CN107829880A - 一种风能、潮流能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电机技术领域，具体而言，涉及一种风能、潮流能发电装置，包括：浮体、分别垂直设于浮体正上方和正下方的风力发电机构和潮流能发电机构。风力发电机构包括风机和电能转化组件。潮流能发电机构包括转轮组件和电能转化组件。风力发电机构和潮流能发电机构的电能转化组件均包括壳体、设于壳体内壁相对设置的一对固定架、缠绕在固定架上的定子线圈，以及设于一对固定架之间的磁铁，上旋转轴或下旋转轴轴向伸入壳体内腔中部，上旋转轴或下旋转轴的端部通过一轴承固定于壳体内壁上，磁铁设于上旋转轴或下旋转轴上。本风能、潮流能发电装置及船舶能利用风能和潮流能发电，节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体而言，涉及一种风能、潮流能发电装置。
背景技术
能源是人类社会赖以生存的物质基础，现代社会的发展和繁荣与能源的发展息息相关，随着世界各国经济的发展和人口的增加，能源的消耗日益增加，面对严峻的能源问题和社会压力。风能和潮流能是储量大、无污染的绿色能源，开发利用风能和潮流能对缓解能源危机、降低环境污染具有十分重要的作用。
潮汐是海水在月球、太阳等引力作用下形成的周期性海水涨落现象，海水潮汐伴随两种运动形态：一是涨潮和退潮引起的海水垂直升降，即通常所指的潮汐；二是海水的水平运动，即海流。前者(海水垂直升降)所携带的能量(潮汐能)为势能；而后者所携带的能量(潮流能)为动能。与其他发电方式相比，利用潮流能发电有以下特点：潮流能使一种可再生的清洁能源；潮流能的能量密度远大于风能和太阳能，且总储量巨大；潮流能是一种可随时间、空间而变化的能源，但其变化有规律可循，并可***预报；潮流能发电无需拦海建坝，对海洋环境影响小。由于潮流发电具有以上优势，因此其必将成为21世纪能源结构的重要组成部分。
发明内容
本发明的目的是提供一种风能、潮流能发电装置，以解决利用风能、潮流能发电的技术问题。
本发明的风能、潮流能发电装置及船舶是这样实现的：
一种风能、潮流能发电装置，包括：
浮体、分别垂直设于所述浮体正上方和正下方的风力发电机构和潮流能发电机构；
所述风力发电机构包括风机和电能转化组件；所述风机包括一上旋转轴、通过幅轮连接在上旋转轴上的萨窝纽斯叶片，以及两端均与上旋转轴相连接的达里厄叶片；上旋转轴的底端连接在电能转化组件上；
所述潮流能发电机构包括转轮组件和电能转化组件；所述转轮组件，包括依次设于一下旋转轴上的第一水流整流器、转轮和第二水流整流器；所述第一水流整流器和第二水流整流器内腔均设有适于形成高速潮流的螺旋状的潮流通道；所述下旋转轴可相对于所述第一水流整流器和第二水流整流器旋转，且所述下旋转轴与转轮固定相连，即适于由转轮转动带动下旋转轴旋转；以及
所述风力发电机构和潮流能发电机构的电能转化组件均包括壳体、设于壳体内壁相对设置的一对固定架、缠绕在固定架上的定子线圈，以及设于一对所述固定架之间的磁铁，所述上旋转轴或下旋转轴轴向伸入所述壳体内腔中部，所述上旋转轴或下旋转轴的端部通过一轴承固定于壳体内壁上，所述磁铁设于所述上旋转轴或下旋转轴上。
进一步的，所述风力发电机构和潮流能发电机构同轴线安装在浮体上。
进一步的，所述定子线圈和固定架的外部密封有磁轭。
进一步的，所述上旋转轴或下旋转轴与电能转化组件的壳体连接处设有密封件。
进一步的，所述第一水流整流器远离转轮的端面为潮流通道的进水口，第一水流整流器相邻转轮的端面为潮流通道的出水口；所述潮流通道从进水口到出水口的内径渐小；以及
所述第二水流整流器远离转轮的端面为潮流通道的进水口，第二水流整流器相邻转轮的端面为潮流通道的出水口；所述潮流通道从进水口到出水口的内径渐小。
进一步的，所述出水口偏离所述第一、第二水流整流器的中心；以及
所述进水口远大于所述出水口。
进一步的，所述下旋转轴上对应第一水流整流器和第二水流整流器分别设有适于防止第一水流整流器和第二水流整流器轴向移动的定位凸块。
进一步的，所述第一水流整流器和第二水流整流器的外侧壁均圆周分布有若干片适于防止水流整流器转动的垂直挡片。
进一步的，所述电能转化组件的壳体的外侧壁沿周向分布有若干片适于防止壳体转动的垂直挡板。
进一步的，所述萨窝纽斯叶片和达里厄叶片均设为三片。
本发明实施例具有以下有益效果：通过在下旋转轴上设置的转轮在海洋潮流的起伏下旋转并带动下旋转轴的旋转，下旋转轴将扭力传递给电能转化组件的磁铁，磁铁相对定子线圈作切割磁力线运动，在定子线圈的两端产生电压，进而发出所需的交流电压。风机的上旋转轴在海风的作用下转动，下旋转轴将扭力传递给电能转化组件的磁铁，磁铁相对定子线圈作切割磁力线运动，在定子线圈的两端产生电压，进而发出所需的交流电压。即通过同时设置的风力发电机构和潮流能发电机构实现同时利用风能和潮流能发电，发电效率高，节能环保。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1示出了本发明实施例1所提供的风能、潮流能发电装置的结构示意图；
图2示出了本发明实施例1所提供的风能、潮流能发电装置的风机的结构示意图；
图3示出了本发明实施例1所提供的风能、潮流能发电装置的转轮组件的结构示意图；
图4示出了本发明实施例1所提供的风能、潮流能发电装置的第一水流整流器的结构示意图；
图5示出了本发明实施例1所提供的风能、潮流能发电装置的第二水流整流器的结构示意图；
图6示出了本发明实施例1所提供的风能、潮流能发电装置的转轮组件的原理图。
图中：浮体100、转轮组件200、第一水流整流器202、转轮203、第二水流整流器204、潮流通道206、进水口208、出水口210、垂直挡片213、电能转化组件300、壳体302、固定架303、定子线圈305、磁铁308、轴承310、密封件313、固定件315、垂直挡板318、连接耳320、下旋转轴400、定位凸块402、上旋转轴500、风机600、萨窝纽斯叶片602、达里厄叶片605。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1：
请参阅图1所示，本发明提供了一种风能、潮流能发电装置，包括：浮体100、分别垂直设于浮体100正上方和正下方的风力发电机构和潮流能发电机构；风力发电机构和潮流能发电机构同轴线安装在浮体100上。实际使用时，浮体100可连接在船舶使用。
请参阅图1和图2所示，风力发电机构包括风机600和电能转化组件300。风机600包括一上旋转轴500、通过幅轮连接在上旋转轴500上的萨窝纽斯叶片602，以及两端均与上旋转轴500相连接的达里厄叶片605；上旋转轴500的底端连接在电能转化组件300上。本实施例中，萨窝纽斯叶片602和达里厄叶片605均设为三片。
请参阅图1和图3所示，潮流能发电机构包括转轮组件200和电能转化组件300。转轮组件200，包括依次设于一下旋转轴400上的第一水流整流器202、转轮203和第二水流整流器204；第一水流整流器202和第二水流整流器204内腔均设有适于形成高速潮流的螺旋状的潮流通道206；下旋转轴400可相对于第一水流整流器202和第二水流整流器204旋转，且下旋转轴400与转轮203固定相连，即适于由转轮203转动带动下旋转轴400旋转。转轮203具有沿圆周方向分布的多个转叶。
请参阅图4和图5所示，第一水流整流器202远离转轮203的端面为潮流通道206的进水口208，第一水流整流器202相邻转轮203的端面为潮流通道206的出水口210；潮流通道206从进水口208到出水口210的内径渐小；以及第二水流整流器204远离转轮203的端面为潮流通道206的进水口208，第二水流整流器204相邻转轮203的端面为潮流通道206的出水口210；潮流通道206从进水口208到出水口210的内径渐小。出水口210偏离第一水流整流器202和第二水流整流器204的中心；以及进水口208远大于出水口210。上述设计使得在第一水流整流器202和第二水流整流器204的出水口210形成具有高流速的水流，使得高流速的水流冲击转轮203的转叶，进而带动下旋转轴400的旋转。
下旋转轴400上对应第一水流整流器202和第二水流整流器204分别设有适于防止第一水流整流器202和第二水流整流器204轴向移动的定位凸块402，使得转动不仅能够相当于第一水流整流器202和第二水流整流器204转动，同时还能带着第一水流整流器202和第二水流整流器204随着浮体100的在潮流中的沉浮一起上、下移动。
请参阅图1所示，风力发电机构和潮流能发电机构的电能转化组件300均包括壳体302、设于壳体302内壁相对设置的一对固定架303、缠绕在固定架303上的定子线圈305，以及设于一对固定架303之间的磁铁308，上旋转轴500或下旋转轴400轴向伸入壳体302内腔中部，上旋转轴500或下旋转轴400的端部通过一轴承310固定于壳体302内壁上，磁铁308设于上旋转轴500或下旋转轴400上。定子线圈305和固定架303的外部密封有磁轭。风力发电机构和潮流能发电机构的电能转化组件300对称地分别设于浮体100的上、下端面，且风力发电机构和潮流能发电机构的电能转化组件300不仅整体结构相同，且尺寸相同，以提供风能、潮流能发电装置整体结构的使用稳定性。
本实施例的电能转化组件300的壳体302与浮体100相接的端面设有适于对浮体100进行装配的连接耳320，通过螺栓依次***连接耳320和浮体100的对应的插孔中，即可实现电能转化组件300的壳体302与浮体100的装配。
上旋转轴500或下旋转轴400与电能转化组件300的壳体302连接处设有密封件313。上旋转轴500或下旋转轴400与电能转化组件300的壳体302连接处设有密封件313，密封件313可隔绝水流使其避免进入壳体302内腔。磁铁308通过上下两个固定件315固定在上旋转轴500和下旋转轴400上，防止磁铁308脱落。
请参阅图3所述，第一水流整流器202和第二水流整流器204的外侧壁均圆周分布有若干片适于防止水流整流器转动的垂直挡片213。通过设计的垂直挡片213，可以克服潮流在第一水流整流器202和第二水流整流器204内部形成高速水流反作用力的影响，避免第一水流整流器202和第二水流整流器204转动。
电能转化组件300的壳体302的外侧壁沿周向分布有若干片适于防止壳体302转动的垂直挡板318。若干垂直挡板318可设计为正交分布的四个垂直挡板318。
当潮流能发电机构的下旋转轴400带动电能转化组件300的壳体302内的磁铁308转动时，通过在壳体302的外侧壁沿周向分布垂直挡板318当感应到***其壳体302中的下旋转轴400的转动力时，垂直挡板318需要克服海水的阻力才能使得壳体302转动，将本实施例的垂直挡板318旋转需要克服的阻力远远大于壳体302感应到的其中的下旋转轴400的旋转动力，即可避免壳体302旋转。
当风力发电机构的上旋转轴500带动电能转化组件300的壳体302内的磁铁308转动时，通过在壳体302的外侧壁沿周向分布垂直挡板318当感应到***其壳体302中的上旋转轴500的转动力时，垂直挡板318需要克服海风的阻力才能使得壳体302转动，将本实施例的垂直挡板318旋转需要克服的阻力远远大于壳体302感应到的其中的上旋转轴500的旋转动力，即可避免壳体302旋转。
本实施例的潮流能发电机构的实施原理如下：请参阅图6所示，浮体100随着潮浪上移做不均速运动，转轮203在静水层作上升移动，移动过程中，水流从第一水流整流器202的进水口208进入，再从出水口210处形成比进水口208处水流速度快得多的高速水流，转轮203在高速水流的冲击下带动下旋转轴400旋转，下旋转轴400将扭力传递给电能转化组件300的磁铁308，磁铁308相对定子线圈305作切割磁力线运动，在定子线圈305的两端产生电压，进而发出所需的交流电压。当浮体100上移至波峰时，第一水流整流器202在静水层中停止上移，转轮203由于惯性继续转动，下旋转轴400也继续转动。随后在浮体100和电能转化组件300的重力作用下，浮体100开始下移。在浮体100的下移过程中，水流从第二水流整流器204的进水口208进入，再从出水口210处形成比进水口208处水流速度快得多的高速水流，转轮203在高速水流的冲击下带动下旋转轴400旋转，下旋转轴400将扭力传递给电能转化组件300的磁铁308，磁铁308相对定子线圈305作切割磁力线运动，在定子线圈305的两端产生电压，进而发出所需的交流电压。当浮体100下移至波谷时，第二水流整流器204在静水层中停止下移，转轮203由于惯性继续转动，下旋转轴400也继续转动。随后，浮体100随着波浪一起再次上移，进行周期性发电。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种风能、潮流能发电装置，其特征在于，包括：浮体、分别垂直设于所述浮体正上方和正下方的风力发电机构和潮流能发电机构；
所述风力发电机构包括风机和电能转化组件；所述风机包括一上旋转轴、通过幅轮连接在上旋转轴上的萨窝纽斯叶片，以及两端均与上旋转轴相连接的达里厄叶片；上旋转轴的底端连接在电能转化组件上；
所述潮流能发电机构包括转轮组件和电能转化组件；所述转轮组件，包括依次设于一下旋转轴上的第一水流整流器、转轮和第二水流整流器；所述第一水流整流器和第二水流整流器内腔均设有适于形成高速潮流的螺旋状的潮流通道；所述下旋转轴可相对于所述第一水流整流器和第二水流整流器旋转，且所述下旋转轴与转轮固定相连，即适于由转轮转动带动下旋转轴旋转；以及
所述风力发电机构和潮流能发电机构的电能转化组件均包括壳体、设于壳体内壁相对设置的一对固定架、缠绕在固定架上的定子线圈，以及设于一对所述固定架之间的磁铁，所述上旋转轴或下旋转轴轴向伸入所述壳体内腔中部，所述上旋转轴或下旋转轴的端部通过一轴承固定于壳体内壁上，所述磁铁设于所述上旋转轴或下旋转轴上。
2.根据权利要求1所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述风力发电机构和潮流能发电机构同轴线安装在浮体上。
3.根据权利要求1所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述定子线圈和固定架的外部密封有磁轭。
4.根据权利要求1所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述上旋转轴或下旋转轴与电能转化组件的壳体连接处设有密封件。
5.根据权利要求1所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述第一水流整流器远离转轮的端面为潮流通道的进水口，第一水流整流器相邻转轮的端面为潮流通道的出水口；所述潮流通道从进水口到出水口的内径渐小；以及
所述第二水流整流器远离转轮的端面为潮流通道的进水口，第二水流整流器相邻转轮的端面为潮流通道的出水口；所述潮流通道从进水口到出水口的内径渐小。
6.根据权利要求5所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述出水口偏离所述第一、第二水流整流器的中心；以及
所述进水口远大于所述出水口。
7.根据权利要求1或5任一项所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述下旋转轴上对应第一水流整流器和第二水流整流器分别设有适于防止第一水流整流器和第二水流整流器轴向移动的定位凸块。
8.根据权利要求1或5任一项所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述第一水流整流器和第二水流整流器的外侧壁均圆周分布有若干片适于防止水流整流器转动的垂直挡片。
9.根据权利要求1所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述电能转化组件的壳体的外侧壁沿周向分布有若干片适于防止壳体转动的垂直挡板。
10.根据权利要求1所述的风能、潮流能发电装置，其特征在于，所述萨窝纽斯叶片和达里厄叶片均设为三片。
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