[發明專利]一種路用水泥基材料壓力發電封裝結構

有效

• 申請號: 201510347327.0
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104883092B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 魏亞;黃斌;汪林兵
• 申請（專利權）人: 清華大學;北京科技大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;E01C9/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本發明屬于道路建設領域，特別涉及一種路用水泥基材料壓力發電封裝結構。

背景技術

隨著能源消耗加劇，化石能源逐漸枯竭，可再生、無污染的新能源必將作為未來的主要能源，公路運輸作為主要交通方式，路面承受車輛軸載反復作用，蘊藏著巨大的振動能量，壓電振動能量收集裝置能夠收集路面振動能量，并將其轉化為電能存儲利用。

目前涉及到利用壓電材料作為路面振動能量收集技術的發明及實際應用很少，具體涉及到封裝技術的更少，而且現有的一些封裝結構存在的結構復雜，制作難度大，制作及維護成本高昂，不適合規模化生產，實際工程應用難度大問題。

中國專利CN102324871《一種壓電型能量收集單元及其應用》介紹了一種利用簡支梁結構作為壓電能量收集裝置，但該封裝結構復雜，承載能力小，且形變位移量大，不適合埋設在在大模量的混凝土路面中。

中國專利CN102570620《步行能量收集系統》公開了一種步行能量收集系統，該裝置封裝結構內部采用多級楔塊組合，楔形接觸面需要加工凹槽安裝滾珠，接觸面涂潤滑油，內部安裝彈簧組件，結構繁雜，可靠度不高，內部結構須定期加潤滑油維護，規模化生產成本高。

傳統壓力發電方式多用高強度、高韌性的金屬材料或者工程塑料制作外部封裝結構，但這些材料存在與路面混凝土材料相容性差、價格高昂、制作成本高、耐腐蝕性和抗老化性能差等諸多弊端。對于上述存在的問題，本發明采用成本相對低廉的、易澆筑成型的水泥基材料作為傳荷及封裝部分，能?極大降低制作成本和難度，易于規模化生產，后期維護方便，而且水泥基封裝材與路面材料一致，提高了路面與封裝結構的耦合性，對路面結構影響小。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種路用水泥基材料壓力發電封裝結構，能夠有效解決路面壓力發電封裝結構相容性差、加工難度大、維護成本高等問題，并能實現路面壓電能量收集裝置的低成本和規模化生產；具有制作簡單、成本低廉、適合埋設在路面內的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種路用水泥基材料壓力發電封裝結構，包括：

水泥基蓋板1；

水泥基中板2；

水泥基底板3；

設置于水泥基蓋板1下表面與水泥基中板2上表面之間的導電電極板一41；

設置于水泥基底板3上表面與水泥基中板2下表面之間的導電電極板二42；以及

安裝于水泥基中板2中的若干壓力發電元件5，壓力發電元件5被導電電極板一41和導電電極板二42夾緊。

所述水泥基中板2中預留壓電安裝孔11和導線連接孔12，壓力發電元件5埋設于壓電安裝孔11中，連接導電電極板一41和導電電極板二42的導線7通過導線連接孔12引出至外接電路，所述水泥基中板2嵌在水泥基蓋板1和水泥基底板3之間的空腔內，水泥基蓋板1和水泥基底板3的外緣均預留有螺栓安裝孔9，螺栓安裝孔9端部留有螺栓及螺母安裝沉頭孔10，水泥基蓋板1和水泥基底板3通過螺栓6連接。

所述導電電極板一41和導電電極板二42為紫銅板或者導電鋁合金板，所述導電電極板一41通過環氧樹脂膠固定在水泥基蓋板1的下表面，所述導電電極板二42通過環氧樹脂膠固定在水泥基底板3的上表面。

所述壓力發電元件5為堆棧式壓電換能器或鈸式壓電換能器，堆棧式壓電換能器的陶瓷電極面均涂有銀電極，電極面貼有銅箔，銅箔之間通過導線連接，壓構成多片壓電陶瓷片堆棧；鈸式壓電換能器采用圓形壓電陶瓷片雙面貼銅箔端帽制作而成，導線通過壓電陶瓷片兩側端帽引出；堆棧式壓電換能器與鈸式壓電換能器的連接電路均為并聯連接。

所述堆棧式壓電換能器或鈸式壓電換能器均采用鋯鈦酸鉛材質的壓電陶瓷片。

所述堆棧式壓電換能器或鈸式壓電換能器的外部形狀為柱體，多片層疊結構，多片層疊結構構成柱體的側邊通過橡膠套固定，通過電極板傳遞的螺栓預緊力夾緊。

所述水泥基蓋板1、水泥基中板2和水泥基底板3所采用的水泥基材料均為自流平、無收縮的水泥基材料，其初始流動度大于260mm，3天抗壓強度大于40MPa。