[发明专利]一种路用水泥基材料压力发电封装结构

说明书

技术领域

本发明属于道路建设领域，特别涉及一种路用水泥基材料压力发电封装结构。

背景技术

随着能源消耗加剧，化石能源逐渐枯竭，可再生、无污染的新能源必将作为未来的主要能源，公路运输作为主要交通方式，路面承受车辆轴载反复作用，蕴藏着巨大的振动能量，压电振动能量收集装置能够收集路面振动能量，并将其转化为电能存储利用。

目前涉及到利用压电材料作为路面振动能量收集技术的发明及实际应用很少，具体涉及到封装技术的更少，而且现有的一些封装结构存在的结构复杂，制作难度大，制作及维护成本高昂，不适合规模化生产，实际工程应用难度大问题。

中国专利CN102324871《一种压电型能量收集单元及其应用》介绍了一种利用简支梁结构作为压电能量收集装置，但该封装结构复杂，承载能力小，且形变位移量大，不适合埋设在在大模量的混凝土路面中。

中国专利CN102570620《步行能量收集系统》公开了一种步行能量收集系统，该装置封装结构内部采用多级楔块组合，楔形接触面需要加工凹槽安装滚珠，接触面涂润滑油，内部安装弹簧组件，结构繁杂，可靠度不高，内部结构须定期加润滑油维护，规模化生产成本高。

传统压力发电方式多用高强度、高韧性的金属材料或者工程塑料制作外部封装结构，但这些材料存在与路面混凝土材料相容性差、价格高昂、制作成本高、耐腐蚀性和抗老化性能差等诸多弊端。对于上述存在的问题，本发明采用成本相对低廉的、易浇筑成型的水泥基材料作为传荷及封装部分，能 极大降低制作成本和难度，易于规模化生产，后期维护方便，而且水泥基封装材与路面材料一致，提高了路面与封装结构的耦合性，对路面结构影响小。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种路用水泥基材料压力发电封装结构，能够有效解决路面压力发电封装结构相容性差、加工难度大、维护成本高等问题，并能实现路面压电能量收集装置的低成本和规模化生产；具有制作简单、成本低廉、适合埋设在路面内的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种路用水泥基材料压力发电封装结构，包括：

水泥基盖板1；

水泥基中板2；

水泥基底板3；

设置于水泥基盖板1下表面与水泥基中板2上表面之间的导电电极板一41；

设置于水泥基底板3上表面与水泥基中板2下表面之间的导电电极板二42；以及

安装于水泥基中板2中的若干压力发电元件5，压力发电元件5被导电电极板一41和导电电极板二42夹紧。

所述水泥基中板2中预留压电安装孔11和导线连接孔12，压力发电元件5埋设于压电安装孔11中，连接导电电极板一41和导电电极板二42的导线7通过导线连接孔12引出至外接电路，所述水泥基中板2嵌在水泥基盖板1和水泥基底板3之间的空腔内，水泥基盖板1和水泥基底板3的外缘均预留有螺栓安装孔9，螺栓安装孔9端部留有螺栓及螺母安装沉头孔10，水泥基盖板1和水泥基底板3通过螺栓6连接。

所述导电电极板一41和导电电极板二42为紫铜板或者导电铝合金板，所述导电电极板一41通过环氧树脂胶固定在水泥基盖板1的下表面，所述导电电极板二42通过环氧树脂胶固定在水泥基底板3的上表面。

所述压力发电元件5为堆栈式压电换能器或钹式压电换能器，堆栈式压电换能器的陶瓷电极面均涂有银电极，电极面贴有铜箔，铜箔之间通过导线连接，压构成多片压电陶瓷片堆栈；钹式压电换能器采用圆形压电陶瓷片双面贴铜箔端帽制作而成，导线通过压电陶瓷片两侧端帽引出；堆栈式压电换能器与钹式压电换能器的连接电路均为并联连接。

所述堆栈式压电换能器或钹式压电换能器均采用锆钛酸铅材质的压电陶瓷片。

所述堆栈式压电换能器或钹式压电换能器的外部形状为柱体，多片层叠结构，多片层叠结构构成柱体的侧边通过橡胶套固定，通过电极板传递的螺栓预紧力夹紧。

所述水泥基盖板1、水泥基中板2和水泥基底板3所采用的水泥基材料均为自流平、无收缩的水泥基材料，其初始流动度大于260mm，3天抗压强度大于40MPa。