[发明专利]基于压电效应的桥梁吊索发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及压电陶瓷发电及电能收集技术领域。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的提高，许多人购买了私家车；为了交通的便捷，政府兴建了许多桥梁，尤其是拱桥、斜拉桥、悬索桥类型的大桥、特大桥；随着建桥技术的提高，桥梁向着大跨径、轻型化发展。这就造成在桥梁上“隐藏”着大量被废弃的能量，为该发明提供了必要条件。

极化后的压电陶瓷受到压力产生机械变形，导致电偶极距发生变化，极化强度随之发生变化，从而使电极面上自由电荷发生变化，即发生电流充放电现象，产生正压电效应。人们利用这种性质已经研制出多种将机械能转化为电能的装置：

(1)压电袖珍风车

美国得克萨斯州立大学的电子工程师S.Priya发明了一种可以为无线网络供电的袖珍风车”。这种风车周长大约为10cm，附在一个旋转轮上，当凸轮旋转时，可使一系列压电晶体不断伸缩，当压电材料被挤压或伸展时，便产生电能。在风力比较发达的地区，应用这种压电式袖珍风车发电，可用于各种微系统驱动。

(2)步行压电发电

人在运动过程中会浪费一些机械能，因此有不少关于针对这些能量的利用研究。随着便携式电子设备(如个人数字播放机、低功耗手提电脑及其他个人数字辅助设备，还有起搏器等医疗器件。)体积和功耗的降低，其所需功率越来越小，促进了对振动发电微电源的需求。

(3)海浪发电

美国新泽西州普林斯顿海洋动力技术公司发明了一种称为水力压电发电机的系统，是把压电现象用于大规模发电的第一个系统。海浪压电发电是一种从海洋获取廉价而洁净能源的方法，把压电聚合物安装在海上一个巨大浮体锚定链内，使压电聚合物时而被拉伸，时而被放松。这样，海浪的波动就产生了一种低频率的高压电，再通过一些电子元件转变为高压电流，经水下电缆输送到海岸。为解决人类日益严峻的能源危机提供了一种很好的途径。

但这些装置的缺点在于：①压电陶瓷无法获得较大的应力变化幅度，部分装置仅限于人为施加；②外部激励导致压电陶瓷拉压是一个随机概率事件，不能保证压电陶瓷变形的频繁度；③大部分装置发电量小，能量转化效率不高，难以提供充足的电能供人们大规模使用。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，利用桥梁所隐藏的被错过的大量能量来发电及供电。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：基于压电效应的桥梁吊索发电系统，其特征在于：包括安装于桥面的压电板或固定于桥梁吊索锚固位置的压电板中的至少其中之一，所述压电板由中间压电块层和位于中间压电块层上下表面的上、下硬板所构成，中间压电块层含有多块压电块且以多级并联方式经充电电路接往蓄电池，蓄电池通过供电电路向桥上用电设备供电。

所述安装于桥面的压电板为路面用压电板，所述固定于桥梁吊索锚固位置的压电板为吊索用压电板；所述压电块为压电陶瓷块，每一压电陶瓷块由居中的压电陶瓷单元和镀在压电陶瓷单元两个极面的金属层构成。

中间压电块层包括一栅格状的固定模板，每一栅格内容纳一块或两块以上的上下叠放的压电块，对于吊索用压电板，叠放后的的压电块的上表面低于栅格状固定模板的上表面，所形成的凹进量保证压电块不参与桥梁的初始静内力的分配。

所述路面用压电板安装于桥面的桥面层与沥青层之间。

所述路面用压电板在平面上布置于桥面每个车道车轮经过频率较高的桥面纵线上，且每一上、下硬板沿桥面横向的宽度大于一般车轮的平面投影宽度。

吊索用压电板固定于桥梁吊索的锚垫板与其下部的固定螺母之间，或以吊索用压电板直接充当桥梁吊索的锚垫板。

所述压电块为立方体或圆柱体，截面尺寸在10～50mm。

所述充电电路中设置有二极管以控制电流单向流向蓄电池。

所述供电电路中设置有逆变器以实现直流与交流的变换。

本发明基于压电陶瓷的正压电效应，将桥面上的活载(主要是汽车荷载)的机械能转化为电能，进行收集并供给使用。本发明不需对原桥梁结构及其构件做实质性的改动，安装简单，实现了机械能到电能的能量二次利用，绿色环保，具有长远的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明的基于压电效应的桥梁吊索发电系统的电路原理图，

图中，拉索1，桥面2，路面用压电板3a，吊索用压电板3b，引线4，蓄电池5，控制装置6，逆变器7，分电盘8，电量计9，

图2是本发明的基于压电效应的桥梁吊索发电系统的电路连接示意图，