Titel: Lineargenerator mit einem Primärteil und einem Sekundärteil zur Energiegewinnung in einem Wellenkraftwerk und Wellenkraftwerk

Die Erfindung betrifft eine Lineargenerator zur Energiegewinnung in einem Wellenkraftwerk, mit einem Primärteil, der mehrere, ringförmige, vorzugsweise konzentrisch zu einer Achse angeordnete, durch Zwischenelemente voneinander beabstandete Primärspulen aufweist, und mit einem Sekundärteil, der mehrere, mit Gleichstrom beaufschlagbare, axial nebeneinander mit wechselnder Polarität angeordnete Sekundärspulen mit Supraleiterwicklungen aufweist, wobei der eine Teil relativ zum anderen Teil parallel zur Achse hin- und herbewegbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein Wellenkraftwerk mit einem solchen Lineargenerator.

Aus der DE 195 42 551 Al ist ein Linearmotor mit einem hohlzylindri- schen Primärteil bekannt, der ringförmige, konzentrisch zu einer Bewegungsachse eines Sekundärteils angeordnete Primärspulen aufweist, die mit Mehrphasenstrom betreibbar sind. Zwischen den Primärspulen sind aus weichmagnetischem Material bestehende Ringbleche angeordnet, die als Zwischenelemente zum Beabstanden benachbarter Primärspulen dienen und magnetisierbare Zähne bilden, um den magnetischen Fluss zu verstärken und zur Aufnahme, in der der Sekundärteil angeordnet ist, hinzuleiten. Die Primärspulen und die Ringbleche sind in einem hohlzylindrischen Joch aus magnetisierbarem Material aufgenommen, das einen magnetischen Rückschluss bildet. Der Sekundärteil ist axial verschieblich innerhalb der von dem Primärteil gebildeten Aufnahme angeordnet. Der Sekundärteil weist mehrere Feldmagnete aus Supraleiterwicklungen auf, die in Axialrichtung hintereinander mit abwechselnder Polarität angeordnet sind. Bei der DE 195 42 551 sollen die Magnetfelder der Sekundärwicklungen senkrecht zur Achse des

Sekundärteils stehen. Um diese Feldrichtung mit gewickelten Spulen zu erzeugen, muss die Achse jeder einzelnen stromdurchflossenen Spule senkrecht zur Bewegungsachse des Linearmotors liegen. Nur bei Verwendung von Dauermagneten oder supraleitenden Festkörpermagneten können diese Magnete mit ihrer inneren Umfangsflache an einem zylindrischen Joch aus magnetisierbarem Material anliegen. Diese sind dann zwar ringförmig ausgeführt, aber radial magnetisiert . Bei gewickelten Sekundärspulen hingegen muss eine Anordnung gewählt werden, bei der die gewickelten Spulen auf der Mantelfläche des Tragkörpers in Umfangsrichtung und in Axialrichtung nebeneinander versetzt liegen. Die bei Strombeauschlagung der Primär- und Sekundarspulen erzeugten magnetischen Kräfte erzeugen eine Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärteil.

Aus der EP 1 465 328 Al ist ein Linearmotor bekannt, bei der Primär- und Sekundärteil umgekehrt angeordnet sind, so dass der Sekundärteil außen liegt und den Primärteil umgibt.

Die Magnetisierbarkeit der weichmagnetischen Zähne ist wegen der auftretenden magnetischen Sättigung des weichmagnetischen Materials begrenzt. Um bei hohen Stromdichten in den Spulen des Primärteils höhere Kraftdichten zwischen Primär- und Sekundärteil zu erreichen, ist vorgeschlagen worden, die Windungszahl der Primärspulen zu erhöhen oder die Menge an magnetisierbarem Material zu vergrößern. Für runde bzw. polysolenoide Linearmotoren sind mit diesen Maßnahmen im Versuchsstadium Kraftdichten bis etwa 8 N/cm ² erreicht worden. Allerdings müssen die Baugröße und das Gewicht der Linearmotoren hierzu signifikant vergrößert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lineargenerator zur Energiegewinnung für ein Wellenkraftwerk sowie ein Wellenkraftwerk zu schaffen, bei denen mit konstruktiven Maßnahmen am Primärteil und/oder Sekundärteil sowie am konstruktiven Aufbau des Wellenkraftwerks eine hohe Stromausbeute aus der Bewegung von Meereswellen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Lineargenerator und bei diesen Lineargenerator verwendenden Wellenkraftwerken durch die in Anspruch 1 bzw. Anspruch 2 angegebene Erfindung gelöst. Erfindungsgemäß ist die Anordnung der Primärspulen im Primärteil als Luftspalt - wicklung mit Zwischenelementen aus nicht magnetisierbarem Material ausgeführt, wobei die Sekundärspulen aus Wicklungen eines Hochtemperatursupraleiters bestehen, wodurch Kraftdichten von mehr als 18 N/cm ² erreichbar sind. Die Sekundärspulen sind ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander um den Tragkörper angeordnet, wobei vorzugsweise zwischen den Sekundärspulen Abstandselemente angeordnet sind, an denen sich die Sekundärspulen in Axialrichtung abstützen. Um die Relativbewegung zwischen Primärteil und Sekundärteil zu erreichen, sind der Primärteil oder der Sekundärteil fremdbetätigt durch eine Boje eines Wellenkraftwerkes parallel zur Achse bewegbar und der in den Primärspulen durch die Relativbewegung zwischen Primärteil und Sekundärteil induzierte Strom ist zur Energiegewinnung abgreifbar. Durch die Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärteil wird in den Primärspulen ein Strom induziert, der zur Energiegewinnung umgewandelt und genutzt wird. Da die Anordnung der Primärspulen und vorzugsweise auch die Anordnung der Sekundärspulen als Luftspaltwicklung ausgeführt ist, d.h. weder zwischen den Primärspulen noch zwischen den Sekundärspulen ist magnetisierbares Material zur Flussführung angeordnet, wird bei dem erfindungsgemäßen Lineargenerator die Kraftdichte nicht durch eine Sättigungsmagnetisierung begrenzt .

Der Strombelag des Primärteils, d.h. der Strom in Umfangsrichtung je axialer Länge des Primärteils, kann gegenüber den bekannten Lineargeneratoren ohne Vergrößerung der Baugröße des Lineargenerators erhöht werden, wodurch die zum Strombelag proportionale Kraftdichte ohne Sättigungseffekte steigt. Zwischen den Primärspulen ist vorzugsweise keinerlei Eisen oder magnetisierbares Material zur Bündelung des magnetischen Flusses angeordnet. Durch die Verwendung von Sekundärspulen aus hochtemperatursupraleitfähigem Material, das eine Sprungtemperatur aufweist, die höher als 77K liegt, im Sekundärteil, können die Sekundärspulen mit hohen Gleichströmen beaufschlagt werden, um extrem starke Magnetfelder in der Aufnahme erzeugen zu kön-

nen. Ein weiterer Vorteil beim erfindungsgemäßen Lineargenerator besteht darin, dass ein in Axialrichtung nahezu glatter Kraftverlauf erreicht wird, da durch die Luftspaltwicklung Reluktanzkräfte praktisch weitgehend entfallen und damit kaum Rastkräfte auftreten. Außerdem kann der Lineargenerator, da auf Permanentmagneten und magne- tisierbares Material im Primär- und Sekundärteil verzichtet wird und somit bei Abschalten der Strombeaufschlagung keine magnetischen Kräfte auftreten, relativ einfach gewartet oder gereinigt werden.

Grundsätzlich könnte bei der Verwendung bzw. Nutzung des erfindungsgemäßen Lineargenerators zur Energiegewinnung in einem Wellenkraftwerk auch der Primärteil bewegt werden. Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung für die Energieerzeugung in einem Wellenkraftwerk ist der Sekundärteil mechanisch mittels einer auf- und absinkenden Boje bewegbar.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eines entsprechenden Lineargenerators oder Wellenkraftwerks kann der Sekundärteil bewegungsfest mit einem vorzugsweise starren Koppel- oder übertragungselement wie z.B. einer Stange verbunden sein, die an die Boje zur übertragung der Bewegung der Boje in den Sekundärteil angeschlossen ist. Die Nutzung einer an die Boje unmittelbar oder ggf. nur mittelbar angeschlossenen Stange oder eines anderen Trägerprofils als Koppelglied zur Bewegungsübertragung bietet u.a. Vorteile bei der Abdichtung der gesamten, im Offshore-Bereich eingesetzten und somit extrem rauen Umwelteinflüssen ausgesetzten Konstruktion gegenüber Feuchtigkeitseintritt. Die gesamte Konstruktion des Wellenkraftwerks kann in einer Weise ausgeführt werden, dass alle funktionswesentlichen Komponenten und Versorgungsaggregate geschützt in einem geschlossenen und/oder abgedichteten Raum angeordnet werden und nur das zur Kraftübertragung geeignete, vorzugsweise starres Kopplungselement aus diesem Raum herausgeführt wird.

Gemäß einer Ausführungsvariante eines Lineargenerators oder Wellenkraftwerks weist die Boje Schwimmkörper auf, deren Auftrieb die Boje an der Wasseroberfläche hält, wobei der Primärteil in einem Unterwasserkörper angeordnet ist, relativ zu dem die Boje durch die WeI-

lenbewegung des Wassers bewegbar ist. Der Primärteil und der Sekundärteil können dann besonders vorteilhaft in einer geschlossenen Aufnahme im Unterwasserkörper angeordnet sein, der an seiner Oberseite einen Durchtritt für das die Bewegung mechanisch übertragende Kopplungselement aufweist. Die Schwimmkörper der Boje können dann insbesondere um einen zentralen Durchgang herum angeordnet sein, der eine Axialführung für ^{^} Bewegungen zwischen Unterwasserkörper und Boje bildet. Weiter vorzugsweise kann der Unterwasserkörper bei dieser Ausführungsalternative einen zylindrischen, im Durchgang geführten Außengehäuseabschnitt aufweisen und/oder zwischen Durchgang und Au- ßengehäuseabschnitt sind Lagerelemente, insbesondere Gleitlagerringe oder Gleitkissen angeordnet, mit denen die Gleitführung zwischen Boje und Unterwasserkörper verbessert und ggf. verhindert werden kann, dass Meerwasser aufgrund der Relativbewegung zwischen Boje und Unterwasserkörper bewegt wird und dieser Relativbewegung größeren Widerstand entgegengesetzt und den Wirkungsgrad des Wellenkraftwerkes vermindert. Der Unterwasserkörper ist vorteilhafterweise im wesentlichen starr mit dem Primärteil gekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform kann der Unterwasserkörper mit einem Ballastkörper verbunden sein, der für einen relativ konstanten Abstand zwischen Unterwasserkörper und Meeresboden sorgt, wobei vorzugsweise Unterwasserkörper und/oder Ballastkörper über eine Vertäuung am Meeresboden verankert sind. Die Vertäuung kann auch Befestigungskabel umfassen oder aus solchen bestehen, die gleichzeitig als Energietransferkabel dienen, oder diese beinhalten, um die elektrische Energie zunächst zum Meeresboden und dann an Land zu transportieren. Alternativ oder zusätzlich kann der Ballastkörper zumindest eine Plattform, vorzugsweise wenigstens zwei vertikal voneinander beabstandete Plattformen aufweisen, wobei der Zwischenraum zwischen den Plattformen für Meerwassereintritt offen oder offenbar ist, um mit den Plattformen den "ortsfesten" Schwebezustand des Unterwasserkörpers relativ zum Meeresboden zu unterstützen. Der mit Plattformen versehene, relativ träge Unterwasserkörper kann quasi passiv seine Position im Meer behalten, während die Wellenbewegung mit deutlich höherer Frequenz und Amplitude schwingt und insofern den Unterwasserkörper in unterschiedlichen Längen freilegt, während die wesentlich weniger träge und leichtere Boje mit ihren Schwimmkörpern permanent an der Wasser-

Oberfläche schwimmt und mit dem Hub der Meereswelle mitbewegt wird. Die Meereswelle und infolgedessen die Boje können sich z.B. mit einer Periode von 12s bewegen.

Der Ballastkörper kann einen mit Meerwasser zumindest partiell gefüllten Tank umfassen, wobei vorzugsweise die Füllhöhe des Tanks veränderbar ist, um die Frequenz zwischen Boje einerseits und Unterwasserkörper andererseits und insofern indirekt den Hub und die Bewegungsfrequenz zwischen Sekundärteil und Primärteil des Lineargenerators zu verändern und einer Resonanzfrequenz anzunähern. Es versteht sich, dass der Ballastkörper und der Unterwasserkörper vorzugsweise einen Auftrieb erzeugen, der den Unterwasserkörper derart nahe an bzw. nahe unterhalb der Wasseroberfläche hält, dass je nach Wellenhub nur der Bereich des Unterwasserkörpers über die Wasseroberfläche hinausragt, in welchem sich der Primärteil mit den Primärwicklungen befindet.

Weiter vorzugsweise kann die Boje mit Aufbauten versehen sein, an denen das freie Ende des mechanischen Kopplungselementes befestigt ist und/oder innerhalb der Schalt- und Versorgungseinrichtungen für den Lineargenerator angeordnet sind. Sämtliche für die Versorgung z.B. des Kryostaten zum Kühlen der HTS-Supraleiterspulen unterhalb der Sprungtemperatur notwendigen Einrichtungen sowie ggf . auch die Schaltvorrichtungen zum Verarbeiten und Abführen des in den Primärspulen induzierten Stroms können dann geschützt oberhalb der Wasseroberfläche angeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist dann, wenn das mechanische Kopplungselement zur Bewegungsübertragung aus einer hohlen Stange oder Röhre oder einem anderen Hohlprofil besteht, die mit ihrem Hohlraum als Leitungsdurchführung für Versorgungsleitungen zwischen den an der Boje angeordneten Schalt- und Versorgungseinrichtungen einerseits und dem Primär- und Sekundärteil des Lineargenerators andererseits dient.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung eines Lineargenerators oder Wellenkraftwerks kann der Unterwasserkörper einen zylindrischen Mast oder einen Außengehäuseabschnitt aufweisen, dessen unteres Ende mit einem Ballastkörper verbunden ist und der mit seiner Außenwand als

Axialführung für ein die Boje bildendes Unterwassergleitelement dient, das relativ zum Unterwasserkörper bewegbar ist und mit Aufbauten versehen ist, an denen das freie Ende des Kopplungselementes befestigt ist. Der Primärteil und der Sekundärteil können dann vorzugsweise in einer geschlossenen Aufnahme im Unterwasserkörper angeordnet sein und der Unterwasserkörper kann mit einem Oberflächenschwimmkörper verbunden wein, der an seiner Oberseite einen Durchtritt für das Kopplungselement aufweist, und der vorzugsweise mit Führungselementen für die Aufbauten oder für mit diesen verbundene Führungsstangen als Axialführung versehen ist. Bei dieser Ausgestaltung eines Wellenkraftwerks wirken wiederum zwei koaxial aneinander geführte Elemente zusammen, wobei allerdings die Bewegung des Sekundärteils relativ zu den Spulen des Primärteils im Prinzip vollständig unterhalb der Wasseroberfläche stattfindet. Je länger die Aufbauten sind, desto höher kann der Relativhub zwischen Primär- und Sekundärteil ausfallen, wobei das Unterwassergleitelement gut am Mast oder Außengehäuseabschnitt des den Primärteil aufnehmenden Unterwasserkörpers geführt werden kann. Die Schalt- und Versorgungseinrichtungen für den Lineargenerator können vorzugsweise im Oberflächenschwimmkörper angeordnet sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsalternative für einen Lineargenerator oder ein Wellenkraftwerk kann der Unterwasserkörper am Meeresboden befestigt, vorzugsweise über eine Bodenplatte am Meeresboden verankert sein, wobei ein aus dem Unterwasserkörper herausgeführtes Ende des Kopplungselementes mittels eines Seils oder Kabels mit der an der Wasseroberfläche schwimmenden und durch die Wellenbewegung auf und ab bewegten Boje verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Sekundärteil dann gegen die Rückstellkraft eines mechanischen Rückstellmittels wie z.B. einer Feder mittels der Boje bewegbar ist. Die Schalt- und Versorgungseinrichtungen für den Lineargenerator können vorzugsweise im Unterwasserkörper angeordnet sein, da der Unterwasserkörper stationär ist und nicht schwimmt. Sämtliche Versorgungsleitungen können am Meeresboden verlegt werden.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsalternative eines Wellenkraftwerks kann die Boje als Unterwasserglocke ausgebildet sein, die

durch die Wellenkraft relativ zu einem am Meeresboden verankerten Unterwasserkörper bewegbar ist, der mittels der Unterwasserglocke zu einer abgedichteten, gasgefüllten Resonanzeinrichtung verschlossen ist. Die Frequenz der Resonanzeinrichtung kann ggf. durch den Gasdruck, durch das Füllvolumen oder durch das verwendete Füllgas be- einflusst und eingestellt bzw. geregelt werden. Als Füllgas kann Luft aber auch ein besonders vorteilhaft mit dem Kühlmittel für die HTS-Surpaleiterspulen zusammen verwendbares Gas eingesetzt werden. Der Primärteil und der Sekundärteil einschließlich sämtlicher Schalt- und Versorgungseinrichtungen können vorzugsweise im Aufnahmeraum der Resonanzeinrichtung zwischen Unterwasserkörper und Unterwasserglocke angeordnet sein. Weiter vorzugsweise kann der Unterwasserkörper eine zylindrische Außenwand aufweisen, die eine Axialführung für einen zylindrischen Gehäuseabschnitt an der Unterwasserglocke bildet oder über Axialführungen mit dieser zusammenwirkt.

Bei sämtlichen Ausgestaltungen kann der mit Primärspulen versehene und zur Strominduzierung nutzbare Primärteil wenigstens die dreifache Länge aufweisen wie der mit supraleitfähigen Sekundärspulen versehene Abschnitt des Sekundärteils. Ein hoher Strombelag des Primärteils kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Füllfaktor des Primärteils hoch gewählt ist. Der Füllfaktor ist definiert als das Volumenverhältnis vom Volumen der stromdurchflossenen Primärspulen zum Volumen der Zwischenelemente sowie von ggf. vorhandenen Zwischenräumen zwischen den Primärspulen. Der Füllfaktor des Primärteils ist vorzugsweise größer als 70% und insbesondere größer als 85%. In Axialrichtung benachbarte Primärspulen erzeugen vorzugsweise einen um 120° phasenverschobenen Wechselstrom, wodurch der Lineargenerator einen Drei -Phasengenerator (Drehstromgenerator) bildet. Bei einem Zwei -Phasengenerator oder einem Mehrphasengenerator mit mehr als drei Phasen kann die Phasenverschiebung anders angepasst oder gewählt werden.

Die Primärspulen können bei der bevorzugten Ausgestaltung Wicklungen aus einem Normalleiter wie insbesondere einem Leiter aus Aluminium oder Kupfer aufweisen, wodurch die Primärspulen gegebenenfalls in kostengünstiger Weise z.B. flüssig- oder gasgekühlt werden können.

Insbesondere vorteilhaft ist eine Kühlung mit z.B. Wasser oder öl. Der Normalleiter kann insbesondere auch aus einem Hohlleiter bestehen, dessen Innenröhre für die Kühlung genutzt wird. Alternativ könnten die Wicklungen der Primärspulen aus einem supraleitfähigen, insbesondere einem hochtemperatursupraleitfähigen Leiter bestehen bzw. gefertigt sein. Die Strombeaufschlagung sollte dann mit Wechselstrom mit einer Frequenz von weniger als 100 Hz, insbesondere von weniger als 50 Hz erfolgen, um Wechselstromverluste in den supraleitenden Primärspulen gering zu halten, die ansonsten durch zusätzliche Kühlung ausgeglichen werden müssten. Eine entsprechende Polteilung ist dann zu wählen, um für eine gegebene maximale Geschwindigkeit die maximale Frequenz im Generatorbetrieb zu begrenzen. Beim erfindungsgemäßen Lineargenerator lassen sich Kraftdichten von mehr als 18 N/cm ² , bei Verwendung von Supraleitern sowohl in den Sekundär- als auch in den Primärspulen sogar Kraftdichten von mehr als 25 N/cm ² erzielen. Zur Kühlung der Primärspulen können auch zwischen den Spulen von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlleitungen ausgebildet sein oder Spalte zwischen den Primärspulen und ggf. den Zwischenelementen offengelassen werden. Die Zwischenelemente können ringseg- mentförmig ausgebildet sein, wodurch ein Kühlmittel an die von den Ringsegmenten nicht bedeckten Stirnseiten der Primärspulen gelangen kann. Die Zwischenelemente können sich vollflächig, partiell oder mit Zwischenräumen über die radiale Höhe der Primärspulen erstrecken. Die Zwischenelemente können auch aus Gitterstrukturen, Hohlkörpern oder Gitterkörpern bestehen, die ausreichende mechanische Stabilität aufweisen und gleichzeitig einen Kühlmitteldurchfluß erlauben.

Weiter vorzugsweise sind die Primärspulen und die Zwischenelemente von einem Joch ummantelt, das vorzugsweise aus nicht magnetisierba- rem Material, insbesondere einem eisenlosen Leichtbaumaterial besteht. Alternativ kann das Joch zur Magnetfeldabschirmung aus eisenhaltigem und/oder magnetisierbarem Material bestehen. Das Joch und die Zwischenelemente können insbesondere ein mechanisches Haltegerüst für die Primärspulen bilden. Um die Zwischenelemente auch in Axialrichtung zu verankern, kann das Joch an seinem Innenumfang Nuten aufweisen, in die die Zwischenelemente formschlüssig eingreifen.

Durch die Verankerung der Zwischenelemente an dem Joch können sich die Primärspulen in Axialrichtung an den Zwischenelementen abstützen, wodurch das Joch die auf die Primärspulen wirkenden Magnetfeld- Kräfte in Axialrichtung aufnehmen kann. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Primärteil eisenlos ausgebildet ist, um bei Vermeidung von Sättigungseffekten zugleich eine besonders leichte Bauweise des Primärteils und damit der Linearmaschine zu erzielen. Alternativ kann das Joch ein magnetisierbares Material zur Rückführung des magnetischen Flusses aufweisen.

Die Primärspulen können in Kunststoff, vorzugsweise in Kunstharz, insbesondere in Epoxydharz eingegossen sein. Die Zwischenelemente sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ebenfalls aus Kunststoff, vorzugsweise Kunstharz, insbesondere Epoxydharz gefertigt und können mit einer Faserverstärkung beispielsweise durch Einlage von Glasfasermaterial verstärkt sein.

Die supraleitenden Sekundärspulen können hohe Stromdichten tragen, vorzugsweise Stromdichten von mehr als 50 A/mm ² , weiter vorzugsweise von mehr als 70 A/mm ² und insbesondere von mehr als 100 A/mm ² , wodurch ein äußerst starkes Magnetfeld mit den Sekundärspulen erzeugt werden kann. Die von dem Sekundärteil erzeugbaren Flußdichten können im Luftspalt mehr als 0,5 Tesla, vorzugsweise mehr als 1 Tesla und ggf. bis zu 2 Tesla erreichen. Der Sekundärteil weist vorzugsweise einen zylindrischen Tragkörper auf, an oder auf dessen Mantelfläche die Sekundärspulen angeordnet sind. Die Anordnung der aus Wicklungen eines HTS-Leiters bestehenden Sekundärspulen, besonders vorteilhaft in Ausführungsform als Doppelpancake-Spulen, erfolgt vorzugsweise derart, dass das Magnetfeld der Sekundärspulen parallel zur Achse ausgerichtet ist.

Der Tragkörper des Sekundärteils ist vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material hergestellt, bspw. aus faserverstärktem Kunststoff. Der Tragkörper könnte auch aus einem magnetischen Material, beispielsweise Eisen, hergestellt sein oder bestehen. Bei einer Ausgestaltung sind die Sekundärspulen ringförmig ausgebildet und konzentrisch zueinander zur Achse auf dem zugehörigen Tragkörper des

Sekundärteils befestigt angeordnet. In Axialrichtung benachbarte Sekundärspulen werden im Betrieb durch gegenpolige Verschaltung ge- genphasig mit Gleichstrom beaufschlagt. Zwischen den Sekundärspulen können wiederum, um die Luftspaltwicklung zu verwirklichen, nicht magnetisierbare, ringförmige Abstandselemente angeordnet, an denen sich die Sekundärspulen in Axialrichtung abstützen. Benachbarte Sekundärspulen weisen bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise einen Abstand voneinander auf, der wenigstens doppelt so groß und vorzugsweise größer ist als die in Axialrichtung bestehende Breite der jeweiligen Sekundärspulen. Auch können mehrere Spulen zu einem Paket zusammengefasst werden, die alle die gleiche Stromflussrichtung aufweisen (in Serie oder parallel geschaltet) . Erst benachbarte Spulenpakete werden dann jeweils mit umgekehrter Stromrichtung beaufschlagt .

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden unter Bezugnahme auf in der Zeichnung schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele eines Lineargenerators sowie eines Wellenkraftwerks hiermit beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Lineargenerator mit einem

Primärteil und einem Sekundärteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;

Fig. 2 den Sekundärteil aus Fig. 1 in perspektivischer Ansicht;

Fig. 3 ein Wellenkraftwerk mit Lineargenerator, bei dem der Sekundärteil mittels einer Boje bewegt wird, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ein Wellenkraftwerk mit Boje zum Antreiben des Sekundärteils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ein Wellenkraftwerk mit einer unterhalb der Wasseroberfläche angeordneten Boje zum Bewegen des Sekundärteils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ein Wellenkraftwerk mit an der Wasseroberfläche schwimmender Boje zum Bewegen des Sekundärteils gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 7 ein Unterwasser-Wellenkraftwerk mit Boje zum Bewegen des Sekundärteils gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel .

In Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter Lineargenerator mit einem Primärteil 20 und einem Sekundärteil 30 dargestellt. Der Primärteil 20 begrenzt eine zylindrische Aufnahme 11, in der der Sekundärteil 30 entlang einer zentralen Achse A hin und her bewegbar ist. Der Primärteil 20 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel fünf konzentrisch zur Achse A angeordnete Primärspulen 21 auf. Die Zeichnung stellt nur einen Generatorausschnitt dar aus einem Gesamtgenerator, da z . B . im Dreiphasenbetrieb die Anzahl der Spulen oder Spulenpakete durch 3 teilbar sein muss. Die Primärspulen 21 bestehen aus Ringscheibenspulen, an denen über nicht dargestellte Kontakte an ihrem Außenumfang jeweils eine Phase eines z.B. um 120° phasenverschobenen Wechselstrom bzw. Drehstrom (Dreiphasenstrom) abgegriffen werden kann. Die aus einem Kupferleiter bestehenden Wicklungen der Primärspulen 21 sind zur mechanischen Stabilisierung in Epoxydharz eingegossen. Zwischen den Primärspulen 21 sind ebenfalls ringförmige Zwischenelemente 22 angeordnet, an denen sich die Primärspulen 21 mit ihren Stirnseiten in Axialrichtung abstützen. Die Zwischenelemente 22 erstrecken sich in Radialrichtung vom Innenumfang der Primärspulen 21 bis zum Außenumfang der Primärspulen 21. Am Außenumfang der Zwischenelemente 22 und der Primärspulen 21 liegt ein hohlzylindrisches Joch 23 an, an dem die Zwischenelemente 22 verankert sind (nicht dargestellt) . Das Joch 23 und die Zwischenelemente 22 bilden hierdurch ein mechanisches Haltegerüst für die darin aufgenommenen Primärspulen 21.

Das Joch 23 um das Primärteil 20 kann aus nichtmagnetisierbarem Material oder zur Abschirmung auch aus magnetisierbarem Material bestehen. In letzterem Fall kann sogar eine Kraftdichteerhöhung auf-

treten. Wenn das Joch 23 aus el . leitendem Material besteht, so kann es vorzugsweise zur Verminderung von Wechselstromverlusten mittels geblechten und geschlitzten Materialien gebildet werden, wobei die korrekte Richtung der Schlitzung oder Laminierung entsprechend den Anforderungen gewählt werden kann.

Die Zwischenelemente 22 können z.B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen und sind somit erfindungsgemäß nicht magnetisierbar, wodurch das in der Aufnahme 11 bei Strombeaufschlagung der Primärspulen 21 erzeugte Magnetfeld nicht durch eine Sättigungsmagnetisierung der Zwischenelemente 22 begrenzt wird. Zwischen den Primärspulen 21 befindet sich im wesentlichen kein magnetisierbares Material zur Flussführung. Die Anordnung der in Axialrichtung nebeneinanderliegenden Primärspulen 21 ist daher mit einer sogenannten Luftspalt - Wicklung ausgeführt. Diese „Luftspalte" zwischen den Primärspulen 21 sind mit den ggf. partiell hohlen und/oder ausschließlich zur Isolierung dienenden Zwischenelementen 22 gefüllt. Im Primärteil 20 können daher sehr breite Primärspulen 21 mit einer hohen Windungszahl pro axialer Länge eingesetzt werden. Da das Volumen der Zwischenelemente 22 nur ein Bruchteil des Volumens der Primärspulen 21 einnimmt, beträgt der Füllfaktor des Primärteils mit stromerzeugenden Windungen deutlich mehr als 50 %.

Der in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Sekundärteil 30 weist ringförmige, konzentrisch zur Achse A angeordnete Sekundärspulen 31 aus einem Hochtemperatursupraleiter auf. Diese bei kryogenen Temperaturen von mehr als 20 K supraleitfähigen Sekundärspulen 31 werden mit Gleichstrom beaufschlagt, wobei in Axialrichtung benachbarte Sekundärspulen 31 gegenphasig beschaltet sind. Die Hochtemperatursupraleiterwicklungen bzw. Sekundärspulen 31 im Sekundärteil 30 können als Pancake-Spulen, Doppelpancake-Spulen, als Pakete aus diesen Pan- cake-Spulen oder als kurze Solenoidspulen ausgeführt sein. Zwischen den Sekundärspulen 31 sind ebenfalls ringförmige Abstandselemente 32 angeordnet, die konzentrisch zur Achse A angeordnet sind. Die Abstandselemente 32 bestehen aus glasfaserverstärktem Epoxydharz und sind zusammen mit den Sekundärspulen 31 auf einem hohlzylindrischen Tragrohr 33 angeordnet. Das hohlzylindrische Tragrohr 33 kann aus

weichmagnetischem, magnetisierbarem Material wie z.B. weichmagnetischem Eisen gefertigt sein oder ebenfalls aus z.B. glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen. Um die Sekundärspulen 31 z.B. mit flüssigem Stickstoff kühlen zu können, ist der Kryostat 34 mit einem doppelwandigen Rohr 36 versehen. Der nicht dargestellte Zwischenraum zwischen der „warmen", äußeren Rohrwand und der „kälteren", inneren Rohrwand des Rohrs 36 ist evakuiert, um einen Wärmeeintrag von Außen in den Kryostaten 34 zu verhindern bzw. zu dämmen. Ggf. kann noch eine Isolationsschicht aus kommerziell erhältlicher Superisolationsfolie um die kalte Rohrwandung angebracht sein. Die Kraftübertragung von dem Sekundärteil 30 auf den Kryostaten 34 erfolgt mittels schematisch angedeuteter übertragungselemente 35a und 35b. Die übertragungselemente 35a, 35b bestehen aus einem Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit und hoher mechanischer Festigkeit, z.B. aus glasfaserverstärkten Kunststoffen. Die Sekundärspulen 31 können mit Stromdichten von bis zu 100 A/mm ² betrieben werden. Mit dem Lineargenerator 10 mit erfindungsgemäß ausgeführtem Primärteil 20 mit Luftspaltwicklung der Primärspulen und erfindungsgemäß aufgebautem Sekundärteil 30 können zwischen Primär- und Sekundärteil Kraftdichten von mehr als 18 N/cm ² in der Aufnahme 11 erreicht werden.

Die Figuren 3 bis 7 zeigen unterschiedliche Konstruktionsprinzipien für Bojen verwendende Wellenkraftwerke, in denen ein Lineargenerator insbesondere mit dem weiter oben beschriebenen Aufbau eingesetzt wird. In sämtlichen Figuren ist der Lineargenerator jeweils weiterhin mit Bezugszeichen 10, der Primärteil weiterhin mit Bezugszeichen 20 und der Sekundärteil weiterhin mit Bezugszeichen 30 bezeichnet. Die Figuren 3 bis 7 zeigen jeweils das zugehörige Wellenkraftwerk in der linken Hälfte in Position am Wellenberg und in der rechten Hälfte in Position im Wellental einer Meereswelle 51.

Fig. 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines im Meerwasser' schwimmenden Wellenkraftwerks 50, bei welchem der Lineargenerator 10 nahe der mittels der Welle 51 angedeuteten Wasseroberfläche angeordnet ist. Der gesamte Lineargenerator 10 mit Primärteil 20 und Sekundärteil 30 ist in einem koaxial zur Bewegungsachse A des Lineargenerators 10 ausgebildeten und angeordneten, zylindrischen Außengehäu-

seabschnitts 60 eines im Meerwasser schwimmenden Unterwasserkörpers 55 angeordnet. Der zylindrische Außengehäuseabschnitt 60 bildet mit seinem Innenraum eine hier zylindrische Aufnahme 61 für den Lineargenerator 10 und den oberen Abschnitt des insgesamt mit Bezugszeichen 55 bezeichneten Unterwasserkörpers, der unterhalb des Außenge- häuseabschnitts 60 mit einem großvolumigen Ballasttank 65 versehen ist, um insgesamt dem Unterwasserkörper 55 ausreichend Auftrieb zu verschaffen, damit dieser im Meerwasser nahe der Wasseroberfläche 51 treiben kann. Gleichzeitig verleiht der Ballasttank 65 dem Unterwasserkörper 55 eine ausreichende Trägheit, die bewirkt, dass der Unterwasserkörper 55 sich mit einer geringeren Amplitude als die des Wellengangs an der Wasseroberfläche 51 bewegt. Der hier als Tank ausgeführte Ballastkörper 65 ist zumindest teilweise mit Meerwasser gefüllt und sollte ein ausreichend großes Volumen aufweisen, um für eine annähernd ortsfeste Positionierung des Unterwasserkörpers 55 im Offshore-Einsatz zu sorgen. Zur genauen Austarierung kann der Ballasttank aber auch zusätzlich Stein, Beton, Stahl oder andere Materialien enthalten, die eine höhere Dichte haben als Wasser. Um auch bei starkem Seegang und starker Meeresströmung ein Forttreiben des Wellenkraftwerks 50 zu verhindern, kann es über eine Vertäuung 52 am hier nicht dargestellten Meeresboden verankert sein. Der wesentlich schmalere, zylindrische Außengehäuseabschnitt 60 des Unterwasserkörpers 55 ist über eine kräftige Bodenplatte 62 mit dem Ballastkörper 65 verbunden. An der Bodenplatte 62 ist der Primärteil 20 des Lineargenerators befestigt und der Sekundärteil 20 ist konzentrisch zur Achse A des Primärteils im Aufnahmeraum 61 des Außengehäuseab- schnitts 60 angeordnet. Die Achse A steht im wesentlichen senkrecht und das gesamte Wellenkraftwerk 50 ist im wesentlichen symmetrisch zur Achse A ausgebildet. Die Länge des Primärteils 20 ist mehr als doppelt so lang, vorzugsweise mehr als dreimal so lang wie die Länge des mit supraleitfähigen HTS-Spulen bestückten Sekundärteils 30, der sich innerhalb des Primärteils 20 parallel zur Achse A auf und ab bewegen kann. Die Hin- und Herbewegung des Sekundärteils 30 relativ zum Primärteil 20 wird beim Wellenkraftwerk 50 ausschließlich durch die Bewegung der Wasseroberfläche 51, mithin durch die zeitliche änderung der Amplitude einer Welle, erreicht, wobei die Laufrichtung der Wellen in Figur 3 mit dem Pfeil W angedeutet ist. Um die ReIa-

tivbewegung im Lineargenerator 10 zu erzeugen, ist der Sekundärteil 30 bewegungsfest mit einem auf der Achse A angeordneten, in den Figuren jeweils von einer Stange 75 oder Röhre mit vorzugsweise rundem Außendurchmesser gebildeten übertragungs- oder Kopplungselement verbunden, die mit ihrem freien, oberen Stangenende 76 an Aufbauten 71 angeschlossen ist, die mit den Schwimmkörpern 72 einer insgesamt mit Bezugszeichen 70 bezeichneten Boje verbunden sind. Der Auftrieb der Schwimmkörper 72 der Boje 70 ist derart gewählt, dass diese, wie ein Vergleich der linken und der rechten Darstellung des Wellenkraftwerks 50 in Figur 3 gut erkennen lässt, im Wesentlichen permanent mit derselben mittleren Eintauchtiefe an der Wasseroberfläche 51 schwimmt. Die Boje 70 übt mithin, wie mit dem Pfeil B angedeutet, im Wesentlichen mit der Frequenz und der Amplitude der Wellenbewegung der Wasseroberfläche 51 relativ zum Unterwasserkörper 55 einen Hub aus, da der Unterwasserkörper 55, wie mit den Pfeilen U angedeutet, eine wesentlich geringere Vertikalbewegung beim Durchlaufen einer Welle ausführt als die Boje 70. Wegen der bewegungsfesten Verbindung des Sekundärteils 30 über die Stange 75 mit der Boje 70 führt die Axialbewegung der Boje 70 relativ zum Unterwasserkörper 55 zu einer femdbetätigten Verschiebung von Sekundärteil 30 und Primärteil 20 des Lineargenerators 10 zueinander, wodurch, wie an sich für einen Lineargenerator bekannt, bei Vorhandensein eines Magnetfeldes im Sekundärteil 30 ein Strom in den Primärspulen des Primärteils 20 induziert werden kann, der zur Energiegewinnung umgewandelt und genutzt werden kann. Das Magnetfeld im Sekundärteil 30 wird über eine Bestromung der supraleitfähigen und unter ihre Sprungtemperatur gekühlten Spulen (nicht gezeigt) mit Gleichstrom erzeugt. Obwohl Primärteil 20 und Sekundärteil 30 im oberen Endbereich des Unterwasserkörpers 55 angeordnet sind und insofern je nach Wellenhöhe unterhalb der Wasseroberfläche liegen können, wird beim Wellenkraftwerk 50 auf relativ einfache Weise ein wasserdichter Abschluss des Aufnahmeraums 61 für den Lineargenerator 10 erreicht, da im Wesentlichen das einzige aus dem Lineargenerator 10 herausgeführte und in Kontakt mit der Umwelt stehende Verbindungsglied in der Stange 75 besteht. Zur Abdichtung gegenüber Feuchtigkeitseintritt kann die Stange 75 über geeignete, weiter nicht dargestellte Wellendichtungen einen Durch-

tritt 63 im Oberteil 64 des Außenwandgehäuses 60 des Unterwasserkörpers 55 durchgreifen.

Die koaxiale Führung von Primärteil 20 und Sekundärteil 30 zueinander wird beim Wellenkraftwerk 50 konstruktiv dadurch unterstützt, dass die Längsachse der Stange 75 mit der Bewegungsachse A des Lineargenerators 10 zusammenfällt und dass die Schwimmkörper 72 mittig einen zentralen Durchgang 74 aufweisen, der nach Art einer Axialführung mit der Außenwand des Außenwandgehäuses 60 des Unterwasserkörpers 55 zusammenwirkt. Um die Führung zwischen den Bewegungskörpern (72, 60) des Wellenkraftwerks 50 zu verbessern, können an der Innenseite des Durchgangs 74 des Schwimmkörpers 72 Gleit- oder Rollenlagerelemente 80 in Form von Gleitkissen, Rollen mit Gegenlagern, in Führungen geführten Rollenlagern od. dgl . angeordnet sein, die zugleich verhindern können, dass Meerwasser die Bewegung zwischen dem Unterwasserkörper 60 und den Schwimmkörpern 72 der Boje 70 behindert .

Sämtliche zum Betrieb des Lineargenerators 10 notwendigen Versorgungseinrichtungen sowie Schalteinrichtungen (nicht dargstellt) zur Energieumwandlung und Abführung der im Primärteil 20 des Lineargenerators 10 gewonnenen Energie können vorzugsweise in geeigneten Kammern des Schwimmkörpers 72 der Boje 70 oder innerhalb der Aufbauten 71 angeordnet werden, damit sich sämtliche Versorgungs- und Schalteinrichtungen permanent oberhalb der Wasseroberfläche 51 befinden. Die Stromkabel sowie Versorgungskabel z.B. für den Kryostat des Sekundärteils 30 können besonders vorteilhaft bei Verwendung einer starren und zugleich hohlen Stange 75 als Kopplungselement über deren Innenhohlraum in den Aufnahmeraum 61 des Unterwasserkörpers 60 hineingeführt werden. Die dargestellte, doppelkegelförmige Tankform des Ballastkörpers 65 stellt nur beispielhaft eines von zahlreichen Ausführungsbeispielen für einen als Tank ausgeführten Ballastkörper dar. Nicht dargestellt sind ferner Einrichtungen, mit denen der Wasserstand im Ballastkörper 65 verändert werden kann, um Boje 70 und Unterwasserkörper 55 des Wellenkraftwerks 50 je nach Wellengang auf eine Resonanzfrequenz zu trimmen, bei der eine besonders effektive Energiegewinnung möglich ist. Das Füllvolumen im Ballastkörper 65

könnte beispielsweise über schließ- und offenbare Ventile verändert werden .

Bei dem in Figur 4 dargestellten Wellenkraftwerk 150 haben die Boje 170 nebst Schwimmkörper 172 sowie der den Lineargenerator 10 mit Primärteil 20 und Sekundärteil 30 aufnehmende Außengehäuseabschnitt 160 des Unterwasserkörpers 155 denselben Aufbau wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. Das Wellenkraftwerk 150 unterscheidet sich vom Wellenkraftwerk 50 durch die Ausgestaltung des Ballastkörpers 165, der hier nicht aus einem Tank besteht sondern einen sich parallel zur Achse A erstreckenden, langen Mast 166 aufweist, nahe dessen unteren Ende hier zwei flache und sich quer zur Achse A erstreckende, großflächige Plattformen 167, 168 befestigt sind. Die Außenabmessung der Plattformen 167, 168, insbesondere deren Durchmesser, ist vorzugsweise deutlich, wenigstens doppelt so groß wie der Außendurchmesser der Schwimmkörper 172 der Boje 170. Der Ballastkörper 165 bildet ein passives Element, mit welchem Relativbewegungen des Unterwasserkörpers 155 relativ zum nicht dargestellten Meeresboden noch stärker verhindert werden als beim Wellenkraftwerk 50. Die Passivität und insofern Lagestabilität des Unterwasserkörpers 155 kann verbessert werden, wenn wenigstens zwei Plattformen 167, 168 angeordnet sind, zwischen denen Meerwasser eintreten kann. In bestimmten Offshore-Bereichen könnte allerdings auch ein Ballastkörper mit nur einer passend dimensionierten Plattform ausreichend sein. Der Unterwasserkörper ist am Meeresboden über das Seil 52 verankert. Alternativ könnte auch der Bojenschwimmkörper am Meeresboden befestigt sein.

Figur 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wellenkraftwerks 250, bei welchem der Sekundärteil 30 mit einer Boje 270 verbunden ist, die sich permanent unterhalb der Wasseroberfläche 51 befindet und insofern ein Unterwassergleitelement bildet. Die Relativbewegung zwischen dem vorrangig einen Aktuator für den Lineargenerator 10 bildenden Sekundärteil 30 und dem den Stator zur Energiegewinnung bildenden Primärteil 20 wird durch eine überlagerte Bewegung der Boje 270 sowie des Unterwasserkörpers 255 erreicht. Der Unterwasser-

körper 255 weist oberhalb des die hin- und herbewegte Boje bildenden Unterwassergleitelements 270 einen Oberflächenschwimmkörper 280 auf, dessen Auftrieb angepasst ist, dass der Oberflächenschwimmkörper 280 sich permanent an der Wasseroberfläche 51 hält. Der Oberflächenschwimmkörper 280 ist über einen konzentrisch zur Achse A ausgerichteten, langgestreckten Mast 260 mit einem unterhalb des Unterwassergleitelementes 270 befindlichen, aus einem relativ schweren Tank od.dgl. bestehende Ballastkörper 265 verbunden, dessen Funktion u.a. darin besteht, die Bewegungsachse A des Wellenkraftwerks 250 im Wesentlichen vertikal zu halten. Der Ballastkörper 265 ist über eine Vertäuung 52 mit dem Meeresboden verbunden. Der den Ballastkörper 265 und den Oberflächenschwimmkörper 280 verbindende Mast 260 ist hohl und in dieser Hohlkammer 261 sind Primarteil 20 und Sekundärteil 30 des Lineargenerators 10 angeordnet. Der Primärteil 20 ist mehr als dreimal so lang wie der Sekundärteil 30. Der Mast 260 ist an den Oberflächenschwimmkörper 280 derart angeschlossen, dass ein abgedichteter und vorzugsweise mit Luft od.dgl. gefüllter Hohlraum entsteht. Der Oberflächenschwimmkörper 280 ist mit mehreren, hier schematisch angedeuteten Axialführungen 281 versehen, in denen sich Führungsstangen 277 führen, die parallel zur Achse A verlaufen und die mit dem die Boje bildenden Unterwassergleitelement 270 verbunden sind. Die Führungsstangen 277 sind über eine Stützverstrebung 273 mit einer parallel zur Achse angeordneten Stange 275 verbunden, an der der Sekundärteil 30 bewegungsfest angeschlossen ist. Um den Hohlraum 261 innerhalb des Mastes 260, in welchem der Lineargenerator 10 angeordnet ist, vor Feuchtigkeitseintritt zu schützen, durchgreift die Stange 275 hier am oberen Ende des Oberflächenschwimmkörpers 280 einen auf geeignete Weise mittels Wellendichtungen od.dgl. abgedichteten Durchtritt 263. Der Außengehäuseabschnitt bzw. die Außenwand des Mastes 260 dient vorzugsweise als Axialführung für das Unterwassergleitelement 270, das hierzu eine relativ langgestreckte Führungsaussparung 278 aufweisen kann. Da sich beim Wellenkraftwerk 250 die Boje 270, wie mit den Pfeilen B in der linken und rechten Hälfte der Figur 5 angedeutet, und der Oberflächenschwimmkörper 280, wie mit dem Pfeil U angedeutet, jeweils gegensinnig bewegen, können je nach Wellenbewegung unterschiedliche Amplituden und Relativbewegungen auftreten, die zur Energiegewinnung genutzt werden können.

Die Schalt- und Versorgungseinrichtungen können vorzugsweise im Oberflächenschwimmkörper 280 angeordnet werden, so dass sie sich permanent an bzw. oberhalb der Wasseroberfläche befinden.

Figur 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Wellenkraftwerk 350 mit einem stationär am Meeresboden 53 befestigten Unterwasserkörper 355. Der Unterwasserkörper 355 kann eine kräftige Bodenplatte 362 aufweisen, die unmittelbar am Meeresboden 350 verankert ist. Die Gehäusewand 395 des Unterwasserkörpers 355 kann eine im Prinzip beliebige, hier etwa glockenförmige Form erhalten und eine Größe einnehmen, dass insbesondere auch Schalt- und Versorgungseinrichtungen 390 zum Betrieb des Lineargenerators 10 innerhalb des von der Gehäusewand 395 umschlossenen Aufnahmeraums 361 angeordnet werden können. Die Relativbewegung zwischen Sekundärteil 30 und Primärteil 20 des Lineargenerators 10 wird mittels einer an der Wasseroberfläche 51 schwimmenden Boje 370 erzeugt, die hier mittels eines flexiblen Seils 396 mit einem oberen Ende einer Stange 375 verbunden ist. Das untere Ende der Stange 375 ist bewegungsfest an dem Sekundärteil 30 des Wellenkraftwerks 350 angeschlossen. Da über das flexible, mit der Boje 370 verbundene Kabel 396 nur Zugkräfte übertragen werden können, d.h. ein Vertikalhub in Pfeilrichtung H des Sekundärteils 30 erreicht werden kann, ist dem Sekundärteil 30 ein hier von einer schematisch angedeuteten Feder 399 gebildetes Rückstellmittel zugeordnet, welches den Sekundärteil 30 in Richtung der Bodenplatte 362 vorspannt und dorthin zurückbewegt, wenn kein Zug aufgrund eines Wellenbergs über das Seil 396 und die Schubstange 375 auf den Sekundärteil 30 ausgeübt wird. Die Stange 375 bildet wiederum das einzige übertragungsglied, welches aus der ansonsten abgedichtet ausgeführten Kammer 361 des Unterwasserkörpers 355 herausgeführt wird. Die Stange 375 wird in einem Durchtritt 363 in einer Dachwölbung der Gehäusewand 395 des Unterwassergehäuses aus diesem herausgeführt, und zur Abdichtung gegenüber Feuchtigkeitseintritt können im Durchtritt 363 geeignete Wellendichtungen od. dgl . an der Stange 375 anliegen.

Figur 7 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein Wellenkraftwerk 450, welches vollständig unterhalb der Wasseroberfläche 51 an-

geordnet ist. Die Hubbewegung zum Bewegen des Sekundärteils 30 relativ zum Primärteil 20 des Lineargenerators 10 wird vorrangig über Unterwasserwellen sowie Dichteunterschiede übertragen, die durch die Wellenbewegung an der Wasseroberfläche 51 auch in tieferen Schichten hervorgerufen werden. Der Sekundärteil 30 ist hierzu über eine Stange 475 mit einer die auf- und absinkende Boje bildenden Unterwasserglocke 470 verbunden, die achsparallel zu einem beispielsweise becherförmigen Unterwasserkörper 455 bewegbar ist. Unterwasserkörper 455 und Unterwasserglocke 470 umhüllen einen Aufnahmeraum 485, dessen Volumen durch den unterschiedlichen Ausfahrzustand der Unterwasserglocke 470 relativ zum Unterwasserkörper 455 veränderlich ist und der mit einem geeigneten Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist, damit das Wellenkraftwerk 450 insgesamt eine Resonanzeinrichtung zwischen Unterwasserkörper 455 und Unterwasserglocke 470 bildet. Die Bewegungsführung zwischen Unterwasserglocke 470 und Unterwasserkörper 455 erfolgt vorzugsweise an der zylindrischen Außenwand 459 des Unterwasserkörpers 455 über geeignete, hier nicht dargestellte Axialführungen, die ggf. mit Dichteinrichtungen sowie einer Luftspaltdichtung versehen sind, um zu verhindern, dass Tropfwasser aufgrund der Relativbewegungen in den Aufnahmeraum 485 eindringen kann. Der Innendruck des Gases im Aufnahmeraum 485 kann nach Art einer Feder die Rückstellbewegung der Unterwasserglocke 470 in ihre Ausgangslage bewirken. Beim Wellenkraftwerk 470 kann auf Stangendichtung od.dgl. verzichtet werden, da Wassereintritt allenfalls zwischen der Außenwand 459 des Unterwasserkörpers 455 und der Innenwand der Unterwasserglocke 470 in den Aufnahmeraum 485 auftreten könnte. Die Wellenenergie bewegt ausschließlich die obere Unterwasserglocke 470, während der Unterwasserkörper 455 über die Vertäuung 52 am Meeresboden 53 im Wesentlichen bewegungsfest verankert ist.

Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung und den Unteransprüchen zahlreiche Modifikationen. Insbesondere aus den Ausführungsbeispielen kann der Fachmann leicht weitere Varianten und andere Kombinationen ableiten. Um einen erfindungsgemäßen Lineargenerator für ein Wellenkraftwerk mit einer Leistung von etwa 1 MW (Megawatt) zu schaffen, kann der supraleitfähige Sekundärteil 30 z.B. einen Durchmesser von etwa 600 mm und eine Länge von etwa 600

mm bei einer Länge des Primärteils 20 von z.B. etwa 4 m erhalten. Die Anzahl der Primär- und Sekundärspulen in Axialrichtung ist nur beispielhaft und kann insbesondere mit der Breite der Spulen und der Gesamtlänge des Lineargenerators variieren. Die Sekundärspulen können auch spiralförmig angeordnet sein. Das Joch und das Trägerrohr des Sekundärteils können auch aus eisenhaltigem Material bestehen. Das Trägerrohr für den Sekundärteil kann auch entfallen, wenn die Sekundärspulen zusammen mit den Abstandhaltern z.B. durch eine •Vakuumimprägnierung fest miteinander verbunden worden sind. Alternativ kann das Trägerrohr für den Sekundärteil aus geblechtem und geschlitztem magnetisierbarem Material oder ebenfalls aus z.B. glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen. Auch hartmagnetische Materialien können in dem gleichstromdurchflossenen Sekundärteil als Trägerrohr zum Einsatz kommen. Insbesondere bei der Verwendung von normalleitenden Primärspulen kann deren Kühlung mit z.B. Wasser, öl, Gas oder Stickstoff (N ₂ ) indirekt oder vorzugsweise direkt erfolgen. Alternativ kann auch eine geeignete Gas- oder Trockenkühlung eingesetzt werden, die eine Betriebstemperatur unter 77K erlaubt, z.B. 2OK oder 3OK. Um Wirbelstromverluste im Primärteil weiter zu verringern, können die Primärspulen mit Litzwire-Wicklungen versehen sein. Ggf. könnte auch ein zweites Primärteil innerhalb des Sekundärteils angeordnet werden, um die Kraftdichte weiter zu erhöhen. Anstelle des Sekundärteils könnte durch die Wellenkraft auch der Primärteil parallel zur Achse bewegt werden. Der Primärteil könnte innen und der Sekundärteil könnte außen angeordnet sein. Die Figuren zeigen jeweils einen Lineargenerator, bei dem der mit Gleichstrom beaufschlagte Sekundärteil mechanisch durch eine auf- und absinkende Boje eines Wellenkraftwerkes bewegt wird, um den mittels dieser Bewegung des Sekundärteils in den Primärwicklungen des Primärteils induzierten Strom zur Energiegewinnung zu nutzen. Anstelle des Sekundarteils konnte auch der Primärteil bei ortsfestem Sekundärteil dxe Hin- und Herbewegung parallel zur Achse ausführen, ohne den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche zu verlassen. Bei sämtlichen gezeigten Ausführungsbeispielen bildet eine vorzugsweise außen runde Stange oder Röhre das mechanische übertragungselement zwischen der Boje und dem Sekundärteil, um trotz des langen Hubs auf relativ einfache Weise eine Abdichtung im Durchtritt mit Wellendichtringen od. dgl . ermög-

liehen zu können. Das übertragungs- oder Kopplungselement könnte aber auch eine andere, geeignete Profilform aufweisen und z.B. aus einem T-Träger oder Doppel-T-Träger, aus einer Röhre, aus einem Satz von Stangen od. dgl . bestehen oder solche Profile zur Versteifung umfassen. Die Dichtungen am Durchtritt könnten auch Faltenbalg- dichtungen umfassen, um auch bei langem Hub und großen Druckunterscheiden eine sichere Abdichtung zu gewährleisten.

Sämtliche Ausführungsbeispiel für ein Wellenkraftwerk mit Boje sind von eigenständiger erfinderischer Bedeutung und das Konstruktionsprinzip jedes dieser Wellenkraftwerke könnte auch zusammen mit Lineargeneratoren verwendet werden, bei denen Primärteil und Sekundärteil einen klassischen Aufbau mit z.B. sättigbarem Material zwischen den Spulen und/oder ohne Supraleiterwicklungen aufweisen. Für die Konstruktionsprinzipien der Wellenkraftwerke wird eigenständig, unabhängig vom verwendeten Lineargenerator, Schutz beansprucht.