一种垂荡式波浪能发电装置

技术领域

本发明属于发电设备技术领域，具体涉及一种垂荡式波浪能发电装置。

背景技术

地球表面积约71％是海洋，海洋中不仅有丰富的石油、水产资源，更蕴藏着巨量的可再生能源，主要包括波浪能、温差能、潮汐能、盐差能、潮流能和海洋风能等。其中，波浪能的本质是受地月间的引力作用影响产生的能量，因而具有能量密度大、分布广泛等优点，广受青睐。

目前收集波浪能的装置按工作原理主要分为三大类：振荡浮子式、振荡水柱式和越浪式。其中，振荡浮子式又称点吸收式，点吸收式波浪能发电装置因波浪转化效率高、易于阵列等优点最常被使用。现有的点吸收式波浪能收集装置存在的主要问题：一是对低周期波浪的转换效率低；二是发电模块均在浮体外部，浮体内部空间利用率低；三是装置的使用寿命受环境因素影响较大，容易老化和损坏。以上缺陷限制了波浪能发电系统的实际应用，开发出一种更高效更实用的波浪能发电装置正成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有波浪能发电装置发电效率较低的问题，本发明提供一种垂荡式波浪能发电装置。

本发明采用以下技术方案实现：

一种垂荡式波浪能发电装置，其安装在水体中，用于将水面产生的垂荡运动的势能转换为电能。垂荡式波浪能发电装置包括：固定架、限位座、浮子，以及至少一个发电套件。

固定架包括竖杆以及竖杆顶部的至少一根横杆，竖杆的底部安装在堤岸、海床或其他大型浮体上，用于实现对垂荡式波浪能发电装置进行固定。限位座位于固定架中每根横杆的前端；限位座的底部设有一根竖直向下延伸的直齿条，限位座中还包括至少一个延伸方向与直齿条平行的导向孔。

浮子呈陀螺形，包括一柱状的筒身和一锥状的底部，其内部为空腔。浮子的顶盖中包括一个供直齿条贯穿的齿条孔和多个与限位座中的导向孔位置和形状对应的导向杆；导向杆垂直于顶盖的上表面。

发电套件固定安装在浮子内部；发电套件包括一根转轴、两个转子、两个定子，以及两组摩擦发电组件和电磁发电组件。转轴的中间设有一个同轴连接的齿轮，两个转子分别固定连接在转轴的两端，两个定子呈圆筒形分别同心套设两个转子的外部，每组摩擦发电组件和电磁发电组件分别位于对应的转子和定子之间。齿轮两端的部分分别构成一个发电单元，每个发电套件中包括两个对称设置的发电单元。

垂荡式波浪能发电装置中的齿轮与直齿条啮合，导向杆插入到导向孔内；并使得当浮子相对限位座升降运动时，发电套件中的转子随齿轮自转，进而驱动摩擦发电组件和电磁发电组件运转并发电。

作为本发明进一步的改进，发电套件中的每个摩擦发电组件包括第一电极片、第二电极片和多个摩擦块。摩擦块的电负性介于所述第一电极片和第二电极片之间；第一电极片和第二电极片为贴合在定子的内壁上，第一电极片和第二电极片相互分离并交错分布。各个摩擦块贴合在转子的外壁上，并呈相互间隔的环状分布。当转子随转轴转动时，各个摩擦块在第一电极片和第二电极片上依次滑过，引起第一电极和第二电极间的电荷重新分布进而产生摩擦电流。

作为本发明进一步的改进，第一电极片和第二电极片分别采用铜电极和铝电极，摩擦块采用FEP材料制备而成。

作为本发明进一步的改进，发电套件中的每个电磁发电组件包括永磁体、两个线圈套筒和两个线圈。转子的环形壁面采用具有夹层的双层结构，永磁体嵌入到转子的环形夹层内。两个线圈套筒套设在转轴上并位于转子的两侧；两个线圈分别缠绕在两个线圈套筒上；转子随转轴转动时，线圈切割永磁体的磁感线，进而在线圈两端产生感应电动势。

作为本发明进一步的改进，永磁体采用由多块扇形磁瓦沿周向排列构成的分体式磁环；永磁体中相邻的两块磁瓦两端的极性相反。

作为本发明进一步的改进，发电套件通过安装板固定在浮子内。安装板的两端分别固定在浮子内壁上，安装板的板身上设有位于两侧的两个第一方孔和位于中间的一个第二方孔；发电套件中的两个定子分别位于两个第一方孔内，并与安装板固定连接。齿轮和直齿条构成的组合体位于第二方孔内。

作为本发明进一步的改进，安装板中还包括至少四块相互平行的固定板；固定板垂直于安装板，并被转轴依次贯穿。转轴的端部通过轴承与固定板可转动连接，线圈套筒固定连接在固定板上，并使得线圈套筒和转轴同心且不接触。

作为本发明进一步的改进，浮子中的导向杆采用圆柱形的光轴；限位座中的导向孔处设有光轴套；光轴插入到光轴套内。光轴套允许光轴沿轴向的自由穿梭，并限制光轴沿径向的偏移。

作为本发明进一步的改进，光轴的顶部包括螺纹段，光轴的螺纹段处限位螺母。限位螺母的尺寸大于导向孔，进而能够在低水位状态下防止浮子从固定座下方脱离。

作为本发明进一步的改进，浮子的顶盖的上表面和限位座的下表面均设有一个环绕在直齿条和所述导向杆外周的环形凸缘；两个环形凸缘间套设有一个长筒型的密封式柔性防水套。此外，限位座顶部还设有一个长筒型的密封式防水帽。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：

本发明设计的垂荡式波浪能发电装置可以通过浮子和限位座等组件吸收波浪中蕴含的不规则势能，并将其转换为浮子内部齿轮的规则的旋转运动。在浮子内部，本发明设计了一种全新的集成有摩擦纳米发电机和电磁发电机的发电套件。该发电套件对不同强度的波浪具有更强的适应性，当外部波浪的幅度和频率较小时，其中的摩擦发电组件的产生的电能占比较大。当外部波浪的幅度和频率较大时，电磁发电组件产生的电能占比较大。本发明设计的发电套件中的摩擦发电组件和电磁发电组件具有互补性，可以保证整个波浪发电装置在不同波浪环境中均产生稳定的输出。

本发明方案将发电套件嵌入到浮子内部，有效利用了浮子内部空间，提高了装置的发电密度。同时，本发明方案还可以根据需要在单个浮子内集成多个发电套件，或在同一个固定架上安装多个浮子，进而降低产品成本，并提升单位面积水体中部署的垂荡式波浪能发电装置的发电功率。

本发明提供的垂荡式波浪能发电装置结构简易紧凑、成本低，可以根据使用环境选择合适的安装方式；装置实现了波浪能到电能的转换，可为小型传感器的工作提供电能，具有广泛的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1中提供的一种垂荡式波浪能发电装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1的垂荡式波浪能发电装置中限位座和固定架的装配示意图。

图3为本发明实施例1的垂荡式波浪能发电装置中浮子部分的结构示意图。

图4为本发明实施例1的垂荡式波浪能发电装置中发电套件的结构示意图。

图5为本发明实施例1的垂荡式波浪能发电装置去除浮子顶盖的结构示意图。

图6为本发明实施例1的垂荡式波浪能发电装置在水面中的应用状态图。

图7为每个浮子内部安装多个发电套件的垂荡式波浪能发电装置的剖面结构示意图。

图8为同一个固定架上安装有多个浮子以及发电套件的垂荡式波浪能发电装置的结构示意图。

图9为本发明实施例1中每个发电套件中每个完整的发电单元的结果示意图。

图10为本发明实施例1中每个发电单元中转子部分和定子部分拆解后的结构示意图。

图11为本发明实施例1中采用几种典型的第一电极片和第二电极片的形状。

图12为本发明实施例1中采用的永磁体的结构示意图。

图13为本发明实施例2中限位座和导向杆部分的结构示意图。

图14为本发明实施例2中采用防水套和防水帽的垂荡式波浪能发电装置的结构示意图。

图15为本发明实施例2中采用伸缩杆代替导向杆的垂荡式波浪能发电装置的结构示意图。

图中标记为：

1、固定架；2、限位座；3、浮子；4、发电套件；5、防水套；6、防水帽；20、光轴套；21、导向孔；22、直齿条；30、齿条孔；31、顶盖；32、导向杆；33、伸缩杆；40、安装板；41、转轴；42、转子；43、定子；44、摩擦发电组件；45、电磁发电组件；300、凸缘；320、螺纹段；321、限位螺母；401、固定板；400、轴承；410、齿轮；441、第一电极片；442、第二电极片；443、摩擦块；451、永磁体；452、线圈；453、线圈套筒；4510、磁瓦。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种垂荡式波浪能发电装置，其安装在水体中，用于将水面产生的垂荡运动的势能转换为电能。如图1所示，垂荡式波浪能发电装置包括：固定架1、限位座2、浮子3，以及位于浮子3内部的至少一个发电套件4。

固定架1包括一根竖杆及其顶部的至少一根横杆，竖杆的顶部安装在堤岸、海床或其他大型浮体上，用于实现对垂荡式波浪能发电装置进行固定。如图2所示，限位座2位于固定架1中每根横杆的前端；限位座2的底部设有一根竖直向下延伸的直齿条22，限位座2中还包括至少两条延伸方向与直齿条22平行的导向孔21。

如图3所示，浮子3包括一柱状的筒身和一锥状的底部，其内部为空腔。本实施例经过相关测试后还发现，浮子3采用类似于陀螺形的旋转体结构时具有最佳的发电性能，本实施例中图3所示的结构为浮子3的最优结构。当然，本实施例的方案并不对浮子3的外形做出限制，在其他实施例中，也可以采用其他形状的浮子3。

本实施例中为了便于在浮子3内部安装发电套件4，浮子3的顶盖31采用了拆卸的设计，浮子3的下壳体和顶盖31之间可以采用螺纹、卡扣或者其它易于拆卸且可以保持密封的结构来进行连接。特别地，浮子3的顶盖31中包括一个供直齿条22贯穿的齿条孔30和多个与限位座2中的导向孔21位置和形状对应的导向杆32；导向杆32垂直于顶盖31的上表面。具体地，本实施例中顶盖31和导向杆32中设置有螺纹孔，在顶盖31底部通过螺钉可以将导向杆32固定连接在顶盖31上，在其他实施例中，顶盖31和导向杆32也可以采用焊接或其他连接方式进行固定，当然，也可以将顶盖31和导向杆32设计为一体成形件。

本实施例中浮子3顶盖31上的导向杆32是一条刚性的直杆，但是对导向杆32的截面形状并不做限定，在一些实施例中，可以采用单根的方案，例如，采用截面为矩形或多边形的杆件，该导向杆32与限位座2装配完成后，可以限制二者之间的相对转动或横向位移，仅允许二者沿导向杆32的延伸方向彼此接近或远离。在其他一些实施例中，导向杆32也可以采用多根的方案，进一步提高装置的结构稳定性，限制限位座2和浮子3以导向杆32为轴进行偏转。

发电套件4固定安装在浮子3内部；如图4所示，发电套件4包括一根转轴41、两个转子42、两个定子43，以及两组摩擦发电组件44和电磁发电组件45。转轴41的中间设有一个同轴连接的齿轮410，两个转子42分别固定连接在转轴41的两端，两个定子43呈圆筒形分别同心套设两个转子42的外部，每组摩擦发电组件44和电磁发电组件45分别位于对应的转子42和定子43之间。齿轮410两端的部分分别构成一个发电单元，每个发电套件4中包括两个对称设置的发电单元。

如图5所示，发电套件4通过安装板40固定在浮子3内。安装板40的两端分别固定在浮子3内壁上，安装板40的板身上设有位于两侧的两个第一方孔和位于中间的一个第二方孔；发电套件4中的两个定子43分别位于两个第一方孔内，并与安装板40固定连接。齿轮410和直齿条22构成的组合体位于第二方孔内。其中，发电套件4安装在浮子3中之后，转轴41上的齿轮410恰好位于顶盖31中的齿条孔30的正下方。

如图6所示，本实施例提供的垂荡式波浪能发电装置的装配和部署应用的方式如下：首先，打开浮子3的顶盖31，将发电套件4安装在浮子3内部的安装板40上，然后扣上顶盖31，对浮子3进行密封。其次，将限位座2安装在固定架1的顶部，本实施例中的固定架1包括一根竖杆和一根垂直于竖杆顶部的横杆。限位座2安装在横杆的端部，限位座2安装时，要保持顶部的直齿条22竖直朝下。接下来，将安装有发电套件4的浮子3放置到固定架1下方，然后向浮子3施加向下的压力，将浮子3部分沉没到水体内。同时，将浮子3顶盖31上的导向杆32分别插入到限位座2中的导向孔21内，并使得限位座2下方的直齿条22插入到下方的浮子3顶盖31上的齿条孔30内。最后，松开浮子3，浮子3向上浮起，使得导向杆32完全插入到导向孔21内并从限位座2上方穿出。以此同时，限位座2中的直齿条22也恰好与下方的发电套件4中的转轴41上的齿轮410相互啮合。

以下结合图5和图6对本实施例中的垂荡式波浪能发电装置的工作原理进行介绍：垂荡式波浪能发电装置中的固定架1和限位座2部分固定连接为一个部分，该部分通常固定在堤岸、海床或其它大型平台中，因此基本上会保持稳定，不受波浪的影响。浮子3和发电套件4固定连接构成另外一个部分，该部分直接放置在水面上，因此会随着波浪的运动而运动。由于浮子3和限位座2之间通过三根导向杆32相互连接，限位座2中的导向孔21一方面允许导向杆32沿竖直方向进行升降运动，另一方面也会限制浮子3沿水平方向上的横摇。因此，本实施例中的垂荡式波浪能发电装置部署在水体中之后，当水面保持静稳状态时，浮子3部分和限位座2部分也会保持相对静止。当水面存在较大幅度的波浪时，浮子3部分会随着水面相对限位座2沿竖直方向升降运动。

在波浪中，当水面向上抬升时，水体向浮子3施加的浮力大于浮子3及其内部的发电套件4的组合体的重力。由于限位座2中的直齿条22和发电套件4中的齿轮410相互啮合，因此浮力会强制齿轮410一边正向自旋一边沿着直齿条22上升，齿轮410的自转也会带动转轴41和转子42部分自旋运动。转子42相对定子43发生自旋运动的过程中，会使得发电套件4中的摩擦发电组件44和电磁发电组件45部分运转，进而产生电能。

在波浪中，当水面向下降低时，浮子3及其内部的发电套件4的组合体的重力要大于浮子3受到的浮力。由于限位座2中的直齿条22和发电套件4中的齿轮410相互啮合，因此重力会强制齿轮410一边反向自旋一边沿着直齿条22下降，齿轮410的自转也会带动转轴41和转子42部分自旋运动。转子42相对定子43发生自旋运动的过程中，会使得发电套件4中的摩擦发电组件44和电磁发电组件45部分运转，进而产生电能。

由此可见，当本实施例中的垂荡式波浪能发电装置部署在水体中之后，只要水面上存在波动幅度达到要求的波浪，该装置就可以持续地产生电能。该型发电装置具有较强的波浪能收集能力和较高的发电效率。

本实施例中的每个浮子3中安装有一个发电套件4，在其他更优化的实施例中，如图7所示，还可以将浮子3中的筒身部分适当延长，并在同一个浮子3中同时安装多个纵向布置的发电套件4，限位座2上的同一根直齿条22可以同时与浮子3内部的多个发电套件4中的齿轮410啮合。当浮子3随着水面上浮下潜时，直齿条22可以驱动多个发电套件4同步运转，进而提高该垂荡式波浪能发电装置在单位体积下的发电密度。

本实施例中的固定架1中只安装了一个限位座2，并连接了一个浮子3和发电套件4。但是在其他实施例更优化的方案中，如图8所示，同一个根固定架1的竖杆顶端可以同时连接有多根呈中心发射状排布的横杆，形成类似伞骨的结构，然后在每一根横杆的端部分别接有一组限位座2、浮子3和发电套件4等。这样，就可以大幅提高单位面积水体中部署的垂荡式波浪能发电装置的数量，同时降低固定架1部分的硬件成本。

本实施例中的垂荡式波浪能发电装置实际上有波浪能采集系统和发电系统两个部分构成。其中，限位座2、浮子3和发电套件4中带有齿轮410的转轴41，共同构成了一套可以将波浪的垂荡运动中蕴含的势能转换为齿轮410和转轴41进行自旋运动的机械能的波浪能采集系统。而发电套件4则为本实施例中的发电系统部分。前者用于吸收波浪能并将不规律的波浪能转换为适于应用的规律的动能，而发电系统则是用于将波浪能采集系统转换出的动能转换成可以直接传输、应用或存储的电能。以上内容主要介绍了本实施例中的垂荡式波浪能发电装置中的波浪能采集系统部分的结构和原理，以下内容重点介绍本实施例针对上述新型的波浪能采集系统而全新设计的发电系统部分。

如图9所示，本实施例的发电套件4中的每个摩擦发电组件44包括第一电极片441、第二电极片442和多个摩擦块443。第一电极片441和第二电极片442采用具有电负性差异的导电性材料制备而成，二者贴合在定子43的内壁上，第一电极片441和第二电极片442相互分离并交错分布。各个摩擦块443贴合在转子42的外壁上，并呈相互间隔的环状分布。如图10所示，本实施例中的定子43实际上就是一个圆柱套筒，第一电极和第二电极贴在圆柱套筒的内壁上。摩擦块443为转子42的外壁上，由于转子42和定子43之间的间隙较小，当转子42装配到定子43中之后，每个摩擦块443的顶部会与电极部分接触，而转子42中的非摩擦块443区域则和定子43的内壁之间存在间隙。

当图9中转子42持续转动时，各个摩擦块443在第一电极片441和第二电极片442上依次滑过。由于摩擦块443的电负性介于第一电极片441和第二电极片442之间，假设三者的电负性关系为：第一电极片＞摩擦块＞第二电极片。那么，当摩擦块443转动过程中与电负性较弱的第二电极片442接触并分离后，由于摩擦起电效应可知，电荷会在摩擦块443和第二电极片442上进行再分配。使得摩擦块443带负电荷，第二电极片442带正电荷。当摩擦块443继续转动时，则会接触到电负性较强的第一电极片441并分离，在这一过程中，由于摩擦起电效应可知：电荷会在摩擦块443和第一电极片441上进行再分配，进而使得第一电极片441带负电荷，摩擦块443带正电荷。因此，在转子42持续转动过程，第一电极片441和第二电极片442上会积持续累了极性相反的电荷，进而两个电极片之间会产生摩擦电流。

具体地，在本实施例中，第一电极片441和第二电极片442分别采用铜电极和铝电极，摩擦块443采用FEP材料制备而成。在其他实施例中，也可以根据需要采用其他材料作为所需的电极材料和摩擦块443材料，三个零件在进行材料选择时，除了对电负性差异的要求以外，还要求两个电极片采用导电材料，而摩擦块443则尽量采用非金属材料。

为了提升摩擦发电的效率，本实施例中摩擦块443设计为周向排布在转子42外壁上的大量凸起物，并将第一电极片441和第二电极片442设计为彼此“犬牙交错”的条带状结构。第一电极片441和第二电极片442拼合为一个相互并不接触长条状，并在定子43内壁上首位连接形成环状带。例如，第一电极和第二电极片442可以采用如图11所示的类似方波、三角波、正弦波的结构。而摩擦块443则分布在转子42上对应两个电极片中间的位置。在这种状态下，转子42转动一个完整的旋转周期，摩擦块443和电极材料间会“接触-分离”多次，进而有效提升摩擦发电组件44的发电性能。具体地，转子42表面的摩擦块443数量，第一电极和第二电极的形状以及其中重复单元的数量可以通过实际测试进行优选。以保证整个装置的发电效率最高。

如图4和图9所示，本实施例中提供的发电套件4中的每个电磁发电组件45包括永磁体451、两个线圈套筒453和两个线圈452。转子42的环形壁面采用具有夹层的双层结构，永磁体451嵌入到转子42的环形夹层内。两个线圈套筒453套设在转轴41上并位于转子42的两侧；两个线圈452分别缠绕在两个线圈套筒453上。需要强调的是：本实施例中的永磁体451的结构如图12所示，每个永磁体451为一个由多块扇形磁瓦4510沿周向排列构成的分体式磁环；且在永磁体451中相邻的两块磁瓦4510两端的极性相反。其中，图12中每个磁瓦4510彼此靠近，并构成可一个完整的磁环，但是在实际应用过程中，也可以减少磁瓦4510的数量，使得相邻磁瓦4510之间存在间隙，进而在保证发电功率的同时，降低材料成本并降低转子42的自重。每个转子42中安装的磁瓦4510的数量以及每片磁瓦4510的空间位置均可以通过仿真和测试过程进行优化设计。

为了使得本实施例中的转子42和定子43的结构更加稳定，如图4所示，本实施例中的安装板40中还包括至少四块相互平行的固定板401；固定板401垂直于安装板40，并被转轴41依次贯穿。两端的固定板401分别通过一个轴承400与转轴41的端部可转动连接。线圈套筒453连接在固定板401上；并使得转轴41和线圈套筒453同心套设且不相互接触。具体地，轴承400嵌入到固定板401中，轴承400的内环与转轴41进行固定连接，轴承400的外环则与固定座通过过盈配合的方式固定连接。线圈套筒453可以安装在固定座上，例如，在固定座中的轴承400外周设置一个宽度等于线圈套筒453的壁厚的环形插槽，然后将圆管状的线圈套筒453插接在环形插槽内。或者之间通过紧固件或焊接的方式将线圈套筒453连接在固定板401上。当然，也可以直接将线圈套筒453的一端通过焊接或其他方式连接在固定板401上。

分析本实施例的转子42内部的永磁体451的周围的磁场分布可以发现：每个磁瓦4510周围都存在从N极指向S极的磁感线，但是由于相邻磁瓦4510间的极性是相反的，因此在转子42两端的不同位置的磁感线分布是相对复杂且不均匀的，不同位置磁场强度与其距离磁瓦4510距离和周围磁瓦4510的分布密度有关。在这种状态下，当转子42随转轴41转动时，永磁体451也会发生转动。线圈452缠绕线圈套筒453上，并且线圈套筒453不与转轴41直接接触，因此线圈套筒453和线圈452在转子42转动过程均保持静止。当非均匀的磁场相对于处于静止状态的线圈452转动时，位于转子42两端的线圈452会切割永磁体451的磁感线，线圈452的磁通量发生变化，进而在线圈452两端产生感应电动势。

在本实施例的方案中，每个永磁体451的两端均布置有线圈452，这可以最大化利用浮子3内部的空间，提高垂荡式波浪能发电装置在单位体积内产生的发电功率。

实施例2

本实施例提供一种垂荡式波浪能发电装置，该方案是相对于实施例1方案的进一步优化的产品。在本实施例的产品中，如图13所示，浮子3中的导向杆32采用圆柱形的光轴；限位座2中的导向孔21处设有光轴套20；光轴插入到光轴套20内。光轴套20允许光轴沿轴向进行自由穿梭，并限制光轴沿径向的偏移。本实施用采用圆柱形导向杆32可以使得浮子3的升降运动更加顺滑，但是导向杆32的数量应当至少为两根，本实施例中采用了三根呈三角形分布的导向杆32。这可以产生良好的导向和限位效果，保证浮子3仅能沿竖直方向升降。另外，本实施例还在限位座2的每个导向孔21中安装了一个光轴套20，光轴套20可以采用硬度较高、耐磨性更好的材料制备而成，进而提高限位座2的耐磨损性能，提高垂荡式波浪能发电装置的使用寿命。

在本实施例，如图13所示，光轴的顶部还包括螺纹段320，光轴的螺纹段320处套设有限位螺母321。限位螺母321的尺寸大于导向孔21和光轴套20的孔径。在装配过程中，光轴套20嵌入到限位座2中的各个导向孔21内。当浮子3安装在限位座2下方，并将导向杆32向上插入光轴套20中之后，再利用限位螺母321拧紧到导向杆32上端的螺纹段320上。此时，如果水位上升，则浮子3和导向杆32上升，限位螺母321不会对装置的应用造成影响。但是当水位下降至低于装置发电的最低水位时，浮子3在下降到最低位置后，导向杆32上端的限位螺母321被光轴套20阻挡，浮子3和导向杆32无法继续下降，本实施例中的限位螺母321起到了阻止浮子3在低水位状态下从固定座下方脱离的作用。

在本实施例更加优化的方案中，如图14所示，浮子3的顶盖31的上表面和限位座2的下表面均设有一个环绕在直齿条22和所述导向杆32外周的环形凸缘300；两个环形凸缘300间套设有一个长筒型的密封式柔性防水套5。

本实施例提供的垂荡式波浪能发电装置在实际应用时，由于需要保证直齿条22可以在浮子3中自由穿梭，所以浮子3的顶盖31中必须要开设运行直齿条22通过的齿条孔30，这会损害整个浮子3的密闭性，进而导致浮子3内部的发电套件4暴露在富含水汽的环境中，并存在进水的风险。

本实施例通过在限位套的底部和浮子3的顶盖31间设置一个管状的防水套5来克服浮子3在运动过程中的密闭性缺陷。该防水套5可以采用乳胶等防水抗老化的柔性薄膜材料制备而成，防水套5的长度应当不短于浮子3和限位座2间的最大距离，由于本实施例中导向杆32顶部被限位螺母321锁死，因此二者的最大距离实际上就是导向杆32的长度。当限位座2和浮子3彼此靠近时，防水套5发生皱缩，当限位座2和浮子3彼此靠近时，防水套5保持绷紧。采用防水套5之后，无论浮子3如何升降运动，水汽均无法进入到浮子3中，因而可以提升浮子3中的发电套件4的稳定性和安全性。

另外，基于相同的目的，限位座2顶部还设有一个长筒型的密封式防水帽6。防水帽6的作用是对限位座2中的导向孔21进行防水密封，同样地，防水帽6的深度也应当与导向杆32的长度相匹配，进而在保障防水效果的同时不对导向杆32的升降造成影响。

在其他方案中，如图15所示，本实施例中的导向杆32还可以改为可伸缩的伸缩杆33，伸缩杆33的一端固定连接在限位座2下方，另一端固定连接在顶盖31的上表面。在这种结构中，无需在限位座2中开设导向孔21，也无需为限位座2设计防水帽6，只需要在限位座2和浮子3之间设计防水套5，就可以达到类似的防水效果。

本发明提供的垂荡式波浪能发电装置的应用非常广泛，可以将该波浪能发电装置采用集群部署的方式安装在水体中，每个波浪能发电装置产生的电能可以通过线缆传输到集中的电能存储设备中进行收集，也可以为每个波浪能发电装置配置一个独立的蓄电设备，如锂电池等，并安装在固定架1处。

除了将多个本实施例提供的垂荡式波浪能发电装置进行集群部署，进而产生规模发电效应之外，本实施例中的垂荡式波浪能发电装置还可以应用在目前快速发展的海洋物联网领域，实现设备自供电等。

例如，在一些近海以及重点海域，海洋和气象部门可能会部署一些信标和海文数据采集设备，这些设备中的很多仪器或装置需要进行供电，在传统的方案中，这些装置可以安装蓄电池为设备发电，蓄电池的续航时间有限，因此需要维护人员定期进行电池更换，这产生了较大的设备维护成本。为了降低维护成本，技术人员也曾在相关设备附近安装太阳能发电浮体等装置，但是太阳能发电设备在海面上使用时发电的稳定性不足。而本实施例中的垂荡式波浪能发电装置则十分适合应用于这一场景。只要海洋的水体不会长期保持静稳状态，该装置总是能够产生充足的能量捕集效果。另外，为了进一步保障海洋物联网设备的稳定电力供应，还可以将本实施例中的垂荡式波浪能发电装置和常规方案中的太阳能发电装置等进行联合部署。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。