CN104088757A - 一种风能、海洋波浪能综合发电装置 - Google Patents

一种风能、海洋波浪能综合发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风能、海洋波浪能综合发电装置，包括提供浮力的浮筒、用于海上风能发电的永磁旋转发电机和用于海洋波浪能发电的永磁直线发电机；浮筒有两个，内浮筒在发电过程中起到静止作用，外浮筒在发电过程中向永磁直线发电机提供海洋波浪能的动能；外浮筒与永磁直线发电机的动子之间用万向连接轴和刚性连接杆进行连接，而永磁直线发电机安装在内浮筒的底部；用于海上风能发电的永磁旋转发电机安装在刚性连接杆的顶部，并且该永磁旋转发电机可以沿刚性连接杆的顶部完成径向转动，从而实现在不同海洋风向情况下进行发电。本发明中利用海上风能和海洋波浪能进行发电的发电装置结构简单、效率高，可以广泛应用于近岸和岛屿附近的海域。

Description

一种风能、海洋波浪能综合发电装置
技术领域
本发明涉及一种利用海上风能、海洋波浪能进行发电的发电装置总成，属于发电技术。
背景技术
将现有的海上风能和海洋波浪能转换成电能，可以为海上平台和偏远岛屿的用电设备直接提供电能，这样既降低了由于远距离输电线路铺设而产生的高额经济投入，也为新型可再生能源的开发和利用提供了发展方向。
海上风能和海洋波浪能均来源于太阳能。但是，海上风能和海洋波浪能的能量密度比太阳能大，尤其是海洋波浪能。鉴于海洋面积占据了全球总面积的71％，所以海上风能和海洋波浪能的能量储备异常丰富。如果有效地把海上风能和海洋波浪能转换成电能，将为人类提供一种重要的可再生清洁能源，也将促进海洋经济的快速发展。
中国专利申请CN201110137280.7公开了一种多功能风力发电装置。它具有显示功能、控制功能、通讯功能、风速测量功能、储能功能和风力发电功能。该发电装置不仅可以进行风力发电，而且具有风速测量的功能，因此可以为气象观测提供参考依据。上述风力发电装置没有涉及到机械系统的架构，实用性差。
中国专利申请201220205952.3公开了一种波浪发电装置。它由动力机安装平台、平台支柱、发电机和波浪动力装置组成。动力机安装平台上安装有摆轴，摆轴上安装有摆轮和摆杆，所述摆轮通过转换器与发电机连接。该装置的系统架构简单，造价低，可以利用各方向的波浪能进行发电。由于上述波浪发电装置的平台支柱与水底地面硬连接，所以在受到强大的水平波浪力冲击情况下，容易发生故障，
总体来讲，现有已投入使用的风能和海洋波浪能发电装置具有以下弊端：实用性差；发电装置运行过程中需要通过机械系统进行多次能量转换，从而导致发电效率降低；发电装置与海底地面硬连接，容易受到水平波浪力的冲击。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种风能、海洋波浪能综合发电装置，能够同时对海上风能和海洋波浪能进行采集并转换为电能，可促进海洋能源的进一步开发和利用。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种风能、海洋波浪能综合发电装置，包括圆环形的外浮筒、圆筒形的内浮筒、永磁直线发电机构和永磁旋转发电机构；
所述外浮筒同轴套设在内浮筒外侧，外浮筒可相对内浮筒发生轴向往复移动，在内浮筒上设置有两组限位挡块，两组限位挡块分别限定外浮筒相对内浮筒的移动范围两端；在外浮筒的上端设置有罩盖，罩盖盖住内浮筒的上端，罩盖侧沿与外浮筒密封连接；
所述永磁直线发电机构包括永磁直线发电机，永磁直线发电机包括定子和动子，定子通过固定块同轴固定在内浮筒内，定子同轴套设在动子外侧，动子可相对定子发生轴向往复移动；动子和罩盖之间通过第一刚性连接杆连接，第一刚性连接杆位于内浮筒的中轴线上；
所述永磁旋转发电机构包括叶轮、永磁旋转发电和圆周向滑套滑块机构，轴向滑套滑块机构包括滑套和滑块，滑块安装在滑套内，滑块可相对滑套发生整圆周方向的往复移动；永磁旋转发电的旋转输入端与叶轮固定连接，永磁旋转发电的固定端与滑块固定连接，滑套和罩盖之间通过第二刚性连接杆连接，第二刚性连接杆位于内浮筒的中轴线上。
该发电装置中，内浮筒和外浮筒分别在发电过程中相对静止和相对运动，永磁直线发电机构用于将海洋波浪能转化为电能，永磁旋转发电机构用于将海洋风能转化为电能；一般设计外浮筒的吃水深度为其高度的一半，内浮筒的吃水深度根据需要设计。由于能量转换过程中没有涉及到间接传递的环节，所以本发明利用海上风能和海洋波浪能发电的综合发电装置总成结构简单、效率高，可以广泛地为海上平台和偏远岛屿的用电设备提供电能供给。
优选的，所述第一刚性连接杆的下端通过万向联轴节与动子连接，以保障动子与定子之间的气隙恒定，同时也保证了第一刚性连接杆与动子之间的衔接可靠。
优选的，所述外浮筒和内浮筒的内腔底部均匀设置有配重块，使外浮筒和内浮筒的重心尽量下移进而增强外浮筒和内浮筒在运行过程中的稳定性；储能模块和电源管理模块设置在外浮筒的内腔；在外浮筒和/或内浮筒的内腔空白区域填充有塑料泡沫，以提高外浮筒和内浮筒的密封性能，要求塑料泡沫不干涉第一刚性连接杆的运动。
优选的，所述内浮筒的底部通过锚链与沉石/锚连接，沉石/锚放置于海底；以保证整个发电装置不会因为海洋波浪的水平推动而发生较大的位移。
优选的，所述圆周向滑套滑块机构中，滑套为半圆形，滑块为半圆形。
有益效果：本发明提供的风能、海洋波浪能综合发电装置，永磁直线发电机构用于将海洋波浪能转化为电能，永磁旋转发电机构用于将海洋风能转化为电能，由于能量转换过程中没有涉及到间接传递的环节，所以本发明利用海上风能和海洋波浪能发电的综合发电装置总成结构简单、效率高，可以广泛地为海上平台和偏远岛屿的用电设备提供电能供给。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为永磁旋转发电机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、图2所示为一种风能、海洋波浪能综合发电装置，包括圆环形的外浮筒1、圆筒形的内浮筒8、永磁直线发电机构和永磁旋转发电机构。
所述外浮筒1同轴套设在内浮筒8外侧，外浮筒1可相对内浮筒8发生轴向往复移动，在内浮筒8上设置有两组限位挡块3，两组限位挡块3分别限定外浮筒1相对内浮筒8的移动范围两端；在外浮筒1的上端设置有罩盖2，罩盖2盖住内浮筒8的上端，罩盖2侧沿与外浮筒1密封连接。
所述永磁直线发电机构包括永磁直线发电机，永磁直线发电机包括定子13和动子12，定子13通过固定块9同轴固定在内浮筒8内，定子13同轴套设在动子12外侧，动子13可相对定子12发生轴向往复移动；动子13和罩盖2之间通过第一刚性连接杆5连接，第一刚性连接杆5的下端通过万向联轴节11与动子12连接，第一刚性连接杆5位于内浮筒8的中轴线上。
所述永磁旋转发电机构包括叶轮4、永磁旋转发电18和圆周向滑套滑块机构，轴向滑套滑块机构包括半圆形的滑套20和半圆形的滑块19，滑块19安装在滑套20内，滑块19可相对滑套20发生整圆周方向的往复移动；永磁旋转发电18的旋转输入端与叶轮4固定连接，永磁旋转发电18的固定端与滑块19固定连接，滑套20和罩盖2之间通过第二刚性连接杆21连接，第二刚性连接杆21位于内浮筒8的中轴线上。
所述外浮筒1和内浮筒8的内腔底部均匀设置有配重块14，使外浮筒1和内浮筒8的重心尽量下移进而增强外浮筒1和内浮筒8在运行过程中的稳定性；储能模块6和电源管理模块7设置在外浮筒1的内腔；在外浮筒1和/或内浮筒8的内腔空白区域填充有塑料泡沫10，以提高外浮筒1和内浮筒8的密封性能，要求塑料泡沫10不干涉第一刚性连接杆5的运动。
所述内浮筒8的底部通过锚链15与沉石/锚16连接，沉石/锚16放置于海底17；以保证整个发电装置不会因为海洋波浪的水平推动而发生较大的位移。
下面就本案的工作原理及设计思想加以说明。
外浮筒1会随着海洋波浪进行上下往复运动，而内浮筒8则始终近似地维持静止状态；当外浮筒1随着海洋波浪进行上下往复运动时，会使得外浮筒1和内浮筒8产生相对运动，进而使得分别相对内浮筒1和外浮筒8固定的定子13和动子12产生相对运动而发电；将配重块14设置在外浮筒1和内浮筒8内腔底部可以使得外浮筒1和内浮筒8的重心尽量下移，进而增强外浮筒1和内浮筒8在运行过程中的稳定性。
限位挡块3是限制外浮筒1和内浮筒8相对运动的幅度，也是为了限制定子13和动子12之间的相对运动幅度，从而对永磁直线发电机起到保护的作用。
固定块9是为了使永磁直线发电机不发生水平波动；此外第一刚性连接杆5和第二刚性连接杆21均与罩盖2采用刚性连接，第一刚性连接杆5与动子12之间通过万向联轴节11进行连接，可以保障动子12与定子13之间的气隙恒定，也保障了第一刚性连接杆15与动子12之间的可靠连接。
叶轮4安装在永磁旋转发电18的旋转输入端，当海上风向发生转变时，叶轮4、永磁旋转发电18就会随滑块19沿着滑套20产生轴向转动，从而可以实现在任何风向情况下均可进行发电的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种风能、海洋波浪能综合发电装置，其特征在于：包括圆环形的外浮筒(1)、圆筒形的内浮筒(8)、永磁直线发电机构和永磁旋转发电机构；
所述外浮筒(1)同轴套设在内浮筒(8)外侧，外浮筒(1)可相对内浮筒(8)发生轴向往复移动，在内浮筒(8)上设置有两组限位挡块(3)，两组限位挡块(3)分别限定外浮筒(1)相对内浮筒(8)的移动范围两端；在外浮筒(1)的上端设置有罩盖(2)，罩盖(2)盖住内浮筒(8)的上端，罩盖(2)侧沿与外浮筒(1)密封连接；
所述永磁直线发电机构包括永磁直线发电机，永磁直线发电机包括定子(13)和动子(12)，定子(13)通过固定块(9)同轴固定在内浮筒(8)内，定子(13)同轴套设在动子(12)外侧，动子(13)可相对定子(12)发生轴向往复移动；动子(13)和罩盖(2)之间通过第一刚性连接杆(5)连接，第一刚性连接杆(5)位于内浮筒(8)的中轴线上；
所述永磁旋转发电机构包括叶轮(4)、永磁旋转发电(18)和圆周向滑套滑块机构，轴向滑套滑块机构包括滑套(20)和滑块(19)，滑块(19)安装在滑套(20)内，滑块(19)可相对滑套(20)发生整圆周方向的往复移动；永磁旋转发电(18)的旋转输入端与叶轮(4)固定连接，永磁旋转发电(18)的固定端与滑块(19)固定连接，滑套(20)和罩盖(2)之间通过第二刚性连接杆(21)连接，第二刚性连接杆(21)位于内浮筒(8)的中轴线上。
2.根据权利要求1所述的风能、海洋波浪能综合发电装置，其特征在于：所述第一刚性连接杆(5)的下端通过万向联轴节(11)与动子(12)连接。
3.根据权利要求1所述的风能、海洋波浪能综合发电装置，其特征在于：所述外浮筒(1)和内浮筒(8)的内腔底部均匀设置有配重块(14)；储能模块(6)和电源管理模块(7)设置在外浮筒(1)的内腔；在外浮筒(1)和/或内浮筒(8)的内腔空白区域填充有塑料泡沫(10)，要求塑料泡沫(10)不干涉第一刚性连接杆(5)的运动。
4.根据权利要求1所述的风能、海洋波浪能综合发电装置，其特征在于：所述内浮筒(8)的底部通过锚链(15)与沉石/锚(16)连接，沉石/锚(16)放置于海底(17)。
5.根据权利要求1所述的风能、海洋波浪能综合发电装置，其特征在于：所述圆周向滑套滑块机构中，滑套(20)为半圆形，滑块(19)为半圆形。
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