[實用新型]一種收集車輛閑散動能的多層振子壓電發電裝置

有效

• 申請號: 201420706916.4
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN204442201U
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 段中夏;莫茂松;劉俊標;霍榮嶺;韓立
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本實用新型涉及一種收集道路車輛閑散動能的多層振子壓電發電裝置。

背景技術

道路作為重要的基礎設施，對國民的生產、生活以及國家的經濟增長起著重要作用。中國國民經濟的快速發展，運輸需求持續增長，為道路工程建設事業的發展提供了難得的機遇，道路在承擔交通功能的同時也存在著大量的閑散能量。道路壓電發電是道路閑散能源利用的一種重要方式。隨著交通量的持續增長，機電轉換效率的提升，道路的機械能、動能、振動能、乃至噪聲能都可成為壓電能量收集的對像。從道路鋪面技術發展的角度來看，智能道路中大量的傳感器件以及交通工程中各種信息板、信號燈、反光路鈕等都需要能量的供應，因此鋪面技術的發展對道路能量收集技術也有廣闊的需求。目前，在道路壓電發電方面，在國外已經有一些示范點。據悉，以色列Innowattech科技公司于2009年1月開放世界上第一條可發電的公路，理想情況下汽車每在公路上行駛1英里(1.6公里)便可產生超過640千瓦電量，英國塞恩斯伯里超市格洛斯特分店于2009年6月14日在店外路面嵌入“動力路板”，成為歐洲首家利用泊車供電的超市，這種泊車發電新法每小時能供電30千瓦，超出這家分店所有收款臺運轉所需電量。西安交通大學的曹秉剛等人提出了一種使用路面振動能量發電的方法，設想利用汽車行駛產生的振動能量通過壓電材料產生電能，用以解決山區及長途道路沿線道路燈具鋪設不便的難題。

要實現道路上離散的、閑置的動能的有效利用仍需要針對其特點設計和開發高能量轉換效率、高可靠性、低成本的能量轉換結構和儲能技術，研究閑散動能發電結構的封裝及與實際工程的兼容等。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了將車輛行駛過程中產生的離散的、閑置的動能進行收集，提出一種收集車輛閑散動能的多層振子壓電發電裝置。本實用新型將車輛行駛過程中產生的離散的、閑置的動能簡稱為閑散動能。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。

本實用新型收集車輛閑散動能的多層振子壓電發電裝置包括蓋板、壓塊、直線軸承、復位彈簧、導向軸、壓電振子組件、箱體、接插件、電路板和底板。

底板位于多層振子壓電發電裝置的最底部，底板通過螺栓與箱體固定在一起形成一個腔體。電路板位于所述的腔體內，通過螺栓固定在底板上。電路板的電路與壓電振子組件有電連接。壓電振子組件安裝在箱體內部，壓電振子組件的一端通過螺栓固定在箱體的內壁上，壓電振子組件的另一端懸空。根據壓電發電裝置發電量和壓電發電裝置縱向結構尺寸的要求，確定在箱體內部安裝的壓電振子組件的列數。接插件分布在箱體的四周，通過螺栓與箱體固定在一起。導向軸通過螺栓固定在箱體上，復位彈簧套裝在導向軸上。直線軸承套在復位彈簧內。復位彈簧的上端頂住直線軸承的法蘭，直線軸承的法蘭端通過螺栓固定在壓塊的下表面。壓塊下表面上粘結有多個彈性塑料塊，每個彈性塑料塊的位置與壓電振子組件懸空的一端相對應，彈性塑料塊的下表面與壓電振子組件接觸但不連接，壓塊的上表面有圓形表面的接觸點，壓塊上表面的圓形表面的接觸點嵌入蓋板上的圓孔內，壓塊與蓋板無接觸，蓋板位于箱體上方，通過螺栓與箱體固定在一起。

當車輛碾壓在壓電發電裝置上，獨立的壓塊通過復位彈簧傳遞車輪的壓力給壓電振子組件。通過采用導向軸和直線軸承，減小壓塊垂直方向上的運動阻力，使得壓塊在受到車輪作用后能夠迅速向下運動，減小壓塊水平方向上的受力。當組成壓電組件的壓電振子產生最大位移后，由蓋板和箱體及底板組成的殼體承受輪子的壓力。當車輪的壓力撤銷后，由復位彈簧存儲的彈力作用于壓塊，使得壓塊回到初始位置，產生的電量經電路板整理收集向外傳輸。本實用新型的應用環境為戶外，對壓電發電裝置進行密封防水設計，壓塊的接觸點與蓋板之間的間隙用密封圈密封，蓋板和底板之間的間隙安裝密封圈，箱體和底板之間的間隙安裝密封圈。

所述的壓電振子組件由多片壓電振子上下疊放組成。壓電振子的極限位移為7-10mm，上層壓電振子的下表面粘結有彈性塑料塊，彈性塑料塊的下表面與下層壓電振子上表面接觸但不連接，可根據壓電發電裝置發電量和壓電發電裝置縱向結構尺寸的要求增減壓電振子的數量。

所述壓塊上的接觸點設計成圓形，將車輪的作用力分解成水平和垂直兩個方向的力。

為減小壓塊受力對直線軸承產生的扭矩，應盡量地減小接觸點到直線軸承的距離，因此采用4個直線軸承，并不會產生干涉。

所述的接插件分布在壓電發電裝置箱體的四周，當壓電發電裝置橫向和縱向擴展時，接插件與各壓電發電裝置的電路板連接。