(57)【要約】  本発明は、波駆動発電装置５０における発電用のリニア発電機１０であって、軸に対して好ましくは同心状に配置されかつ中間要素によって互いに対して分離されている複数の環状の一次側コイルを有する一次側部分２０と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置されており、かつＨＴＳ超電導体巻線を有する複数の二次側コイルを有する二次側部分３０とを有するリニア発電機１０に関する。本発明はまた、このようなリニア発電機を有する波駆動発電装置に関する。本発明によれば、一次側部分２０における一次側コイル２１の配置は、磁化可能でない材料から構成された中間要素を備える空隙巻線の形態にある。一次側部分または二次側部分を、ブイ７０によって外部から作動させて軸Ａに対して平行に動かすことができ、一次側部分と二次側部分との間の相対運動によって一次側コイルに誘導される電流を、発電用に取り出すことができる。
2010522529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波駆動発電装置における発電用リニア発電機であって、軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって互いに分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分（２０）と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置され、かつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を備える二次側部分（３０）とを有するリニア発電機において、
前記一次側部分（２０）における前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態にあり、および前記二次側コイル（３１）が高温超電導体の巻線を含み、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができ、前記二次側コイル（３１）は環状であり、支持体（３３）の周りに互いに対して同心状に配置され、前記二次側コイル（３１）間には間隔保持要素が配置され、それらの間隔保持要素上に前記二次側コイル（３１）が軸方向に支持され、ここで前記一次側部分または前記二次側部分を、波駆動発電装置（５０；１５０；２５０；３５０；４５０）のブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）によって外部から作動させて前記軸に対して平行に動かすことができ、および前記一次側部分と前記二次側部分との間の相対運動によって前記一次側コイルに誘導される電流を、発電用に取り出すことができることを特徴とするリニア発電機。
【請求項２】
発電用リニア発電機を有する波駆動発電装置であって、前記リニア発電機が、軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって互いに分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分（２０）と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置され、かつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を有する二次側部分（３０）とを有する、波駆動発電装置において、
前記リニア発電機の前記一次側部分（２０）における前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態にあり、および前記二次側コイル（３１）が、高温超電導体の巻線を含み、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができ、前記二次側コイル（３１）は環状であり、かつ前記支持体（３３）の周りで互いに対して同心状に配置されており、前記二次側コイル（３１）間には間隔保持要素が配置され、その間隔保持要素上に、前記二次側コイル（３１）が軸方向に支持され、前記一次側部分または前記二次側部分を、ブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）によって外部から作動させて前記軸（Ａ）に対して平行に動かすことができ、前記一次側部分と前記二次側部分との間の相対運動によって前記一次側コイルに誘導される電流を、発電用に取り出すことができることを特徴とする波駆動発電装置。
【請求項３】
前記二次側部分（３０）を、昇降ブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）によって機械的に動かすことができることを特徴とする請求項１に記載のリニア発電機または請求項２に記載の波駆動発電装置。
【請求項４】
前記二次側部分（３０）を、好ましくは剛性の結合要素（７５；１７５；２７５；３７５；４７５）に接続してそれらが一緒に動くようにし、その結合要素は前記ブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）に接続されて前記ブイの動きを前記二次側部分に伝達することを特徴とする請求項３に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項５】
前記ブイ（７０；１７０；３７０）が浮体（７２；１７２）を有し、その浮力によって前記ブイは水面に保たれ、かつ前記一次側部分が水中本体（５５；１５５；３５５）に配置され、それに対して前記ブイが水の波の動きによって動くことができることを特徴とする請求項３または４に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項６】
前記一次側部分（２０）および前記二次側部分（３０）が、前記水中本体（５５；３５５）にある閉鎖レセプタクル（６１；３６１）に配置され、閉鎖レセプタクルの上面に、動きを機械伝達するための前記結合要素（７５；３７５）用の開口部（６３；３６３）を有することを特徴とする請求項５に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項７】
前記ブイ（７０；１７０）の前記浮体（７２；１７２）が、前記水中本体と前記ブイとの間で動くための軸方向ガイドを形成する中心開口部（７４）に配置され、前記水中本体（５５；１５５）が、好ましくは前記開口部に案内されるシリンダー状の外側ハウジング部分（６０；１６０）を有し、および／または摺動要素（８０）、具体的には摺動部品または摺動クッション、もしくは転がり軸受などの軸受要素が前記開口部と前記外側ハウジング部分との間に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項８】
前記水中本体（５５；１５５）が、前記水中本体と海底との間に比較的一定の距離を保証するバラスト本体（６５；１６５）に接続され、前記水中本体および／または前記バラスト本体が好ましくは係留索（５２）を介して海底に固着されていることを特徴とする請求項５、６または７に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項９】
前記バラスト本体（１６５）が、少なくとも１つのプラットフォーム、好ましくは互いに垂直方向に分離されている少なくとも２つのプラットフォーム（１６７、１６８）を有し、前記プラットフォーム間の中間空間は、海水が入るように開放しているかまたは開放できることを特徴とする請求項８に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１０】
前記バラスト本体（６５）が、少なくとも部分的に海水で満たされているタンクを有し、前記タンクの充填量は好ましくは可変であることを特徴とする請求項８または９に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１１】
前記ブイ（７０）に取付具（７１）が設けられ、その取付具に前記結合要素の自由端（７６）が取り付けられ、および／またはその取付具は、前記リニア発電機用の前記スイッチング装置および供給装置内に配置され、前記結合要素は好ましくは中空であり、前記キャビティによって、前記スイッチング装置および供給装置への供給線を備えるラインブッシングとして使用されることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１２】
前記水中本体（２５５）がシリンダー状の外側ハウジング部分（２６０）を有し、その下端部がバラスト本体（２６５）に接続され、その外壁が、水中摺動要素（２７０）用のガイドとして使用され、その水中摺動要素は、前記ブイを形成し、前記水中本体（２５５）に対して動くことができ、かつ前記結合要素（２７５）の自由端が取り付けられている取付具（２７３）を備えることを特徴とする請求項４に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１３】
前記一次側部分および前記二次側部分が、前記水中本体にある閉鎖レセプタクル（２６１）に配置され、および前記水中本体が、好ましくは海面浮体（２８０）に接続され、その海面浮体は、その上面に前記結合要素（２７５）用の開口部（２６３）を有し、かつ好ましくは軸方向ガイドとして前記取付具またはガイドロッド用のガイド要素（２８１）を備え、前記取付具またはガイドロッドはガイド要素に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１４】
前記リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置が前記海面浮体（２８０）に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１５】
前記水中本体（３５５）が海底に取り付けられ、好ましくはベースプレート（３６２）を介して海底に固着され、前記水中本体から出るロッド端部（３７５）が、水面にある前記ブイ（３７０）に牽引索（３９６）によって接続され、および前記二次側部分（３０）が、好ましくは機械的な復元手段（３９９）の復元力に対抗して前記ブイによって動くことができ、および／または前記リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置（３９０）が前記水中本体（３５５）に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１６】
前記ブイが、水中本体（３５５）に対して波力によって動くことができる水中ベル（４７０）の形態であり、前記水中本体は、海底に固着され、かつ前記水中ベル（４７０）によって閉鎖されて、封止された、ガス充填共振装置を形成し、前記一次側部分（２０）および前記二次側部分（３０）が、好ましくは前記水中本体と前記水中ベルとの間の前記共振装置の前記収容領域（４８５）に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１７】
前記水中本体（４５５）が、前記水中ベル（４７０）のシリンダー状のハウジング部分用の軸方向ガイドを形成するかまたは軸方向ガイドを介して水中ベルと相互作用するシリンダー状の外壁（４５９）を有することを特徴とする請求項１６に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１８】
前記二次側部分（２０）における前記二次側コイル（３１）の配置が、空隙巻線の形態であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１９】
前記一次側部分（２０）の前記一次側コイル（２１）間、および前記二次側部分（３０）の前記二次側コイル（３１）間に、磁束を集中させるための磁化可能な材料、具体的には鉄を配置しないことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２０】
一次側コイル（２１）と前記一次側部分（２０）の中間要素（２２）および／または空気中間空間との体積比と定義される充填率が、７０％超であり、具体的には８５％超であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２１】
前記一次側コイル（２１）が、通常の電導体の巻線、具体的にはアルミニウムまたは銅から構成された導体または中空導体の巻線を含むことを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２２】
前記一次側コイルが、超電導体、好ましくは高温超電導体の巻線から製造されることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２３】
前記一次側コイル（２１）および前記中間要素（２２）を被覆し、かつ好ましくは非磁性材料または磁化可能でない材料、具体的には軽量な材料から構成されたヨーク（３２）によって特徴付けられ、前記ヨークが好ましくはその内周部にスロットを有し、そこに前記中間要素（２２）が固着されることを特徴とする請求項１〜２２のいずれか一項に記載のリニア発電機。
【請求項２４】
５０Ａ／ｍｍ２超、好ましくは７０Ａ／ｍｍ２超、特に１００Ａ／ｍｍ２超の電流密度で前記二次側コイル（３１）に流すことができるか、または流し、および／または前記二次側コイルの磁界が前記軸に対して位置合せされることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２５】
前記二次側部分がシリンダー状の支持体（３３）を有し、そのケーシング表面に前記二次側コイル（３２）が配置され、前記支持体（３３）は好ましくは磁化することができないかまたは磁化可能でない材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２６】
前記間隔保持要素（３２）は磁化することができないかまたは磁化可能でない材料から構成されていることを特徴とする請求項１〜２５のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２７】
前記二次側コイルがある幅を有し、隣接する二次側コイル（３１）間の距離が、前記二次側コイル（３１）の前記幅の少なくとも２倍に対応し、および／または前記二次側コイルがダブルパンケーキコイルの形態であることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波駆動発電装置における発電用のリニア発電機であって、軸に対して好ましくは同心状に配置されかつ中間要素によって互いに分離されている複数の環状の一次側コイルを有する一次側部分と、直流を流すことができ極性を交互にして軸方向に互いに並んで配置されかつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイルを有する二次側部分とを有し、一方の部分を他方の部分に対して軸に対して平行に前後に動かすことができるリニア発電機に関する。また本発明は、上述の如きリニア発電機を有する波駆動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１９５ ４２ ５５１Ａ１号明細書には、中空のシリンダー状の一次側部分を有するリニアモータが開示されており、この一次側部分は、二次側部分の移動軸に対して同心状に配置されかつ多相電流で動作し得る環状の一次側コイルを有する。一次側コイル間には、軟磁性材料から構成される環状積層体が配置され、中間要素として使用されて隣接する一次側コイルを分離し、かつ磁化可能な歯を形成して、磁束を増幅させ、二次側部分が配置されるレセプタクルにこれを伝える。一次側コイルおよび環状積層体は、磁化可能な材料から構成された中空のシリンダー状のヨークに収容され、そのヨークは、帰還磁路を形成する。二次側部分を、一次側部分によって形成されたレセプタクル内において軸方向に動くことができるように配置する。二次側部分は、超電導体巻線から構成された複数の界磁石を有し、界磁石は、軸方向に極性を交互にして並べて配置されている。ＤＥ１９５ ４２ ５５１号明細書では、二次側巻線の磁界は、二次側部分の軸に対して直角である。巻きコイルを使用してこの磁界の向きを生じさせるために、電流が流れる個々のコイルの軸を、リニアモータの移動軸に対して直角にする必要がある。永久磁石または超電導性の固体磁石が使用される場合にのみ、これらの磁石の内周面が、磁化可能な材料から構成されたシリンダー状のヨークに載置される。しかしながら、これらの磁石は環状形であっても放射状に磁化される。対照的に、二次側巻コイルの場合、巻きコイルが支持体のケーシング表面上で周方向および軸方向に互いに横にずれるような配置を選択する必要がある。一次側コイルおよび二次側コイルに電流が流されるときに生じる磁力が、一次側部分と二次側部分との間の相対運動を生じる。
【０００３】
ＥＰ１ ４６５ ３２８Ａ１号明細書には、二次側部分が外側にあって一次側部分を取り囲むように、一次側部分および二次側部分が逆に配置されているリニアモータが開示されている。
【０００４】
軟磁性材料では磁気飽和が生じるため、軟磁性の歯を磁化する能力は制限される。一次側部分のコイルにおける電流密度が高い状態で一次側部分と二次側部分との間により高い力密度を得るために、一次側コイルの巻回数を多くするか、または磁化可能な材料の量を増やすことが提案されている。これらの措置により、円形のリニアモータおよびポリソレノイドのリニアモータの試験段階において約８Ｎ／ｃｍ２までの力密度を得ることを可能とした。しかしながら、このようにするためには、リニアモータの物理的なサイズおよび重量を、著しく増大させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、一次側部分および／または二次側部分の設計措置および波駆動発電装置の物理的な設計によって、海の波の動きから高い電気発生量を得ることを可能とする、波駆動発電装置のための発電用のリニア発電機、および波駆動発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、この目的は、それぞれ請求項１および請求項２に規定された本発明に従って、リニア発電機、およびこのリニア発電機で使用された波駆動発電装置の場合に達成することができる。本発明によれば、一次側部分における一次側コイルの配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素を備える空隙巻線の形態にあり、かつ二次側コイルが高温超電導体の巻線を含み、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができる。二次側コイルは環状であり、かつ支持体の周りに互いに対して同心状に配置されており、好ましくは二次側コイル間には間隔保持要素が配置され、それらの間隔保持要素上に二次側コイルが軸方向に支持される。一次側部分と二次側部分との間に相対運動を得るために、一次側部分または二次側部分を、波駆動発電装置のブイによって外部から作動させて軸に対して平行に動かすことができ、一次側部分と二次側部分との間の相対運動によって一次側コイルに誘導される電流を発電用に取り出すことができる。一次側部分と二次側部分との間の相対運動は一次側コイルに電流を誘導し、その電流を変換して発電に用いる。一次側コイルの配置が、および好ましくは二次側コイルの配置も空隙巻線の形態にあるため、すなわち磁束を案内するための磁化可能な材料が一次側コイル間にも二次側コイル間にも配置されないため、本発明によるリニア発電機における力密度は、飽和磁化によって制限されない。
【０００７】
一次側部分における電流レベル、すなわち一次側部分の軸の長さ当たりの周方向における電流を、リニアモータの物理的なサイズを大きくすることなく、公知のリニアモータと比較して増大させることができ、その結果、飽和効果を生じることなく、電流レベルに比例する力密度が高くなる。磁束を集中させるための鉄または磁化可能な材料のいずれをも、好ましくは一次側コイル間に配置させることはない。７７Ｋより高い臨界温度を有する高温超電導材料から構成された二次側コイルを二次側部分に使用することによって、直流を大量に二次側コイルに流すことが可能となり、それにより、レセプタクルに極度に強力な磁界を形成することが可能となる。本発明によるリニア発電機の別の利点は、実質的に軸方向において滑らかな力のプロファイルを得られることである。これは、空隙巻線は、実際にはほとんど磁気抵抗力がないことを意味し、その結果、ほとんどいかなるコギング力も発生しないためである。さらに、一次側部分および二次側部分には永久磁石および磁化可能な材料がなく、それゆえ供給される電流が切られているときに磁力が発生しないため、リニア発電機を比較的容易に修理および清掃できる。
【０００８】
原理上、波駆動発電装置における発電用に本発明によるリニア発電機を使用する場合に、一次側部分も動かすことができる。波駆動発電装置における発電のための特に好ましい改良形態では、二次側部分を、昇降ブイによって機械的に動かすことができる。
【０００９】
対応するリニア発電機または波駆動発電装置の有利な一改良形態によれば、二次側部分を、好ましくは、ブイに接続されているロッドなどの剛性の結合または伝達要素に接続して、それらが一緒に動くようにして、ブイの動きを二次側部分に伝達するようにできる。直接的にまたはおそらく間接的にのみブイに接続されるロッドを使用することにより、または動きを伝達するための結合要素として他の何らかの支持プロファイルを使用することにより、とりわけ、沖合い領域に使用されそれゆえ非常に厳しい環境の影響にさらされる構造全体を、水分の浸入に対して封止するという利点をもたらす。波駆動発電装置の構造全体を、動作に不可欠な構成部品および供給装置全てを閉鎖および／または封止領域に保護して配置しかつ好ましくは動力伝達に好適な剛性の結合要素のみがこの領域から出るように、設計できる。
【００１０】
リニア発電機または波駆動発電装置の実施形態の一変形例によれば、ブイは浮体を有し、浮体の浮力によってブイを水面に保ち、水中本体には一次側部分が配置され、それに対して、水の波の動きによってブイを動かすことができる。次いで、一次側部分および二次側部分を水中本体の閉鎖レセプタクルに特に有利に配置することができ、レセプタクルの上面に、動きを機械伝達するための結合要素用の開口部を有する。ここで、ブイの浮体を、特に水中本体とブイとの間で動かすための軸方向ガイドを形成する中心開口部の周りに配置することができる。さらに、好ましくは、この実施形態の代替例の水中本体は、開口部に案内されるシリンダー状の外側ハウジング部分、および／またはブイと水中本体との間の滑り案内を改良できる具体的には滑り軸受リングまたは摺動クッションなどの軸受要素を有し得、または、適切な場合には、ブイと水中本体との間の相対運動および比較的大きな抵抗を用いてこの相対運動を弱めることにより海水が動かないようにし、そのため、波駆動発電装置の効率が悪くなるようにすることが可能である。水中本体は有利には本質的に一次側部分に剛結合されている。一実施形態によれば、水中本体を、水中本体と海底との間に比較的一定の距離を保証するバラスト本体に接続できる。その場合、水中本体および／またはバラスト本体を、好ましくは係留索を介して海底に固着する。係留索はまた、取付索を含んでいても、もしくはそれから構成されていてもよく、取付索を同時に動力伝達索として使用するか、またはそのような索を含んでいて、電力をまず海底に、次に陸地に送る。その代わりにまたはそれに加えて、バラスト本体は、少なくとも１つのプラットフォーム、好ましくは互いに垂直方向に分離されている少なくとも２つのプラットフォームを含むことができ、プラットフォーム間の中間空間は、海水が入るように開放しているかまたは開放でき、プラットフォームによって、水中本体が海底に対して「定位置」で浮いている状態を支持する。波の動きが、かなり高い周波数およびかなり大きい振幅で動揺し、この点で、水中本体の長さを異ならせる間、プラットフォームを備えかつ比較的動きの少ない水中本体は、海中でその位置を実質的に受け身的に維持し得る一方、動き易い軽量なブイは、その浮体によって水面に永久的に浮かび、海の波の動きによって動く。海の波およびその結果ブイは、例えば１２秒周期で動くことができる。
【００１１】
バラスト本体は、少なくとも海水で満たされているタンクを有し得、タンクの充填量を好ましくは可変とし、一方ではブイと他方では水中本体との間の周波数を変更し、およびそうするために、間接的に、リニア発電機の二次側部分と一次側部分との間の動きおよび動きの周波数を変更して、共振周波数に近づける。バラスト本体および水中本体が好ましくは浮力を生じて、水中本体を水面付近にまたは水面下付近に保持し、波の動きに依存して、水面より上に突出する水中本体の領域のみが、一次側巻線を備える一次側部分が配置される領域となることは自明である。
【００１２】
さらに一層好ましくは、ブイに取付具を設け、その取付具に、機械的結合要素の自由端を取り付け、および／またはその取付具を、リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置内に配置する。例えば臨界温度未満にＨＴＳ超電導体コイルを冷却するためのクライオスタットに供給するために必要な装置全て、および適切な場合には、一次側コイルに誘導された電流を処理して出力するためのスイッチング装置も、水面より上に保護して配置できる。動きを伝達するための機械的結合要素が、中空のロッドまたは管または他の何らかの中空プロファイルを含み、この要素をそのキャビティによってラインブッシングとして使用することが特に有利である。ラインブッシングは、一方ではブイに配置されたスイッチング装置と供給装置との間の、および他方ではリニア発電機の一次側部分と二次側部分との間の供給線のためのものである。
【００１３】
リニア発電機または波駆動発電装置の代替的な一改良形態によれば、水中本体はシリンダー状のマスト、または外側ハウジング部分を有することができ、外側ハウジング部分の下端部をバラスト本体に接続し、外側ハウジング部分の外壁を、水中摺動要素用の軸方向ガイドとして使用し、そのガイドはブイを形成し、水中本体に対して動くことができ、かつ結合要素の自由端が取り付けられている取付具を備える。一次側部分および二次側部分を好ましくは水中本体の閉鎖レセプタクルに配置し、かつ水中本体を海面（ｓｕｒｆａｃｅ）浮体に接続し、その海面浮体は、その上面に好ましくは結合要素用の開口部を有し、かつ好ましくは軸方向ガイドとして取付具またはガイドロッド用のガイド要素を備え、取付具またはガイドロッドはガイド要素に接続されている。この波駆動発電装置の改良形態では、互いに同軸上を案内される２つの要素が再び相互作用するが、一次側部分のコイルに対する二次側部分の動きは原理上完全に水面下において発生する。取付具が長いほど、一次側部分と二次側部分との間の相対運動は大きくなり、マスト、または水中本体の一次側部分を収容する外側ハウジング部分に、水中摺動要素をより良好に案内できる。リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置を好ましくは海面浮体に配置する。
【００１４】
リニア発電機または波駆動発電装置の実施形態の別の代替例によれば、水中本体を海底に取り付けることができ、好ましくはベースプレートを介して海底に固着でき、結合要素の水中本体から出る一方の端部を、大網または索によって、水面に浮かび波の動きによって上下に動くブイに接続する。二次側部分が、バネなどの機械的な復元手段の復元力に対抗して、ブイによって可動となることが特に有利である。リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置を、好ましくは水中本体に配置する。なぜなら、水中本体は静止しており浮かないためである。供給線は全て海底に置くことができる。
【００１５】
波駆動発電装置の実施形態のさらに別の代替例によれば、ブイは、水中本体に対して波力によって動くことができる水中ベルの形態とし、水中本体は、海底に固着され、かつ水中ベルによって閉鎖されて、封止されたガス充填共振装置を形成することができる。必要に応じて、共振装置の周波数は、ガス圧力、充填量または使用される充填ガスの影響を受けかつそれらにより調整または制御され得る。空気、あるいはＨＴＳ超電導体コイル用の冷却剤と共に特に有利に使用され得るガスを、充填ガスとして使用できる。スイッチング装置および供給装置の全てを含む一次側部分および二次側部分を、好ましくは水中本体と水中ベルとの間の共振装置の収容領域に配置できる。さらに、好ましくは、水中本体は、水中ベルにシリンダー状のハウジング部分の軸方向ガイドを形成するかまたは軸方向ガイドを介して水中ベルと相互作用するシリンダー状の外壁を有し得る。
【００１６】
改良形態全てにおいて、一次側コイルを備えかつ電流誘導用に使用し得る一次側部分を、超電導性二次側コイルを備える二次側部分の部分の少なくとも３倍の長さとし得る。特に一次側部分に高い充填率を選択することによって、一次側部分に高電流レベルを得ることができる。充填率は、電流が流れる一次側コイルの体積の、中間要素および一次側コイル間に存在する中間空間全ての体積に対する体積比と定義する。一次側部分の充填率は好ましくは７０％超、具体的には８５％超である。軸方向に隣接する一次側コイルは、好ましくは、１２０°位相がシフトされている交流電流を生じ、その結果、リニア発電機は三相発電機を形成する。二相発電機、または四相以上を有する多相発電機の場合、位相のシフトを、異なるように適合または選択することができる。
【００１７】
好ましい改良形態では、一次側コイルは、具体的にはアルミニウムまたは銅から構成された導体などの通常の電導体から構成された巻線を有することができ、その結果一次側コイルを、費用効果的に例えば液体冷却またはガス冷却し得る。水またはオイルを用いた冷却が、例えば特に有利である。特に、通常の電導体を中空導体から形成することもでき、その内部の管を冷却に使用する。あるいは、一次側冷却器の巻線を、超電導導体、特に高温超電導導体から構成または製造し得る。流される電流を、交流電流を使用して、１００Ｈｚ未満の周波数で、具体的には５０Ｈｚ未満の周波数で流して、超電導性一次側コイルの交流電流損失を低く保つ。そうでなければ、超電導性一次側コイルを追加の冷却剤によって補償する必要がある。適切な磁極ピッチを選択して、所与の最大速度に対する発電機モードの最大周波数を制限できる。本発明によるリニア発電機の場合、１８Ｎ／ｃｍ2超の力密度を得ることができ、二次側コイルおよび一次側コイルの双方において超電導体を使用する場合には、２５Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることも可能である。冷却剤が流れることができる冷却管をコイル間に形成でき、または間隙を一次側コイル間および適切な場合には中間要素間に開放した状態にして、一次側コイルを冷却することができる。中間要素を、環状セグメントの形態とし得るので、一次側コイルの、環状セグメントによって覆われていない端面に冷却剤を送ることができる。中間要素を、全領域にわたって、一次側コイルの半径方向の高さにわたって部分的にまたは中間空間を有して延在させることができる。中間要素はグリッド構造、中空体またはグリッド体を含むこともでき、それらは機械的に十分に堅固であり、同時にそこに冷却剤が流れることを可能とする。
【００１８】
さらに、一次側コイルおよび中間要素を、好ましくは磁化可能でない材料、具体的には鉄を全く含有しない軽量な材料から構成されるヨークによって被覆する。あるいは、ヨークを、磁界遮蔽のために鉄を含有するおよび／または磁化可能な材料から構成する。特に、ヨークおよび中間要素は、一次側コイル用の機械的な保持構造を形成し得る。中間要素を軸方向にも固着するために、ヨークはその内周部にスロットを有することができ、そのスロットに中間要素が噛み合い式に係合する。ヨークに中間要素を固着することにより、一次側コイルを中間要素に軸方向に支持することが可能となり、それは、一次側コイルに作用する磁界力をヨークが軸方向において吸収できることを意味する。鉄を全く含まずに一次側部分を形成して、一次側部分、従ってリニア電気機械（ｌｉｎｅａｒ  ｍａｃｈｉｎｅ）をとりわけ軽量な設計とし、同時に飽和効果を回避することが特に有利である。あるいは、ヨークは磁化可能な材料を有して、磁束用の帰還路を形成することができる。
【００１９】
一次側コイルを、プラスチック、好ましくは合成樹脂、具体的にはエポキシ樹脂内に閉じ込める。本発明の有利な一改良形態における中間要素も同様に、プラスチック、好ましくは合成樹脂、具体的にはエポキシ樹脂から製造され、例えばガラス繊維材料を挿入することによって繊維強化材で補強し得る。
【００２０】
超電導性二次側コイルは、高電流密度、好ましくは５０Ａ／ｍｍ２超、一層好ましくは７０Ａ／ｍｍ２超、特に１００Ａ／ｍｍ２超の電流密度を有し得るので、二次側コイルによって極めて強力な磁界を生じることが可能となる。二次側部分によって空隙に形成され得る磁束密度は、０．５テスラ超、好ましくは１テスラ超、おそらく２テスラにまで達し得る。二次側部分は、好ましくはケーシング表面に隣接するかまたはケーシング表面上に二次側コイルが配置されているシリンダー状の支持体を有する。ＨＴＳ導体の巻線を含みかつ本実施形態においてダブルパンケーキコイルとして特に有利に形成される二次側コイルは、好ましくは二次側コイルの磁界が軸に対して平行に位置合せされるように配置される。
【００２１】
二次側部分の支持体は、好ましくは非磁性材料、例えば繊維強化プラスチックから作製される。支持体はまた、磁性材料、具体的には鉄から作製または構成される。一改良形態では、二次側コイルは環状形を有し、軸に対して互いに対して同心状に配置され、二次側部分の関連する支持体に取り付けられる。軸方向に隣接する二次側コイルは、動作中に反対の極性を接続することによって、逆相において直流が流される。再び、空隙巻線を形成するために、磁化可能でない環状の間隔保持要素を二次側コイル間に配置でき、その間隔保持要素上に二次側コイルを軸方向に支持する。この改良形態では、隣接する二次側コイルは、好ましくは、各二次側コイルの軸方向における幅の少なくとも２倍の大きさ、好ましくはこれ以上、互いから一定の距離にある。複数のコイルを組み合わせて、電流の流れる方向が全て同じでああるパック（直列または並列に接続される）を形成することができる。次いで、いずれの場合も隣接するコイルパックにのみ逆の電流方向が適用される。
【００２２】
本発明の別の利点および特徴を、以下、図面に概略的に示すリニア発電機および波駆動発電装置の例示的な実施形態を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の例示的な実施形態による、一次側部分および二次側部分を有する本発明によるリニア発電機の長手方向の断面を示す。
【図２】図１からの二次側部分の斜視図を示す。
【図３】第１の例示的な実施形態による、二次側部分がブイによって動くリニア発電機を備える波駆動発電装置を示す。
【図４】第２の例示的な実施形態による、二次側部分を駆動するためのブイを備える波駆動発電装置を示す。
【図５】第３の例示的な実施形態による、二次側部分を動かすために水面下に配置されているブイを有する波駆動発電装置を示す。
【図６】第４の例示的な実施形態による、二次側部分を動かすために水面に浮かんでいるブイを有する波駆動発電装置を示す。
【図７】第５の例示的な実施形態による、二次側部分を動かすためにブイを備える水中波駆動発電装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に、一次側部分２０および二次側部分３０を備えるリニア発電機（全体を１０で示す）を示す。一次側部分２０は、二次側部分３０が中心軸Ａに沿って内部で前後に移動できるシリンダー状のレセプタクル１１の境界を定める。図示の例示的な実施形態では、一次側部分２０は、軸Ａに対して同心状に配置されている５つの一次側コイル２１を有する。図面には、例えば、コイルまたはコイルパックの数が、三相運転のために３で割ることができる必要があるため、発電機全体における１つの発電機セクションを示しているのみである。一次側コイル２１は環状ディスクコイルを含み、そこで、いずれの場合も、環状ディスクコイルの外周部の電気接点（図示せず）を介して交流電流の単相、または例えば１２０°位相がシフトされている三相電流を取り出すことができる。一次側コイル２１の、銅の導体から構成されている巻線をエポキシ樹脂内に閉じ込め、機械的な堅牢性をもたらす。同様に、一次側コイル２１間に環状中間要素２２が配置され、その中間要素２２上に、一次側コイル２１の端面が軸方向に支持される。中間要素２２は、一次側コイル２１の内周部から一次側コイル２１の外周部へ半径方向に延在する。中間要素２２が固着される（図示せず）中空のシリンダー状のヨーク２３を、中間要素２２の外周部および一次側コイル２１の外周部に載置する。それゆえ、ヨーク２３および中間要素２２は、一次側コイル２１用の機械的な保持構造を形成し、そこに一次側コイルを収容する。
【００２５】
一次側部分２０周囲のヨーク２３は、磁化可能でない材料から、または遮蔽目的で磁化可能な材料からも構成し得る。磁化可能な材料から構成される場合、力密度を高めることも可能である。ヨーク２３が導電性材料から構成される場合、ヨークを、交流電流損失を低減するために好ましくは積層材またはスロット付き材（ｓｌｏｔｔｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）によって形成することができ、ここで、スロットまたは積層の正しい方向を、要求に応じて選択できる。
【００２６】
一例として、中間要素２２をガラス繊維強化プラスチックから構成することもでき、本発明によれば、それゆえ磁化され得ないので、その結果、一次側コイル２１に電流が流される場合レセプタクル１１に生じる磁界は、中間要素２２の飽和磁化によって限定されない。磁束を案内するための磁化可能な材料は、実質的に一次側コイル２１間に配置されない。それゆえ、軸方向に並べて配置された一次側コイル２１の構成は、いわゆる空隙巻線の形態にある。これらの一次側コイル２１間の「空隙」は、中間要素２２で埋められ、中間要素は、部分的に中空である可能性があるおよび／または絶縁専用に使用される。それゆえ、軸の長さ単位毎の巻数の多い、非常に広範囲な一次側コイル２１を一次側部分２０に使用することもできる。中間要素２２の体積は一次側コイル２１の体積の何分の一かを占めるにすぎないため、電気を発生する巻きのある一次側部分の充填率は、５０％をはるかに超える。
【００２７】
図１および図２に示す二次側部分３０は環状の二次側コイル３１を有し、二次側コイルは軸Ａに対して同心状に配置され、高温超電導体から構成されている。２０Ｋ超の極低温度において超電導であるこれらの二次側コイル３１は、直流が流され、軸方向に隣接する二次側コイル３１は逆相で接続されている。二次側部分３０の高温超電導体巻線および二次側コイル３１は、パンケーキコイル、ダブルパンケーキコイル、これらのパンケーキコイルから構成されたパック、または短いソレノイドコイルの形態であり得る。同様に、二次側コイル３１間には環状の間隔保持要素３２が配置され、軸Ａに対して同心状に配置されている。間隔保持要素３２は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂から構成され、二次側コイル３１と共に、中空のシリンダー状の支持管３３上に配置される。中空のシリンダー状の支持管３３を、軟磁性鉄などの軟磁性の磁化可能な材料から製造することができ、または同様に、例えばガラス繊維強化プラスチックから構成することもできる。例えば液体窒素を使用して二次側コイル３１を冷却可能とするために、クライオスタット３４に二重壁管３６が設けられている。管３６の「暖かい」外管壁と比較的「冷たい」内管壁との間の中間空間（図示せず）を排気して、外部からクライオスタット３４へ熱が入り込まないようにするかまたは熱の入り込みを抑制する。必要に応じて、市販の超断熱シートから構成された絶縁層を、冷たい管壁の周りに取り付けることもできる。概略的に示す伝達要素３５ａおよび３５ｂによって、二次側部分３０からクライオスタット３４へ力が伝達される。伝達要素３５ａ、３５ｂは、熱伝導性が低く機械的強度の高い材料、例えばガラス繊維強化プラスチックから構成されている。二次側コイル３１を、１００Ａ／ｍｍ2以下の電流密度で動作させることができる。本発明に従って設計されかつ一次側コイルの空隙巻線を有する一次側部分２０と、本発明に従って設計された二次側部分３０とを備えるリニア発電機１０により、一次側部分と二次側部分との間のレセプタクル１１に１８Ｎ／ｃｍ2超の力密度を得ることが可能となる。
【００２８】
図３〜７に、ブイを使用しかつ内部でリニア発電機が使用される、具体的には、上述のように設計された波駆動発電装置の異なる設計原理を示す。全ての図面において、いずれの場合も、リニア発電機には参照符号１０を付し、一次側部分には参照符号２０を付し、二次側部分には参照符号３０を付す。図３〜７は各々、左側半分に海の波５１の波の山における位置、および右側半分に波の谷における位置にある関連の波駆動発電装置を示す。
【００２９】
図３に、海水に浮かんでいる波駆動発電装置５０の第１の例示的な実施形態を示し、その波駆動発電装置には、波５１で示す水面付近にリニア発電機１０が配置されている。一次側部分２０および二次側部分３０を備えるリニア発電機１０全体が、海水に浮いている水中本体５５のシリンダー状の外側ハウジング部分６０に配置され、外側ハウジング部分６０は、リニア発電機１０の移動軸Ａに対して同軸に設計かつ配置されている。シリンダー状の外側ハウジング部分６０の内部が、リニア発電機１０用の、この場合シリンダー状のレセプタクル６１を形成し、全体を参照符号５５で示す水中本体の上部が、外側ハウジング部分６０の下方に大容量のバラストタンク６５を備えて、全体が、水中本体５５に十分な浮力をもたらし、それにより、海水内で水面５１付近に浮くことができるようにする。同時に、バラストタンク６５は、水中本体５５に十分な慣性をもたらす。すなわち、水中本体５５は、水面５１における波の高さの振幅よりも小さい振幅で動く。この場合タンク形状であるバラスト本体６５は、少なくとも部分的に海水で満たされており、および沖合いでの使用時に水中本体５５をほぼ定位置に確実に位置決めするのに十分な大きさの容量である必要がある。しかしながら、正確に浮力を調整するために、バラストタンクは追加的に、水よりも密度の高い石、コンクリート、鋼または他の材料を含み得る。荒海状態にありかつ海中の潮の流れが速くても波駆動発電装置５０が流されないようにするために、係留索５２を介して波駆動発電装置５０を海底（ここでは図示せず）に固着し得る。水中本体５５の非常に幅が狭まったシリンダー状の外側ハウジング部分６０を、頑丈なベースプレート６２を介してバラスト本体６５に接続する。リニア発電機の一次側部分２０をベースプレート６２に取り付け、二次側部分３０を、外側ハウジング部分６０の収容領域６１において一次側部分の軸Ａに対して同心状に配置する。軸Ａは実質的に垂直であり、波駆動発電装置５０全体は、軸Ａに対して実質的に対称的である。一次側部分２０の長さは、二次側部分３０の長さの２倍超、好ましくは３倍超であり、二次側部分３０には、超電導ＨＴＳコイルが取り付けられ、かつ一次側部分２０内で軸Ａに対して上下に移動することができる。二次側部分３０の一次側部分２０に対する往復運動は、図３に矢印Ｗで示す方向に動く波での水面５１の動き、および波の振幅の変化の割合によってのみ波駆動発電装置５０において達成される。リニア発電機１０に相対運動をもたらすために、二次側部分３０を、軸Ａに配置されかつ各図において好ましくは外径の丸いロッド７５または管によって形成される伝達または結合要素に接続して、それらが一緒に動くようにする。そのロッド７５または管を、その上部自由端７６において、ブイの浮体７２に接続されている取付具７１に接続する。ブイの全体に参照符号７０を付して示す。図３の波駆動発電装置５０の左側の図と右側の図との比較からよく分かるように、ブイ７０の浮体７２の浮力を、水面５１に本質的に永久に同じ平均侵入深度を保って浮くように選択する。矢印Ｂで示すように、本質的に水面５１の波の動きの周波数および振幅でブイも水中本体５５に対して直線運動を行う。なぜなら、矢印Ｕに示すように、水中本体５５の、波を通る垂直方向の動きは、ブイ７０の垂直方向の動きよりも遙かに小さいためである。ロッド７５を介してブイ７０に二次側部分３０を接続して一緒に動くようにしてあるため、水中本体５５に対するブイ７０の軸方向運動が、リニア発電機１０の二次側部分３０および一次側部分２０に、相対的な、外部から作動された動きをもたらし、その結果、リニア発電機の場合に公知であるように、二次側部分３０に磁界がある場合、一次側部分２０の一次側コイルに電流を誘導できる。その電流は変換されて発電に利用される。二次側部分３０の磁界は、臨界温度未満に冷却される超電導コイル（図示せず）を流れる直流によって生じる。一次側部分２０および二次側部分３０を水中本体５５の上端部領域に配置してあり、かつこの状態で、波の高さに依存して水面下に位置し得るけれども、波駆動発電装置５０内のリニア発電機１０用の収容領域６１は、比較的単純に水密式に封止される。なぜなら、本質的に、リニア発電機１０から外部に出ていて、周囲領域と接触している単一の接続要素が、ロッド７５を含むためである。水分の浸入に対して封止するために、ロッド７５を、好適な軸封（これ以上詳細には図示せず）を介して、水中本体５５の外壁ハウジング６０の上部６４にある開口部６３を貫通させることができる。
【００３０】
波駆動発電装置５０において一次側部分２０および二次側部分３０の相対的な同軸案内を、次のような設計により支援する。すなわち、ロッド７５の長手方向軸がリニア発電機１０の移動軸Ａと一致させ、および浮体７２の中心に、軸方向ガイドのように水中本体５５の外壁ハウジング６０の外壁と相互作用する中心開口部７４を設ける設計とする。波駆動発電装置５０の移動する本体部７２、６０間の案内を改善するために、摺動クッション、対向する軸受を備えるローラ、ガイドを案内される転がり軸受などの形態の滑り軸受要素または転がり軸受要素８０を、浮体７２の開口部７４の内部に配置することができ、それにより、海水によって水中本体６０とブイ７０の浮体７２との間の動きを妨げないようにすることを可能にする。
【００３１】
リニア発電機１０の一次側部分２０において生成された電力の変換を行い、および電力を出力するための、リニア発電機１０の動作に必要な供給装置およびスイッチング装置（図示せず）の全てを、好ましくはブイ７０の浮体７２内の好適な室にまたは取付具７１内に配置して、供給装置およびスイッチング装置の全てが永久に水面５１よりも上にあるようにする。例えば二次側部分３０用のクライオスタットのための電力ケーブルおよび供給ケーブルを、結合要素として中空でもある剛性ロッド７５を使用する場合、特に好都合に、内部キャビティを介して水中本体６０の収容領域６１にいたる経路で通すことができる。バラスト本体６５の、ダブルコーンの形態である図示のタンク形状は、タンク形態であるバラスト本体の多数の例示的な実施形態の１つの例を示すにすぎない。さらに、図面には、ブイ７０および波駆動発電装置５０の水中本体５５を波の状態に依存して共振周波数に調整するためにバラスト本体６５内の水位を変更できる装置を示していない。その共振周波数において、電力を特に効率的に生成することができる。バラスト本体６５における充填量を、例えば、開閉可能なバルブによって変更できる。
【００３２】
図４に示す波駆動発電装置１５０では、浮体１７２、および水中本体１５５の、一次側部分２０および二次側部分３０を備えるリニア発電機１０を収容する外側ハウジング部分１６０に加えて、ブイ１７０も図３に示す例示的な実施形態と同じ設計を有するため、繰り返しを避けるために、上述の説明を参照されたい。波駆動発電装置１５０は、バラスト本体１６５の構成の点で波駆動発電装置５０とは異なる。この場合、バラスト本体はタンクを含まず、長いマスト１６６を有し、そのマストは、２つの広い面積の平らなプラットフォーム１６７、１６８が取り付けられたその下端部付近まで軸Ａに対して平行に延在し、それらプラットフォームは、軸Ａに対して横方向に延在している。プラットフォーム１６７、１６８の外寸、具体的にはそれらの直径は、好ましくはブイ１７０の浮体１７２の外径よりもかなり大きく、少なくとも２倍の大きさである。バラスト本体１６５は受動要素を形成し、それにより、海底（図示せず）に対する水中本体１５５の相対運動が、波駆動発電装置５０の場合よりもさらに大幅に防止される。受動性およびこの点で水中本体１５５が安定する位置を、海水が入ることができる少なくとも２つのプラットフォーム１６７、１６８を配置することによって改善することができる。実際、特定の沖合い領域では、適切なサイズのプラットフォームを１つのみ備えるバラスト本体で、十分とし得る。水中本体を索５２によって海底に固着する。あるいは、ブイ浮体を海底に取り付けることもできる。
【００３３】
図５に波駆動発電装置２５０の第３の例示的な実施形態を示す。ここで、二次側部分３０をブイ２７０に接続し、そのブイは、永久的に水面５１下にあり、この点で、水中摺動要素を形成する。リニア発電機１０用のアクチュエータを主に形成する二次側部分３０と、発電用のステータを形成する一次側部分２０との間の相対運動を、ブイ２７０と水中本体２５５との重畳運動によって得る。水中本体２５５は、往復式に動くブイを形成する水中摺動要素２７０の上に海面浮体２８０を有し、その海面浮体２８０の浮力を、海面浮体２８０が永久的に水面５１にあるように適合する。海面浮体２８０を、軸Ａに対して同心状に位置合せされている細長いマスト２６０を介して、水中摺動要素２７０の下に位置しかつ比較的重いタンク等を含むバラスト本体２６５と接続し、このバラスト本体２６５は、とりわけ、波駆動発電装置２５０の移動軸Ａを本質的に垂直に保つ機能を有する。バラスト本体２６５を、係留索５２を介して海底に接続する。バラスト本体２６５と海面浮体２８０とを接続するマスト２６０は中空であり、リニア発電機１０の一次側部分２０および二次側部分３０を、この中空の室２６１に配置する。一次側部分２０の長さは、二次側部分３０の長さの３倍超である。マスト２６０を海面浮体２８０に接続してキャビティを形成し、キャビティを封止し、好ましくは空気などで満たす。海面浮体２８０には複数の軸方向ガイド２８１（ここでは概略的に示す）が設けられ、そこに、ガイドロッド２７７が案内され、ガイドロッドは軸Ａに対して平行であり、ブイを形成する水中摺動要素２７０に接続される。ガイドロッド２７７を、支持ストラット２７３を介してロッド２７５に接続し、そのロッド２７５は、軸に対して平行に配置され、ロッド２７５には二次側部分３０が接続されて、一緒に動くようにされている。リニア発電機１０が配置されているマスト２６０内のキャビティ２６１を、水分の浸入から保護するために、ロッド２７５、この場合は海面浮体２８０の上端部が、軸封等によって好適な方法で封止されている開口部２６３を貫通する。外側ハウジング部分またはマスト２６０の外壁は、好ましくは水中摺動要素２７０用の軸方向ガイドとして使用され、このために、水中摺動要素は、比較的細長いガイド切り欠き部２７８を有し得る。波駆動発電装置２５０の場合、ブイ２７０は図５の左側および右側に矢印Ｂで示すように、および海面浮体２８０は矢印Ｕで示すように、それぞれ反対方向に動くため、異なる振幅および相対運動が波の動きに応じて発生し、これらを発電に使用することができる。スイッチング装置および供給装置を好ましくは海面浮体２８０に配置することができる。これは、それら装置を水面にまたは水面上に永久的に配置することを意味する。
【００３４】
図６に、静止するように海底５３に取り付けられている水中本体３５５を有する波駆動発電装置３５０の第４の例示的な実施形態を示す。水中本体３５５は、海底３５０に直接固着されている頑丈なベースプレート３６２を有し得る。水中本体３５５のハウジング壁３９５は、原理上いかなる所望の形状ともし得るが、この場合は、ほぼベル形状とし、およびそのサイズは、特に、リニア発電機１０の動作用のスイッチング装置および供給装置３９０を、ハウジング壁３９５に囲まれる収容領域３６１内に配置し得るようなサイズをとり得る。リニア発電機１０の二次側部分３０と一次側部分２０との間の相対運動を、水面５１に浮かぶブイ３７０によって生じさせ、この場合、そのブイは可撓性索３９６によってロッド３７５の上端部に接続される。ロッド３７５の下端部を波駆動発電装置３５０の二次側部分３０に接続して、それらが一緒に動くようにする。ブイ３７０に接続されている可撓性索３９６を介して張力のみが伝達されるため、すなわち二次側部分３０の矢印Ｈの方向に垂直運動が得られるため、二次側部分３０は、この場合はバネ３９９の形態で概略的に示す関連する復元手段を有し、その復元手段は、ベースプレート３６２の方向に二次側部分３０にプレストレスを与え、および索３９６およびプッシュロッド３７５を介して二次側部分３０に波の山による張力がかからない場合には二次側部分３０をその方向に戻す。次いで、ロッド３７５は、水中本体３５５の封止された室３６１から出る伝達要素のみを形成する。ロッド３７５は、水中ハウジングのハウジング壁３９５の湾曲したルーフにある開口部３６３において水中ハウジングから出て、水分の浸入に対して封止するために、好適な軸封等を、開口部３６３においてロッド３７５に載置することができる。
【００３５】
図７に、完全に水面５１下に配置されている波駆動発電装置４５０の第５の例示的な実施形態を示す。リニア発電機１０の二次側部分３０の一次側部分２０に対する動きの直線運動は、主に、水面５１における波の動きによって、より深い層においても生じる水中の波および密度差によって伝達される。このために、二次側部分３０を、ロッド４７５を介して水中ベル４７０に接続する。その水中ベルは昇降ブイを形成し、かつ例えばカップ形状の水中本体４５５に関して軸と平行に移動できる。水中本体４５５および水中ベル４７０は収容領域４８５を被覆し、収容領域４８５の体積は、水中ベル４７０の水中本体４５５に対する異なる伸張状態により変化し得、かつ好適なガス、具体的には空気で満たされて、波駆動発電装置４５０がその全体で水中本体４５５と水中ベル４７０との間の共振装置を形成するようにする。水中ベル４７０と水中本体４５５との間の動きは、好ましくは、好適な軸方向ガイド（図示せず）によって水中本体４５５のシリンダー状の外壁４５９を案内される。その軸方向ガイドは封止装置および空隙シールを備えていて、相対運動によって収容領域４８５に水滴が浸入することを防ぐことができる。収容領域４８５におけるガスの内部圧力は、バネの形態で作用して、水中ベル４７０のその初期位置への復元運動を生じさせる。水の浸入が発生し得るのはせいぜい水中本体４５５の外壁４５９と水中ベル４７０の内壁との間の収容領域４８５においてであるため、波駆動発電装置４７０はロッドシール等を必要とはしない。波エネルギーが上部水中ベル４７０のみを動かす一方、水中本体４５５は、本質的に動くことができないように係留索５２を介して海底５３に固着されている。
【００３６】
上述の説明および従属請求項から、当業者には多くの修正例が明白であろう。当業者は、特に例示的な実施形態から別の変形例、および他の組み合わせを容易に得ることができる。約１ＭＷ（メガワット）の定格の波駆動発電装置のために本発明によるリニア発電機を提供するために、超電導性の二次側部分３０を、例えば、直径約６００ｍｍおよび長さ約６００ｍｍとし得、一次側部分２０の長さは、例えば約４ｍである。軸方向における一次側コイルおよび二次側コイルの個数は一例を示すにすぎず、コイルの幅およびリニア発電機の全長によってこれら個数を変えることができる。二次側コイルを螺旋状に配置し得る。ヨークおよび二次側部分用の支持管も、鉄含有材料から構成されている。二次側コイルがスペーサと共に例えば真空含浸によって互いにしっかりと接続されている場合には、二次側部分用の支持管を省略し得る。あるいは、二次側部分用の支持管を、積層されたおよびスロット付きの磁化可能な材料から、または同様に、例えばガラス繊維強化プラスチックから構成し得る。硬質磁性材料を二次側部分において支持管として使用することもでき、そこに直流が流れる。特に、通常の導電性の一次側コイルを使用する場合、これらのコイルを、例えば水、オイル、ガスまたは窒素（Ｎ２）によって間接的または好ましくは直接的に冷却し得る。あるいは、好適なガスまたは乾式冷却を使用することもでき、それにより７７Ｋ、例えば２０Ｋまたは３０Ｋの動作温度が可能となる。一次側部分における渦電流損失をさらに低減するために、一次側コイルは編組線巻線を備え得る。必要に応じて、第２の一次側部分を二次側部分内に配置して、力密度をさらに増大することもできる。二次側部分の代わりに、一次側部分を、波力によって軸に対して平行に動かすこともできる。一次側部分を内部に配置し、二次側部分を外部に配置し得る。しかしながら、図面には、直流が流される二次側部分が、波駆動発電装置の昇降ブイによって機械的に動かされ、二次側部分のこの動きによって誘導される電流を発電のために一次側部分の一次側巻線において使用するリニア発電機を示す。二次側部分の代わりに、添付の特許請求の範囲の保護範囲から逸脱せずに、一次側部分が、二次側部分が静止している状態で軸に対して平行な往復運動を行うこともできる。上述の全ての例示的な実施形態において、好ましくは外形が丸いロッドまたは管が、ブイと二次側部分との間の機械伝達要素を形成して、移動量が長いにも関わらず、軸封リング等によって比較的単純な方法で開口部を封止可能とする。しかしながら、伝達または結合要素はまた、異なる好適なプロファイル形状を有し、例えば、Ｔ字支持または二重Ｔ字支持、管、一組のロッド等を含み、または補強のためにそのようなプロファイルを有し得る。開口部上のシールはまた、ベローズシールを備えて、移動量が長くかつ圧力差が大きくても信頼性の高い封止を保証する。
【００３７】
ブイを備える波駆動発電装置の例示的な実施形態の全てが、それら自体の権利において発明の重要性を有するものであり、これらの各波駆動発電装置の設計原理を、例えばコイル間に飽和可能な材料を備えておよび／または超電導体巻線なしに一次側部分および二次側部分が従来通りに設計されているリニア発電機と共に使用することもできる。使用されるリニア発電機からは独立して波駆動発電装置の設計原理に対するそれら自体の権利の保護を主張する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月2日(2009.10.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波駆動発電装置における発電用リニア発電機であって、軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって互いに分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分（２０）と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置され、かつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を備える二次側部分（３０）とを有するリニア発電機において、
前記一次側部分（２０）における前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態にあり、および前記二次側コイル（３１）が高温超電導体の巻線を含み、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができ、前記二次側コイル（３１）は環状であり、支持体（３３）の周りに互いに対して同心状に配置され、前記二次側コイル（３１）間には間隔保持要素が配置され、それらの間隔保持要素上に前記二次側コイル（３１）が軸方向に支持され、ここで前記一次側部分または前記二次側部分を、波駆動発電装置（５０；１５０；２５０；３５０；４５０）のブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）によって外部から作動させて前記軸に対して平行に動かすことができ、および前記一次側部分と前記二次側部分との間の相対運動によって前記一次側コイルに誘導される電流を、発電用に取り出すことができることを特徴とするリニア発電機。
【請求項２】
発電用リニア発電機を有する波駆動発電装置であって、前記リニア発電機が、軸（Ａ）に対して同心状に配置されかつ中間要素（２２）によって互いに分離されている複数の環状の一次側コイル（２１）を有する一次側部分（２０）と、直流を流すことができ、極性を交互にして軸方向に並んで配置され、かつ超電導体巻線を有する複数の二次側コイル（３１）を有する二次側部分（３０）とを有する、波駆動発電装置において、
前記リニア発電機の前記一次側部分（２０）における前記一次側コイル（２１）の配置が、磁化可能でない材料から構成された中間要素（２２）を備える空隙巻線の形態にあり、および前記二次側コイル（３１）が、高温超電導体の巻線を含み、その結果、１８Ｎ／ｃｍ２超の力密度を得ることができ、前記二次側コイル（３１）は環状であり、かつ前記支持体（３３）の周りで互いに対して同心状に配置されており、前記二次側コイル（３１）間には間隔保持要素が配置され、その間隔保持要素上に、前記二次側コイル（３１）が軸方向に支持され、前記一次側部分または前記二次側部分を、ブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）によって外部から作動させて前記軸（Ａ）に対して平行に動かすことができ、前記一次側部分と前記二次側部分との間の相対運動によって前記一次側コイルに誘導される電流を、発電用に取り出すことができることを特徴とする波駆動発電装置。
【請求項３】
前記二次側部分（３０）を、昇降ブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）によって機械的に動かすことができることを特徴とする請求項１に記載のリニア発電機または請求項２に記載の波駆動発電装置。
【請求項４】
前記二次側部分（３０）を、好ましくは剛性の結合要素（７５；１７５；２７５；３７５；４７５）に接続してそれらが一緒に動くようにし、その結合要素は前記ブイ（７０；１７０；２７０；３７０；４７０）に接続されて前記ブイの動きを前記二次側部分に伝達することを特徴とする請求項３に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項５】
前記ブイ（７０；１７０；３７０）が浮体（７２；１７２）を有し、その浮力によって前記ブイは水面に保たれ、かつ前記一次側部分が水中本体（５５；１５５；３５５）に配置され、それに対して前記ブイが水の波の動きによって動くことができることを特徴とする請求項３または４に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項６】
前記一次側部分（２０）および前記二次側部分（３０）が、前記水中本体（５５；３５５）にある閉鎖レセプタクル（６１；３６１）に配置され、閉鎖レセプタクルの上面に、動きを機械伝達するための前記結合要素（７５；３７５）用の開口部（６３；３６３）を有することを特徴とする請求項５に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項７】
前記ブイ（７０；１７０）の前記浮体（７２；１７２）が、前記水中本体と前記ブイとの間で動くための軸方向ガイドを形成する中心開口部（７４）に配置され、前記水中本体（５５；１５５）が、好ましくは前記開口部に案内されるシリンダー状の外側ハウジング部分（６０；１６０）を有し、および／または摺動要素（８０）、具体的には摺動部品または摺動クッション、もしくは転がり軸受などの軸受要素が前記開口部と前記外側ハウジング部分との間に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項８】
前記水中本体（５５；１５５）が、前記水中本体と海底との間に比較的一定の距離を保証するバラスト本体（６５；１６５）に接続され、前記水中本体および／または前記バラスト本体が好ましくは係留索（５２）を介して海底に固着されていることを特徴とする請求項５、６または７に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項９】
前記バラスト本体（１６５）が、少なくとも１つのプラットフォーム、好ましくは互いに垂直方向に分離されている少なくとも２つのプラットフォーム（１６７、１６８）を有し、前記プラットフォーム間の中間空間は、海水が入るように開放しているかまたは開放できることを特徴とする請求項８に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１０】
前記バラスト本体（６５）が、少なくとも部分的に海水で満たされているタンクを有し、前記タンクの充填量は好ましくは可変であることを特徴とする請求項８または９に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１１】
前記ブイ（７０）に取付具（７１）が設けられ、その取付具に前記結合要素の自由端（７６）が取り付けられ、および／またはその取付具は、前記リニア発電機用の前記スイッチング装置および供給装置内に配置され、前記結合要素は好ましくは中空であり、前記キャビティによって、前記スイッチング装置および供給装置への供給線を備えるラインブッシングとして使用されることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１２】
前記水中本体（２５５）がシリンダー状の外側ハウジング部分（２６０）を有し、その下端部がバラスト本体（２６５）に接続され、その外壁が、水中摺動要素（２７０）用のガイドとして使用され、その水中摺動要素は、前記ブイを形成し、前記水中本体（２５５）に対して動くことができ、かつ前記結合要素（２７５）の自由端が取り付けられている取付具（２７３）を備えることを特徴とする請求項４に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１３】
前記一次側部分および前記二次側部分が、前記水中本体にある閉鎖レセプタクル（２６１）に配置され、および前記水中本体が、好ましくは海面浮体（２８０）に接続され、その海面浮体は、その上面に前記結合要素（２７５）用の開口部（２６３）を有し、かつ好ましくは軸方向ガイドとして前記取付具またはガイドロッド用のガイド要素（２８１）を備え、前記取付具またはガイドロッドはガイド要素に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１４】
前記リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置が前記海面浮体（２８０）に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１５】
前記水中本体（３５５）が海底に取り付けられ、好ましくはベースプレート（３６２）を介して海底に固着され、前記水中本体から出るロッド端部（３７５）が、水面にある前記ブイ（３７０）に牽引索（３９６）によって接続され、および前記二次側部分（３０）が、好ましくは機械的な復元手段（３９９）の復元力に対抗して前記ブイによって動くことができ、および／または前記リニア発電機用のスイッチング装置および供給装置（３９０）が前記水中本体（３５５）に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１６】
前記ブイが、水中本体（３５５）に対して波力によって動くことができる水中ベル（４７０）の形態であり、前記水中本体は、海底に固着され、かつ前記水中ベル（４７０）によって閉鎖されて、封止された、ガス充填共振装置を形成し、前記一次側部分（２０）および前記二次側部分（３０）が、好ましくは前記水中本体と前記水中ベルとの間の前記共振装置の前記収容領域（４８５）に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１７】
前記水中本体（４５５）が、前記水中ベル（４７０）のシリンダー状のハウジング部分用の軸方向ガイドを形成するかまたは軸方向ガイドを介して水中ベルと相互作用するシリンダー状の外壁（４５９）を有することを特徴とする請求項１６に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１８】
前記二次側部分（２０）における前記二次側コイル（３１）の配置が、空隙巻線の形態であることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項１９】
前記一次側部分（２０）の前記一次側コイル（２１）間、および前記二次側部分（３０）の前記二次側コイル（３１）間に、磁束を集中させるための磁化可能な材料、具体的には鉄を配置しないことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【請求項２０】
５０Ａ／ｍｍ２超、好ましくは７０Ａ／ｍｍ２超、特に１００Ａ／ｍｍ２超の電流密度で前記二次側コイル（３１）に流すことができるか、または流し、および／または前記二次側コイルの磁界が前記軸に対して位置合せされることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか一項に記載のリニア発電機または波駆動発電装置。
【国際調査報告】
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