[發明專利]基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置及方法

有效

• 申請號: 201710132172.8
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106787946B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 陳世斌;劉鑫;楊雙建;馬景存;余娜;趙軒
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置，其特征在于，包括多懸臂梁環形結構(3)、上半球殼(1)和下半球殼(2)；上半球殼(1)和下半球殼(2)的材料為三維超材料，多懸臂梁環形結構(3)設置在上半球殼(1)和下半球殼(2)組成的中空球體內部；

多懸臂梁環形結構(3)包括主體和壓電懸臂梁(4)；主體包括橫桿和半圓盤，壓電懸臂梁(4)包括懸臂梁固定端、壓電陶瓷(6)和基板(7)；橫桿的一端固定平行設置在下半球殼(2)的上表面，橫桿的另一端垂直固定在半圓盤的一側，且指向下半球殼(2)上表面的圓心；半圓盤的另一側沿著半圓盤弧等間距設置有若干個懸臂梁固定端，每個懸臂梁固定端上垂直設置有基板(7)，每個基板(7)的上下表面均固定設置有壓電陶瓷(6)；懸臂梁固定端內設置有全橋整流電路(5)；懸臂梁固定端上還連接有導線；上半球殼(1)上設置有貫穿上半球殼(1)的導線槽，懸臂梁固定端上的導線從導線槽中引出；壓電陶瓷(6)為PZT-5H。

2.根據權利要求1所述的一種基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置，其特征在于，基板(7)的型號為SUS301，其楊氏模量為193GPa。

3.根據權利要求2所述的一種基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置，其特征在于，每個基板(7)的固定方向均不相同；每個基板(7)的厚度均不相同，基板(7)長度范圍為0.1-0.5mm。

4.根據權利要求1所述的一種基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置，其特征在于，每個壓電陶瓷(6)的長度均不相同，厚度為0.2mm。

5.一種基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置的能量回收發電方法，其特征在于，所述基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置包括多懸臂梁環形結構(3)、上半球殼(1)和下半球殼(2)；上半球殼(1)和下半球殼(2)的材料為三維超材料，多懸臂梁環形結構(3)設置在上半球殼(1)和下半球殼(2)組成的中空球體內部；

多懸臂梁環形結構(3)包括主體和壓電懸臂梁(4)；主體包括橫桿和半圓盤，壓電懸臂梁(4)包括懸臂梁固定端、壓電陶瓷(6)和基板(7)；橫桿的一端固定平行設置在下半球殼(2)的上表面，橫桿的另一端垂直固定在半圓盤的一側，且指向下半球殼(2)上表面的圓心；半圓盤的另一側沿著半圓盤弧等間距設置有若干個懸臂梁固定端，每個懸臂梁固定端上垂直設置有基板(7)，每個基板(7)的上下表面均固定設置有壓電陶瓷(6)；

懸臂梁固定端內設置有全橋整流電路(5)；懸臂梁固定端上還連接有導線；上半球殼(1)上設置有貫穿上半球殼(1)的導線槽，懸臂梁固定端上的導線從導線槽中引出；

所述基于三維超材料的路面振動能量回收發電裝置的能量回收發電方法，包括以下步驟：

1)將若干個該裝置并排放置在瀝青路面下，通過導線將若干個該裝置并聯連接起來；

2)當有車輛壓過埋設有該裝置的瀝青路面時，不同頻段的振動波入射，上半球殼(1)和下半球殼(2)會將各個方向的不同頻段的振動波匯聚到球內，匯聚到一起的振動波使球內的每個壓電懸臂梁(4)產生振動，根據正壓電效應，產生電流；

3)產生的電流通過懸臂梁固定端內的全橋整流電路將交流電轉變為直流電，然后通過導線并聯將各個壓電懸臂梁(4)上產生的電流匯聚在一起。