[实用新型]一种电缆式路面压电能量收集装置

说明书

本实用新型公开了一种电缆式路面压电能量收集装置，其特征在于包括能量转换和能量收集两部分；能量转换部分由压电单元、柔性芯轴和塑形外壳组成；其中压电单元包含压电体、承载体和整流体；压电体为扇叶形结构，其上圆周均匀分布有多个拱形压电扇叶，拱形压电扇叶上安装有压电片基座，压电片基座内嵌有压电片；能量收集部分包括超级电容、DC/DC转换器、蓄电池，用于将能量转换部分产成的电能进行转换和存储。本装置可将路面压力转换为电能，具有体积小，回收效率高，对道路破坏性小等特点。

技术领域

本实用新型涉及能量回收技术领域，尤其涉及一种电缆式路面压力发电装置。

背景技术

随着社会经济的快速发展，能源需求量日进陡增，传统能源储备日益枯竭，能量的回收再利用是解决能源危机的一种重要方式。近年来，国家道路交通系统建设不断完善，至2019年底，全国公路总路程达501.25×10⁴km，2020年初全国机动车保有量达3.72亿辆，如此庞大的道路交通系统为路面能量的回收利用提供了巨大的能量源，因此路面能量回收技术得到了广泛的关注。

现有以压电片为核心的路面能量回收装置已经发展出压电片堆叠式和阵列式，以及压电材料和路面材料一体化式，主要是利用压电片的正压电效应，将车辆作用于路面的压力转换为电能，但这些能量回收装置大部分都体积大，铺设复杂，灵活性差，安装不当对路面的损坏较严重。

发明内容

综上所述，本实用新型设计了一种实用性强且能量收集效率高的电缆式路面压电能量收集装置。该装置主要采用柔性芯轴、压电体、承载体、两级储能元件等结构设计，提高路面压力能量回收效率和实用性。

本实用新型是采用如下的技术方案实现的：一种电缆式路面压电能量收集装置，包括能量转换和能量收集两部分；所述能量转换部分包括压电单元、柔性芯轴、塑形外壳；能量转换部分采用柔性芯轴贯穿压电单元中心，并在最外层包裹塑形外壳的结构形式，将多个压电单元与柔性芯轴连接为一体；塑形外壳用于保护能量转换部分，并实现压电单元在柔性芯轴上的定位；此结构设计可以使能量转换部分在水平面内以任意角度弯曲布置，提高该装置的布置灵活性；能量收集部分用于将能量转换部分生成的电能进行转换和存储。

进一步的，所述压电单元包含压电体、承载体和整流体，且压电体和承载体交替布置，整流体位于承载体和压电体之间；压电体受压后产生变形并发出电能；承载体用于承担部分地面传递至能量转换部分的载荷，调节压电体的承载变形幅度，避免压电体过度变形；整流体用于将压电体受压变形产生的交流电转换为直流电，并输送到能量收集部分。

进一步的，压电体为扇叶形结构，包括压电体内环、压电体外环和拱形压电扇叶；多个拱形压电扇叶均匀布置在压电体内环与压电体外环之间；拱形压电扇叶上安装有压电片基座，压电片基座内嵌有压电片。此结构设计能够使能量转换部分在圆周一圈转动任意角度并接地布置后，装置都可处于工作状态，便于该装置的铺设。

进一步的，所述拱形压电扇叶具有弹性，路面压力消失后可恢复为初始形态；所述拱形压电扇叶上设置有压电片基座安装槽，压电片基座安装槽靠近压电体内环处设置有压电片基座固定槽，靠近压电体外环处设置有半圆柱形凸起；压电片基座从拱形压电扇叶侧面插入压电片基座安装槽，通过压电片基座固定槽进行定位，构成悬臂梁结构；此结构能够确保压电体受压后，压电片基座安装槽中的压电片基座受力振动，进而使得压电片发生形变并产生电流。

进一步的，所述压电片基座是一种具有弹性的对折形结构，其开口末端设有凸起，压电片内嵌于压电片基座中部。

进一步的，所述位于压电单元中各压电体内的压电片先串联再并联后，以混联联结形式接入柔性芯轴内部的总线，提高电能输出效果。

进一步的，所述能量收集部分采用两级储能元件，一级储能元件为超级电容，其具有充放电率高，使用寿命长的特点，二级储能元件为蓄电池，其具有供电电压稳定的特点，二级储能元件协同工作达到电能高效收集利用的目的。