本发明专利技术公开了一种风能和波浪能发电装置，包括垂直轴风力机、直线旋转两自由度发电机、浮筒和固定桩。所述垂直轴风力机的旋转轴为中空结构，内嵌直线旋转两自由度电机的动子，动子可在转轴空腔内往复运动。旋转轴与直线旋转两自由度发电机的转子刚性连接，在风力作用下，旋转轴及电机转子作旋转运动。所述直线旋转两自由度发电机的动子与浮筒刚性连接，在波浪驱动下，浮筒和电机动子上下往复运动。电机定子下端部与固定桩刚性连接，通过固定桩将整套发电装置固定。本发明专利技术通过引入直线旋转电机，实现风能和波浪能的同时利用，并保证了两个发电单元的独立稳定工作，提高了能量的采集效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用海洋、湖泊、河流等领域的风能和波浪能发电装置，属于发电领域。
技术介绍
经济的发展、科技的进步促使人们对能源需求不断提高，传统一次能源消耗殆尽，人们不得不寻求洁净的可再生能源，例如，太阳能、风能、潮汐能、波浪能、生物质能等等。面临世界性的能源危机，能否充分有效地利用各种清洁能源已成为制约全世界经济发展、和平稳定的重要因素。我国海洋辽阔、海岸线曲折漫长，海洋能源丰富，大力开发海上新能源，可以有效缓解传统能源枯竭、能源成本增加、能源配置不合理等问题。风能和波浪能是浩瀚海洋中蕴藏的绿色可再生能源，其含量巨大、应用前景广阔。风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。随着人们对风能和波浪能发电的认识不断加深，各种风能发电和波浪发电装置不断涌现。经过多年发展，英国、日本、爱尔兰、挪威、西班牙、葡萄牙、瑞典、丹麦、印度、美国及中国等国家研发了大量风能和波浪能发电装置，漂浮在海面上或固定在海岸边。目前，人们所利用风能和波浪能的方式是将动能或势能转换成电能，所开发的装置基本上是面对单一能源，或者是风能，或者是波浪能。如何进一步提高两种能源的利用率，增加能量转换装置的功率密度，共享投资成本，对海洋资源的利用和发展具有重要的理论意义和实用价值。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种风能和波浪能发电装置，旨在通过引入直线旋转两自由度发电机，实现风能和波浪能的同时回收和利用，以增加能量转换装置的功率密度。技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为:一种风能和波浪能发电装置，包括垂直轴风力机(I)、直线旋转两自由度发电机、浮筒(10)和固定粧(11)。所述垂直轴风力机(I)的旋转轴(2)为中空结构，且旋转轴(2)与直线旋转两自由度发电机的外转子(3)刚性连接；而直线旋转两自由度电机的动子(9)通过第一轴承与旋转轴(2)空腔内部滑动连接，使得动子(9)可在旋转轴(2)的空腔内往复运动；同时所述直线旋转两自由度发电机的动子(9)固定安装在浮筒(10)上。直线旋转两自由度发电机的定子(8)的上端部通过第二轴承支撑外转子(3)，电机定子(8)的下端部与固定粧(11)为刚性连接，通过固定粧(11)将整套发电装置固定在水面上。优选的:所述直线旋转两自由度发电机包括旋转运动单元和直线运动单元；所述旋转运动单元利用风能发电，所述直线运动单元利用波浪能发电。优选的:所述旋转运动单元包括直线旋转两自由度发电机的外转子(3)、径向充磁的永磁体(4)、三相对称绕组(5)和定子(8);所述径向充磁永磁体(4)表贴在外转子(3)的内表面，且N极永磁体和S极永磁体沿外转子(3)内表面的圆周方向交错分布；定子(8)的外侧表面轴向开槽，所述三相对称绕组(5)放置在槽内。所述直线运动单元包括直线旋转两自由度发电机的动子(9)、环形永磁体(6)、三相环形集中绕组(7)和定子(8);所述环形永磁体(6)径向充磁，表贴在直线旋转两自由度发电机的动子(9)的外表面上，且环形的N极永磁体和环形的S极永磁体沿着动子(9)的轴线方向依次交错分布；而定子⑶的内侧表面周向开槽，槽内放置三相环形集中绕组⑵，且三相环形集中绕组(7)的轴线与动子(9)的轴线重合。优选的:所述浮筒(10)受到的浮力大于等于动子(9)和浮筒(10)的总重力，使得动子(9)和浮筒(10)漂浮在水面上。优选的:在旋转轴⑵的空腔内设置限位开关，可以限定直线旋转两自由度发电机的动子(9)的直线运动行程。优选的:垂直轴风力机(I)的叶轮为垂直轴风力发电机的机构。优选的:垂直轴风力机(I)的叶轮为“ Φ ”型或“H”型。进一步的:所述直线旋转两自由度发电机的输出端连接有电力电子变换装置和储能环节。优选的:所述固定粧(11)采用复合套管，通过拉伸铁管改变固定粧(11)的高度，确保电机定子(8)在海面上。有益效果:本专利技术提供的一种风能和波浪能发电装置，相比现有技术，具有以下有益效果:本专利技术提出的一种风能和波浪能发电装置，在风力作用下，垂直轴风力机(I)的作用使得外转子(3)旋转，径向充磁永磁体(4)在外气隙中建立旋转磁场，三相对称绕组(5)产生感应电动势；在波浪的作用下动子(9)上下运动，环形永磁体(6)在内气隙中建立行波磁场，三相环形集中绕组(7)中产生感应电动势。在一般情况下，发电装置同时受风力机和波浪的作用而工作，本专利技术通过引入直线旋转两自由度发电机，实现风能和波浪能的同时利用，以分担建造费用、增加能量转换装置的功率密度。本专利技术基于直线旋转两自由度电机所提出的风能和波浪能发电装置还具有如下优点:I) 二级能量变换(波浪能-机械能-电能)，减少传动机构，提高发电效率；2)系统部件功能复用，风电和波浪发电共享制造成本，降低费用投入；3)风力发电和波浪发电均采用直驱式结构，系统结构简单、运行高效；；4)单电机结构，电机内部空间利用充分，系统体积和重量显著减低；5)直线与旋转驱动单元磁路基本独立，可以分开进行电磁设计和优化；6)电机部件与传统电机定转(动)子结构相似，加工工艺简单，易于制造；7)两套电枢绕组相互独立，易于实现输出电能的解耦控制和调节。【附图说明】图1为发电装置的结构示意图；图2为旋转运动单元的径向剖面图；图3为直线运动单元的轴向剖面图。其中，I为垂直轴风力机，2为旋转轴，3为外转子，4为径向充磁永磁体，5为三相对称绕组，6为环形永磁体，7为三相环形集中绕组，8为电机定子，9为动子，10为浮筒，11为固定粧。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。一种风能和波浪能发电装置，如图1所示:包括垂直轴风力机1、直线旋转两自由度发电机、浮筒10和固定粧11。所述垂直轴风力机I的旋转轴2为中空结构，且旋转轴2与直线旋转两自由度发电机的外转子3刚性连接；而动当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种风能和波浪能发电装置，其特征在于：包括垂直轴风力机(1)、直线旋转两自由度发电机、浮筒(10)和固定桩(11)；所述垂直轴风力机(1)的旋转轴(2)为中空结构，且旋转轴(2)与直线旋转两自由度发电机的外转子(3)刚性连接；而直线旋转两自由度电机的动子(9)通过第一轴承与旋转轴(2)空腔内部滑动连接，使得动子(9)可在旋转轴(2)的空腔内往复运动；同时所述直线旋转两自由度发电机的动子(9)固定安装在浮筒(10)上；直线旋转两自由度电机的定子(8)的上端部通过第二轴承支撑外转子(3)，电机定子(8)的下端部与固定桩(11)为刚性连接，通过固定桩(11)将整套发电装置固定。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付兴贺，王标，林明耀，刘凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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