[发明专利]一种基于压电效应的橡胶支座结构及其发电系统

说明书

本发明涉及一种基于压电效应的橡胶支座结构及其发电系统，橡胶支座结构包括底部橡胶层，底部橡胶层上设置有加劲板，加劲板上设置有若干并联连接的压电片，压电片上设有顶部橡胶层；橡胶支座结构安装在桥梁的箱梁与桥墩之间并与蓄电池连接，从而通过桥梁的供电电路向桥上用电设备供电。本发明橡胶支座结构随着桥梁的震动能够获得较大的振幅，从而给予内部的压电片较大的应力变化幅度，同时保证压电片变形的频繁程度，提高发电量及发电效率，提高了能量转换效率，而且本发明的发电系统与橡胶支座结合，安装及维修方便，不同于现有技术中的大面积安装铺设，施工容易、成本低，具有很高的实用性。

技术领域

本发明涉及压电陶瓷发电及电能收集技术领域，尤其涉及一种基于压电效应的橡胶支座结构及其发电系统。

背景技术

研究表明，当对陶瓷片施加压力或拉力时，陶瓷片的两端会产生极性相反的电荷，通过回路而形成电流，这种效应称为压电效应。具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，其表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。人们利用压电陶瓷的这种特性，已经研制出多种机械性能转化为电能的装置：

(1)步行压电发电

人在运动过程中会浪费一些机械性能，因此有不少针对这些能量的利用研究，例如压电发电鞋，压电发电鞋就是把发电装置植入鞋底，通过人体在行走时脚对鞋底的冲击使压电陶瓷变形而产生电荷。

(2)微型发电机

美国德克萨斯州大学的Shashank Priya教授采用压电元器件制造了一种微型发电机。这种小型发电机由时速8-16公里的风力驱动压电双晶梁结构产生振动，从而在压电陶瓷上产生电能。这种微型发电机能够为无线传感器网络节点提供最多50mW的功率。

(3)机械力发电

现在煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。它是一种将机械力转换为电能产生电火花而引燃气体的装置，是压电陶瓷作机电换能材料使用的典型实例之一。

上述这些将机械能转换为电能的装置，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。

现今，随着我国社会的发展进步和人们生活水平的日益提高，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。随着建桥技术的提高，桥梁向着大跨径、轻型化发展，桥梁上的车流量不断增大。行驶于桥梁上的机动车使桥梁频繁振动，桥梁支座上的压力变化迅速，“隐藏”着大量被废弃的能量。如今也有人提出在桥梁支座上安装压电发电装置，将机动车通过桥梁时在桥梁支座上产生的压力转换为电能，从而实现发电。现有的桥梁支座压电发电装置，为了获得足够的压力或拉力，均需要将陶瓷压电装置大面积铺设在桥梁上，不仅需要耗费大量的人力物力，施工难度大、成本高，而且维修更换麻烦，无法满足技术发展的需求。

发明内容

本发明为了解决现有技术需要大面积在桥梁上铺设陶瓷压电装置的问题，提供一种基于压电效应的橡胶支座结构，该橡胶支座结构随着桥梁的震动能够获得较大的振幅，从而给予内部的压电片较大的应力变化幅度，同时保证压电片变形的频繁程度，提高发电量及发电效率，提高了能量转换效率，无需大面积铺设于桥梁上。

本发明还提供一种基于压电效应的橡胶支座结构的发电系统。

本发明基于压电效应的橡胶支座结构，包括底部橡胶层、加劲板、顶部橡胶层及若干压电片；加劲板设置在底部橡胶层上，若干压电片均匀间隔设置在加劲板上，若干压电片并联连接，顶部橡胶层设置在若干压电片上；所述压电片的覆盖面积至少占加劲板面积的4/5。

在一个优选的实施例中，所述压电片黏贴固定在加劲板上。压电片与加劲板的粘结强度最好大于10Mpa。