專利名稱：使用線圈冷卻的水電渦輪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水電渦輪機(jī)，尤其為用于在潮汐位置中的部署，從而利用潮汐的能量以產(chǎn)生電流，將所述渦輪機(jī)改進(jìn)以提供改善的性能和/或可靠性。
背景技術(shù)：
由于全球變暖和其它相關(guān)問題的威脅，隨著大量資源和投資被引入以發(fā)展可再生能量的新的或改善的形式，最近幾年已觀察到可再生能量的領(lǐng)域的顯著進(jìn)展。保留重大潛能的ー個特定的領(lǐng)域為在潮汐能的利用中，尤其為通過部署水電渦輪機(jī)的海底的使用。以遞送始終如一的能量和在沒有任何環(huán)境影響或其它缺點下，這些渦輪機(jī)基本上能每天運(yùn)行二十四小時。然而，利用潮汐能提供它自身的挑戰(zhàn)，尤其是關(guān)于潮汐發(fā)電機(jī)的安裝和維護(hù)，例如 水-電渦輪機(jī)，通過其操作的性質(zhì)使其必須位于相對快速流動潮汐流中，并且很有可能位于海底上。此外，為了經(jīng)濟(jì)上可行，必須將這些渦輪機(jī)以大規(guī)模制造。因此，渦輪機(jī)和相關(guān)的基底/支撐體為大的和笨重的組件，并且需要重大的重型吊裝和轉(zhuǎn)移設(shè)備以達(dá)到部署和用于維修目的的取回。這些重型吊裝設(shè)備的使用通常為危險的任務(wù)，以及當(dāng)將該設(shè)備在困難和不穩(wěn)定的條件的海下操作時，其被認(rèn)定為更危險。因此，取回過程可能花費(fèi)ー些時間來完成。而且，當(dāng)將渦輪機(jī)定位于海底上吋，實施對渦輪機(jī)的連續(xù)的視覺監(jiān)控以檢查對渦輪機(jī)的損害，這通常是可能的或至少經(jīng)濟(jì)上可行的。因此，高度期望這些水電渦輪機(jī)為相對簡單的機(jī)器，因此為可靠的，以及其的工作組件具有相當(dāng)長的使用壽命。最可能遭受損害的組件之ー為在電磁回路中使用的線圈，由于大量原因，所述線圈能過熱和發(fā)生故障，這導(dǎo)致對電磁回路和潛在的渦輪機(jī)的其它區(qū)域的可能的損害。這會至少導(dǎo)致渦輪機(jī)的功率輸出的降低，以及可導(dǎo)致渦輪機(jī)的完全停止運(yùn)行或不可操作，因而需要將渦輪機(jī)取回和修理。因此，本發(fā)明的目的為克服上述問題。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，有設(shè)置的水電渦輪機(jī)，所述水電渦輪機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子；固定至所述定子或所述轉(zhuǎn)子之一的磁體陣列；固定至所述定子或所述轉(zhuǎn)子的另ー的對應(yīng)線圈陣列；以及在所述渦輪機(jī)的操作期間用于冷卻所述線圈的構(gòu)件。優(yōu)選地，所述冷卻構(gòu)件適于利用周圍的水以實現(xiàn)所述線圈的冷卻。優(yōu)選地，所述冷卻構(gòu)件適于促進(jìn)水流通過或接近所述線圈以實現(xiàn)來自所述線圈的傳熱。優(yōu)選地，將所述定子和所述轉(zhuǎn)子相對彼此來定位以限定它們之間的間隙，以及所述線圈和所述磁體位于所述間隙的相反側(cè)，并且其中所述冷卻構(gòu)件包括適于促進(jìn)水流經(jīng)間隙的ー個或多個導(dǎo)件。優(yōu)選地，將所述一個或多個導(dǎo)件固定至所述轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，使用所述渦輪機(jī)的ー個或多個軸承完整地形成所述ー個或多個導(dǎo)件。優(yōu)選地，所述軸承包括用于承載軸向負(fù)荷的軸承座的環(huán)形陣列、一個或多個所述軸承座的前緣或面，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間相對旋轉(zhuǎn)期間所述軸承的輪廓促進(jìn)水流經(jīng)所述間隙。優(yōu)選地，將所述線圈安裝至所述定子，以及所述冷卻構(gòu)件包括在所述定子中形成的以及穿過接近所述線圈的ー個或多個溝槽，所述ー個或多個溝槽在各末端對所述周圍的水開ロ以允許水由此流過。優(yōu)選地，使用位于潮汐流中所述水電渦輪機(jī)將所述一個或多個溝槽定向以延伸至基本上與所述潮汐流的方向成直線。優(yōu)選地，所述ー個或多個溝槽的末端均位于所述定子的相同側(cè)或表面。優(yōu)選地，在所述磁體陣列的相鄰磁體之間設(shè)置間隙。附圖
簡述 圖I示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的水電渦輪機(jī)的截面的示意圖；圖2示出在圖I中示出的渦輪機(jī)的透視圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)的可選擇的實施方案的示意圖；以及圖4圖示根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機(jī)的進(jìn)ー步可選擇的實施方案。發(fā)明詳述現(xiàn)參照附圖的圖I和2，有通常指示為10的示出的水電渦輪機(jī)的第一實施方案，其適于設(shè)置為對于形成渦輪機(jī)10的部分電磁回路的電磁的線圈(未顯示)的冷卻。渦輪機(jī)10的主要組件為定子12，將轉(zhuǎn)子14安裝在所述定子12內(nèi)用于旋轉(zhuǎn)。如本領(lǐng)域眾所周知，通常將渦輪機(jī)10配置使得在定子12和轉(zhuǎn)子14之一或另ー者上設(shè)置線圈陣列(未顯示)，定子12和轉(zhuǎn)子14的另ー者對應(yīng)系列的磁體(未顯示)來設(shè)置。將線圈和磁體布置在定子12和轉(zhuǎn)子14之間設(shè)置的間隙16的相反側(cè)上。轉(zhuǎn)子14包括外輪緣18和內(nèi)輪緣20，在它們之間安裝有槳葉陣列22。在定子12內(nèi)將外輪緣18有效地封閉，從而通過間隙16將所述外輪緣18隔離。在渦輪機(jī)10的操作期間，在定子12和轉(zhuǎn)子14之間的相對運(yùn)動驅(qū)使磁體和線圈彼此通過，這在線圈中引起電流，然后以任何合適的方式將所述電流從渦輪機(jī)10中引出。通過渦輪機(jī)10的線圈的電流導(dǎo)致在線圈中產(chǎn)生熱，熱量的水平越高，線圈的效率越低，并且損壞線圈或周圍組件的風(fēng)險越大。因此，本發(fā)明的渦輪機(jī)10適于誘導(dǎo)水流通過或接近上述的線圈以實現(xiàn)線圈的冷卻，因此保證其一致的和有效的操作。在外輪緣18上設(shè)置軸承座24的陣列，其一起限定在定子12和轉(zhuǎn)子14之間的主要的徑向軸承以防在操作時它們之間的接觸。至少ー些、以及優(yōu)選為所有的軸承座24形成渦輪機(jī)10的冷卻構(gòu)件，因此在轉(zhuǎn)子14相對于定子12的旋轉(zhuǎn)期間適于迫使水通過間隙16以實現(xiàn)線圈的冷卻。軸承座24設(shè)置具有傾斜的或有輪廓的前緣26，所述前緣26用于驅(qū)使周圍的水向上和越過軸承座24以及穿過間隙16。在渦輪機(jī)10的外輪緣18或任何其它部分上的另外的葉片(未顯示)或表面形成物可設(shè)置為改善或增加軸承座24的該功能。此外，磁體陣列的相鄰的磁體彼此稍微隔離，并且相鄰的磁體之間的該空間有助于促進(jìn)水流通過間隙16?，F(xiàn)在回到圖3，其描述通常指示為110的根據(jù)本發(fā)明的水電渦輪機(jī)的可選擇的實施方案。在該可選擇的實施方案中，類似的組件記錄為類似的附圖標(biāo)記，以及除非另有說明其執(zhí)行類似的功能。渦輪機(jī)110還包括定子112和轉(zhuǎn)子114，所述轉(zhuǎn)子114安裝以相對于定子112旋轉(zhuǎn)。通過間隙116將定子112和轉(zhuǎn)子114分離，所述間隙116對周圍的水開ロ。轉(zhuǎn)子114包括外輪緣118和內(nèi)輪緣120，槳葉122的環(huán)形陣列安裝在它們之間。線圈陣列30安裝在定子112上，并且朝向穿過間隙116的外輪緣118。因此，對應(yīng)磁體陣列(未顯示)安裝在外輪緣118上。渦輪機(jī)110進(jìn)ー步包括以在定子112中形成的溝槽32的形式的冷卻構(gòu)件，所述溝槽32從定子112的ー側(cè)延伸至另ー側(cè)，以允許水由此流過。溝槽32定位于接近線圈的背面，從而允許水流經(jīng)溝槽32以使熱量從線圈30中消耗。因此，該實施方案提供線圈30的被動冷卻，因為未將水驅(qū)使通過溝槽32，而是在潮汐的影響下簡單地由此流過。然而，理解，能將構(gòu)件設(shè)置為主動地驅(qū)使或泵送水通過溝槽32。通過渦輪機(jī)110產(chǎn)生的動カ還能以機(jī)械 或電カ的方式為這些泵送構(gòu)件提供動力?，F(xiàn)在回到圖4，其描述通常指示為210的水電渦輪機(jī)的進(jìn)ー步可選擇的實施方案。在該實施方案中，類似的組件再次記錄為類似的附圖標(biāo)記，以及除非另有說明其執(zhí)行類似的功能。渦輪機(jī)210包括定子212和轉(zhuǎn)子214，通過間隙216將它們彼此分離。轉(zhuǎn)子214包括外輪緣218和內(nèi)輪緣220，槳葉222的環(huán)形陣列安裝在它們之間。在定子212中形成一對溝槽232，所述溝槽232基本上為U形的，各溝槽232的末端均在定子212的相同面上開ロ。溝槽232延伸至接近線圈(未顯示)的后面的位置以使在渦輪機(jī)210的操作期間來自線圈的熱量傳遞最大化。溝槽232可部分或全部為螺旋狀以増加溝槽232的有效長度，從而改善其熱量傳遞能力。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的渦輪機(jī)10，110，210提供在操作期間從線圈中消耗熱量的簡單但有效的構(gòu)件。冷卻構(gòu)件通常不需要任何另外的移動部件，從而維持渦輪機(jī)10，110，210的簡單性以及因此維持可靠性。
權(quán)利要求
1.ー種水電渦輪機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子；固定至所述定子或所述轉(zhuǎn)子之一的磁體陣列；固定至所述定子或所述轉(zhuǎn)子的另ー的對應(yīng)線圈陣列；以及在所述渦輪機(jī)的操作期間用于冷卻所述線圈的構(gòu)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水電渦輪機(jī)，其中所述冷卻構(gòu)件適于利用周圍的水以實現(xiàn)所述線圈的冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的水電渦輪機(jī)，其中所述冷卻構(gòu)件適于促進(jìn)水流通過或接近所述線圈以實現(xiàn)來自所述線圈的傳熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的水電渦輪機(jī)，其中將所述定子和所述轉(zhuǎn)子相對彼此來定位以限定它們之間的間隙，以及所述線圈和所述磁體位于所述間隙的相反側(cè)，井且其中所述冷卻構(gòu)件包括適于促進(jìn)水流經(jīng)間隙的ー個或多個導(dǎo)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水電渦輪機(jī)，其中將所述ー個或多個導(dǎo)件固定至所述轉(zhuǎn)子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水電渦輪機(jī)，其中使用所述渦輪機(jī)的ー個或多個軸承完整地形成所述ー個或多個導(dǎo)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水電渦輪機(jī)，其中所述軸承包括用于承載軸向負(fù)荷的軸承座的環(huán)形陣列、一個或多個所述軸承座的前緣或面，在所述轉(zhuǎn)子和所述定子之間相對旋轉(zhuǎn)期間所述軸承的輪廓促進(jìn)水流經(jīng)所述間隙。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的水電渦輪機(jī)，其中將所述線圈安裝至所述定子，以及所述冷卻構(gòu)件包括在所述定子中形成的以及穿過接近所述線圈的一個或多個溝槽，所述ー個或多個溝槽在各末端對所述周圍的水開ロ以允許水由此流過。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水電渦輪機(jī)，其中使用位于潮汐流中所述水電渦輪機(jī)將所述一個或多個溝槽定向以延伸至基本上與所述潮汐流的方向成直線。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水電渦輪機(jī)，其中所述ー個或多個溝槽的末端均位于所述定子的相同側(cè)或表面。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的水電渦輪機(jī)，其中在所述磁體陣列的相鄰磁體之間設(shè)置間隙。
全文摘要
本發(fā)明提供具有定子和轉(zhuǎn)子、固定至轉(zhuǎn)子的磁體陣列和固定至定子的對應(yīng)線圈陣列的所設(shè)置的水電渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)進(jìn)一步包括在渦輪機(jī)的操作期間用于冷卻線圈的構(gòu)件，所述冷卻構(gòu)件優(yōu)選地為穿過定子、接近線圈的一個或多個溝槽的形式，以便允許流體流經(jīng)用于冷卻線圈的溝槽。
文檔編號H02K1/20GK102668340SQ201080043239
公開日2012年9月12日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日
發(fā)明者J·艾夫斯, P·鄧恩 申請人:開放水知識產(chǎn)權(quán)有限公司