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申请/专利权人：中国海洋大学

摘要：本发明公开了一种波浪和垂荡耦合式发电装置，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮；波能转换机构的线圈组件的内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件的内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。本发明具有体积小、运行安全可靠的优点，对环境无污染，通过多位点排布方式，可有效提高发电效率，达到相对动态平衡稳定的供电效果，具有适应性强等特点。

主权项：1.一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，所述导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈和外线圈，内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件包括内磁体和外磁体，内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动；所述导流扇台设置为上端开口的中空倒圆台结构；所述虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒的外壁呈环形等间距排布设置；所述自提式机构还包括浮板，浮板设置在外磁体的底部，浮板设置为环形板状结构，其外径大于外磁体的外径。

全文数据：一种波浪和垂荡耦合式发电装置技术领域本发明属于海洋波浪能发电技术领域，具体涉及一种波浪和垂荡耦合式发电装置。背景技术波浪能的发电利用技术就是通过转换装置将波浪能转换为电能，输送至用电设备或并入电网进行供电。就目前的波浪能发电技术的发展状况来看，大致可以分为以下几类：①气动式波浪能发电装置。该类发电装置的关键部件为空气涡轮机，通过利用摇摆运动和震荡运动状态下的波浪，在密闭的气室内推动空气柱的上下运动，即将波浪能转换为空气的内能，空气的压力和动力推动空气涡轮机进行发电。②液动式波浪能发电装置。无论是摆式截止式波浪能转换装置还是消耗型筏式波浪能转换装置，技术的关键在于利用液压装置收集波浪运动过程中所蕴含的能量，然后液压装置通过驱动发电机来进行发电。③蓄水式波浪能发电装置。蓄水式波浪能发电主要通过利用岸边波浪爬升高度所具有的势能，使得高水头冲击水轮机转动通过水轮机驱动发电机进行发电。波浪能发电技术的研究由来已久，但是真正进入应用领域则应该追溯到20世纪60年代。最早开发利用波浪能资源的国家是法国，随后欧洲其他国家相继展开研究。目前，英国的波浪能利用技术处于世界领先水平。日本海洋科学技术中心JAMSTEC在1987年启动了“巨鲸”波浪能发电装置开发研究项目。“巨鲸”波能发电船是基于振荡水柱波能发电原理的浮式波浪能发电装置，利用波浪进入气室产生的振荡水柱，推动透平发电机组发电。该装置于1997年在三重县海域下水，于1998年9月开始持续两年的运行，最大总发电效率为12％，其优势在于既能进行波浪能发电，又可以作为独立平台使用。英国波浪能装置大部分量级为百千瓦如蚝式Oyster、少数已达到兆瓦量级如海蛇Pelamis，即单机容量最大的波浪能装置—海蛇。其发展趋势为装置的大型化与高可靠化，同时提出阵列布置的方案，主要研究内容为能量摄取PTO最大化、波浪－用户全链条WavetoWire优化、阵列Array布置策略、高海况生存可靠性Survivability等。我国的波浪能开发利用起始于20世纪70年代，于1975年制成并投入试验了1台1000W的波浪能发电装置，并进行了改良和升级。2009年，广州能源所研制的10kW鸭式一号波浪能发电装置成功下水。该装置的海试地点位于广东珠海万山海域。装置通过鸭体与水下浮体之间的相对运动俘获波浪能量，将波浪能量转化为液压能再进行发电。现有装置的俘获效率较高，但存在浮态不稳，发电设备进水等问题。综上所述，目前我国波浪能研发装置类型较多，但均存在结构复杂性及限制性，需要附设其他机械结构进行驱动，针对性差，单机的装机容量较小，阵列化布置兼容性弱。所以对于波浪能的发电装置的设计，还有很大的提升空间。发明内容针对现有技术中发电装置的结构复杂性以及限制性的技术问题，本发明的目的在于提供一种波浪和垂荡耦合式发电装置。本发明采取的技术方案为：一种波浪和垂荡耦合式发电装置，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，所述导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮，小滑轮、大滑轮均设置为定滑轮；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈和外线圈，内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件包括内磁体和外磁体，内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。进一步的，所述支撑筒设置为中空圆柱筒体结构，支撑筒的底部固定在海床上，支撑筒的顶端延伸至波浪位上方。更进一步的，所述支撑筒的顶端设置有顶盖，顶盖上和支撑筒相互连通开设有缆绳孔。进一步的，所述导流扇台设置为上端开口的中空倒圆台结构。进一步的，所述虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒的外壁呈环形等间距排布设置。进一步的，所述内磁体设置为圆柱体结构，其外径小于支撑筒的内径。进一步的，所述内磁体和支撑筒的底壁之间设置有弹簧。进一步的，所述外磁体设置为横截面呈环形的柱体结构，其内径大于支撑筒的外径。进一步的，所述自提式机构还包括浮板，浮板设置在外磁体的底部，浮板设置为环形板状结构，其外径大于外磁体的外径。进一步的，所述内线圈、外线圈相交接处的支撑筒的内壁、外壁分别设置有内限位板、外限位板。进一步的，所述滑轮座设置在支撑筒的顶部，滑轮座上分别设置有大滑轮轴、小滑轮轴，大滑轮活动套设在大滑轮轴上，小滑轮活动套设在小滑轮轴上。本发明的有益效果为：本发明单纯借助于海洋中的波浪能进行发电，具有体积小、运行安全可靠的优点，对环境无污染，通过多位点排布方式，可有效提高发电效率，达到相对动态平衡稳定的供电效果，具有适应性强等特点。附图说明图1为本发明的整体结构示意图。图2为图1中的俯视图。图3为图1中的侧视图。其中，1、海床；2、支撑筒；3、内磁体；4、导流扇台；5、外线圈；6、外磁体；7、内线圈；8、顶盖；9、滑轮座；10、小滑轮轴；11、小滑轮；12、大滑轮；13、大滑轮轴；14、波浪位；15、缆绳；16、浮板；17、外限位板；18、内限位板；19、弹簧。具体实施方式下面结合附图进一步说明本申请的技术方案。实施例1如图1、图2和图3所示，一种波浪和垂荡耦合式发电装置，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒2结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台4，所述导流扇台4沿着支撑筒2的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台4的下端设置在支撑筒2的外壁上；自提式机构包括滑轮座9、一对大滑轮12和一对小滑轮11；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈7和外线圈5，内线圈7、外线圈5分别设置于支撑筒2的内部、外部，磁体组件包括内磁体3和外磁体6，内磁体3、外磁体6之间通过缆绳15连接，缆绳15依次缠绕在小滑轮11、大滑轮12上，通过缆绳15的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。支撑筒2设置为中空圆柱筒体结构，支撑筒2的底部固定在海床1上，支撑筒2的顶端延伸至波浪位14上方。支撑筒2起到稳定的支撑作用，且为磁体组件的内磁体3、外磁体6的相对移动提供了限位空间，保证了磁体切割线圈的移动平稳性，可达到相对动态平衡稳定的供电效果。支撑筒2顶端的自提式机构有效地避免了海水的腐蚀，提高了系统的可靠性，自提式机构将虹吸机构和和波能转换机构结合到一起，有效地降低建造成本，增加装置的实用性和耐用性，便于海上和陆上的安装维护。支撑筒2的顶端设置有顶盖8，顶盖8上和支撑筒2相互连通开设有缆绳孔。顶盖8对支撑筒2起到一定的防护作用，缆绳15采用凯夫拉缆，穿过缆绳孔进行安装，安装方便快捷。导流扇台4设置为上端开口的中空倒圆台结构。支撑筒2内的海水随着内磁体3下移，从虹吸孔向外排至导流扇台4内，再沿着导流扇台4向外排出；当内磁体3沿着支撑筒2内向上移动时，导流扇台4内的海水沿着虹吸孔进入支撑筒2内。虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒2的外壁呈环形等间距排布设置。虹吸孔可以设置为圆形通孔、多边形通孔或不规则几何通孔结构。内磁体3和支撑筒2的底壁之间设置有弹簧19。弹簧19的增设可以平衡部分内磁体3与支撑筒2壁支架的摩擦阻力，便于提高内磁体3沿着支撑筒2上下移动的稳定性。内磁体3设置为圆柱体结构，其外径小于支撑筒2的内径。外磁体6设置为横截面呈环形的柱体结构，其内径大于支撑筒2的外径。内磁体3和外磁体6的结构新颖，其与支撑筒2相互适配，可降低二者上、下相对移动的阻力，间接提高电能转换率。滑轮座9设置在支撑筒2的顶部，滑轮座9上分别设置有大滑轮轴13、小滑轮轴10，大滑轮12活动套设在大滑轮轴13上，小滑轮11活动套设在小滑轮轴10上。滑轮座9起到稳定的支撑作用，保证了支撑平稳性。自提式机构还包括浮板16，浮板16设置在外磁体6的底部，浮板16设置为环形板状结构，其外径大于外磁体6的外径。浮板16的表面积较大，其与波浪的接触面积大，有利于充分吸收波浪产生的浮力，通过波浪的浮力带动外磁体6上下移动。内线圈7、外线圈5相交接处的支撑筒2的内壁、外壁分别设置有内限位板18、外限位板17。内限位板18对内磁体3形成限位作用，当内磁体3向上移动至内限位板18处时，停止位移；外限位板17对外磁体6形成限位作用，当外磁体6向下移动至外限位板17处时，停止位移；内、外限位板17的增设，有利于保证内磁体3切割内线圈7，外磁体6切割外线圈5，内外线圈5独立产生电流互不影响，同时有利于将两个线圈中的电流时时叠加传输，发电效率更高。具体运行过程为：将发电装置竖直固定在波浪能充足海域，按照多位点排布的方式安装数个发电装置，海平面为平静状态时为初始位置，支撑筒2内、外的内磁体3和外磁体6处于同一水平面上；当波浪经过发电装置周围时，会带动外磁体6向上运动，带动外磁体6下的海水往上运动，支撑筒2内下部海水会在虹吸效应作用下从支撑筒2外壁的虹吸孔中被吸出，使内磁体3沿着支撑筒2下移，通过凯夫拉缆绳15和小滑轮11、大滑轮12又能拉动外磁体6上移。根据右手螺旋定则，此时内线圈7在外磁体6的作用下产生顺时针电流，同时在内磁体3的作用下也产生顺时针的电流，两部分电流同向，电流强度大大增大。此时外线圈5在内磁体3作用下，产生顺时针方向的电流，且两个线圈中的电流频率和相位相同，可以叠加。反之，当波浪下降时，外磁体6在重力作用下下移，带动内磁体3上移，则产生的电流方向相反。将两个线圈串联起来，则可以将两个线圈中的电流时时叠加传输，发电效率更高。整个装置中，内磁体3和支撑筒2的底壁之间增设弹簧19，可增加内、外磁体6相对移动的稳定性。在串联的两个线圈的外端连接电能储存或传送装置，可以收集或转移生成的电能。以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，包括支撑机构、自提式机构、虹吸机构、波能转换机构，支撑机构设置为支撑筒结构，虹吸机构包括虹吸孔和导流扇台，所述导流扇台沿着支撑筒的外壁向外凸出延伸设置，虹吸孔相对于导流扇台的下端设置在支撑筒的外壁上；自提式机构包括滑轮座、一对大滑轮和一对小滑轮；波能转换机构包括线圈组件和磁体组件，线圈组件包括内线圈和外线圈，内线圈、外线圈分别设置于支撑筒的内部、外部，磁体组件包括内磁体和外磁体，内磁体、外磁体之间通过缆绳连接，缆绳依次缠绕在小滑轮、大滑轮上，通过缆绳的拉力实现线圈组件和磁体组件沿竖直方向相对移动。2.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述支撑筒设置为中空圆柱筒体结构，支撑筒的底部固定在海床上，支撑筒的顶端延伸至波浪位上方。3.根据权利要求2所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述支撑筒的顶端设置有顶盖，顶盖上和支撑筒相互连通开设有缆绳孔。4.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述导流扇台设置为上端开口的中空倒圆台结构。5.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述虹吸孔设置为通孔结构，相邻的虹吸孔沿着支撑筒的外壁呈环形等间距排布设置。6.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述内磁体设置为圆柱体结构，其外径小于支撑筒的内径；外磁体设置为横截面呈环形的柱体结构，其内径大于支撑筒的外径。7.根据权利要求1或6所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述内磁体和支撑筒的底壁之间设置有弹簧。8.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述自提式机构还包括浮板，浮板设置在外磁体的底部，浮板设置为环形板状结构，其外径大于外磁体的外径。9.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述内线圈、外线圈相交接处的支撑筒的内壁、外壁分别设置有内限位板、外限位板。10.根据权利要求1所述一种波浪和垂荡耦合式发电装置，其特征在于，所述滑轮座设置在支撑筒的顶部，滑轮座上分别设置有大滑轮轴、小滑轮轴，大滑轮活动套设在大滑轮轴上，小滑轮活动套设在小滑轮轴上。

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