[发明专利]一种基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置

说明书

本发明提供了一种基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，该俘能装置应用于箱梁式的桥梁结构上，包括多个悬臂式压电俘能发电单元，所述悬臂式压电俘能发电单元包括一个能在一定范围内弯曲变形的刚性有机材料板，多个能够随刚性有机材料板的弯曲变形而伸缩的压电薄膜等。本发明将多个悬臂式压电俘能发电单元通过电线串联起来，内置于防水封装材料中，安装在箱梁结构侧面、下表面与内部，将环境动荷载引起的桥梁振动机械能转化为电能，当产生电能富余时能够及时进行存储，保证桥梁系统的持续供电，为桥梁结构提供一种全新的环保绿色能源。

技术领域

本发明公开了一种基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，具体涉及用于桥梁结构的俘能装置领域。

背景技术

汽车或列车在桥梁上运行时，振动能量会通过路面或轨道传递到桥梁中，在公铁两用桥梁中，这种振动的传递会更加强烈，另外，环境的扰动也会不同程度的引起桥梁振动。

如今节能环保这个议题被广泛地提起，桥梁设施的供电也与环保密切相关，目前太阳能、风能等清洁能源在交通设施中的应用愈加广泛，但受限于其尺寸和布置要求，往往只能作为附属设施小规模使用，对于箱梁这种封闭结构内部设施的能源供给还有一定困难。因此，需要一种能更广泛使用且能与交通设施结构本身相结合的供能器材。

目前常用的小型俘能装置主要有压电式、电磁式、静电式三种形式，通过以前的研究发展可以发现，压电转换的能量密度是静电和电磁转换的数倍。因此，利用压电材料桥梁振动中采集能量是比较有效的，且能够为小型电器产生足够的电力，这使得压电俘能装置在桥梁振动能量收集再利用上的应用成为可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对箱梁内部供能困难的局限，提供一种基于桥梁振动的悬臂式压电俘能装置，能利用桥梁结构的振动变形提供电能。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提出一种基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，该装置应用于箱梁式的桥梁结构上，包括若干个依次串联的悬臂式压电俘能发电单元，所述悬臂式压电俘能发电单元分布式安装在箱梁的侧面、下表面以及箱梁内部，且距离桥梁支座端一定距离以外的部位，用于收集箱梁结构振动的机械能，并转换为电能进行存储或者为用电设备供电。

进一步的，本发明所提出的基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，悬臂式压电俘能发电单元主体结构为五层，从下至上依次是：刚性有机材料悬臂基板、第一电极层、PVDF压电薄膜层、第二电极层、柔性防水有机材料层，第一、第二电极层分别覆盖于PVDF压电薄膜层上下两个侧面；柔性防水有机材料层将PVDF压电薄膜层及电极层完全包裹在刚性有机材料悬臂基板之间，形成一个密封的防水空间。

进一步的，本发明所提出的基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，在悬臂式压电俘能发电单元的外围嵌套有一个可沿悬臂轴向移动的配重块，通过调节配重块的位置，以改变所述悬臂式压电俘能发电单元的固有频率使振幅增大，从而增大俘能效率。

进一步的，本发明所提出的基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，所述刚性有机材料悬臂基板采用能在一定范围内弯曲变形的刚性有机材料，PVDF压电薄膜层能够随刚性有机材料悬臂基板的弯曲变形而伸缩。

进一步的，本发明所提出的基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，第一、第二电极层采用磷铜，PVDF压电薄膜层的形状为矩形，平行且均匀分布在刚性有机材料悬臂基板上。

进一步的，本发明所提出的基于箱梁振动的悬臂式压电俘能装置，相邻悬臂式压电俘能发电单元之间的间距为10cm。