NO329570B1 - Bolgekraftaggregat. - Google Patents

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen angår ifølge et første aspekt et bølgekraftaggregat omfattende et flytelegeme og en elektrisk lineærgenerator hvis rotor ved hjelp av forbindelsesorganer er forbundet med flytelegemet, og hvis stator er innrettet til å forankres i hav/sjøbunnen. Rotorens bevegelsesretning definerer generatorens lengderetning, og et plan vinkelrett på bevegelsesretningen definerer generatorens tverretning.

Ifølge et andre aspekt angår oppfinnelsen et bølgekraftverk som omfatter flere bølgekraftaggregater ifølge oppfinnelsen.

Ifølge et tredje aspekt angår oppfinnelsen en anvendelse av bølgekraftaggregatet ifølge oppfinnelsen for å produsere elektrisk strøm.

Ifølge et fjerde aspekt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for generering av elektrisk energi.

I den foreliggende søknad benyttes uttrykket rotor for lineærgeneratorens bevegelige del. Man vil således forstå at det med uttrykket rotor ikke menes et roterende legeme, men et lineært frem- og tilbakegående legeme. Med rotorens bevegelsesretning menes således dennes lineære bevegelsesretning.

Bølgekraftaggregatet ifølge oppfinnelsen er i første rekke beregnet for, men ikke begrenset til, anvendelser opp til 500 kW.

At statoren er innrettet for forankring i havbunnen, innebærer ikke nødvendigvis at den er beliggende på denne, og heller ikke at den må være stivt forbundet med havbunnen. Således kan statorkonstruksjonen selvsagt være flytende oppbåret, og foran-kringen bare utgjøres av en line eller liknende som hindrer at aggregatet driver i vei.

Oppfinnelsens bakgrunn

Bølgebevegelser i hav og store innsjøer er en potensiell energikilde som hittil er lite utnyttet. Den tilgjengelige bølgeenergi beror på bølgehøyden og er selvsagt forskjellig for forskjellige plasser. Den gjennomsnittlige bølgeenergi i løpet av et år er avhengig av de forskjellige vindforhold som påvirkes mye av plassens avstand fra nærmeste kyst. Målinger er blant annet blitt utført i Nordsjøen. På et målested ca. 100 km vest for Jyllandskysten der dybden var ca. 50 m er det gjort målinger av bølgehøyden.

For å nyttiggjøre energien som er tilgjengelig på grunn av havbølgenes bevegelser, er det blitt foreslått forskjellige typer av bølgekraftaggregater for generering av elektrisk kraft. Disse har imidlertid ikke lykkes i å kunne konkurrere på vellykket måte med konvensjonell elkraftproduksjon. Hittil realiserte bølgekraftverk har i hovedsaken vært forsøksanlegg eller vært anvendt for lokal energiforsyning til navigasjonsbøyer. For at kommersiell elproduksjon skal kunne være mulig og dermed gi tilgang til den store energireserve som finnes i havbølgenes bevegelser, kreves ikke bare at utplasseringen av aggregatene skjer på passende lokaliserte steder. Det er også nødvendig at aggregatet er driftssikkert, har høy virkningsgrad og lave fremstillings- og driftskostnader.

Blant de tenkelige prinsipper for omformingen av bølgebevegelsesenergi til elektrisk energi, torde her en lineærgenerator i størst utstrekning å tilsvare disse krav.

Flytelegemets vertikale bevegelser forårsaket av bølgebevegelsene kan dermed direkte overføres til en frem- og tilbakegående bevegelse av generatorens rotor. En lineærgenerator kan utføres meget robust og enkel, og ved at den forankres til bunnen blir den stabilt upåvirkelig av strømninger i vannet. Den eneste bevegelige del av generatoren blir den frem- og tilbakegående rotor. På grunn av sine få bevegelige deler og sin enkle konstruktive oppbygning blir aggregatet meget driftssikkert.

Fra eksempelvis US 6 020 653 er det tidligere kjent et bølgekraftaggregat som er basert på lineærgeneratorprinsippet. Denne publikasjon beskriver således en til bunnen forankret generator som produserer elenergi fra havflatens bølgebevegelser. En generatorspole er forbundet med et flytelegeme slik at spolen beveger seg opp og ned med bølgebevegelsene. Et magnetfelt virker på spolen når den beveger seg, slik at en elektromagnetisk kraft frembringes i denne. Magnetfeltet er slik at det forårsaker et ensartet felt med enkeltmagnetisk orientering langs hele spolens slaglengde. Generatoren omfatter en basisplate på havbunnen som understøtter magnetkjernen i hvilken spolen beveger seg.

Videre er det fra US 4 539 485 kjent et bølgekraftaggregat som er forsynt med en elektrisk lineærgenerator. Dennes rotor består av et antall permanentmagneter, og generatorens vikling er anordnet i den omgivende stator.

I PCT/SE02/02405 er det videre beskrevet et bølgekratfaggregat med lineærgenerator ved hvilket rotoren er permanentmagnetisk og statoren omfatter en vikling som danner et flertall poler som er fordelt i rotorens bevegelsesretning.

Det er viktig at styringen av rotorens lineærbevegelse i forhold til statoren er presis og pålitelig, slik at størrelsen på gapet mellom rotor og stator bibeholdes på en nøyaktig verdi. Gapet er av størrelsesorden 1-5 mm, fortrinnsvis rundt 2 mm. Da en generator av den aktuelle type kan være ganske stor, medfører manglende presisjon i styringen at gapets størrelse risikerer å avvike kraftig fra det forutbestemte. Dette medfører asymmetri av de opptredende magnetiske krefter, noe som fører til skadelige skråkrefter på rotoren med fare for både driftsforstyrrelser og havari. Også den elektromagnetiske energiomforming påvirkes negativt av feilaktig gapstørrelse.

Det stilles derfor store krav til at rotoren er godt lagret i tverretningen, og samtidig stilles det meget store krav til lagringens levetid. Et aggregat av den aktuelle type beregnes å kunne være i drift i en tidsperiode på 30 år eller mer. Vanlige kulelagre har normalt en levetid som er vesentlig mindre enn dette. Skifte av lagre er meget kostbart da generatoren ofte er plassert langt ute til havs og på stor dybde.

På denne bakgrunn er formålet med oppfinnelsen for et bølgekratfaggregat av den aktuelle type å tilveiebringe en lagring av rotoren som mestrer de angitte problemer, og som således er enkel og pålitelig og har lang levetid.

Redegjørelse for oppfinnelsen

Ifølge oppfinnelsens første aspekt oppnås det angitte formål ved at et bølgekraft-aggregat av den type som er angitt i innledningen til patentkrav 1, omfatter de spesielle særtrekk at rotoren i tverretningen er lagret ved hjelp av rullelegemer som er anordnet mellom i lengderetningen forløpende rulleflater på rotoren og støtteflater på et støtteorgan, hvilke ruller er innrettet til å rulle mot rotorens rulleflater og støtteorganets støtteflater.

Takket være at rotoren på denne måte ruller frem og tilbake i støtteorganet, blir det en meget robust lagring. Rullelegemene kan fremstilles av et sterkt og slitasje-bestandig materiale og med forholdsvis stor rullediameter, og far dermed på det nærmeste ubegrenset levetid. Rulleflatene eller støtteflatene utgjør heller ikke noe problem i denne henseende. Videre vil rotorens posisjon i tverretningen bli ytterst presis ved at den entydig bestemmes av rullelegemenes diameter. Med bølgekraftaggregatet ifølge oppfinnelsen oppnås dermed en pålitelig styring av rotorens bevegelser og en levetid av lagringen som medfører at behovet for service eller lagerutskifting elimineres i hele aggregatets beregnede levetid.

Ifølge en foretrukket utførelse av bølgekraftaggregatet ifølge oppfinnelsen utgjøres støtteorganet av generatorens stator. Det ligger i og for seg innenfor oppfinnelsens ramme at støtteorganet kan utgjøres av et separat organ, f.eks. en stolpe eller søyle i sentrum av rotoren eller av førings- eller styresøyler som er anordnet på rotorens ytterside. Ved å utnytte statoren som støtteorgan, oppnås imidlertid den fordel at slike separate organer elimineres, slik at aggregatet blir enklere og billigere. Dessuten er det jo i forhold til statoren at rotorens bevegelse skal være bestemt. Når statoren utgjør støtteorganet, blir det en direkte kopling mellom lagring og generatorgap, og dermed optimal presisjon.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er statoren understøttet av en stamme, idet støtteorganet utgjøres av stammen. Også her oppnås en nær relasjon mellom generatorgap og støtteflater. I visse tilfeller kan det være fordelaktig å unngå støtteflater direkte på statoren, noe som oppnås med denne utførelse.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform finnes rulleflater i minst tre plan som skjærer hverandre, hvilke plans skjæringslinjer i tverrsnitt danner en polygon. På denne måte anordnede rulleflater utgjør en tilstrekkelig geometrisk betingelse for entydig å definere rotorens posisjon i både x- og y-retning i tverretningen. Med rulleflater i færre plan eller plan som ikke skjærer hverandre på den angitte måte, blir posisjoneringen ikke fullstendig definert ved lagringen med rullelegemene, hvorfor det i dette tilfelle må benyttes kompletterende lagringsforanstaltninger. Dette behov elimineres ved hjelp av denne utførelsesform.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform har rotoren i tverrsnitt i hovedsaken form av en polygon, og minst én rulleflate er anordnet på hver av minst tre av rotorens polygonsider. Rotoren kan da rullelagres direkte på sine sider, hvilket gir en sikker og enkel konstruksjon.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er i dette tilfelle minst én rulleflate beliggende på hver av rotorens polygonsider. Ved at rulleflatene er anordnet på samtlige sider av rotoren, oppnås maksimal stabilitet og symmetri av lagringen. Selv om formen hensiktsmessig utgjøres av en regulær polygon, er selvsagt irregulære polygoner tenkelige innenfor rammen av denne utførelsesform.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er det i minst ett plan anordnet flere i lengderetningen og/eller tverretningen fordelte rullelegemer. Med flere rullelegemer i ett og samme plan oppnås generelt en fordeling av nødvendig opplagringskraft, noe som øker bæreevnen. Dette fører til forbedret lagringsstabilitet og tillater mindre rullelegemer. Med rullelegemer anordnet etter hverandre i lengderetningen elimineres videre faren for skråretning av rotoren i bevegelsesretningen. Med rullelegemer anordnet ved siden av hverandre i tverretningen økes stabiliteten mot vridning av rotoren om dennes lengdeakse. Når rullelegemer er fordelt i både lengde- og tverretningen i samme plan, oppnås en tilsvarende kombinert effekt. Det som vinnes ved øket antall av rullelegemer, må selvsagt veies mot den økte kompleksitet av konstruksjonen som da blir tilfellet.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er rullelegemene utformet som ruller. Dermed vil hvert rullelegeme kunne oppta lagringskraften langs en linje, hvilket innebærer en gunstig spredning av lagringskraften sammenliknet med f.eks. et kuleformet rullelegeme.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er rulleflatene og/eller støtte-flatene da profilert, og/eller i det minste noen av rullene har profilert mantelflate. Med en slik utførelse reduseres faren for at glidning skal oppstå mellom rullene og ralle-henholdsvis støtteflatene, noe som av flere grunner er viktig å unngå. Sikrest oppnås dette selvsagt dersom både alle rullers mantelflater og både rulle- og støtteflatene er profilert.

Ifølge en foretrukket utførelsesform av den profilerte utførelse, utgjøres profileringen av et regelmessig mønster av i tverretningen forløpende daler og rygger, idet rullenes profilering stemmer overens med profileringen på rulle- og støtteflatene. Dette medfører at rullene og støtteflatene vil gripe inn i hverandre på tannliknende måte liksom ved et tannhjul mellom tannstenger. Dermed er faren for glidning helt eliminert.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er i det minste noen rullelegemer mekanisk forbundet med hverandre. Derved sikres at rullelegemene bibeholder sine stillinger i forhold til hverandre. Dermed bibeholdes et konstant mønster for lagrings-kreftenes fordeling. Videre unngås faren for at noen av rullelegemene løsgjøres fra sin posisjon. Samtidig kan dette utgjøre en alternativ måte for å unngå glidning. Den mekaniske forbindelse kan være slik at rullelegemene som er anordnet etter hverandre i lengderetningen, er forbundet i et i lengderetningen forløpende tog. Alternativt kan rullelegemer som er beliggende ved siden av hverandre i tverretningen, være forbundet med hverandre via et tverrgående holderorgan. Videre er det mulig at både i lengderetningen og i tverretningen fordelte rullelegemer på en av rotorens sider er forenet i et nettliknende holderorgan, og også at samtlige rullelegemer er forenet i et burliknende holderorgan.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er i det minste de flater på rotoren som vender mot statoren, og/eller de flater på statoren som vender mot rotoren, forsynt med et overflatesjikt av isolerende materiale, fortrinnsvis et plastmateriale. De nevnte rullebaner kan da være anordnet på dette overflatesjikt. Overflatesjiktet fungerer dessuten som kollisjonsbeskyttelse for å unngåelse av sammenstøt mellom stator og rotor, idet overflatesjiktene sikrer et minste gap derimellom.

Ifølge en foretrukket utførelsesform er rotoren og/eller statoren derved helt innkapslet av det isolerende materiale. Innkapsling av hver av disse komponenter medfører at den respektive komponent er korrosjonsbeskyttet mot omgivende hav- eller sjøvann.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform ved utførelsen med overflatesjikt er rotoren innrettet til å gli mot statoren med det nevnte overflatesjikt som glideflater. Dermed vil rotoren også være glidelagret som komplement til rullelagringen. Den sistnevnte kan da være utført på enklere måte med et mindre antall rulleflater og rullelegemer.

Ifølge en ytterligere foretrukket utførelsesform er rotorens lagring derved i sin helhet tilveiebrakt av de nevnte glideflater, idet det ikke er anordnet noen rullelegemer for lagring i tverretningen. Denne utførelse er enkel, og overflatesjiktene oppfyller en dobbel funksjon, dels som kollisjonsbeskyttelse og/eller korrosjonsbeskyttelse og dels som glidelager. Særlig ved et bølgekraftaggregat med liten generator kan denne utførelse være av interesse.

De ovenfor angitte og andre foretrukne utførelsesformer av bølgekraftaggregatet ifølge oppfinnelsen er angitt i de av krav 1 avhengige patentkrav.

Ifølge oppfinnelsens andre, tredje og fjerde aspekter er det oppstilte formål oppnåd ved at et bølgekraftverk omfatter flere bølgekraftaggregater ifølge oppfinnelsen, ved anvendelse av et bølgekraftaggregat ifølge oppfinnelsen for å produsere elektrisk strøm, henholdsvis ved at en fremgangsmåte for produksjon av elektrisk strøm gjennom-føres ved hjelp av et bølgekratfaggregat ifølge oppfinnelsen, slik som angitt i kravene 30, 42 og 43.

Ved hjelp av bølgekraftverket, anvendelsen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppnås fordeler av tilsvarende type som ved bølgekraftaggregatet ifølge oppfinnelsen og de foretrukne utførelsesformer av dette som det er redegjort for ovenfor.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved hjelp av den etterfølgende nærmere beskrivelse av fordelaktige utførelseseksempler under henvisning til de ledsagende tegninger.

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 viser et skjematisk sideriss av et bølgekratfaggregat ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et snitt etter linjen II-II på fig. 1,

fig. 3 viser et forstørret delsnitt av fig.2,

fig. 4 viser et snitt etter linjen IV-IV på fig. 3,

fig. 5-7 viser tilsvarende snitt som fig. 4 av alternative utførelseseksempler på oppfinnelsen,

fig. 8 anskueliggjør en detalj av et utførelseseksempel på oppfinnelsen,

fig. 9 anskueliggjør en liknende detalj som på fig. 8 ifølge et alternativt utførelseseksempel,

fig. 10 viser et tverrsnitt gjennom en rotor ifølge et ytterligere alternativt utførelseseksempel,

fig. 11 viser et tilsvarende snitt som på fig. 3, gjennom et ytterligere alternativt utførelseseksempel,

fig. 12 viser et perspektivriss av et rullelegeme ifølge oppfinnelsen,

fig. 13 viser et tverrsnitt gjennom et rullelegeme ifølge et alternativt utførelses-eksempel,

fig. 14-16 viser lengdesnitt gjennom en del av en rotor og en stator ifølge ytterligere alternative utførelseseksempler,

fig. 17 viser et tverrsnitt gjennom en rotor og en stator ifølge et ytterligere utførelseseksempel,

fig. 18 er et skjema som illustrerer sammenkoplingen av flere aggregater ifølge oppfinnelsen til et bølgekraftverk,

fig. 19 illustrerer hvordan bølgekraftaggregatet danner et bølgekraftverk og hvordan det er tilkoplet til et elnett,

fig. 20 illustrerer i et sideriss bølgekraftaggregatene tilkoplet til et stillverk,

fig. 21 illustrerer i et sideriss en alternativ måte for forbindelse av bølgekraftaggregatene med et nettverk,

fig. 22-25 er skjemaer som illustrer forskjellige eksempler på omforming av spenningen ved et kraftverk ifølge oppfinnelsen, og

fig. 26 illustrerer et alternativt likerettingseksempel.

Beskrivelse av fordelaktige utførelseseksempler

Fig. 1 illustrerer prinsippet for et bølgekratfaggregat ifølge oppfinnelsen. Et flytelegeme 3 er innrettet til å flyte på havflaten 2. Bølgene bibringer flytelegemet 3 en frem- og tilbakegående vertikalbevegelse. Ved bunnen 1 er en lineærgenerator 5 forankret via en i bunnen festet basisplate 8 som kan være en betongplate. Lineærgeneratorens stator 6a, 6c er festet til basisplaten 8. Statoren består av fire vertikale, søyleliknende statorpakker av hvilke bare to er synlige på figuren. Generatorens rotor 7 er anordnet i rommet mellom statorpakkene. Statoren er forbundet med flytelegemet 3 ved hjelp av en line 4. Rotoren 7 er av permanentmagnetisk materiale.

Basisplaten 8 har et sentralt anordnet hull 10, og konsentrisk med dette er et bunnhull 9 anordnet i havbunnen. Bunnhullet 9 kan hensiktsmessig være foret. Ved bunn-hullets 9 nedre ende er det festet en trekkfjær 11 som med sin andre ende er festet til rotorens 7 nedre ende. Hullet 10 i basisplaten 8 og bunnhullet 9 har en diameter som tillater at rotoren 7 kan bevege seg fritt gjennom disse.

Hver statorpakke er sammensatt av et antall moduler. I det viste eksempel er det på statorpakken 6a markert hvordan de er oppdelt i tre vertikalt fordelte moduler 61, 62, 63.

Når flytelegemet 3 på grunn av bølgebevegelsene i havflaten 2 beveger seg opp og ned, overføres denne bevegelse via linen 4 til rotoren 7 som får en tilsvarende frem- og tilbakegående bevegelse mellom statorpakkene. Dermed genereres strøm i statorviklingene. Bunnhullet 9 tillater at rotoren kan passere hele statoren i sin nedadgående bevegelse.

Fig. 2 viser et snitt etter linjen II-II på fig. 1. I dette eksempel har rotoren 7 kvadratisk tverrsnitt, og en statorpakke 6a-6d er anordnet på hver side av rotoren 7. Den respektive statorpakkes vikling er betegnet med 12a-12d. Av figuren fremgår også platenes orientering i hver statorpakke. Luftgapet mellom rotoren og den tilgrensende statorpakke er av størrelsesorden noen mm. De for oppfinnelsen betydningsfulle detaljer er for oversiktlighetens skyld utelatt på fig. 1 og 2.

Man vil forstå at rotorens tverrsnittsform kan være en polygon med et vilkårlig antall sider. Polygonen er hensiktsmessig, men ikke nødvendigvis, regulær. Rotoren kan også være sirkulær. Ved å anordne rotorpakker i forskjellige retninger rundt rotoren, utnyttes så stor del som mulig av magnetfeltet for indusering.

Viklingens isolasjon utgjøres av et saltvannsbestandig sjikt som tåler en spenning på opptil 6 kV. Sjiktet kan utgjøres av en polymer, så som PVC eller liknende. Alternativt kan lakktråd anvendes. Lederen utgjøres av aluminium eller kobber. For å kunne ha et så lite luftgap som mulig, er det viktig at rotorens 7 bevegelse blir nøyaktig styrt.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at rotoren er lagret i rullelegemer. Rullelegemene er innrettet til å rulle mot rulleflater på rotoren og mot støtteflater på et støtteorgan. I fortsettelsen illustreres forskjellige eksempler på hvordan dette kan anordnes.

På fig. 3 er det vist et eksempel på hvordan en rotor 7 med kvadratisk tverrsnitt er lagret direkte i den omgivende stator 6a-6d. På hver av rotorens fire sider er det anordnet en rulleflate 13 som er nedsenket i et spor. I hver rullebane finnes et rullelegeme 14 som er innrettet til å rulle mot den respektive rulleflate og mot en respektiv støtteflate 15 på statoren. Rullelegemene ruller uten glidning og vil derfor bevege seg i rotorens bevegelsesretning med en hastighet som er halvparten av rotorens hastighet. Rotorens styring blir på denne måte distinkt, slik at alle gap mellom rotor og stator bibeholdes med stor nøyaktighet. Fig. 4 viser et snitt langs linjen IV-IV på fig. 3, med rullelegemet 14a i midtstilling på sin rulleflate 13a. Når rotoren beveger seg oppover med hastigheten v, beveger rullelegemet 14 seg nedover i forhold til rotoren med hastigheten v/2. Med en rulleflate 13 som strekker seg langs hele rotorens lengde, tillates således en slaglengde av rotoren som er dobbelt så stor som rotorens lengdeutstrekning. For å unngå at rullelegemet 13a skal risikere å rulle utenfor rotoren, kan en stopper 16 anordnes ved hver ende av rulleflaten. Fig. 5 illustrerer et alternativ til det på fig. 4 viste eksempel i et tilsvarende snitt. Ved utførelseseksempelet på fig. 5 har rulleflaten en forlengelse 17 på hver side, slik at den strekker seg utenfor rotoren i lengderetningen. En slik utførelse tillater en slaglengde av rotoren som er større enn det dobbelte av rotorens lengde. Fig. 6 illustrerer et ytterligere alternativ i et tilsvarende snitt. I dette tilfelle er to rullelegemer 14 anordnet i lengderetningen etter hverandre og løpende mot den samme rulleflate 13. Fig. 7 illustrerer enda et alternativ i et tilsvarende snitt. Her er to rulleflater 13 anordnet på siden av rotoren, og et rullelegeme 14 løper på hver av rulleflatene. Utførelsene ifølge fig. 6 og 7 kan selvsagt kombineres, og også kombineres med den rulleflateforlengelse som er vist på fig. 5.

Rullelegemene i utførelsen ifølge fig. 6 kan være sammenkoplet slik som vist på fig. 8. Hvert av rullelegemene 14 er roterbart opphengt på en akseltapp 19 som er forbundet med et langsgående stag 26.

På tilsvarende måte kan de på siden beliggende rullelegemer 14 på fig. 7 forbindes som vist på fig. 9 med et tverrgående stag 27 og akseltapper 18. Også utførelsene ifølge fig. 6 og 7 kan kombineres. Videre kan rullelegemene 14 på forskjellige sider av rotoren (se fig. 3) forenes ved hjelp av et i en firkant forløpende system av stag som løper som en krans rundt rotoren.

På fig. 10 illustreres et eksempel der rotoren har oktaederform, og et rullelegeme er anordnet på tre av oktaederets sider. Rullelegemer kan selvsagt anordnes på samtlige av oktaederets sider.

Ved eksemplene på de foregående figurer er rullelegemene 14 innrettet til å rulle mot rulleflater 13 på rotorens utside, og mot støtteflater 15 som er anordnet på statoren 6. Støtteflatene kan selvsagt være anordnet på et annet utenforliggende støtteorgan enn statoren.

På fig. 11 illustreres et ytterligere utførelseseksempel i et tverrsnitt gjennom rotoren 7. Rotoren har et langsgående hulrom, i dette tilfelle med trekantet tverrsnitt. Hulrommet kan imidlertid ha vilkårlig form. Gjennom hulrommet strekker det seg en støttebjelke 29 med tilsvarende tverrsnitt. Rullelegemene 14 er her anordnet mellom rulleflater 13 på rotorens innerside og støtteflater 15 på støttebjelker.

Slik som vist på fig. 12, er rullelegemene 14 hensiktsmessige sylindriske. Mantelflaten 30 på et rullelegeme er hensiktsmessig ru eller profilert for å redusere faren for sluring. Rulleflatene 13 og støtteflatene 15 har hensiktsmessig liknende struktur.

På fig. 13 er det i tverrsnitt vist et utførelseseksempel på et rullelegeme 14 der dettes mantelflate 30 er profilert med i rullelegemets akseretning forløpende daler 31 og rygger 32. De med rullelegemet 14 samvirkende rulle- og støtteflater 13, 15 har tilsvarende daler 31 og rygger 32.

Rullelegemene vil dermed samvirke med rulle- hhv. støtteflatene slik som et tannhjul med en tannstang.

Fig. 14 viser et utførelseseksempel der rotoren 7 og statoren 6 på de mot hverandre vendende flater er forsynt med et overflatesjikt 33, 34 av ikke-ledende materiale, så som f.eks. plast.

Ved utførelseseksempelet ifølge fig. 15 er rotoren og hver statorenhet i sin helhet innkapslet i et tilsvarende plastsjikt 33, 34.

Fig. 16 viser et utførelseseksempel der overflatesjikt 33, 34 av plast på de mot hverandre vendende overflater av rotoren 7 og statoren 6 spenner over hele gapet mellom rotor og stator. Ved denne utførelse oppnås statorens styring av at rotoren glir direkte mot statoren via plastsjiktene 33, 34.

På fig. 17 er det vist et utførelseseksempel der statorens 6 statorpakke 6a-6d er montert på en stamme 35. Rotoren 7 er i dette tilfelle innrettet til via rullelegemene 14 å lagres mot støtteflater på stammen 35.

Et bølgekraftverk ifølge oppfinnelsen består av to eller flere aggregater av den ovenfor beskrevne type. På fig. 18 er det vist hvordan disse sammenkoples for å levere energi til et elnett. I det viste eksempel består kraftverket av tre aggregater som er symbolsk betegnet med 20a-20c. Hvert aggregat er via en bryter eller kontaktor 21 og en likeretter 22 tilkoplet til en vekselretter 23, i en bipolar kopling ifølge figuren. På figuren er et koplingsskjema tegnet bare for aggregatet 20a. Man vil forstå at de øvrige aggregater 20b, 20c er tilkoplet på tilsvarende måte. Vekselretteren 23 leverer trefasestrøm til elnettet 25, eventuelt via en transformator 24 og/eller et filter. Likeretterne kan være dioder som kan være styrt og av typen IGBT, GTO eller tyristor, eller omfatte styrte bipolare komponenter eller være ustyrte.

Spenningene på DC-siden kan være parallellkoplet, seriekoplet eller en kombinasjon av begge deler.

På fig. 19 er det vist et bølgekraftverk med flere sammenkoplede generatorer 20a, 20b, 20c. Ved hver generator er det anordnet en likeretter, og via kabler 39 som er anordnet på havbunnen, ledes DC-strømmen til en stasjon 40 på land med en vekselretter 23, en transformator 24 og et filter 41, hvorfra elenergien leveres til et fordelings- eller transmisjonsnett.

På fig. 20 er det i en prinsippskisse vist et ytterligere fordelaktig eksempel ifølge oppfinnelsen. Et stillverk 101 er anordnet hvilende på havbunnen B. Stillverket 101 består av en vanntett beholder som er dannet av en huskappe 102 og en bunnplate 103 som eksempelvis kan være av betong. Stillverket 101 er forankret i havbunnen B. Generatorene 104-109 i et antall bølgekraftaggregater er tilkoplet til stillverket.

Hvert generatoraggregat 104-109 er elektrisk forbundet med stillverket 101 ved hjelp av ledninger 110-115 som via gjennomføringer gjennom huskappen 102 er tilkoplet til komponentene inne i stillverket. Spenningen mates fra de respektive aggregater som lavspent like- eller vekselspenning.

Komponentene i stillverket 101 er av konvensjonell type og er ikke uttegnet på figurene. Disse komponenter kan omfatte halvledere, omrettere, brytere, måleorganer, relebeskyttelser, ventilavledere eller andre overspenningsbeskyttelser, jordingsan-ordninger, lastkoplere eller skillebrytere samt transformator.

Ved hjelp av utgående ledninger 116 leverer stillverket en utgående like- eller vekselspenning, fortrinnsvis høyspenning. Vekselspenningen er lavfrekvent og kan være tre- eller flerfaset. Også standardfrekvenser, så som 50 eller 60 Hz, kan anvendes.

Ved hjelp av den i stillverket anordnede transformator omformes innkommende lavspenning til utgående høyspenning. Likerettere hhv. vekselrettere i stillverket anvendes i forekommende tilfeller når omforming DC-AC eller omvendt er aktuelt.

Spenningen leveres til en på land beliggende mottaksstasjon, eventuelt via en mellomstasjon, for å mates ut på et elnett.

Fig. 21 illustrerer et eksempel på et system ifølge oppfinnelsen som kan være formålstjenelig når et større antall generatoraggregater inngår i systemet. Figuren er en symbolrepresentasjon av systemet sett i fugleperspektiv og viser et havområde H i figurens venstre del og et landområde L i dens høyre del. Komponentene i den venstre del av figuren er beliggende delvis under og delvis over vannflaten.

Systemet omfatter en første gruppe generatoraggregater 104a-106a, en andre gruppe generatoraggregater 104b-106b og en tredje gruppe generatoraggregater 104c-106c. Den første gruppes generatoraggregater 104a-106a er via undervannsledninger forbundet med et første stillverk 101a som er beliggende under vannflaten. På tilsvarende måte er begge de øvrige grupper av generatoraggregater 104b-106b og 104c-106c tilkoplet til henholdsvis et andre og et tredje stillverk 101b hhv. 101c. Hvert av stillverkene 101 a-101c er via undervannsledninger 116a-116c tilkoplet til en mellomstasjon 117 som også er beliggende under vannflaten. Fra mellomstasjonen 117 ledes spenningen som lavfrekvent trefase-vekselspenning via undervannsledninger 118 til en på land beliggende mottaksstasjon 119. I mottakningsstasjonen omformes spenningen til en standardfrekvens, så som 50 eller 60 Hz.

Avstanden mellom generatoraggregatene og mottaksstasjonen kan være fra rundt 1 km til mange 10-talls km. Når systemet er oppbygget ifølge fig. 21, må avstanden mellom på den ene side stillverkene og mellomstasjonen og på den annen side mellom mellomstasjonen og mottaksstasjonen optimeres.

Overføringen fra generatoraggregatene til en mottaksstasjon på land kan skje på forskjellige måter med forskjellige omforminger av spenningen. På fig. 22 til 25 er det skjematisk illustrert noen eksempler på dette. I hvert eksempel er generatoraggregatene anordnet lengst til venstre og mottaksstasjonen på land L lengst til høyre. Likerettere/vekselrettere er betenget med 121 og en spenningsøkende transformator er betegnet med 122. På fig. 22 og 23 leverer generatoraggregatene en likespenning som på fig. 22 overføres til land som vekselspenning og på fig. 23 som likespenning. På fig. 24 og 25 leverer generatoraggregatene en vekselspenning som omformes til likespenning som på fig. 24 overføres til land som vekselspenning og på fig. 25 som likespenning.

Mange andre koplingsalternativer kan vises innenfor oppfinnelsens ramme. Eksempelvis kan man benytte en helbølgelikeretter av den type som er vist på fig. 26.

I hvert stillverk 101 og/eller på mellomstasjonen 117 kan det også være anordnet energilagre og filtre. Energilagrene kan eksempelvis utgjøres av batterier, kondensatorer, SMES-typer, svinghjul eller kombinasjoner av disse. Filtrene kan omfatte aktive komponenter på tilsvarende måte som ved omrettere, eller også passive LC-filtre liksom elektromekaniske komponenter, så som svinghjulsomformer eller synkronkompensator.

Claims (43)

1. Bølgekraftaggregat omfattende et flytelegeme (3) og en elektrisk lineærgenerator (5) hvis rotor (7) ved hjelp av et forbindelsesorgan (4) er forbundet med flytelegemet (3), og hvis stator (6) er innrettet til å forankres i hav- sjøbunnen (1), der rotorens (7) bevegelsesretning definerer generatorens lengderetning og et plan vinkelrett på bevegelsesretningen definerer generatorens tverretning, karakterisert ved at rotoren (7) er lagret i tverretningen ved hjelp av rullelegemer (14) som er anordnet mellom i lengderetningen forløpende rulleflater (13) på rotoren (7) og støtteflater (15) på et støtteorgan (6, 29), hvilke rullelegemer (14) er innrettet til å rulle mot rotorens rulleflater (13) og støtteorganets støtteflater (15).

2. Bølgekraftaggregat ifølge krav 1, karakterisert ved at støtteorganet utgjøres av generatorens stator (6).

3. Bølgekraftaggregat ifølge krav 1, karakterisert ved at statoren er understøttet av en stamme og at støtteorganet utgjøres av stammen.

4. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at rulleflatene (13) omfatter rulleflater i minst tre plan som skjærer hverandre, hvilke plans skjæringslinjer i tverrsnitt danner en polygon.

5. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at rotoren (7) i tverrsnitt i hovedsaken har form av en polygon, og at minst én rulleflate (13) er anordnet på hver av minst tre av rotorens polygonsider.

6. Bølgekraftaggregat ifølge krav 5, karakterisert ved at minst én rulleflate (13) er anordnet på hver av rotorens polygonsider.

7. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at det i minst ett plan er anordnet flere i lengeretningen og/eller tverretningen fordelte rullelegemer (14).

8. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-7, karakterisert ved at rullelegemene er utført som ruller (14).

9. Bølgekratfaggregat ifølge krav 8, karakterisert ved at rulleflatene (13) og/eller støtteflatene (15) er profilert og/eller i det minste noen av rullene (14) har profilert mantelflate (30).

10. Bølgekratfaggregat ifølge krav 9, karakterisert ved at profileringen (30) utgjøres av et regelmessig mønster av i tverretningen forløpende daler (31) og rygger (32), og at profileringen på hver rull (14) som er forsynt med profilert mantelflate, stemmer overens med profileringen på rulleflatene (13) og støtteflatene (15).

11. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-10, karakterisert ved at i det minste noen rullelegemer (14) er mekanisk forbundet (26,27) med hverandre.

12. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-11, karakterisert ved at i det minste rotorens (7) mot statoren (6) vendende flater og/eller statorens mot rotoren vendende flater er forsynt med et overflatesjikt av isolerende materiale (33, 34), fortrinnsvis et plastmateriale.

13. Bølgekraftaggregat ifølge krav 12, karakterisert ved at rotoren (7) er helt innkapslet av det nevnte materiale (33, 34) og/eller statoren er helt innkapslet av det nevnte materiale.

14. Bølgekratfaggregat ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at rotoren (7) er innrettet til å gli mot statoren (6) med det nevnte overflatesjikt som glideflate.

15. Bølgekratfaggregat ifølge krav 14, karakterisert ved at rotorens lagring i tverretningen helt tilveiebringes av de nevnte glideflater, og at noen rullelegemer således ikke er anordnet for lagring i tverretningen.

16. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-15, karakterisert ved at rotoren (7) er permanentmagnetisk, og at statoren (6) omfatter en vikling som danner flere poler som er fordelt i rotorens (7) bevegelsesretning.

17. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-16, karakterisert ved at rotoren omfatter flere permanentmagneter som er fordelt i rotorens bevegelsesretning.

18. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-17, karakterisert ved at statoren (6) omfatter flere rundt rotoren jevnt fordelte statorpakker (6a-6d).

19. Bølgekratfaggregat ifølge krav 18, karakterisert ved at rotoren (7) har form av en regulær polygon, og at antall statorpakker (6a-6d) er lik antall sider av polygonen.

20. Bølgekratfaggregat ifølge krav 18 eller 19, karakterisert ved at hver statorpakke (6a-6d) er sammensatt av flere moduler som er anordnet etter hverandre i rotorens (7) bevegelsesretning.

21. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 18-20, karakterisert ved at rotoren omfatter flere i omkretsretningen fordelte permanentmagneter som er slik anordnet at en permanentmagnet vender mot hver statorpakke i et vilkårlig tverrsnitt av rotoren.

22. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-21, karakterisert ved at i det minste en del av forbindelsesorganet (4) er fleksibelt.

23. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-22, karakterisert ved at forbindelsesorganets lengde er regulerbar.

24. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-23, karakterisert ved at det omfatter en utvekslingsanordning som tilveiebringer et utvekslingsforhold mellom flytelegemets bevegelse og rotorens bevegelse.

25. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-24, karakterisert ved at lineærgeneratoren er innesluttet i et vanntett hus.

26. Bølgekratfaggregat ifølge ett av kravene 1-25, karakterisert ved at statoren er i det minste delvis innstøpt i et fast materiale, og/eller at rotoren er i det minste delvis innstøpt i et fast materiale, hvilket materiale fortrinnsvis er betong.

27. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-26, karakterisert ved at rotoren er hul og forsynt med både utadrettede og innadrettede permanentmagneter, og at statorpakker er anordnet både på rotorens utside og på dens innside.

28. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-27, karakterisert ved at flytelegemet ved hjelp av forbindelsesorganet er forbundet med flere lineærgeneratorers respektive rotor.

29. Bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-28, karakterisert ved at statorviklingene er tilkoplet til en likeretter, hvilken likeretter fortrinnsvis er anordnet inntil lineærgeneratoren under vannflaten, i forekommende tilfelle fortrinnsvis inne i huset.

30. Bølgekraftverk, karakterisert ved at det omfatter flere bølgekraftaggregater (20a-20c) ifølge ett av kravene 1-29.

31. Bølgekraftverk ifølge krav 30, karakterisert ved at minst ett elektrisk stillverk er tilkoplet til bølgekraftaggregatene, hvilket stillverk omfatter en vanntett beholder som rommer stillverkskomponenter, hvilken beholder er forankret i havbunnen.

32. Bølgekraftverk ifølge krav 31, karakterisert ved at flere stillverk er tilkoplet til bølgekraftaggregatene, idet hvert stillverk er tilkoplet til et antall bølgekraftaggregater.

33. Bølgekraftverk ifølge krav 31 eller 32, karakterisert ved at hvert stillverk er tilkoplet til en på land anordnet mottaksstasjon.

34. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 31-33, karakterisert ved at minst ett av stillverkene omfatter en spenningshevende transformator, og/eller at mellomstasjonen omfatter en spenningshevende transformator.

35. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 31-34, karakterisert ved at minst ett av stillverkene og/eller mellomstasjonen omfatter en likeretter.

36. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 31-35, karakterisert ved at minst ett av stillverkene og/eller mellomstasjonen omfatter energilagringsorganer.

37. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 31-36, karakterisert ved at minst ett av stillverkene og/eller mellomstasjonen omfatter filtreringsorganer for filtrering av utgående og/eller innkommende strøm og spenning.

38. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 31-37, karakterisert ved at minst ett av stillverkene og/eller mellomstasjonen er fylt av en ikke-korrosiv, bufret væske.

39. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 31-38, karakterisert ved at et filter og/eller en transformator er anordnet etter vekselretteren.

40. Bølgekraftverk ifølge krav 39, karakterisert ved at vekselretteren, filteret og/eller transformatoren er anordnet på land.

41. Bølgekraftverk ifølge ett av kravene 30-40, karakterisert ved at hvert bølgekratfaggregat er tilkoplet til vekselretteren via en på eller inntil hav/sjø-bunnen anordnet ledning.

42. Anvendelse av et bølgekraftaggregat ifølge ett av kravene 1-29 for å generere elektrisk energi.

43. Fremgangsmåte for å generere elektrisk energi, karakterisert ved at den elektriske energien genereres ved hjelp av ett eller flere bølgekraftaggregater ifølge ett av kravene 1-29, eller ved hjelp av et bølgekraftverk ifølge ett av kravene 30-41.