[发明专利]一种路用压电换能装置及方法

说明书

本发明公开了一种路用压电换能装置及方法，包括外部壳体、压头、传动装置和压电换能装置；底座内部设置有圆柱体空腔，压电换能装置设置在底座内部的圆柱体空腔内；压电换能装置包括压电材料、衬片电极、固定块和导线；传动装置设置在压电换能装置的圆环内部，传动装置包括空心圆柱、复位弹簧、内转动臂、外转动臂、导轮、伸缩弹簧、和轴承；工作时，导轮接触并挤压压电材料；压头设置在传动装置上方，压头底部设置有螺纹柱，螺纹柱与压头同轴，螺纹柱与空心圆柱内部通孔的螺纹部分连接，未工作时，压头底部与空心圆柱顶部间隙设置，解决了现有压电装置耐久性与压电性能不相容的问题。

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及一种路用压电换能装置及方法。

背景技术

随着物联网技术的发展，多元信息相互融合。作为物联网技术应用领域的分支，智慧交通的发展同样以复杂的交通环境信息为基础。各式各样的传感器承担着道路交通信息采集的任务，然而作为传感器的供能装置，化学电池耐久性差的问题制约了传感器长期工作的能力，同时也给传感器后期维护工作带来诸多不便。为传感器配置一种长期性能优良的供能装置意义重大。

道路环境中的潜在能源多种多样，如常见的光能、风能、热能等绿色可再生能源。将绿色可再生能源转化为电能，为传感器供能，有望延长其工作时限。然而光能、风能和热能的收集受环境影响显著，当天气连续多天阴雨连绵，该供能设备的工作性能同样受到影响。道路环境除了上述三种常见的绿色能源外，车辆行驶过程中由车辆重力或振动作用于路面的弹性能容易被人们忽略。我国道路里程长，车辆基数大，路面弹性能作为潜在的绿色能源，“储量”丰富。路面弹性能最终以热能形式耗散在路面结构，对路面结构造成不利影响。利用压电技术，将车辆荷载对路面做功部分转化为电能，一方面降低了路面车辙等病害产生的风险，另一方面，将该种形式的电能加以收集，为供能装置的研发提供了新思路，且该种类型供能装置受气候影响较小。

利用压电技术制备压电装置，并将压电装置埋置在路面结构内部，当车辆驶过埋有压电装置的区域时，压电装置将产生电能。现有压电装置结构类型有钹式、桥式、拱式、多层式、悬臂梁式等，不同类型压电装置压电效果不同。钹式和桥式压电装置压电效果较优，但其耐久性差；多层式压电装置抗压能力极强，但其压电换能效果一般；悬臂梁式压电装置中压电元件变形大，压电效果较优，但不宜直接将其用于路面结构内部。因此，开发一种适用于路面环境，兼具压电性能和耐久性能的压电装置十分必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种路用压电换能装置及方法，解决了现有压电装置耐久性与压电性能不相容的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种路用压电换能装置，包括外部壳体、压头、传动装置和压电换能装置；

底座内部设置有圆柱体空腔，圆柱体空腔与底座顶面连通，压电换能装置设置在底座内部的圆柱体空腔内；

压电换能装置包括压电材料、衬片电极、固定块和导线，压电换能装置为圆环状，圆环内层采用并联在一起的压电材料，至少有三个固定块均匀设置在圆环外层周面上，两个相邻的固定块之间设置有衬片电极，衬片电极与底座内壁间隙设置；导线为两根，一根连接在压电材料表面，另一根连接在衬片电极上，两根导线均输出至外部壳体外侧；