一種多層壓電裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多層壓電裝置，用于瀝青混凝土路面內(nèi)，包括多個層式壓電轉(zhuǎn)換器、金屬模具和封裝保護層，層式壓電轉(zhuǎn)換器為圓柱狀，層式壓電轉(zhuǎn)換器包括壓電元件、預(yù)應(yīng)力螺栓、前金屬蓋板和后金屬蓋板；各層式壓電轉(zhuǎn)換器均設(shè)置于金屬模具中固定，層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬蓋板露于金屬模具的上表面外，各層式壓電轉(zhuǎn)換器之間并聯(lián)連接；封裝保護層充滿金屬模具與層式壓電轉(zhuǎn)換器之間的縫隙且覆蓋金屬模具的上表面。本實用新型的多層壓電裝置可以將瀝青混凝土路面所受外力和振動轉(zhuǎn)化為電能的問題，并且提高多層壓電裝置與瀝青混凝土的相容性，對瀝青混凝土結(jié)構(gòu)損傷較小。
【專利說明】-種多層壓電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及道路建設(shè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多層壓電裝置，具體地涉及一 種適合埋置于浙青混凝土路面內(nèi)的多層壓電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 振動在自然環(huán)境中無處不在。這些振動能量大部分以熱能行駛耗散至周圍環(huán)境中 而被浪費掉。壓電材料，作為一種理想的機電能量轉(zhuǎn)換材料，具有很高的能量密度，其峰 值能量密度可達100?1000KW/KG。
[0003] 浙青混凝土路面具有表面平整度好等優(yōu)點，在設(shè)計使用期內(nèi)，路面要承受幾百萬 次以上的車輛軸載的反復(fù)作用，從而產(chǎn)生形變和振動，若將合適的壓電裝置埋入浙青混凝 土當中，則外力所產(chǎn)生的部分機械能可以被轉(zhuǎn)換成電能，前景可觀。
[0004] 目前，關(guān)于道路自發(fā)電技術(shù)的發(fā)明及實際應(yīng)用目前都很少，據(jù)有關(guān)媒體報道以色 列機構(gòu)已實際鋪設(shè)成功一段壓電路面，但涉及技術(shù)保密問題，其【具體實施方式】不得而知。國 內(nèi)西安交通大學的曹秉剛等人所發(fā)表的專利《利用公路系統(tǒng)振動能量壓電發(fā)電的方法及系 統(tǒng)》完整介紹了利用公路振動發(fā)電的一套方法，但其并未詳細介紹壓電裝置。
[0005] 因此，針對以上不足，需要提供一種適合埋置于浙青混凝土路面內(nèi)的多層壓電裝 置。 實用新型內(nèi)容
[0006] (一）要解決的技術(shù)問題
[0007] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是，提供一種多層壓電裝置，解決將浙青混凝土路 面所受外力和振動轉(zhuǎn)化為電能的問題，并且提高多層壓電裝置與浙青混凝土的相容性，減 少對路面結(jié)構(gòu)的損傷。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種多層壓電裝置，用于浙青混凝土 路面內(nèi)，包括多個層式壓電轉(zhuǎn)換器、金屬模具和封裝保護層，層式壓電轉(zhuǎn)換器為圓柱狀，層 式壓電轉(zhuǎn)換器包括壓電元件、預(yù)應(yīng)力螺栓、前金屬蓋板和后金屬蓋板，壓電元件包括多組圓 環(huán)形的壓電陶瓷片和電極片，各組壓電陶瓷片和電極片相互間隔的層疊構(gòu)成，各壓電陶瓷 片之間并聯(lián)連接；壓電元件的兩端分別設(shè)有前金屬蓋板、后金屬蓋板，預(yù)應(yīng)力螺栓依次穿過 后金屬蓋板、壓電元件并固定于前金屬蓋板上；
[0010] 各層式壓電轉(zhuǎn)換器均設(shè)置于金屬模具中固定，層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬蓋板露于 金屬模具的上表面外，各層式壓電轉(zhuǎn)換器之間并聯(lián)連接；封裝保護層充滿金屬模具與層式 壓電轉(zhuǎn)換器之間的縫隙且覆蓋金屬模具的上表面。
[0011] 優(yōu)選的，前述金屬模具的上表面開設(shè)有若干桶狀空腔，每個桶狀空腔的直徑大于 層式壓電轉(zhuǎn)換器的直徑，層式壓電轉(zhuǎn)換器依次設(shè)置于桶狀空腔中。
[0012] 優(yōu)選的，每組中的壓電陶瓷片和電極片通過加有銀粉的環(huán)氧導(dǎo)電銀膠粘合連接。
[0013] 優(yōu)選的，前述壓電陶瓷片的材質(zhì)為鋯鈦酸鉛。
[0014] 優(yōu)選的，前述電極片為橫截面與所述壓電陶瓷片相同尺寸的銅箔。
[0015] 優(yōu)選的，前述封裝保護層在所述金屬模具上表面的部分覆蓋所述層式壓電轉(zhuǎn)換器 的前金屬蓋板的上表面。
[0016] 優(yōu)選的，前述封裝保護層的材質(zhì)為環(huán)氧浙青。
[0017] 優(yōu)選的，前述預(yù)應(yīng)力螺栓外設(shè)有絕緣套筒。
[0018] (三）有益效果
[0019] 本實用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：
[0020] (1)本實用新型提供的一種適于埋置于浙青混凝土的多層壓電裝置，采用層式壓 電轉(zhuǎn)換器，將層式壓電轉(zhuǎn)換器并聯(lián)，并固定于一金屬模具內(nèi)，可以吸收部分浙青混凝土路面 所受外力和振動的能量，并將該能量轉(zhuǎn)化為電能，而且能使多層壓電裝置與浙青混凝土的 相容性提高，同時減小對浙青混凝土結(jié)構(gòu)的損傷。
[0021] (2)本實用新型中層式壓電轉(zhuǎn)換器的壓電元件前后加裝金屬蓋板，并插有帶有絕 緣套筒的螺栓，螺栓可以提供預(yù)應(yīng)力，提高轉(zhuǎn)換效率；前后蓋板可以使得受力更加均勻，并 且由于前后蓋板和預(yù)應(yīng)力螺栓的加緊作用使得環(huán)形陶瓷片在收到振動時一直處于一種壓 縮狀態(tài)，可以有效的避免陶瓷片的爆裂問題，并且還可以增大裝置的功率。
[0022] (3)本實用新型中層式壓電轉(zhuǎn)換器的壓電元件中，通過改變壓電陶瓷材料的高度、 形狀及前后金屬蓋板的形狀，可以獲得不同的工作頻率，適應(yīng)不同道路環(huán)境要求。
[0023] (4)本實用新型中壓電陶瓷片和電極片采用環(huán)氧導(dǎo)電膠粘合，可以保證浙青攤鋪 時高溫環(huán)境下元件與電極片之間的粘合及導(dǎo)電能力。
[0024] (5)本實用新型加裝封裝保護層，可以有效地保護壓電材料、導(dǎo)線及連接點免受尖 銳集料的傷害；封裝保護層可以有效防止含鉛壓電陶瓷中鉛元素流失到環(huán)境中對環(huán)境造成 污染，另外還可提高壓電裝置耐酸堿腐蝕，抗水損破壞性能；本實用新型的封裝保護層采用 彈性的環(huán)氧浙青，對于力的傳遞有較小的減損。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本實用新型中層式壓電轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是本實用新型中金屬模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3是本實用新型中封裝保護層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖中：1 :層式壓電轉(zhuǎn)換器；2 :壓電陶瓷片；3 :電極片；4 :前金屬蓋板；5 :后金屬 蓋板；6 :預(yù)應(yīng)力螺栓；7 :金屬模具；8 :桶狀空腔；9 :封裝保護層。

【具體實施方式】
[0029] 為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新 型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶?施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬于本實用新型保護的范圍。
[0030] 本實用新型實施例提供的一種多層壓電裝置，用于浙青混凝土路面內(nèi)，包括多個 層式壓電轉(zhuǎn)換器I、金屬模具7和封裝保護層9。
[0031] 如圖1所示，層式壓電轉(zhuǎn)換器1為圓柱狀，層式壓電轉(zhuǎn)換器1包括壓電元件、預(yù)應(yīng) 力螺栓6、前金屬蓋板4和后金屬蓋板5,壓電元件由多組圓環(huán)形的壓電陶瓷片2和電極片 3層疊構(gòu)成，各壓電陶瓷片2之間并聯(lián)連接；每組中的壓電陶瓷片2和電極片3通過加有銀 粉的且耐高溫的環(huán)氧導(dǎo)電銀膠粘合連接，環(huán)氧導(dǎo)電膠可以保證高溫下的粘結(jié)性能和導(dǎo)電性 能；壓電元件的兩端分別設(shè)有前金屬蓋板4、后金屬蓋板5,目的為保證受力均勻，預(yù)應(yīng)力螺 栓6依次穿過后金屬蓋板5的中心、壓電元件的中孔并固定于前金屬蓋板4的中心，可以有 效防止壓電陶瓷片2受力爆裂且能提高輸出功率。
[0032] 由于，壓電陶瓷材料具有機械耦合系數(shù)高、機械品質(zhì)因數(shù)高、居里溫度高、工藝純 熟的優(yōu)點，因此，本實施例的壓電元件由鋯鈦酸鉛材料作為壓電陶瓷片2的材料和電極片3 構(gòu)成，電極片3為橫截面與壓電陶瓷片2相同尺寸的銅箔。
[0033] 壓電陶瓷片2的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，本實施例中的連接方式為并聯(lián)連接 且采用層疊結(jié)構(gòu)，具體原理如下：
[0034] 設(shè)外接存儲電容大小為C1，壓電陶瓷片2的內(nèi)部等效電容為Cp則壓電陶瓷片2產(chǎn)

【權(quán)利要求】
1. 一種多層壓電裝置，用于浙青混凝土路面內(nèi)，其特征在于：包括多個層式壓電轉(zhuǎn)換 器、金屬模具和封裝保護層，所述層式壓電轉(zhuǎn)換器為圓柱狀，所述層式壓電轉(zhuǎn)換器包括壓電 元件、預(yù)應(yīng)力螺栓、前金屬蓋板和后金屬蓋板，所述壓電元件包括多組圓環(huán)形的壓電陶瓷片 和電極片，所述各組壓電陶瓷片和電極片相互間隔的層疊構(gòu)成，所述各壓電陶瓷片之間并 聯(lián)連接；所述壓電元件的兩端分別設(shè)有所述前金屬蓋板、后金屬蓋板，所述預(yù)應(yīng)力螺栓依次 穿過后金屬蓋板、壓電元件并固定于前金屬蓋板上； 所述各層式壓電轉(zhuǎn)換器均設(shè)置于所述金屬模具中固定，所述層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬 蓋板露于金屬模具的上表面外，所述各層式壓電轉(zhuǎn)換器之間并聯(lián)連接；所述封裝保護層充 滿所述金屬模具與層式壓電轉(zhuǎn)換器之間的縫隙且覆蓋所述金屬模具的上表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述金屬模具的上表面開設(shè)有 若干桶狀空腔，每個所述桶狀空腔的直徑大于層式壓電轉(zhuǎn)換器的直徑，所述層式壓電轉(zhuǎn)換 器依次設(shè)置于所述桶狀空腔中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：每組中的所述壓電陶瓷片和電 極片通過加有銀粉的環(huán)氧導(dǎo)電銀膠粘合連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述壓電陶瓷片的材質(zhì)為鋯鈦 酸鉛。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述電極片為橫截面與所述壓 電陶瓷片相同尺寸的銅箔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述封裝保護層在所述金屬模 具上表面的部分覆蓋所述層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬蓋板的上表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述封裝保護層的材質(zhì)為環(huán)氧 浙青。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述預(yù)應(yīng)力螺栓外設(shè)有絕緣套 筒。
【文檔編號】H02N2/18GK204168182SQ201420678572
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】曹東偉, 賈元輝, 何敏, 楊海露, 汪林兵 申請人:交通運輸部公路科學研究所, 中路高科交通科技集團有限公司