[发明专利]一种钹式沥青路面能量收集系统

说明书

一种钹式沥青路面能量收集系统，所述路面能量收集系统包括封装保护装置、多个钹式压电换能器和能量收集电路，所述钹式压电换能器包括压电陶瓷片和上、下表面金属端帽；所述能量收集电路包括全桥整流电路、滤波电容和Buck‑boost型电路。本申请公开的一种钹式沥青路面能量收集系统能够将交通轴载振动产生的部分机械能转化为电能，可有效将钹式压电换能器产生的交变电压转化为稳定、大小可调节的直流电压，在低频荷载条件下仍拥有较好的压电发电性能，延长了路面集能装置的使用寿命，具有结构简单、制作方便、与路面协同性好，能量转化效率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种路面能量收集系统，具体涉及一种钹式沥青路面能量收集系统。

背景技术

道路作为国家重要的基础设施，承担着人员、货物运输等重要功能。道路在使用过程中，每年要承担数十万至百万次的车辆碾压，车辆在道路上行驶引起路面变形和振动，路面产生大量机械能。以一辆6轮货车为例，它通过沥青路面1次，可产生约1J的机械能，这些能量最终会转换成路面的热能释放到空气中，增加路面发生车辙损害的危险。若能利用合适的路面集能装置将由交通轴载振动产生的部分机械能转化为电能，不仅可以产出清洁能源，还能减少由路面振动变形带来的损害，延长道路使用寿命，达到节约能源、保护环境的目的。

日本Soundpower公司开发了一种特殊的“发电地板”，他们在东京涉谷火车站铺设四块该地板，平均每个人从45平方厘米的地板上走两次便可产生0.5瓦的电能。2009年，以色列Innowattech公司研制出国际上第一条能够进行能量回收的公路。国外学者已成功利用压电效应将机械能转换为电能并进行收集利用，但相关技术仍处于保密阶段。国内针对压电材料和不同的压电结构进行了较多研究，但对机械能的能量转换和收集方面却鲜有报道。

在现有的道路压电能量收集领域，大都采用悬臂梁式的集能装置，该结构形态虽谐振频率较小，但其机械强度较低，结构形式为挠曲结构，在较大冲击荷载下易断裂，使用寿命短。钹式结构的金属端帽可放大竖向应力并将其转换为水平向应力，可承受更大的应力和更高的负载频率，纵使在大荷载环境下也拥有低阻抗、大变形、高承载力的优点，低频荷载条件下仍拥有较好的压电发电性能。多个钹式压电换能器之间采用电学并联方式连接，增加了总电容量，输出电荷量变大，有利于能量的收集。

基于上述优点，本发明公开一种钹式沥青路面能量收集系统。该系统能够将交通轴载振动产生的部分机械能转化为电能并进行收集与利用，在低频荷载条件下仍拥有较好的压电发电性能，减少了由路面振动变形带来的损害，延长了路面集能装置的使用寿命，具有结构简单、制作方便、与路面协同性好，能量转化效率高等优点。

发明内容

(1)技术问题

本发明的目的是公开的一种钹式沥青路面能量收集系统，能够将交通轴载振动产生的部分机械能转化为电能并进行收集与利用，在低频荷载条件下仍拥有较好的压电发电性能，减少了由路面振动变形带来的损害，延长了路面集能装置的使用寿命，具有结构简单、制作方便、与路面协同性好，能量转化效率高等优点。

(2)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钹式沥青路面能量收集系统，其特征在于：包括封装保护装置、多个钹式压电换能器和能量收集电路，所述钹式压电换能器包括压电陶瓷片和上、下表面金属端帽；所述能量收集电路包括全桥整流电路、滤波电容和Buck-boost型电路。

优选的，所述压电陶瓷片材质为锆钛酸铅，直径为28～30mm，厚度为1～4mm。

优选的，所述上、下表面金属端帽中部分别向上、下凸起，竖直截面为等腰梯形，两侧与所述的压电陶瓷片用环氧导电胶粘合。

优选的，所述上、下表面金属端帽直径为28～30mm，厚度为0.5～1mm，内腔底面直径为17～21mm，内腔顶面直径为3～5mm，内腔高度为2～3mm，材料选自黄铜。