昂貴。
與其中線圈相連接以產(chǎn)生傳送到單獨(dú)的三相整流器電路的三相 輸出的傳統(tǒng)布置相比，這種布置具有4艮多益處，即
消除了線圏之間慣有的互連；
整流器71使任何出現(xiàn)故障的線圏42隔離，允許剩下的沒 出故障的線圈42運(yùn)作；
與用于單獨(dú)的一個(gè)全功率三相整流器的更高定價(jià)的組件相 比，由于使用了大批量生產(chǎn)的低成本的單相整流器71而^f吏得
其成本低于傳統(tǒng)布置；
可以以這樣的方式整合位于每個(gè)線圈42旁邊的單相橋式 整流器71,即，4吏其共享用于線圈42的冷卻裝置，,人而不必 提供單獨(dú)的整流器冷卻。
每個(gè)線圈42老P可以與平4亍的兩個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體相l(xiāng)t繞，以 減小所需的導(dǎo)體的尺寸，從而使導(dǎo)體內(nèi)的渦電流以及由此產(chǎn)生 的損耗能夠維持在可接受的水平。在這種情況下，可以為線圈 42的每個(gè)導(dǎo)體提供一個(gè)單獨(dú)的整流橋。在一個(gè)導(dǎo)體或其整流 器出現(xiàn)故障的情況下，線圏42的其它導(dǎo)體可以繼續(xù)運(yùn)作。因而，將該組線圏42安裝到定子30上僅是一項(xiàng)將涂敷有樹脂 的線圈42并排齊平地粘附到槽32內(nèi)的任務(wù)，/人而形成所示的環(huán)形 陣列。這從根本上不同于開槽定子上的線圏繞組的傳統(tǒng)構(gòu)造，傳統(tǒng) 構(gòu)造需要使用復(fù)雜的繞組式樣。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，不同于傳統(tǒng) 的繞組布置，單個(gè)線圈42沒有與定子30互相纏繞，或者更具體地， 繞組50提供了》茲通量回3各，并且這些線圈也沒有;f皮此互相纏繞。這 種布置極大地降低了制造成品定子30的復(fù)雜性，因此減少了制造同 一產(chǎn)品的時(shí)間和成本。
因而，如下面將更詳細(xì)地描述的，每個(gè)線圏42的輸出連接至用 于渦輪機(jī)10的共用直流輸出。每個(gè)線圈42優(yōu)選如此安裝，以將其 布置在與槽32上的安裝有線圈42的點(diǎn)大致正切的平面上。每個(gè)線 圈42的電絕緣涂層及相關(guān)的整流器71優(yōu)選地還適于在其附近4是供 密封，使得渦輪機(jī)10能夠浸沒在水下。因此，在廠區(qū)外制造同一產(chǎn) 品的過程中，同時(shí)電絕緣并密封每個(gè)線圈42，從而一旦將線圏42 安裝在定子30上以后無需另外進(jìn)行密封。這再次簡化了渦4侖才幾10 的裝配，并降4氐了同一產(chǎn)品的成本。通過該分開的制造工藝，還4吏 得能夠制造出的組合式線圈42和整流器71單元的精度大大提高。 具體地，該單元可在潔凈的環(huán)境下制造，并且如果需要，可以使用 真空壓力注入i殳備。
接著參照圖6，其示出了代表定子30的電路的電路圖，如由多 個(gè)線圈42及相關(guān)的整流器71所限定的。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，圖 6的電路圖中所包含的線圏42的數(shù)量未必代表實(shí)際上可以設(shè)置在定 子30上的線圈42的凄t量。此外，所示電^各圖4又旨在示出線圈42 與整流器71之間的連接的優(yōu)選構(gòu)造，而且應(yīng)當(dāng)理解的是，可以采用 任何其它適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。可以看出，在所示的優(yōu)選實(shí)施例中，該組線 圈42及因此相應(yīng)的整流器71被布置成四個(gè)串聯(lián)的組，每個(gè)組包括 4皮此并寫關(guān)連4妄的七個(gè)線圈42。每l且中線圈42的凄t量、以及所選出的組的凄t量由所期望的共用直流電輸出處的電壓和/或電流決定。因
此，平行的線圈/整流器單元30的數(shù)量將決定總電流，而串聯(lián)的組 的數(shù)量將決定總電壓。這種布置可以依據(jù)構(gòu)成渦輪機(jī)10的一部分的 線圈42的數(shù)量、以及每個(gè)線圏42中所產(chǎn)生的電壓和/電流(這取決 于多個(gè)因素，不僅是切割每個(gè)線圈42的磁通量密度)以及每個(gè)線圈 42中的匝凄t而改變。所期望的用于渦4侖才幾10的共用直流電4lr出處 的電壓和電流也可以依據(jù)所指應(yīng)用而改變。例如，如果將渦輪4幾10
i殳置在近海岸，則必須沿著五爿^里長的地下電纜來傳^r所產(chǎn)生的電
能，為了沿這一長度的電纜驅(qū)動(dòng)電流從而避免電纜中的不能接受的 電能損耗，可能需要10,000伏特范圍內(nèi)的電壓。
從圖6中應(yīng)該理解的是，使用大量的線圈42 (在所示構(gòu)造中相 連)保證了線圈42的高度超靜定性(redundancy)-因此，如果一 特定線圏42或相關(guān)的整流器71出現(xiàn)故障，其對渦輪機(jī)10的發(fā)電能 力的整體影響將是較小的，故在任何情形下都不會妨礙渦4侖才幾10 的繼續(xù)運(yùn)作。此外，使用大量的線圏42提供了平穩(wěn)的直流電輸出， 由于來自線圏42的電動(dòng)勢不是都具有相同的相。
參照圖7,渦輪機(jī)10可以被設(shè)置成包括多個(gè)渦輪才幾10的潮汐 站的一部分，這些渦輪機(jī)的輸出并聯(lián)連接至共用電纜72，以將電能 傳回到岸邊或任何其它所期望的位置。為了將電能傳送到公用電網(wǎng) 等，優(yōu)選地設(shè)有高壓直流電輸入變換器73。如果傳輸距離較短，渦 輪機(jī)10可被構(gòu)造成產(chǎn)生低壓直流電，例如1000V到1500V，并且 最后，可以通過與用在電驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中的那些類似的轉(zhuǎn)換器(未示出) 轉(zhuǎn)4灸成用于電網(wǎng)線^各的交流電。
權(quán)利要求
1. 一種水電渦輪機(jī)，包括轉(zhuǎn)子；一組磁體，圍繞所述轉(zhuǎn)子的外輪緣設(shè)置并且形成徑向磁場；無槽定子，同心地環(huán)繞所述轉(zhuǎn)子，并且包括限定出所述磁體的磁通量回路的鐵磁繞絲；以及所述定子上的多個(gè)線圈。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機(jī)，其中，所述線圏徑向地設(shè)置在 所述繞絲內(nèi)。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，各個(gè)線圈機(jī) 械地附著在所述定子上，而不是與所述定子互相纏繞。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述線圏沒 有互相纟座繞。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述線圈并 排地設(shè)置，以限定出同心地環(huán)繞該組^茲體的環(huán)形陣列。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述線圏中 感生出的電動(dòng)勢不是都具有相同的相。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)線圈都 粘附在所述定子上。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)線圈都 沿著基本呈長圓形的^4圣纏繞。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)線圏都設(shè)有一個(gè)專用的整流器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的渦輪機(jī)，其中，所述整流器都安裝在所 述定子上。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)整流器 都靠近相應(yīng)的線圈安裝。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)線圈都 -故不漏液體的涂層或覆蓋物包住。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)線 圈及相應(yīng)的整流器 一起被不漏液體的涂層或覆蓋物包住。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的渦輪機(jī)，其中，所述涂層或覆蓋 物是電絕緣的。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，每個(gè)整 流器都包括一個(gè)二極管橋或半橋。
16. 根據(jù)權(quán)利要求9至15中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述整 流器連接至共用直流電輸出。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9至16中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述整 流器連接在一起以形成多個(gè)組，每組中的整流器并聯(lián)連接，所 述多個(gè)組串耳關(guān)連4妄到 一起。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪機(jī)，其中，所述定子繞 組由非絕緣鐵線形成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水電渦輪機(jī)，其包括定子以及同心地裝在定子中的轉(zhuǎn)子，該渦輪機(jī)包括沿周向設(shè)置在定子的輪緣上的一組磁體，并且其中，定子的構(gòu)造是無槽的，并且由不同于傳統(tǒng)的齒狀疊片的繞絲形成。該渦輪機(jī)還包括安裝在定子上并同心地位于繞絲內(nèi)的呈環(huán)形陣列的單個(gè)線圈，每個(gè)線圈都設(shè)有一個(gè)專用的整流器，以將線圈中感生出的交流電流轉(zhuǎn)換成直流電，優(yōu)選地，以便傳輸?shù)竭b遠(yuǎn)的地方。
文檔編號H02K7/18GK101507088SQ200780026711
公開日2009年8月12日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者埃德·斯普納 申請人:歐鵬海德洛集團(tuán)有限公司