CN106100446B - 一种基于核壳pvdf阵列的海浪发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，属于海浪发电装置技术领域。本发明所述上平板和下平板上均布有对称分布的通孔，上平板和下平板之间固定有核壳PVDF阵列，上平板上固定有连接板，连接板上开有连接板通孔，下平板上附有配重，配重物挂在配重物挂钩上，限位刚性绳的上端与上平板固定连接，限位刚性绳的下端与下平板固定连接。本发明的一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置能够不受恶劣天气的影响，在海浪作用下全天候持续供电，且结构简单，易安装，运行成本低，抗海水腐蚀，寿命长，同时依据输出的电压信号来监测海浪的频率和大小，用于海况评价。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于核壳PVDF(聚偏氟乙烯)阵列的海浪发电装置，属于海浪发电装置技术领域。
背景技术
海上设备的正常使用需要建立在全天候供电的基础之上，而现有的供电技术有蓄电池、太阳能电池以及发电机机组等。蓄电池的电池容量有限，隔一段时间就需回收充电，操作麻烦且周期成本高；太阳能电池只能在有太阳光照的天气下工作，而且表面的腐蚀和污染会大幅降低其光伏发电效率，制作成本也偏高；发电机组虽然能够满足全天持续供电的要求，但是系统体积和重量庞大。因此寻找一种全天候供电且系统简单、成本低的方案仍是重要的课题。
对于利用压电材料来实现机电转换的设计，目前最常用的是PZT压电陶瓷，但是压电陶瓷本身脆性大、变形小且价格昂贵，不适用于海浪作用下低频、大变形的机械运动。利用柔性的PVDF薄膜作为压电元件，是在薄膜两侧加上电极，而变形主要方向是在面内方向，即变形与净偶极矩方向不重合，不能够很好地利用压电系数d33。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，而提供一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，包括：上平板、连接板、下平板、限位刚性绳和核壳PVDF阵列，所述上平板上均布有上平板通孔，下平板上均布有下平板通孔，上平板上的上平板通孔和下平板上的下平板通孔上下一一对应，所述上平板和下平板之间固定有核壳PVDF阵列，上平板上固定有连接板，连接板上开有连接板通孔，限位刚性绳的上端与上平板固定连接，限位刚性绳的下端与下平板固定连接。所述核壳PVDF阵列由核壳PVDF压电单元构成，每个核壳PVDF压电单元由螺旋导电弹簧一、螺旋导电弹簧二和PVDF包覆材料组成，所述核壳PVDF压电单元中心位置设有螺旋导电弹簧一和螺旋导电弹簧二，所述螺旋导电弹簧一和螺旋导电弹簧二具有相同螺旋，螺旋导电弹簧一和螺旋导电弹簧二彼此分隔构成叉指电极，在螺旋导电弹簧一和螺旋导电弹簧二外表面包裹有PVDF材料，核壳PVDF压电单元的上端设在上平板上的上平板通孔内，核壳PVDF压电单元的下端设在下平板上的下平板通孔内。
本发明的一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置能够不受恶劣天气的影响，在海浪作用下全天候持续供电，且结构简单，易安装，运行成本低，抗海水腐蚀，寿命长，同时依据输出的电压信号来监测海浪的频率和大小，用于海况评价。
附图说明
图1为本发明基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置的整体结构示意图。
图2为核壳PVDF压电单元的结构示意图。
图3为核壳PVDF绞线的结构示意图。
图4为上平板的结构示意图。
图5为下平板的结构示意图。
图6为核壳PVDF绞线的截面示意图(三股)。
图7为核壳PVDF绞线的截面示意图(七股)。
图8为核壳PVDF绞线的截面示意图(十九股)。
图9为核壳PVDF绞线的截面示意图(三十七股)。
图中的附图标记，1为螺旋导电弹簧一，2为螺旋导电弹簧二，3为PVDF材料，4为上平板，5为上平板通孔，6为连接板，7为下平板，8为下平板通孔，9为限位刚性绳，10为配重物，11为连接板通孔，12为配重物挂钩，13为核壳PVDF阵列，14为核壳PVDF绞线。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图9所示，本实施例所涉及的一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，包括：上平板4、连接板6、下平板7、限位刚性绳9和核壳PVDF阵列13，所述上平板4上均布有上平板通孔5，下平板7上均布有下平板通孔8，上平板4上的上平板通孔5和下平板7上的下平板通孔8上下一一对应，所述上平板4和下平板7之间固定有核壳PVDF阵列13，上平板4上固定有连接板6，连接板6上开有连接板通孔11，限位刚性绳9的上端与上平板4固定连接，限位刚性绳9的下端与下平板7固定连接。连接板6是用于海航灯、海上气象浮漂等海上漂浮结构底部的连接部件。连接在上平板4和下平板7之间的限位刚性绳9，用于防止振动牵扯过大而拉断PVDF阵列。
所述核壳PVDF阵列13由核壳PVDF压电单元构成，每个核壳PVDF压电单元由螺旋导电弹簧一1、螺旋导电弹簧二2和PVDF包覆材料3组成，所述核壳PVDF压电单元中心位置设有螺旋导电弹簧一1和螺旋导电弹簧二2，所述螺旋导电弹簧一1和螺旋导电弹簧二2具有相同螺旋，螺旋导电弹簧一1和螺旋导电弹簧二2彼此分隔构成叉指电极，在螺旋导电弹簧一1和螺旋导电弹簧二2外表面包裹有PVDF材料3，核壳PVDF压电单元的上端设在上平板4上的上平板通孔5内，核壳PVDF压电单元的下端设在下平板7上的下平板通孔8内。
所述螺旋导电弹簧一1和螺旋导电弹簧二2均由银、铜、铝、铁等金属材料，或由石墨烯纤维、碳纳米管纤维、碳纤维等非金属导电材料制成。
所述核壳PVDF压电单元的横截面为圆形、椭圆形或长圆形。
所述核壳PVDF阵列13由PVDF绞线14或PVDF棒构成，所述PVDF绞线14由两根或多根组成，两根或多根PVDF绞线14相互缠绕扭绞在一起，PVDF绞线14或PVDF棒的上端设在上平板4上的上平板通孔5内，PVDF绞线14或PVDF棒的下端设在下平板7上的下平板通孔8内。
基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置还包括配重物10和配重物挂钩12，所述配重物挂钩12固定在下平板7底部，配重物10挂在配重物挂钩12上。
所述上平板4和下平板7均由抗海水腐蚀的材料制成，抗海水腐蚀的材料为表面带有氧化膜的铝及铝合金、铜及其合金、双相钢、碳钢衬聚乙烯复合管(钢塑管)以及塑料和橡胶等有机类材料。
基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置还包括软橡胶垫或硅胶垫，所述上平板4的上表面和下平板7的下表面分别固定有软橡胶垫或硅胶垫，用以保护核壳PVDF绞线或PVDF棒不受磨损。
所述限位刚性绳9由抗海水腐蚀的材料制成，所述抗海水腐蚀的材料为表面带有氧化膜的铝及铝合金、铜及其合金、双相钢或碳钢衬聚乙烯复合管。
所述限位刚性绳9为四个且长度相等，四个限位刚性绳9在上平板4和下平板7的四个角之间固定安装。
将单根或者多根核壳PVDF绞线14或PVDF棒沿着垂直于上平板4和下平板7的方向，依次穿过上平板4和下平板7的对称孔，编织形成核壳PVDF阵列13，或在上平板4和下平板7对称分布的两孔之间将单根或者多根核壳PVDF绞线14或PVDF棒垂直于上平板4和下平板7的方向独自固定，挂满上平板4和下平板7的所有孔形成核壳PVDF阵列13，保证垂直于上下平板方向的距离相等，单元刚好处于绷直状态，且相互之间没有缠绕干扰。
将每根核壳PVDF阵列中的双螺旋叉指电极分别用两根金属线连接到收集电路的正负极上；或者将全部核壳PVDF阵列中的双螺旋叉指电极分别用两根金属线连接在一起，再接到收集电路的正负极上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，包括：上平板(4)、连接板(6)、下平板(7)、限位刚性绳(9)和核壳PVDF阵列(13)，所述上平板(4)上均布有上平板通孔(5)，下平板(7)上均布有下平板通孔(8)，上平板(4)上的上平板通孔(5)和下平板(7)上的下平板通孔(8)上下一一对应，所述上平板(4)和下平板(7)之间固定有核壳PVDF阵列(13)，上平板(4)上固定有连接板(6)，连接板(6)上开有连接板通孔(11)，限位刚性绳(9)的上端与上平板(4)固定连接，限位刚性绳(9)的下端与下平板(7)固定连接，其特征在于，所述核壳PVDF阵列(13)由核壳PVDF压电单元构成，每个核壳PVDF压电单元由螺旋导电弹簧一(1)、螺旋导电弹簧二(2)和PVDF包覆材料(3)组成，所述核壳PVDF压电单元中心位置设有螺旋导电弹簧一(1)和螺旋导电弹簧二(2)，所述螺旋导电弹簧一(1)和螺旋导电弹簧二(2)具有相同螺旋，螺旋导电弹簧一(1)和螺旋导电弹簧二(2)彼此分隔构成叉指电极，在螺旋导电弹簧一(1)和螺旋导电弹簧二(2)外表面包裹有PVDF材料(3)，核壳PVDF压电单元的上端设在上平板(4)上的上平板通孔(5)内，核壳PVDF压电单元的下端设在下平板(7)上的下平板通孔(8)内。
2.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，所述螺旋导电弹簧一(1)和螺旋导电弹簧二(2)均由银、铜、铝、铁金属材料，或由石墨烯纤维、碳纳米管纤维、碳纤维非金属导电材料制成。
3.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，所述核壳PVDF压电单元的横截面为圆形、椭圆形或长圆形。
4.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，所述核壳PVDF阵列(13)由PVDF绞线(14)或PVDF棒构成，所述PVDF绞线(14)由两根或多根组成，两根或多根PVDF绞线(14)相互缠绕扭绞在一起，PVDF绞线(14)或PVDF棒的上端设在上平板(4)上的上平板通孔(5)内，PVDF绞线(14)或PVDF棒的下端设在下平板(7)上的下平板通孔(8)内。
5.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，所述上平板(4)和下平板(7)均由抗海水腐蚀的材料制成，所述抗海水腐蚀的材料为表面带有氧化膜的铝及铝合金、铜及其合金、双相钢、碳钢衬聚乙烯复合管、塑料或橡胶材料。
6.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，还包括配重物(10)和配重物挂钩(12)，所述配重物挂钩(12)固定在下平板(7)的底部，配重物(10)挂在配重物挂钩(12)上。
7.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，所述限位刚性绳(9)由抗海水腐蚀的材料制成，所述抗海水腐蚀的材料为表面带有氧化膜的铝及铝合金、铜及其合金、双相钢或碳钢衬聚乙烯复合管。
8.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，所述限位刚性绳(9)为四个且长度相等，四个限位刚性绳(9)在上平板(4)和下平板(7)的四个角之间固定安装。
9.根据权利要求1所述的基于核壳PVDF阵列的海浪发电装置，其特征在于，将单根或者多根核壳PVDF绞线(14)或PVDF棒沿着垂直于上平板(4)和下平板(7)的方向，依次穿过上平板(4)和下平板(7)的对称孔，编织形成核壳PVDF阵列(13)，或在上平板(4)和下平板(7)对称分布的两孔之间将单根或者多根核壳PVDF绞线(14)或PVDF棒垂直于上平板(4)和下平板(7)的方向独自固定，挂满上平板(4)和下平板(7)的所有孔形成核壳PVDF阵列(13)，保证垂直于上下平板方向的距离相等，单元刚好处于绷直状态，且相互之间没有缠绕干扰。
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