本實(shí)用新型屬于發(fā)電裝置技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種用于瀝青路面的壓電發(fā)電裝置。
背景技術(shù):
瀝青路面在車輛作用下,會產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變、位移和振動,這些響應(yīng)會給路面帶來應(yīng)變能,并最終通過振動以熱能形式散發(fā)到外界中。在使用期內(nèi),路面要經(jīng)受上億次的機(jī)械振動,這對于路面來說是不利的。但從能量轉(zhuǎn)化角度來說,卻是一種可以轉(zhuǎn)化利用的能量。
利用壓電效應(yīng)可以將交通荷載對路面所做的機(jī)械功部分轉(zhuǎn)化為電能并加以利用。當(dāng)晶體表面受到某方向外力的作用時,內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象,同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷,而且所產(chǎn)生的電荷量與施加外力的大小成正比。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。
利用壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,已得到廣泛的研究和利用。壓電陶瓷、壓電聚合物等在生物、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的利用。壓電元件、壓電材料的生產(chǎn)等也逐步成熟。然而在道路應(yīng)用方面,國外的路面能量收集與轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的技術(shù)處于保密階段,未有任何的技術(shù)資料可供參考。在國內(nèi)還未有路面機(jī)械能的電轉(zhuǎn)化與收集的實(shí)際應(yīng)用,尚處于理論研究和室內(nèi)模擬的初級階段。
現(xiàn)有的關(guān)于瀝青路面機(jī)械能收集方法以制備各種形式的壓電換能器為主,然而壓電換能器不合理的埋設(shè)和使用方式會對路面和壓電換能器造成損壞,例如以開挖的形式埋置壓電換能器會影響路面使用壽命;瀝青混合料中的尖銳集料會損害壓電換能器及用于連接電路的導(dǎo)線等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題,本實(shí)用新型的目的是提供一種用于瀝青路面的壓電發(fā)電裝置,該裝置埋設(shè)及使用方式合理,不會對路面和裝置造成損壞。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
一種用于瀝青路面的壓電發(fā)電裝置,包括整流電路、金屬頂板和設(shè)置在金屬頂板正下方的金屬底板,整流電路與金屬頂板和金屬底板分別連接,金屬頂板和金屬底板之間均布有多個壓電換能器,每個壓電換能器與金屬頂板和金屬底板分別連接。
所述的金屬頂板與金屬底板之間的間隙中還填充有封裝材料。
所述封裝材料的材質(zhì)為瀝青砂。
所述的金屬底板上設(shè)置有多個用于放置壓電換能器的凹槽,壓電換能器設(shè)置在凹槽中,凹槽的深度小于壓電換能器的高度。
所述壓電換能器在金屬底板上的均布方式為,橫向設(shè)置兩個,縱向間隔0.5~1m延伸設(shè)置。
所述的凹槽的橫截面形狀與壓電換能器的形狀相適配。
所述的壓電換能器通過銅粉導(dǎo)電膠分別與金屬頂板和金屬底板粘接固定。
所述的壓電換能器選用壓電陶瓷或壓電晶體,其截面形狀為矩形、圓形或環(huán)形。
所述的金屬頂板和金屬底板均為長方形板件,金屬頂板和金屬底板正對設(shè)置,材質(zhì)均為黃銅。
所述整流電路上連接有直流換能器,直流換能器上連接有蓄電池。
本實(shí)用新型的有益效果是:
本實(shí)用新型的用于瀝青路面的壓電發(fā)電裝置通過將壓電換能器設(shè)置在金屬頂板和金屬底板之間,能夠使金屬頂板和金屬底板保護(hù)壓電換能器不被瀝青混合料中的尖銳集料破壞,只需對現(xiàn)有的道路進(jìn)行簡單改造,將本實(shí)用新型的發(fā)電裝置鋪設(shè)在路面內(nèi),便能夠利用瀝青路面上車輛通過時的碾壓作用來發(fā)電。
進(jìn)一步的,通過在金屬頂板與金屬底板之間的間隙中填充有封裝材料,通過封裝材料的支撐作用,增大了金屬頂板與金屬底板的受力面積,能夠防止金屬頂板和金屬底板在車輛的多次碾壓后變形損壞。
進(jìn)一步的,通過在金屬底板上設(shè)置凹槽,將壓電換能器設(shè)置在該凹槽內(nèi),通過凹槽,能夠使壓電換能器穩(wěn)定的設(shè)置在金屬頂板與金屬底板之間,保證了發(fā)電裝置的完整性,和長期使用性能。
進(jìn)一步的,通過在整流電路上連接直流換能器,直流換能器上連接蓄電池,蓄電池能夠?qū)⒈緦?shí)用新型的發(fā)電裝置發(fā)出的電能進(jìn)行儲存,使得電能得到更好的利用。
【附圖說明】
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型的金屬底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中,1.金屬頂板,2.壓電換能器,3.金屬底板,4.封裝材料,5.凹槽,6.整流電路,7.直流換能器,8.蓄電池。
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1和圖2所示,本實(shí)用新型提供一種用于瀝青路面的壓電發(fā)電裝置,鋪設(shè)在瀝青路面上使用,包括金屬頂板1,壓電換能器2,金屬底板3,封裝材料4,整流電路6,直流換能器7和蓄電池8,金屬底板3設(shè)置在金屬頂板1的正下方,整流電路6與金屬頂板1和金屬底板3分別連接,整流電路6上還與直流換能器7連接,直流換能器7于蓄電池8連接,壓電換能器2均布在金屬頂板1和金屬底板3之間,每個壓電換能器2與金屬頂板1和金屬底板3分別連接,封裝材料4填充在金屬頂板1與金屬底板3之間的間隙中,封裝材料4的材質(zhì)為瀝青砂,金屬底板3上設(shè)置有多個用于放置壓電換能器2的凹槽5,壓電換能器2設(shè)置在凹槽5中,凹槽5的深度小于壓電換能器2的高度。
金屬頂板1是一個長方形板,其長度視所鋪設(shè)的瀝青路面長度而定,寬度為一條輪跡分布帶的寬度,為30cm,厚度為0.5~2cm,使用時放置在壓電換能器2上方,并用銅粉導(dǎo)電膠與壓電換能器2粘結(jié)固定。
壓電換能器2采用現(xiàn)有的壓電換能器,截面形狀可以為矩形、圓形、環(huán)形等多種形狀的壓電陶瓷或壓電晶體。
金屬底板3是與金屬頂板1平行且形狀相同,大小相等的長方形板,壓電換能器2能夠放置于凹槽5中,用銅粉導(dǎo)電膠將壓電換能器2與凹槽5的底部粘結(jié)固定,凹槽5的橫截面形狀與壓電換能器2的形狀相適配,凹槽5的深度小于壓電換能器2的厚度。在金屬底板3的寬度方向上設(shè)置兩個凹槽5,凹槽5在金屬底板3的長度方向每隔0.5~1m一處。
金屬頂板1和金屬底板3作為發(fā)電裝置的正、負(fù)電極,材質(zhì)為黃銅。金屬頂板1和金屬底板3通過導(dǎo)線與整流電路6相連,整流電路6通過直流換能器7與蓄電池8相連。所有壓電換能器2以并聯(lián)的方式連接,連接電路的導(dǎo)線用銅粉導(dǎo)電膠固定在金屬底板3上或在金屬底板3內(nèi)置電路。銅粉導(dǎo)電膠的材質(zhì)為雙鍵DB2011銅粉導(dǎo)電膠。
整流電路6為常規(guī)的整流電路,直流換能器7也為本領(lǐng)域常規(guī)直流換能器。
使用時將本裝置鋪設(shè)在路面的輪跡分布帶上,路面深度為2cm。
實(shí)施例
本實(shí)施例的用于瀝青路面的壓電發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)如下:
采用截面形狀為矩形的壓電換能器2,壓電換能器2的長度為2cm,寬度為2cm,厚度為0.5cm;用雙鍵DB2011銅粉導(dǎo)電膠將其粘結(jié)固定在金屬底板3上的凹槽5上,凹槽5的長度和寬度略大于壓電換能器2的長度和寬度,均為2.1cm,其深度略小于壓電換能器2的厚度,為0.4cm,凹槽5的數(shù)量在寬度方向上是兩個,在長度方向上每隔1m設(shè)置一處;用導(dǎo)線將各個壓電換能器2采用電學(xué)并聯(lián)的方式連接起來,將導(dǎo)線粘結(jié)在金屬底板3上,避免導(dǎo)線受到破壞。
金屬頂板1和金屬底板3材質(zhì)為黃銅,長度視瀝青路面長度而定,寬度為30cm,厚度為1cm。將金屬頂板1蓋在壓電換能器2上并用雙鍵DB2011銅粉導(dǎo)電膠粘結(jié)固定,金屬頂板1、壓電換能器2與金屬底板3形成了一個整體,金屬頂板1和金屬底板3之間的空隙全部用封裝材料4瀝青砂填充。
將金屬頂板1和金屬底板3作為壓電發(fā)電裝置的正、負(fù)電級,各引出一條導(dǎo)線與整流電路6連接,整流電路6通過直流換能器7與蓄電池8相連,形成完整的路面能量收集及儲存裝置。
進(jìn)行路面施工時,在輪跡分布帶上鋪設(shè)本壓電發(fā)電裝置,其路面深度為2cm,然后再鋪設(shè)瀝青路面的表面層。
本實(shí)用新型實(shí)例的工作原理:
當(dāng)車輛經(jīng)過,施加行車荷載時,荷載會由金屬頂板1傳遞至壓電換能器2,根據(jù)正壓電效應(yīng),壓電換能器2可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,并通過導(dǎo)線將電能輸出,經(jīng)過整流電路6和直流換能器7儲存至蓄電池8中。
其中金屬頂板1可以傳遞荷載并保證受力均勻,壓電換能器2和導(dǎo)線分別被凹槽5和金屬底板3保護(hù),不會被周圍尖銳集料破壞。
本實(shí)用新型的有益效果是:(1)只需對現(xiàn)有的道路進(jìn)行簡單改造,將壓電裝置鋪設(shè)在路面內(nèi),便可收集和儲存瀝青路面能量;(2)金屬頂板和金屬底板可保護(hù)壓電換能器和連接電路的導(dǎo)線不被瀝青混合料中的尖銳集料破壞;(3)金屬底板上的凹槽可以有多種不同形狀,能夠適用不同截面形式的壓電換能器。