[发明专利]一种基于夹紧力的路用叠堆式压电换能器及制作方法

说明书

本发明涉及一种基于夹紧力的路用叠堆式压电换能器及制作方法，所述换能器包括压电陶瓷圆环、夹具、层间电极和高强度螺栓，多个所述压电陶瓷圆环和层间电极逐层间隔堆叠组合形成一压电陶瓷叠堆，该压电陶瓷叠堆夹持于所述夹具中，并通过高强度螺栓固定，所述层间电极引出连接有铜导线；所述制作方法包括烧结压电陶瓷圆环、极化压电陶瓷圆环、堆叠压电陶瓷圆环、夹紧压电陶瓷叠堆和制作叠堆式压电换能器。与现有技术相比，本发明具有几何尺寸规则、电学性能稳定、封装效率高、结构强度高、耐久性强等优点。

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及路面能量采集，具体涉及一种基于夹紧力的路用叠堆式压电换能器及制作方法。

背景技术

为积极应对全球能源短缺问题和环境保护问题，交通基础设施领域正在积极推进清洁能源和可再生能源的利用。研究表明，采用压电能量采集技术能够有效地将这些浪费的机械能转换成电能，实现绿色回收。此外，压电能量采集技术也是一种分布式能源供应方案，也能够推动功能型、智能型道路的发展。

压电换能器是路面压电能量采集的核心器件。相较于桥式换能器、钹式换能器、悬臂式换能器，叠堆式压电换能器凭借着结构规则、耐久性强、机电转换效率高的技术优势，适用于路面内部低频振动、高应力工作环境，在路面能量采集中得到广泛应用。常见的路用叠堆式压电换能器主要采用电极粘粘结法制备，具备整体性好、抗压能力强等优点。但是，电极粘结法制作需要严格控制层间粘结剂厚度，对层间印胶工艺要求高；需要进行涂胶、稳压固胶等流程，换能器制作周期长，生产成本较高。并且，室内外实验表明，电极粘结法制作的叠堆式换能器几何精度控制较差，存在层间脱粘和应力集中损伤等现象。因此，亟需提出一种新型的叠堆式压电换能器制作方法，进一步提升换能器的电学稳定性、结构规则性、封装效率和结构耐久性能，推动路面压电能量采集技术的发展。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种基于夹紧力的路用叠堆式压电换能器及制作方法，解决现有叠堆式压电换能器电学稳定性差、生产周期长、生产成本高、精度差和结构耐久性差等技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于夹紧力的路用叠堆式压电换能器，包括压电陶瓷圆环、夹具、层间电极和高强度螺栓，多个所述压电陶瓷圆环和层间电极逐层间隔堆叠组合形成一压电陶瓷叠堆，该压电陶瓷叠堆夹持于所述夹具中，并通过高强度螺栓固定，所述层间电极引出连接有铜导线。

进一步地，所述高强度螺栓贯穿所述压电陶瓷叠堆的中心，高强度螺栓的两端部设置有用于所述夹具连接的螺纹，高强度螺栓的中部光滑。

进一步地，所述夹具的外径大于所述压电陶瓷圆环的外径。

进一步地，所述压电陶瓷叠堆的侧面灌注有环氧树脂封装层。

进一步地，所述夹具为铍青铜夹具。

进一步地，所述层间电极为紫铜箔电极。

本发明还提供一种如上所述的基于夹紧力的路用叠堆式压电换能器制作方法，包括以下步骤：

烧结压电陶瓷圆环；

沿轴向对所述压电陶瓷圆环进行高压极化处理；

擦拭层间电极、夹具和压电陶瓷圆环的电极端面，以保证表面洁净无杂质；

将多个所述压电陶瓷圆环和层间电极逐层间隔堆叠组合成压电陶瓷叠堆，各层间电极以物理串联、电学并联的方式平行对齐排列；

采用预置式扭矩扳手旋转夹具夹持所述压电陶瓷叠堆，为所述压电陶瓷叠堆施加夹紧力，并通过高强度螺杆固定；

对各层间电极进行正、负极搭接，在正、负极总输出端分别焊接并引出铜导线。

进一步地，所述制作方法还包括：