[發(fā)明專利]一種新型的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510099064.6
• 申請日: 2015-03-06
• 公開（公告）號: CN104728046B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付興賀;王標(biāo);林明耀;劉凱
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: F03D9/25
• 分類號: F03D9/25;F03D3/06;F03B13/14;H02K7/18
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用海洋、湖泊、河流等領(lǐng)域的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)，屬于發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步促使人們對能源需求不斷提高，傳統(tǒng)一次能源消耗殆盡，人們不得不尋求潔凈的可再生能源，例如，太陽能、風(fēng)能、潮汐能、波浪能、生物質(zhì)能等等。面臨世界性的能源危機(jī)，能否充分有效地利用各種清潔能源已成為制約全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展、和平穩(wěn)定的重要因素。

我國海洋遼闊、海岸線曲折漫長，海洋能源豐富，大力開發(fā)海上新能源，可以有效緩解傳統(tǒng)能源枯竭、能源成本增加、能源配置不合理等問題。風(fēng)能和波浪能是浩瀚海洋中蘊(yùn)藏的綠色可再生能源，其含量巨大、應(yīng)用前景廣闊。風(fēng)能是地球表面大量空氣流動所產(chǎn)生的動能，波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。隨著人們對風(fēng)能和波浪能發(fā)電的認(rèn)識不斷加深，各種風(fēng)能發(fā)電和波浪發(fā)電裝置不斷涌現(xiàn)。經(jīng)過多年發(fā)展，英國、日本、愛爾蘭、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、丹麥、印度、美國及中國等國家研發(fā)了大量風(fēng)能和波浪能發(fā)電裝置，漂浮在海面上或固定在海岸邊。

目前，人們所利用風(fēng)能和波浪能的方式是將動能或勢能轉(zhuǎn)換成電能，所開發(fā)的裝置基本上是面對單一能源，或者是風(fēng)能，或者是波浪能。如何進(jìn)一步提高兩種能源的利用率，增加能量轉(zhuǎn)換裝置的功率密度，共享投資成本,對海洋資源的利用和發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種新型的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)，旨在通過引入直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和波浪能的同時(shí)回收和利用，以增加能量轉(zhuǎn)換裝置的功率密度。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種新型的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)，包括垂直軸風(fēng)力機(jī)、直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)、浮筒和固定樁；

所述垂直軸風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸為中空結(jié)構(gòu)，直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的動子穿過轉(zhuǎn)子進(jìn)入旋轉(zhuǎn)軸的空腔，且動子與轉(zhuǎn)子無接觸，動子通過第一軸承內(nèi)嵌在旋轉(zhuǎn)軸中，可在旋轉(zhuǎn)軸的空腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)軸與直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子剛性連接；

直線旋轉(zhuǎn)兩自由度電機(jī)的定子的上端部分內(nèi)陷，整個(gè)定子的軸向剖面呈凹形，在凹形的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置第二軸承支撐轉(zhuǎn)子，電機(jī)定子的下端部與固定樁為剛性連接，通過固定樁將整套發(fā)電系統(tǒng)固定。

優(yōu)選的：所述直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元和直線運(yùn)動單元；所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元利用風(fēng)能發(fā)電，而所述直線運(yùn)動單元利用波浪能發(fā)電。

優(yōu)選的：所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動單元包括直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、軸向充磁的永磁體、三相對稱繞組、定子和第二軸承；所述轉(zhuǎn)子通過第二軸承與定子的凹形的內(nèi)側(cè)面轉(zhuǎn)動連接，所述軸向充磁的永磁體表貼在轉(zhuǎn)子的下表面，且N極永磁體和S極永磁體沿轉(zhuǎn)子下表面的圓周方向交錯(cuò)分布；而定子的凹起表面徑向開槽，所述三相對稱繞組放置在槽內(nèi)；

所述直線運(yùn)動單元包括直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的動子、環(huán)形永磁體、三相環(huán)形集中繞組和定子；所述環(huán)形永磁體徑向充磁，表貼在直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的動子的外表面上，且環(huán)形的N極永磁體和環(huán)形的S極永磁體沿著動子的軸線方向依次交錯(cuò)分布；而定子的內(nèi)側(cè)表面周向開槽，槽內(nèi)放置三相環(huán)形集中繞組，且三相環(huán)形集中繞組的軸線與動子的軸線重合。

優(yōu)選的：所述浮筒受到的浮力大于等于動子和浮筒的總重力，使得動子和浮筒漂浮在水面上。

優(yōu)選的：在旋轉(zhuǎn)軸的空腔內(nèi)設(shè)置限位開關(guān)，限定直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的動子的直線運(yùn)動行程。

優(yōu)選的：垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉輪為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的：垂直軸風(fēng)力機(jī)的葉輪為“φ”型或“H”型。

進(jìn)一步的：所述直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)的輸出端連接有電力電子變換裝置和儲能環(huán)節(jié)。

優(yōu)選的：所述固定樁采用復(fù)合套管，通過拉伸鐵管改變固定樁的高度，確保電機(jī)定子在水面上。

有益效果：本發(fā)明提供的一種新型的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

本發(fā)明提出的一種新型的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)，在風(fēng)力作用下，垂直軸風(fēng)力機(jī)的作用使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，軸向充磁的永磁體在外氣隙中建立旋轉(zhuǎn)磁場，三相對稱繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；在波浪的作用下動子上下運(yùn)動，環(huán)形永磁體在內(nèi)氣隙中建立行波磁場，三相環(huán)形集中繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在一般情況下，發(fā)電裝置同時(shí)受風(fēng)力機(jī)和波浪的作用而工作，本發(fā)明通過引入直線旋轉(zhuǎn)兩自由度發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和波浪能的同時(shí)回收和利用，以分擔(dān)建造費(fèi)用、增加能量轉(zhuǎn)換裝置的功率密度。本發(fā)明基于直線旋轉(zhuǎn)兩自由度電機(jī)所提出的一種新型的風(fēng)浪發(fā)電系統(tǒng)還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)二級能量變換(波浪能-機(jī)械能-電能)，減少傳動機(jī)構(gòu)，提高發(fā)電效率；