[实用新型]基于压电效应的道路振动能量收集系统

说明书

技术领域

本实用新型是一种基于压电效应的新型道路振动能量收集系统。

背景技术

伴随着能源消费的持续增长和能源资源分布集中度的日益增大，对能源资源的争夺将日趋激烈，争夺的方式也更加复杂。同时，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。面对能源挑战，只有调整国家能源结构，大力发展新能源与可再生能源，注重对已有能源的回收利用，才能保证我国能源供应安全，促进战略性新兴产业发展，实现能源与经济、社会、环境的协调发展与可持续发展。在交通流量网日益壮大的今天，如何把车辆在道路行驶中散失的能量收集并加以利用，已经成为能源回收利用的一个崭新突破点，日益受到各国科学家的重视。

目前常用的收集道路能量的方法是基于压电效应的，利用压电材料的压电效应将由于冲击和振动产生的机械能通过压电振子向电能转化，使输出功率能够满足使用要求。利用道路能量收集装置可具有一系列优点，如能量密度高，可以直接产生合适的电压，无需施加起始电压，结构设计无限制，无电磁干扰等。基于这些优点，此项技术得到迅速发展。同济大学的道路与交通工程教育部重点实验室，研究了基于压电效应的沥青路面能量收集技术的可行性和换能效率，试验验证了压电式路面能量收集技术方案的可行性。以色列的一家公司于2008年宣布研制出了基于压电换能器的路面能量收集系统(IPEGTM)。DavidAlexander等利用THUNDER型压电装置进行研究，并把它铺设在路面上来收集行人产生的振动能量。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的一些缺陷，提供一种耐用且转化率较高的基于压电效应的道路振动能量收集系统。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供的基于压电效应的道路振动能量收集系统，其包括圆柱形的外壳，以及装在外壳中的压电发电装置、储能装置和转化装置。

所述的压电发电装置，由多个压电单元组成，各个压电单元之间通过串联的方式用导线相连；每个压电单元又由多个双晶型压电振子通过串并联的方式组成。

所述的双晶型压电振子，由两块PZT陶瓷上下对称分布于由磷青铜制作而成的基板上，其夹持在外壳内的固定端与外壳内的中心的柱芯之间，固定端与柱芯直接与基板相连，双晶型压电振子对称分布在柱芯的左右两侧。

所述的柱芯，与固定端相配合；在外加载荷作用下，柱芯产生上下运动，进而配合固定端构成悬臂梁结构。

在位于柱芯与外壳底面之间设有恢复弹簧，该恢复弹簧中间装有保护销。

所述的储能装置，由多个电容组成，其装在压电发电装置的串联压电单元的末端，其拥有两个输出端口和一个与压电发电装置的串联的压电振子相连的输入端口，两个输出端口分别与储存电量的电容和用电器相连。

所述的转化装置，由A/D转化模块组成，其装在储能装置的输出端口处。

本实用新型与现有技术相比具有以下的主要有益效果：

1.压电单元整体设计为圆柱体，目的是让其中的压电振子变形均匀，使产生的电流更加稳定。其中的弹簧是重要的激励装置之一，在保证压电振子不损坏的前提下，能够尽可能地增大压电振子的变形程度以及振动频率，压电振子及压电单元的连接均采用串并联结合的方法，以尽可能提高发电效率和减少电量的损耗。每个压电单元中装有保护销，可防止过度的形变对压电振子造成永久性的损坏。

2.传统的踩踏式压电效应发电装置通过外力使压电振子产生形变，当外力超过压电振子的承受范围时，会使压电振子产生永久性的损害，导致整个系统失去作用。本系统则添加了安全销，使每次振动都会让压电振子产生最大程度的形变而不至于对压电振子产生损害。提高发电效率的同时也保护了整个装置，延长使用寿命。

3.实验证明，串联方式可以提高电流，并联的方式可以提高电压。通过更加合理的电路设计，可使本系统产生更加稳定有效的电压和电流，减少电路中电能的损耗，从而提高发电效率。

4.传统的路基能源发电装置将系统深埋于地下，沥青混凝土在一定程度上会产生变形，这样会使路面下的沥青、水泥、石料等对装置产生破坏，深埋于地下得到的振动能量也会大大减小，具体是压电元件很容易被石料直接接触，石料的棱角接触到压电元件时极易产生应力集中而使压电元件在路面施工压实过程中被损坏甚至失效。本系统在发电装置与路面减速带相结合，一方面放大了装置受到的激励，使本系统更贴合于实际。更重要的是，避免了压电单元直接与地质层接触，从而达到保护本系统的作用。也便于定期的检修与维护。

附图说明