[发明专利]具有水轮机和发电机的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有水轮机和转子发电机的装置，其中发电机的转子连接到水轮机上，其中水轮机具有至少三个轴向叶片的一组叶片。 

背景技术

本发明首先但并非唯一地提出了通过海洋和河道中的水下水流产生电能的实施方式。海流可以由潮水、温差或者盐度差、地球自转带来的地球自转偏向力(例如墨西哥暖流)、水平高度差(例如海峡的两个侧面)所引起。 

海流中的水流速度通常是比较缓和，例如典型地几米/秒，最快不会超过5米/秒。在无规则的河道中，水流速度通常是在同样的量级，但是会是增快到10-15米/秒的急流。 

目前，由水下水流提供的能源只有很少一部分被用于发电。其最重要的原因是由于难以获得由经济竞争力的技术，用于以此种方式发电。在这个背景下，问题之一是流速较低。利用这样的水流中的能源，就需要采用具有低转速、大扭矩的水轮机。 

在这些条件下，较适宜的水轮机类型是具有轴向设置的叶片的。常规地，这种类型的水轮机上设有叶片，通过几个大致呈径向设置的支架，叶片连接到轴上，而轴依次连接到发电机的转子上。 在要求相对较大尺寸的水轮机的应用实例中，加载在支撑叶片的结构上的压力加大。这会引发结构扭曲和振动的风险，从而引起叶片底座的结构失效，并伴随效率降低。如果驱动水轮机的水流不稳定，例如速度和流向发生波动，那么上述风险会特别地敏感。可能有这样的情况，例如在特定类型的水下水流中，水面的波动和潮水会在其它的方面影响本来稳定的水流。而且，所必需的承重结构使水轮机结构复杂且笨拙。 

本发明的目的就在于消除或者至少是减少这些问题。 

发明内容

本发明提供了一种具有水轮机和转子发电机的装置，该转子发电机的转子连接到水轮机，该水轮机具有至少三个轴向设置的叶片，在该装置中，每个叶片单独地(individually)直接连接于发电机转子上。通过这一装置达到上述所设定的目的。 

通过让转子直接承载叶片，消除了叶片对于特定的承载结构的需要。转子，通常是相对结实并且坚固的实体，至少在叶片的一端提供了良好的支撑。从而，叶片具有了更精确而且更稳定的位置。此外，由于承重结构变得简单好多，而且与基于其它原因而设置的大尺寸零件成为一体，使装置的整体复杂度降低。所以，在需要较大装置而且水流条件不稳定的情况下，根据本发明的装置是非常有利的。 

根据装置的一个优选实施例，水轮机具有第一组叶片，朝向转子第一方向；以及第二组叶片，朝向转子的相反方向；其中每组至少包括三个叶片。 

这使整个装置获得了一个成为对称体的优势，有利于承受不同类型的作用力。这种双向的设置，还使每个叶片可以被制造得更短， 

根据另一优选实施例，第一组的每个叶片都与第二组中的一个叶片设置于同一直线上。从而，其结果就是，装置的对称性和更稳定运行的特性被额外地增强。 

根据另一优选实施例，被调准设置的叶片，彼此直接以机械方式互相连接。从而，获得了如下优势，即通过作用于一个叶片上的弯曲力由作用于另一个叶片上的弯曲力来承担的事实，使每对叶片彼此加固。 

根据另一优选实施例，每个叶片通过撑杆的方式被支撑在一起。虽然根据本发明的装置原则上由于直接由转子获得支撑，省去了设置撑杆的必要，但是给叶片设置辅助支撑，以提高叶片的稳定性，也经常会是有利的。然而，在传统的水轮机中，叶片完全由支撑结构承载，与之相比，上述的支撑装置还是相当简单并且较弱的。这是由于叶片事先已经有转子承载，并且获得了坚固性。 

根据另一优选实施例，支撑装置具有将叶片彼此连接的件。从而，可以以简单的方式获得支撑。 

根据一个优选实施例，所述件由每个叶片径向向内设置，并且于其径向最内侧的一端彼此相连。根据一个可选优选实施例，伸展于每个叶片之间的件靠近圆周方向。 

在两种可选模式中，通过形成支撑装置的相对简单的件的结构设计，使支撑方式变得稳定。 

根据另一优选实施例，每个叶片通过接合装置连接到转子。从而，可以消除由来自叶片、施加于转子的有害弯矩和扭矩的传递。 

根据另一优选实施例，转子具有永久磁铁，从而转子会更加坚固，而且在能量的电磁转换过程中，不受操作干扰的影响。 

根据另一优选实施例，定子被封装于防水外壳中。从而，发电机以适当的方式适应于在水下环境动作。 

根据另一优选实施例，转子在径向设置于定子之外，并与定子位于同一轴平面之内。从而，装置在轴向和径向都更加紧凑。