[发明专利]一种桥影式沥青路面能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新能源收集转化设备，尤其涉及一种用于沥青混凝土路面的能量收集装置。

背景技术

沥青混凝土路面在行车荷载的作用下，路面内会产生机械能。以一辆6轮货车为例，它通过沥青路面一次，可产生约1J的机械能，这些能量最终转换成路面的内能，并增加路面产生车辙等损坏的风险。在道路的设计年限内，路面内部要经受几十万次至上亿次轴载的反复作用，对路面而言是一种巨大的负荷，但同时也是一种能量，是一种可供转换利用的机械能。

沥青混凝土路面的机械能可以利用压电效应进行转换收集。利用压电效应把机械能转换成电能，这在国内外都已进行了研究。2008年以色列的一个科研小组研制出了一种基于压电效应的可用于路面、轨道和跑道的能量收集系统，并准备在路面上进行测试。然而，国外用于道路能量收集的技术尚处于保密，未有任何的技术资料可供直接参考。国内虽然在压电材料和压电换能方面研究较多，但是对道路机械能的转换和收集理论的研究未见相关报道。同时，在道路工程领域，对路面的结构相应的研究主要集中在路面设计、材料、维护等方面，并没有从能量利用角度进行研究。

目前，国际上可用于沥青混凝土路面能量收集的常用压电换能器主要有：Multilayer，Cymbal，Moonie，Bridge，THUNDER，MFC和Bimorph等。为使得压电换能器能够与沥青路面良好地协同工作，同时又能够产生尽可能多的能量，应用于道路工程领域的压电换能器必须具有较高的刚度、能量转化效率以及能量传输系数。但通过相关研究发现，现有的压电换能器或刚度不够，或能量转化效率低，或能量传输系数小，即都不能同时满足道路能量收集的要求。所以，针对道路工程的需要，提供一种与沥青路面耦合性好、能量转化效率高的桥影式沥青路面能量收集装置。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于：提供一种与沥青路面耦合性好、能量转化效率高的沥青路面能量收集装置，用于解决现有技术中的问题。该装置能够把车辆行驶路面产生的机械能收集并转化成电能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种桥影式沥青路面能量收集装置，其特征在于，包括封装层和一个以上桥影式压电换能器，所述桥影式压电换能器位于所述封装层内，所述桥影式压电换能器包括压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的上、下表面分别设有上表面端帽金属片和下表面端帽金属片。

优选的，所述上表面端帽金属片和下表面端帽金属片的大小和形状与所属压电陶瓷本体相配合，即上表面端帽金属片完全覆盖压电陶瓷片本体的上表面，下表面端帽金属片完全覆盖压电陶瓷片本体的下表面。

所述上表面金属片与压电陶瓷片通过粘结层粘合。

优选的，所述粘结层选自导电胶或强力胶中的一种或两种的组合。导电胶采用采用体积电阻率在10^-3～10^-4Ω·cm的导电胶；所述强力胶剪切强度大于10MPa。

优选的，所述压电陶瓷片水平位于所述封装层内。

优选的，所述压电陶瓷片的材料为PZT-5H压电陶瓷。

优选的，所述压电陶瓷片的厚度为2mm-6mm，水平截面积为6cm²-54cm²。

优选的，所述上、下表面端帽金属片的中部分别向上、下凸起，两侧与所述压电陶瓷片粘合。

优选的，所述上、下表面端帽金属片的厚度为0.2-0.5mm，材料选自磷青铜或不锈钢。

优选的，所述上表面端帽金属片左右对称，各竖直截面均相同。所述下表面端帽金属片左右对称，各竖直截面均相同。上、下表面端帽金属片凸起部的竖直截面选自梯形或弧形。

上、下表面端帽金属片的对称线平行于压电陶瓷片的上、下表面。上、下表面的竖直截面分别垂直于上、下表面的对称线。

所述上表面端帽金属片的梯形凸起部的竖直截面上底边为10mm-30mm，下底边为30mm-90mm，高为2mm-4mm的等腰梯形。

所述下表面端帽金属片的梯形凸起部的竖直截面上底边为30mm-90mm，下底边为10mm-30mm，高为2mm-4mm的等腰梯形。

所述弧形凸起部的竖直截面为半径为25mm-40mm，圆弧圆中夹角为40°～45°的圆弧。

两侧粘合部的宽度为4mm-12mm。

优选的，所述上表面端帽金属片和下表面端帽金属片的竖直截面相互对称。