NO338368B1 - Hydroelektrisk turbin - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en hydroelektrisk turbin for generering av elektrisk strøm, særlig en hydroelektrisk turbin med åpent senter og utformet for generering av elektrisk strøm fra havbølger og/eller tidevannstrømmer.

Kraftuttaket fra en hydroelektrisk turbin med åpent senter skjer mest hensiktsmessig ved hjelp av en elektrisk kantgenerator som er plassert langs rotorens ytre kant og statorens indre kant. I slike tilfeller er generatoren en synkronmaskin med et høyt poltall. Feltsystemet kan bruke elektriske spoler som tilføres strøm, eller et sett permanentmagneter for tilveiebringelse av den magnetiske drivkraften som er nødvendig for driving av magnetfluksen i magnetkretsen. Et slikt arrangement medfører et stort åpent rom sentralt i statoren som opptar rotoren. Kantgeneratoren arbeider med samme rotasjonshastighet som turbinen og det er ikke nødvendig med et gir.

Direkte drevne (dvs. girløse) generatorer med permanentmagnetfelteksitering (DDPMG) er den enkleste og mest pålitelige og kostnadseffektive formen av en kraftinnretning for fornybare energisystemer.

De fleste DDPMG-utførelser benytter en magnetkrets som dannes av et sett av magneter på rotoren og derved danner et radielt magnetfelt med et smalt gap mellom rotoren og statoren. Statoren har vanligvis en i hovedsaken konvensjonell utførelse og innbefatter en elektrisk krets som baserer seg på isolerte spoler anordnet i spor i boringen til en sylindrisk, laminert jernstator, og ligner statoren i en induksjonsmaskin eller synkronmaskin. Magnetkretsen er koblet til den elektriske kretsen som følge av rotorens anordning i statoren. Magnetkretsen innbefatter vanligvis ferromagnetiske seksjoner av jern eller stål, for tilveiebringelse av en lavreluktant strekning for magnetfluksen. Slike seksjoner er vanligvis anordnet i både rotoren og statoren.

Det magnetfeltet som dannes med feltsystemet går over det gapet som skiller rotoren fra statoren. En relativ bevegelse av rotoren, og således av magnetfeltet, i forhold til statoren, og derfor i forhold til statorspolene i den elektriske kretsen, induserer en elektromotorisk kraft (EMF) i spolene. Flukssammenkjedingen med enhver annen krets i statoren vil også endre seg, og det induseres en EMF. For å unngå uønsket strøm i statorens magnetjern eller - stål, hvilket vil medføre tap, er det vanligvis å bygge opp statorkjernen, hvor spolen er viklet, av tynne plater av magnetisk jern eller stål, adskilt med elektrisk isolering. Platene benevnes lameller og tilformes ved hjelp av en stanseprosess. Isolasjonen er vanligvis i form av et tynt belegg på én eller begge sider av den platen som lamellen stanses ut i. Armaturspoler blir vanligvis tilknyttet den laminerte magnetkjernen ved at det dannes noter under stansingen. Spolene må føres inn i og festes i notene og dette medfører påkjenninger på viklingsisolasjonen og medfører ofte at det er nødvendig med en tykkere isolasjon enn ellers nødvendig for bare oppnåelse av elektrisk isolering.

Når det dreier seg om et lite antall maskiner vil kostnadene i forbindelse med produseringen av stanseinnretningen for utstansing av lamellene kunne representere en vesentlig kostnadskomponent, og den tid som medgår for lagingen av stanseinnretningen, vil kunne forsinke byggingen. I tillegg representerer det materialet som fjernes sentralt i den utstansede lamellen, gå tapt, hvilket representerer en betydelig kostnad.

I hydroelektriske anlegg er det ønskelig å kunne bruke en maskin med en stor diameter, da dette vil kunne medføre bedre effektivitet og redusert bruk av elektromagnetisk aktivt materiale. I maskiner med stor diameter er det imidlertid nødvendig å bygge opp lamellene som et sett av buesegmenter, fordi det ikke er mulig å tilveiebringe magnetstålplater som er tilstrekkelig store for fremstilling av en komplett ring. Buene må opptas i en bærestruktur. Dette bidrar til å øke maskinkostnadene i vesentlig grad.

Dette laminerte stator-spor (eng: slotted) arrangementet medfører en dannelse av tenner som rager mot rotoren, slik at rotoren derved påvirkes i retning mot en foretrukket vinkelstilling, en virkning kjent som "forskyvning", slik at det kreves et betydelig drivmoment for start av rotoren. Videre vil den store radielle tiltrekningskraften mellom rotoren og statoren kreve en massiv og stiv bærestruktur.

Publikasjon US4720640 beskriver en fluiddrevet elektrisk generator som har en impeller-rotor roterbart montert på en sentral bærekonstruksjon. En toroidal ytre støttekonstruksjon omgir impellerrotoren, der impellerrotoren omfatter et flertall omkretsmessig adskilte fluid-dynamiske blader. De ytre ender av bladene er forbundet med hverandre ved en rotorring som er koaksial i forhold til den ytre bærekonstruksj onen.

Publikasjon WO 02/099950 beskriver en rotor for en elektrisk generator og en generator som omfatter en slik rotor. Rotoren består av et sentralt nav, en radial avstandsplassert konsentrisk kantparti med rotormagnetelementer som er montert på den, og en flerhet av langstrakte strekklegemer som strekker seg generelt mellom navet og felgen, og som holdes i det vesentlige i strekk for derved å opprettholde kanten i det vesentlige i kompresjon.

Publikasjon GB924347 beskriver en elektrisk motor som har en fluks retur åk som består av en magnetisk bløt sylinder som er skrått avstandsplassert, enten i lengderetningen eller langs omkretsen, slik at dens fysiske posisjon bestemmer reluktansen. Alternativt kan åket bestå av vindinger av magnetisk tråd rundt statoren, antall vindinger er valgt for å gi den ønskede motstand.

Foreliggende oppfinnelse er utviklet for å redusere de foran nevnte problemene.

Ifølge foreliggende oppfinnelse foreslås det derfor en hydroelektrisk turbin som innbefatter en rotor, et sett magneter anordnet rundt en rotorkant for dannelse av et radielt magnetfelt, en sporløs(eng: slotless) stator anordnet konsentrisk rundt rotoren og innbefattende en ferromagnetisk ledningsvinding som danner en magnetfluks-returstrekning for magnetene, og et antall spoler på statoren. Der spolene er anordnet radielt innenfor trådviklingen og hver er innkapslet i et væsketett belegg eller hus.

Fordelaktig er de enkelte spolene mekanisk tilknyttet statoren uten sammenfletting med denne.

Fordelaktig er spolene ikke innbyrdes sammenflettet.

Fordelaktig er spolene anordnet side om side for dannelse av et ringsett konsentrisk rundt magnets ettet.

Fordelaktig har den induserte elektromotoriske kraften i spolene ikke alle den samme fasen.

Fordelaktig er hver spole bundet til statoren.

Fordelaktig er hver spole viklet i en i hovedsaken oval bane.

Fordelaktig er hver spole forsynt med en dedikert likeretter.

Fordelaktig er likeretterne montert på statoren.

Fordelaktig er hver likeretter montert nært inntil den respektive spolen.

Fordelaktig er hver spole anordnet i et fluidtett hus eller fluidtett omhylling.

Fordelaktig er hver spole og den respektive likeretteren anordnet sammen i en fluidtett omhylling eller et fluidtett hus.

Fordelaktig er omhyllingen eller huset elektrisk isolerende.

Fordelaktig innbefatter hver likeretter en diodebro eller halvbro.

Fordelaktig er likeretterne tilknyttet en felles likestrømutgang.

Fordelaktig er likeretterne forbundet med hverandre for dannelse av et antall grupper hvor likeretterne er parallellkoblet, idet antallet grupper er seriekoblet.

Fordelaktig er statorviklingen dannet av en ikke-isolert ledning.

Som brukt her skal uttrykket "sporløs" referere seg til utformingen av statoren i en elektrisk generator, og skal særlig betegne fraværet av de vanlige sporene som dannes rundt den indre kanten til boringen i en sylindrisk, laminert jernkj erne, i hvilke spor de isolerte kobberspolene vikles på vanlig måte.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser et perspektivriss av en hydroelektrisk turbin ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, Fig. 2 er et perspektivriss av en rotor som utgjør en del av den

hydroelektriske turbinen ifølge oppfinnelsen,

Fig. 3 er et perspektivriss av en stator som utgjør en ytterligere del av den

hydroelektriske turbinen ifølge oppfinnelsen,

Fig. 4 er et snitt gjennom statoren i fig. 2,

Fig. 5 er et perspektivriss av en spole som utgjør en del av turbinen ifølge

oppfinnelsen,

Fig. 6 er et kretsskjema for settet av spoler som utgjør en del av turbinen

ifølge oppfinnelsen, og

Fig. 7 viser skjematisk et tidevannsanlegg med et antall hydroelektriske

turbiner ifølge oppfinnelsen.

På tegningen er det vist en hydroelektrisk turbin 10, for generering av elektrisk strøm, primært under utnyttelse av tidevannstrømmer eller havstrømmer, selv om turbinen 10 også kan ha andre anvendelser, eksempelvis i en hydroelektrisk demning (ikke vist) eller lignende. Som det vil gå frem av den følgende beskrivelsen, innbefatter turbinen 10 et antall bestemte fordeler sammenlignet med tidligere kjente ekvivalenter, særlig en bedret pålitelighet, lavere kostnader og en lavere vekt.

Som vist i fig. 2 innbefatter turbinen 10 en rotor 20 som er roterbart anordnet i en stator 30. Rotoren 20 har et åpent senter og har en indre kant 23 rundt dette åpne senteret. Rotoren 20 innbefatter videre et sett av i hovedsaken radielt forløpende skovler 21 mellom den indre kanten 23 og en ytre kant 22. Rotoren 20 innbefatter videre et sett av magneter 41, fordelaktig permanentmagneter, anordnet rundt den øvre kanten 22. Magnetene 41 er polarisert med vekselvis nord og syd i omkretsretningen. Settet med magneter 41 er fordelaktig anordnet på en ring (ikke vist) av ferromagnetisk materiale.

I fig. 3 og 4 er det vist at statoren 30, sett i tverrsnitt, danner en venturi ved hvis innstrupning det er anordnet en ringkanal 32 hvor rotoren 20 befinner seg. Venturiutformingen av statoren 30 medfører en akselerering av vann som strømmer gjennom statoren 30, hvorved rotasjonshastigheten til rotoren 20 økes. Venturitverrsnittet er imidlertid ikke vesentlig i forbindelse med oppfinnelsen. Det kan være anordnet mange mulige lagre mellom rotoren 20 og statoren 30, for derved å muliggjøre et jevnt løp av rotoren 20. På samme måte som rotoren 20 kan statoren 30 være av et egnet materiale, og i den viste foretrukne utførelsen er statoren 30 i hovedsaken utformet av GRP.

Et ringsett av individuelle spoler 42, hvorav én er vist i fig. 5, er festet til statoren 30, i kanalen 32. Utformingen og virkemåten til settet av spoler 42 vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Konsentrisk rundt settet av spoler 42, og radielt utenfor dette, er det anordnet en ferromagnetisk vinding 50, fordelaktig i form av en jerntråd. Vindingen 50 vil i bruk danne en magnetfluksreturstrekning i statoren 30 for de magnetfeltene som genereres med magnetene 41, i tillegg til at den vil gi en strukturell styrke i statoren 30. Dette vil lette bruken av lette materialer i statoren 30.

I bruk er rotoren 20 plassert i kanalen 32 i statoren 30, og spolene 32 omgir således magnetene 41 på en konsentrisk måte, med et relativt smalt mellomliggende gap. I en konvensjonell elektromotor/generator er dette gapet kjent som et såkalt luftgap, men når turbinen er i drift under vann er gapet isteden fylt med vann. Magnetene 41 genererer et radielt magnetfelt over gapet mellom den ytre kanten 22 og statoren 30, idet vindingen 50 danner magnetfluksreturstrekningen. Når vann strømmer gjennom turbinen 10 og roterer rotoren 20, vil det radielle magnetfeltet, som fortrinnsvis veksler mellom nord og syd mellom hosliggende magneter 41, skjære gjennom spolene 42 og derved indusere en elektromotorisk vekselstrømkraft i hver spole 42. Det er denne induserte elektromotoriske vekselstrømmen som gir den elektriske kraften som turbinen 10 leverer. Dette vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

Som nevnt har statoren 30 en trådvinding 50 istedenfor det vanlige laminerte statorarrangementet med spor, for tilveiebringelse av magnetfluksreturstrekningen for det magnetfeltet som genereres av magnetene 41. Dette arrangementet har vist seg å ha et antall gunstige fordeler, som særlig er fordelaktige i forbindelse med hydroelektriske anlegg. Fraværet av en laminert og sporforsynt jernkjerne, eller mer særlig bruken av den kontinuerlige ringvindingen 50, eliminerer en "forskyvning" av rotoren 20. En slik forskyvning er et fenomen som oppstår i motorer/generatorer hvor man har et konvensjonelt statorarrangement med spor, idet rotormagnetene forsøker å stille seg inn i flukt med statortennene, hvorved rotoren trekkes i retning mot en foretrukket stilling. Dette fenomenet medfører således en øking av det nødvendige startmomentet for slike konvensjonelle motorer/generatorer. Ved at man eliminerer denne "forskyvningen" som følge av bruken av den sporløse vindingen 50, vil rotoren 50 bare kreve et lavere startmoment, og vil derfor kunne starte også ved lavhastighetsstrømninger, slik man finner dem i tidevannsstrømmer, som ikke vil generere store momenter i rotoren 20. I tillegg kan turbinen 10 levere kraft i hele tidevannssyklusen.

Utelatelsen av det laminerte statorarrangementet med spor vil i vesentlig grad redusere kostnadene og kompleksiteten til statoren 30, samtidig som bruken av trådvindingen 50 er relativt billig og enkel i produksjon. Nok en fordel oppnås ved at vindingen 50 er plassert radielt utenfor settet med spoler 42. En slik utførelse gir et større gap for magnetfluksen fra magnetene 41, slik at magnetfluksdensiteten i gapet reduseres. Dette vil kunne synes å være en ulempe, men resultatet er en redusert tiltrekningskraft mellom statoren 30 og rotoren 20. Dette reduserer den nødvendige stivheten for rotoren og statoren 30 med hensyn til å overvinne den nevnte tiltrekningskraften og således motstå deformering. Som følge herav kan rotoren 20 og statoren 30 produseres som relativt lette komponenter, med tilhørende betydelig kostnadsreduksjon og forenkling av transporten og håndteringen. Dette kan være en betydelig fordel når man tar hensyn til turbinens 10 totale dimensjoner, idet turbinen 10 kan ha en diameter på ca. 10 meter eller mer. Bruk av jerntrådvindinger 50 eliminerer også tap under produksjonen, hvilket vil være en betydelig faktor ved fremstilling av sporforsynte, laminerte vindinger, særlig for storskalamaskiner, så som turbinen 10.

Uavhengig av den armaturtypen som brukes i elektriske generatorer/motorer, er de spolene hvor den elektromotoriske kraften induseres, hvilke spoler generelt er av kobbertråd, på konvensjonell måte viklet med kompleks overlapping for derved å danne et forband rundt rotoren. Disse spolene er vanligvis utformet for levering av trefase vekselstrøm. Når det dreier seg om en sporløs armatur, er det vanlig å ha én eller annen ramme eller lignende for vikling av de nevnte spolene. Ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det imidlertid en helt annen og betydelig bedret utforming av turbinens 10 elektriske krets. Særlig i fig. 3 og 4 er det vist at den elektriske kretsen består av et stort antall spoler 42 som er anordnet side om side i en ringform i kanalen 24. Antall spoler 42 kan variere i avhengighet av de krav som stilles til turbinen 10. I tillegg er hver spole 42 forsynt med en egen likeretter 71, fortrinnsvis en enfase-brolikeretter 71 (bare vist i skjemaet i fig. 6), slik at derved den induserte vekselstrømmen i den enkelte spolen 42 med én gang likerettes for dannelse av likestrøm, idet utgangen fra hver kombinert spole 42 og likeretter 71 er forbundet med en felles vekselstrømutgang fra turbinen 10. De foran nevnte trekk har vist seg å være særlig fordelaktige, særlig i hydroelektriske anlegg, og årsakene til dette vil bli nærmere omtalt nedenfor. En alternativ krets (ikke vist) er én som kan bruke en halvbro-likeretter (ikke vist) for hver spole 42. I et slikt arrangement vil hver likeretter innbefatte et par dioder av hvilke én er forbundet mellom en terminal i den respektive spolen og den positive likestrømsterminalen mens den andre dioden er forbundet mellom den samme spoleterminalen og den negative likestrømutgangen, idet den andre spoleterminalen er forbundet med et felles punkt hvortil samtlige spoler er tilkoblet.

Spolene 42 er fortrinnsvis av isolert kobbertråd eller rektangulære strimler som er viklet rundt en oval eller "veddeløpsbane", for på den måten å lette oppbyggingen og tilveiebringe den nødvendige kobbertrådlengden i hver spole 42, som perpendikulært krysses av rotorens 20 magnetfelt. Spolene 42 har fortrinnsvis en elektrisk isolert kjerne eller form (ikke vist) som er i hovedsaken avlang og rektangulær, og hvor kobbertråden eller - strimmelen vikles for derved å tilveiebringe "veddeløpsbane"-formen. Antall viklinger i hver spole 42 kan velges slik at den spenningen som genereres vil være mindre enn den som kan tas av de kommersielt tilgjengelige, fortrinnsvis billige likeretterne 71, selv når rotoren 20 når sin maksimalhastighet som følge av at turbinlasten brytes (ikke vist). Bruk av de enkle diodebaserte likeretterne 71 muliggjøres også ved at vindingen 50 har en betydelig lavere reaktans enn en konvensjonell, laminert sporforsynt armatur, slik at derved de diodebaserte likeretterne 51 kan brukes uten uakseptable spenningsfall i impedansen til spolene 42. Dette arrangementet med en dedikert likeretter 71 for hver spole 72, plassert ved siden av eller nær inntil spolen 42, muliggjør at det første vekselstrøm-likestrøm omformingstrinnet i et vekselstrøm-likestrøm-vekselstrøm omformingssystem kan gjennomføres ved turbinen 10, idet kraften overføres som likestrøm til et egnet sted for den avsluttende omformingen tilbake til en trefase vekselstrøm, med fast spenning og frekvens, for tilknytting til et nett.

Fordi spolene 42 ikke er utformet med en kompleks fletting rundt statoren 30, vil kostnadene og kompleksiteten i forbindelse med fremstillingen av statorens 30 elektriske krets være betydelig redusert. Hver spole 42 er anordnet som en fysisk egen enhet, hvilket muliggjør at hver spole kan fremstilles i fabrikk og derfor kan fremstilles på en nøyaktig, men allikevel billig måte. Under fremstillingen kan spolene 42 også belegges med elektrisk isolasjon (ikke vist), fortrinnsvis i form av en harpiks som spolene 42 kan dyppes i eller på annen måte belegges eller omsluttes. Dette belegget eller omsluttingen vil fordelaktig isolere spolene 42 elektrisk mot jord.

Under isoleringen kan fordelaktig den dedikerte likeretteren 71 for hver enkelt spole 42 seriekobles til spolen 42 og plasseres sammen med denne, for samtidig dypping i harpiksen, og derved vil likeretteren på en effektiv måte kunne integreres som en enkelt enhet sammen med spolen 42. Den belagte spolen 42 og likeretteren 71 ligner da et relativt tynt og rektangulært element med én enkel totråds utgang (ikke vist) som rager ut fra elementet. Tilsvarende kan prosessen for fremstillingen av en enhet med spole 42 og likeretter 71, brukes for fremstilling av en gruppe bestående av spoler 42 med tilhørende likerettere 71, slik at det derved dannes en modul i form av en kort bue. En slik modul kan også fremstilles uavhengig av turbinen 10, og fortrinnsvis under rene betingelser, og om nødvendig ved hjelp av vakuumtrykk-impregneringsanlegg, som ville ha vært upraktisk store og dyre dersom de skulle benyttes for fremstilling av et fullt ringsett av spoler 42 for hele turbinen 10.

Arrangementet har flere fordeler sammenlignet med konvensjonelle arrangementer hvor spoler er forbundet for tilveiebringelse av en trefaseutgang som går til en egen trefase-likerettingskrets, nemlig:

• De konvensjonelle forbindelsene mellom spolene elimineres

• Likeretterne 71 vil isolere enhver spole 42 som eventuelt svikter, slik at de resterende spolene 42 fremdeles kan virke • Kostnadene er lavere enn i et konvensjonelt arrangement, hvilket skyldes bruken av masseproduserte og billige enkeltfaselikerettere 71, sammenlignet med kraftigere komponenter for en separat trefaselikeretter for hele kraften, • Enkeltfasebrolikeretteren 71 som er plassert langs hver spole 42 kan integreres på en slik måte at den inngår i kjølingen for spolene 42, slik at det derved blir unødvendig med en egen kjøling for likeretteren

• Hver spole 42 kan vikles med to eller flere ledere parallelt, for derved å redusere den nødvendige lederdimensjonen, slik a man derved får virvelstrømmer i lederen og tilhørende tap som ligger på et akseptabelt nivå. I slike tilfeller kan hver leder i spolen 42 være tilordnet en egen likeretterbro. Dersom én leder eller dens likeretter svikter, så vil de andre lederne i spolen 42 fortsatt virke.

Monteringen av settet av spoler 42 på statoren 30 vil da være en enkel festing av de harpiksbelagte spolene 42 side om side i kanalen 32, for dannelse av det viste ringsettet. Dette er fundamentalt forskjellig fra den konvensjonelle utformingen av spolevindinger i en sporforsynt stator, hvor det kreves et komplekst vindingsmønster. Man vil derfor forstå at til forskjell fra et konvensjonelt viklingsarrangement, er her de enkelte spolene ikke sammenflettet med statoren 30, eller mer presist: vindingen 50 tilveiebringer magnetfluks-returstrekningen, og spolene er heller ikke sammenflettet med hverandre. Et slikt arrangement vil i vesentlig grad redusere kompleksiteten i forbindelse med fremstillingen av den ferdige statoren 30, slik at man derved kan redusere tidsforbruket og kostnadene under fremstillingen.

Utgangen fra hver spole 42 kobles til en felles likestrømutgang for turbinen 10. Dette blir beskrevet nærmere nedenfor. Hver spole 42 er fordelaktig montert slik at den ligger i et plan som går i hovedsaken tangentielt relativt det punktet i kanalen 32 hvor spolen 42 er montert. Det elektrisk isolerende belegget på hver spole 42 og tilhørende likeretter 71 er også fortrinnsvis beregnet for tilveiebringelse av en hermetisk forsegling, slik at turbinen 10 kan brukes under vann. Således vil hver spole 42 være både elektrisk isolert og hermetisk forseglet, hvilket skjer under fremstillingen på fabrikk, hvorved man unngår ytterligere forseglinger når spolene 42 installeres i statoren 30. Dette forenkler oppbyggingen av turbinen 10 og reduserer også kostnadene i denne forbindelsen. Den nøyaktighet hvormed kombinasjonen av spolen 42 og likeretter 71 kan fremstilles, blir også meget bedre som følge av denne separate fremstillingen. Særlig gjelder at enhetene kan fremstilles under rene forhold, og om nødvendig med bruk av vakuumtrykk-impregneringsanlegg.

Fig. 6 viser et kretsskjema for statorens 30 elektriske krets, med spolene 42 og tilhørende likerettere 71. Det skal nevnes at antall spoler 42 som vist i kretsskjemaet i fig. 6 ikke nødvendigvis er representativt for det antall spoler 42 som i virkeligheten anordnes i statoren 30.1 tillegg er dette kretsskjemaet bare ment å vise en foretrukket utførelse av forbindelsene mellom spolene 42 og likeretterne 71, og det skal spesielt nevnes at man også kan tenke seg bruk av andre egnede utførelser. I den viste og foretrukne utførelsen er settet av spoler 42, og således også de respektive likeretterne 71, anordnet i fire seriegrupper, og hver gruppe har syv spoler 42 som er parallellkoblet. Antall spoler 42 i hver gruppe, og antall grupper, bestemmes av den ønskede spenningen og/eller strømmen man vil ha i den felles likestrømutgangen. Antall spole/likeretter-enheter 30 som er parallellkoblet, vil være bestemmende for den totale strømmen mens antall seriekoblede grupper vil bestemme den totale spenningen. Arrangementet kan variere i avhengighet av antall spoler 42 som utgjør en del av turbinen 10, og av den spenningen og/eller strømmen som genereres i hver spole 42, en generering som vil være avhengig av flere faktorer, ikke minst magnetflukstettheten gjennom hver spole 42 og antall vindinger i den enkelte spolen 42. Den ønskede spenningen og strømmen i den felles likestrømutgangen i turbinen 10 kan også varieres i avhengighet av den aktuelle

anvendelsen. Dersom eksempelvis turbinen 10 er plassert offshore og den genererte kraften må overføres gjennom en underjordisk kabel som er 5 km lang, så trengs det sannsynligvis en spenning i området 10000 volt for å drive strømmen i en slik kabel på en måte som medfører at man unngår uakseptable krafttap i en kabel som har et økonomisk godtagbart tverrsnitt.

Av fig. 6 går det frem at bruken av et stort sett av spoler 42, som er koblet på den viste måten, muliggjør en høy redundans for spolene 42. Dersom en spole 42 eller den tilhørende likeretteren 71 skulle svikte, så vil den totale innvirkningen på turbinens 10 kraftgenerering være relativt liten, og vil ikke i noen tilfeller hindre en fortsatt drift av turbinen 10. Bruken av et stort antall spoler 42 gir også en glatt likestrømutgang, fordi den elektromotoriske kraften fra spolene 42 ikke alle har samme fase.

Som vist i fig. 7 kan turbinen 10 være en del av et tidevannsanlegg som innbefatter et antall turbiner 10 hvis utganger er parallellkoblede, tilknyttet en felles kabel 72 som fører kraften tilbake til land eller til et annet ønsket sted. For overføring av kraften til et bruksnett eller lignende, er det fordelaktig å bruke en høyspent likestrøminngangsomformer 73. Dersom overføringsavstanden er kort, så kan turbinen 10 være utformet for generering av en likestrøm med lavere spenning, eksempelvis 1000-1500 volt, og den avsluttende omformingen til vekselstrøm for tilknytning til et nett, kan da skje ved hjelp av en omformer (ikke vist) tilsvarende de som brukes i elektriske drivapplikasjoner.

Claims (16)

1. Hydroelektrisk turbin (10) innbefattende en rotor (20), et sett av magneter (41) anordnet rundt en ytre rotorkant (22) for dannelse av et radielt magnetfelt, en notløs (eng:slotless) (30) stator anordnet konsentrisk rundt rotoren og innbefattende en ferromagnetisk trådvinding (50) som danner en magnetfluks-returstrekning for magnetene, og et antall spoler (42) på statoren, hvorved spolene er anordnet radielt innenfor trådvindingen og omsluttet av et fluidtett belegg eller omhylling.

2. Turbin ifølge krav 1, karakterisert vedat de enkelte spolene er mekanisk festet til statoren uten sammenfletting med denne.

3. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat spolene ikke er innbyrdes sammenflettet.

4. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat spolene er anordnet side om side for dannelse av et ringformet sett som strekker seg konsentrisk rundt settet av magneter.

5. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den induserte elektromotoriske kraften i spolene ikke alle er i én og samme fase.

6. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver spole er bundet til statoren.

7. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver spole er viklet i en i hovedsaken oval bane.

8. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver spole har en dedikert likeretter (71).

9. Turbin ifølge krav 8, karakterisert vedat likeretterne er montert på statoren.

10. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hver likeretter er montert tett inntil den respektive spolen.

11. Turbin ifølge et av kravene 8-10, karakterisert vedat hver spole og den respektive likeretteren sammen er omsluttet av et fluidtett belegg eller omhylling.

12. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat belegget eller omsluttingen er elektrisk isolerende.

13. Turbin ifølge et av kravene 8-12, karakterisert vedat hver likeretter innbefatter en diodebro eller halvbro.

14. Turbin ifølge et av kravene 8-13, karakterisert vedat likeretterne er forbundet med en felles likestrømutgang.

15. Turbin ifølge et av kravene 8-14, karakterisert vedat likeretterne er sammenkoblet for dannelse av et antall grupper hvor likeretterne er parallellkoblet i hver gruppe, idet antallet grupper er seriekoblet.

16. Turbin ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat statorvindingen dannes av en ikke-isolert jerntråd.