、圓柱形外部支架48以及后部環(huán)形支架50。前部環(huán)形支架46可固定到后部環(huán)形支架44或?qū)嶋H上這些可生產(chǎn)為一體部件。第一圓形定子包括纏繞在圓形層合件53上的一組線圈52，如下文中更詳細描述，并且層合件53固定到前部支架46。第二圓形定子包括纏繞在圓形層合件55上的一組線圈54，如下文中更詳細描述，并且層合件55固定到后部支架50。環(huán)形轉(zhuǎn)子56設(shè)置在兩個定子52、54之間，并且這個馬達/發(fā)電機轉(zhuǎn)子56通過傳輸環(huán)60直接耦合到轉(zhuǎn)輪的外環(huán)36。因此，當驅(qū)動馬達/發(fā)電機52、54,56以啟動渦輪機時，旋轉(zhuǎn)通過環(huán)60而傳輸?shù)睫D(zhuǎn)輪，并且一旦運行，轉(zhuǎn)輪就通過環(huán)60驅(qū)動馬達/發(fā)電機。不過，應(yīng)當了解，在合理潮汐狀況下，可用潮流啟動渦輪機而無需電啟動渦輪機。然而，啟動渦輪機的可能性則表明，其可在比這個選項不可用時更大的條件范圍內(nèi)(包括低流條件)操作。
[0044]圖6更詳細地示出圖5的定子52、54的構(gòu)造。在一些應(yīng)用中，定子可以具有9m的平均直徑，并且在這種情況下，極數(shù)目為48，即，每個定子52、54上的繞組53、55是單相48極布置。應(yīng)當了解，第二定子54與第一定子52是相同的并且面向所述第一定子，但是在48極布置中，所述第二定子從第一定子以3.75°的角度周向位移，該位移是極距的一半。
[0045]在一個實施例中，每個定子的繞組由鋪設(shè)到864個狹槽中的12段絕緣線纜形成。圖7(a)示出用于一個極60的線纜布局的第一級60(1)，其中為了簡化圖示，每個極的狹槽數(shù)目已經(jīng)從18減少至10。線纜鋪設(shè)是從外側(cè)到內(nèi)側(cè)以螺旋的方式進行，從而形成單層9匝平面線圈。隨后，線纜鋪設(shè)如圖7(a)中的點來進行，并且第二層60(2)以如圖7(b)中示出的圖案形成在相同狹槽中，其在外側(cè)完成。在第二層完成之后，線纜鋪設(shè)可行進至在相同狹槽中形成另外兩個層?；蛘撸€纜鋪設(shè)可行進以在相鄰的極上形成兩層。在當前實例中，12段線纜中的每個用于形成總共16對層，并且這些可在16個極中的每個上布置成2層、在8個極中的每個上布置成4層，或在4個極中的每個上布置成8層。將會看到，每段線纜兩端位于繞組外側(cè)，并且，因此提供充足多余長度來到達電氣設(shè)備外殼(未示出)是方便的，在這種情況下，電纜端部可以通過水密通管。這種布置支持海下用途，因為它避免了形成起來成本昂貴且為可能發(fā)生電氣故障的易受損點的任何線纜接縫或拼接處。12段線纜可并聯(lián)地耦合至共同單相ac電源，或它們可隔離或連接至分離的獨立單相電源，以使在線纜故障或電源故障的情況下，系統(tǒng)可以繼續(xù)操作。
[0046]每個定子核芯53、55理想地是連續(xù)層合的環(huán)，其可由電鋼片的連續(xù)螺旋形成。然而，具有所要求尺寸的連續(xù)環(huán)可能較為笨重，并且在一些應(yīng)用中，優(yōu)選地將核芯分成能夠組裝形成多邊形的多個弧部或短直段。在當前實例中，優(yōu)選布置具有12個弧部或筆直段，并且線纜繞組在各自上形成為八個層的四個極。因此，可在核芯區(qū)段組裝形成完整的定子環(huán)(或多邊形)之前形成繞組。
[0047]在一個實施例中，狹槽80如圖8所示那樣分布，其中位置被選擇為隨著更遠離極軸而給出逐漸更高密度的匝，從而給出對正線電流分布的良好近似。圖8示出來自面向彼此并以半個極距位移的兩個定子的截面。
[0048]在替代布置中，狹槽可布置成均勻狹槽陣列，但是其中每個狹槽包含不同數(shù)目的匝。這可通過省略前幾個層的每個極周圍的線纜的一些內(nèi)部環(huán)路來實現(xiàn)。在這種情況下，狹槽深度可根據(jù)所分配的匝數(shù)而有所不同，或狹槽可全部具有相同深度，并且包含更少匝的那些狹槽可包含有惰性填料。圖9中的圖示示出具有最遠離極軸的較深狹槽90的層合件，其可包含8層線纜。每個極的前兩層的繞組將會具有2個環(huán)路。在更靠近極軸的位置處，較淺狹槽允許接下來兩個層具有3個環(huán)路，并且最后四個層包含有4個環(huán)路。
[0049]還可使用圖8和9中示出的用于實現(xiàn)正弦分布的方法的組合。實現(xiàn)對正弦波的接近近似的益處在于，與電流分布的空間諧波分量相關(guān)聯(lián)的損失減少。諧波分量產(chǎn)生以不同于基本速度的速度旋轉(zhuǎn)并在轉(zhuǎn)子內(nèi)感生非想要電流而引起額外損失的通量分量。
[0050]圖10是示出用于發(fā)電機的示例性電氣系統(tǒng)的電路圖。在一個實施方式中，三個繞組a、b和c以星形形式連接到電源/電網(wǎng)100并容納有一個定子；而第二組繞組A、B和C以三角形式連接到電源/電網(wǎng)并容納有另一定子。每個定子結(jié)構(gòu)分成多個區(qū)段，其中所述區(qū)段被布置成使得機器內(nèi)的行波磁場在區(qū)段內(nèi)感生相位以120電角度位移的單相交變電動勢。因此，每個繞組a、b、c、A、B、C連接到每個定子的相應(yīng)區(qū)段。三角連接繞組A、B、C應(yīng)當具有多達星形連接中的匝約V 3倍的匝，因為它們可以相同的磁通量但以高V 3倍的電壓操作。然而，它們僅僅攜有I/ V 3那樣多的電流來遞送相同的電力，并且它們的繞組可具有相應(yīng)更小的橫截面。
[0051]包括電壓源逆變器的示例性功率轉(zhuǎn)換電路100在PCT/EP2012/065701 (代理人參考號:P101404pc00/0HG41-PCT)中進行描述。圖11尤其示出兩橋式轉(zhuǎn)換器，其中第一級轉(zhuǎn)換器110和第二級轉(zhuǎn)換器120都包括通過DC鏈路140連接的3相電壓源逆變器。第一級110的相位端口連接到電源/電網(wǎng)，而第二級120的相位端口 P1、P2、P3連接到定子塊，如圖10所示。
[0052]現(xiàn)在參考圖12，在其它實施方式中，每個定子的單相繞組可連接到包括相應(yīng)H橋的功率轉(zhuǎn)換器110、140、125，所述功率轉(zhuǎn)換器將dc源140轉(zhuǎn)換成單相ac源，即相位A和相位B，兩個H橋125的dc端口連接到共同dc源140，并且它們的ac端口被布置成提供相位不同的電壓相位A和相位B。
[0053]轉(zhuǎn)子56是在兩個定子之間的間隙中旋轉(zhuǎn)的環(huán)形導電體片或板，如圖5所示。環(huán)帶可由若干弧形或梯形片制造而成。最佳情況是避免使用數(shù)目與定子區(qū)段的數(shù)目相等的片以使得接縫所形成的任何扭矩脈動趨于相互抵消。
【主權(quán)項】
1.一種用于水力渦輪機的電力發(fā)電機，所述電力發(fā)電機軸向耦合到所述水力渦輪機并且包括轉(zhuǎn)子、第一定子結(jié)構(gòu)和第二定子結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)子被布置成響應(yīng)于流體流過所述渦輪機而繞軸線旋轉(zhuǎn)，所述第一定子結(jié)構(gòu)包括至少一個第一繞組，所述至少一個第一繞組圍繞所述軸線周向設(shè)置并在第一內(nèi)側(cè)方向上從所述轉(zhuǎn)子軸向位移，并且所述第二定子結(jié)構(gòu)包括至少一個第二繞組，所述至少一個第二繞組圍繞所述軸線周向設(shè)置并在第二外側(cè)方向上從所述轉(zhuǎn)子軸向位移，所述轉(zhuǎn)子被布置成與所述繞組電耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的電力發(fā)電機，其中所述電力發(fā)電機是直驅(qū)式發(fā)電機。
3.如權(quán)利要求2所述的電力發(fā)電機，其中所述電力發(fā)電機連接到二級轉(zhuǎn)換器，所述二級轉(zhuǎn)換器包括:第一級，所述第一級具有被布置成連接到電網(wǎng)的一個端口和被布置成連接到DC鏈路的第二端口 ；以及第二級，所述第二級具有被布置成連接到所述DC鏈路的一個端口和被布置成連接到所述定子的所述繞組的第二端口。
4.如權(quán)利要求3所述的電力發(fā)電機，其中所述第一級轉(zhuǎn)換器是3相電壓源逆變器，并且所述第二級是3相電壓源逆變器。
5.如權(quán)利要求4所述的電力發(fā)電機，其中所述第二級轉(zhuǎn)換器連接到呈三角配置的三個外側(cè)定子塊和呈星形配置的三個內(nèi)側(cè)定子塊。
6.如權(quán)利要求4所述的電力發(fā)電機，其中所述第二級轉(zhuǎn)換器連接到呈星形配置的三個外側(cè)定子塊和呈三角配置的三個內(nèi)側(cè)定子塊。
7.如權(quán)利要求3所述的電力發(fā)電機，其中所述第一級轉(zhuǎn)換器是3相電壓源逆變器，并且所述第二級是提供2相輸出的雙H橋。
8.如權(quán)利要求3、5、6或7所述的電力發(fā)電機，其中每個定子包括用于提供到所述轉(zhuǎn)換器的單相連接的相應(yīng)單相繞組。
9.如權(quán)利要求8所述的電力發(fā)電機，其中所述單相繞組是纜線繞組。
10.如權(quán)利要求8或9所述的電力發(fā)電機，其中每個定子包括多個層合件，每個層合件具有不均勻的開槽布置，所述不均勻的開槽布置被布置成容納所述繞組，從而產(chǎn)生近似正弦分布。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的電力發(fā)電機，其中所述第一定子結(jié)構(gòu)的所述至少一個第一繞組切向地從所述第二定子的所述至少一個第一繞組位移。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的電力發(fā)電機，其中所述發(fā)電機是感應(yīng)發(fā)電機。
13.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的電力發(fā)電機，其中所述發(fā)電機是永磁發(fā)電機。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項所述的電力發(fā)電機，其中所述水力渦輪機是開放中心、無軸潮流渦輪機。
【專利摘要】一種用于水力渦輪機的電力發(fā)電機軸向耦合到所述水力渦輪機。所述發(fā)電機包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子被布置成響應(yīng)于流體流過所述渦輪機而繞軸線旋轉(zhuǎn)。第一定子結(jié)構(gòu)包括至少一個第一繞組，所述至少一個第一繞組圍繞所述軸線周向設(shè)置并在第一內(nèi)側(cè)方向上從所述轉(zhuǎn)子軸向位移。第二定子結(jié)構(gòu)包括至少一個第二繞組，所述至少一個第二繞組圍繞所述軸線周向設(shè)置并在第二外側(cè)方向上從所述轉(zhuǎn)子軸向位移，所述轉(zhuǎn)子被布置成與所述繞組電耦合。
【IPC分類】H02K7-18, H02K16-04, H02K1-16
【公開號】CN104756364
【申請?zhí)枴緾N201380054862
【發(fā)明人】S·考索恩, E·斯普納
【申請人】開放水知識產(chǎn)權(quán)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年10月29日
【公告號】CA2887547A1, EP2728712A1, US20150280506, WO2014067928A1