[发明专利]一种基于圆柱形压电陶瓷结构的路面俘能装置

说明书

本发明提供了一种基于圆柱形压电陶瓷结构的路面俘能装置，该装置包括了圆柱形压电陶瓷，铜箔导电材料以及MC尼龙保护盒和环氧树脂电子灌封胶相结合的封装部件。相较传统的路面俘能装置，本发明装置简易利于高效规模化生产，且延长了压电陶瓷在高应力循环作用、多雨水、易受化学腐蚀、受光照等交通环境下的使用寿命。为验证路用压电俘能装置可行性，通过UTM试验机进行加载实验，该装置在标准轴载作用下所产生的能量可为低功率传感器供电，具有一定的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及俘能领域，具体涉及一种基于圆柱形压电陶瓷结构的路面俘能装置。

背景技术

交通大规模建设为社会发展和经济建设提供了重要支撑，但其建设过程以及运营期间各类照明、信号指示设备都会消耗巨大的能量。根据相关报道，2010年中国交通运输行业的石油消费占全国石油需求的38.2％，交通行业是一个高能耗的产业。另一方面，智能交通概念的提出，将会有更多低功率的智能传感器被应用到交通结构的健康监测、交通信息的智能采集、车联网技术的应用等方面，这将进一步增加道路运营期的能源消耗。交通行业日益增长的能源需求，对煤、石油、天然气等传统不可再生能源带来了严峻考验。因此，新能源的研发和应用成为当下国际热点研究方向，绿色能源以其节能环保、重复再生、环境友好等特点，获得了国内外的广泛关注。

利用压电效应可将道路中往复运动的车辆荷载和行人荷载所带来的机械能转换成电能。通过路面压电俘能技术可将道路环境中广泛存在的、废弃的、未得到充分利用的机械能源进行回收利用，产生可观的电能，作为道路建设、运营期间能源消耗的一部分供给。同时，这种自供能的方式，对于低能耗的智能传感器件来说，可以解决传统传感器件电池生命有限、需要不断更换的弊端。

目前，路面压电俘能技术的研发多采用钹式、桥式、片式、悬臂梁式压电陶瓷结构作为核心部件，这些结构大多是基于压电陶瓷的d₃₁俘能模式，虽然这些结构可产生较高的能量，但这种俘能模式极易使压电陶瓷在重复荷载作用下发生大变形和疲劳破坏。同时，多数传统的路面压电俘能装置未充分考虑其应用领域道路环境的复杂性，且结构复杂，不利于制备和规模化量产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明设计了一种基于圆柱形压电陶瓷结构的路面俘能装置，能够将车辆的往复行驶对路面产生的机械能转换成电能。其中，圆柱形的结构可使压电陶瓷以更高效的d₃₃压电模式进行路面能量收集，同时相较传统的钹式、桥式等结构更具有承压性和耐久性。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于圆柱型压电陶瓷结构的路面压电俘能装置，所述装置包括了圆柱形压电陶瓷，导电材料，以及压电陶瓷的保护装置。其中，压电陶瓷保护装置包括上层盖板和下层基板，所述的导电层包括上导电层和下导电层，所述的压电陶瓷为圆柱形压电陶瓷，设置在上导电层和下导电层之间，且所述的压电陶瓷保护装置内部填充绝缘防水材料。

进一步地，所述的圆柱形压电陶瓷为PZT-5H型压电陶瓷材料，且沿厚度方向进行极化。

进一步地，所述的上下导电层为铜箔材料，且上导电层根据压电陶瓷的排布位置分为间隔的多块，上导电层间通过导线连接。

进一步地，所述的压电陶瓷保护装置由MC尼龙制成。

进一步地，所述的绝缘防水材料为环氧树脂电子灌封胶。

进一步地，所述的MC尼龙下层基板一侧预留圆形孔洞，以供内部导线穿出。

进一步地，所述的圆柱形压电陶瓷为多个，按一定的矩阵形式，等间距布设在上导电层和下导电层之间，且压电陶瓷之间采用并联方式连接。

本发明的有益效果是：本发明的基于圆柱形压电陶瓷结构的路面俘能装置，相较于传统的路面俘能装置，更能够适应道路中高应力循环作用、多雨水、易受化学腐蚀、受光照等交通环境影响因素，压电陶瓷使用寿命长；装置结构简单，利于高效规模化生产。