[發(fā)明專利]一種橋影式瀝青路面能量收集裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210545635.0
• 申請日: 2012-12-14
• 公開（公告）號: CN103066883A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌建明;楊戈;趙鴻鐸;陶宇杰;姚羚;孫軼凡;覃路遙
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J15/00
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新能源收集轉(zhuǎn)化設(shè)備，尤其涉及一種用于瀝青混凝土路面的能量收集裝置。

背景技術(shù)

瀝青混凝土路面在行車荷載的作用下，路面內(nèi)會產(chǎn)生機(jī)械能。以一輛6輪貨車為例，它通過瀝青路面一次，可產(chǎn)生約1J的機(jī)械能，這些能量最終轉(zhuǎn)換成路面的內(nèi)能，并增加路面產(chǎn)生車轍等損壞的風(fēng)險。在道路的設(shè)計年限內(nèi)，路面內(nèi)部要經(jīng)受幾十萬次至上億次軸載的反復(fù)作用，對路面而言是一種巨大的負(fù)荷，但同時也是一種能量，是一種可供轉(zhuǎn)換利用的機(jī)械能。

瀝青混凝土路面的機(jī)械能可以利用壓電效應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換收集。利用壓電效應(yīng)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，這在國內(nèi)外都已進(jìn)行了研究。2008年以色列的一個科研小組研制出了一種基于壓電效應(yīng)的可用于路面、軌道和跑道的能量收集系統(tǒng)，并準(zhǔn)備在路面上進(jìn)行測試。然而，國外用于道路能量收集的技術(shù)尚處于保密，未有任何的技術(shù)資料可供直接參考。國內(nèi)雖然在壓電材料和壓電換能方面研究較多，但是對道路機(jī)械能的轉(zhuǎn)換和收集理論的研究未見相關(guān)報道。同時，在道路工程領(lǐng)域，對路面的結(jié)構(gòu)相應(yīng)的研究主要集中在路面設(shè)計、材料、維護(hù)等方面，并沒有從能量利用角度進(jìn)行研究。

目前，國際上可用于瀝青混凝土路面能量收集的常用壓電換能器主要有：Multilayer，Cymbal，Moonie，Bridge，THUNDER，MFC和Bimorph等。為使得壓電換能器能夠與瀝青路面良好地協(xié)同工作，同時又能夠產(chǎn)生盡可能多的能量，應(yīng)用于道路工程領(lǐng)域的壓電換能器必須具有較高的剛度、能量轉(zhuǎn)化效率以及能量傳輸系數(shù)。但通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的壓電換能器或剛度不夠，或能量轉(zhuǎn)化效率低，或能量傳輸系數(shù)小，即都不能同時滿足道路能量收集的要求。所以，針對道路工程的需要，提供一種與瀝青路面耦合性好、能量轉(zhuǎn)化效率高的橋影式瀝青路面能量收集裝置。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于：提供一種與瀝青路面耦合性好、能量轉(zhuǎn)化效率高的瀝青路面能量收集裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。該裝置能夠把車輛行駛路面產(chǎn)生的機(jī)械能收集并轉(zhuǎn)化成電能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種橋影式瀝青路面能量收集裝置，其特征在于，包括封裝層和一個以上橋影式壓電換能器，所述橋影式壓電換能器位于所述封裝層內(nèi)，所述橋影式壓電換能器包括壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片的上、下表面分別設(shè)有上表面端帽金屬片和下表面端帽金屬片。

優(yōu)選的，所述上表面端帽金屬片和下表面端帽金屬片的大小和形狀與所屬壓電陶瓷本體相配合，即上表面端帽金屬片完全覆蓋壓電陶瓷片本體的上表面，下表面端帽金屬片完全覆蓋壓電陶瓷片本體的下表面。

所述上表面金屬片與壓電陶瓷片通過粘結(jié)層粘合。

優(yōu)選的，所述粘結(jié)層選自導(dǎo)電膠或強(qiáng)力膠中的一種或兩種的組合。導(dǎo)電膠采用采用體積電阻率在10^-3～10^-4Ω·cm的導(dǎo)電膠；所述強(qiáng)力膠剪切強(qiáng)度大于10MPa。

優(yōu)選的，所述壓電陶瓷片水平位于所述封裝層內(nèi)。

優(yōu)選的，所述壓電陶瓷片的材料為PZT-5H壓電陶瓷。

優(yōu)選的，所述壓電陶瓷片的厚度為2mm-6mm，水平截面積為6cm²-54cm²。

優(yōu)選的，所述上、下表面端帽金屬片的中部分別向上、下凸起，兩側(cè)與所述壓電陶瓷片粘合。

優(yōu)選的，所述上、下表面端帽金屬片的厚度為0.2-0.5mm，材料選自磷青銅或不銹鋼。

優(yōu)選的，所述上表面端帽金屬片左右對稱，各豎直截面均相同。所述下表面端帽金屬片左右對稱，各豎直截面均相同。上、下表面端帽金屬片凸起部的豎直截面選自梯形或弧形。

上、下表面端帽金屬片的對稱線平行于壓電陶瓷片的上、下表面。上、下表面的豎直截面分別垂直于上、下表面的對稱線。

所述上表面端帽金屬片的梯形凸起部的豎直截面上底邊為10mm-30mm，下底邊為30mm-90mm，高為2mm-4mm的等腰梯形。

所述下表面端帽金屬片的梯形凸起部的豎直截面上底邊為30mm-90mm，下底邊為10mm-30mm，高為2mm-4mm的等腰梯形。

所述弧形凸起部的豎直截面為半徑為25mm-40mm，圓弧圓中夾角為40°～45°的圓弧。

兩側(cè)粘合部的寬度為4mm-12mm。

優(yōu)選的，所述上表面端帽金屬片和下表面端帽金屬片的豎直截面相互對稱。