[發明專利]一種交通荷載下基于簡支梁式的瓦特級壓電換能裝置及壓電設備

在審

• 申請號: 202110816616.6
• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113746369A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 王鵬;張浩楓;泮家耀;王軍;郭林;谷川;楊笑天
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 鄭書利

本發明公開了一種交通荷載下基于簡支梁式的瓦特級壓電換能裝置，包括壓電換能器裝置，所述壓電換能器裝置包括殼體、多個壓電梁式單元和能量收集單元，所述壓電梁式單元和能量收集單元置于殼體內，壓電梁式單元通過導線與能量收集單元電性連接，所述壓電梁式單元包括梁式支撐組件、多個壓電薄片組件和金屬傳力板，所述梁式支撐組件包括兩個相對設置的支撐構件，支撐構件呈簡支梁式結構，兩個相對設置的支撐構件的梁跨之間豎向設置金屬傳力板，多個壓電薄片組件依次穿過金屬傳力板，且多個壓電薄片組件兩端依次橫向插接于兩個支撐構件之間，多個壓電薄片組件呈簡支排列。該裝置能夠收集道路荷載作用下的壓電能量，并通過能量收集系統進行能量儲存，實現瓦特級的能量輸出。

技術領域

本發明專利涉及交通荷載作用下對壓電陶瓷能量輸出的研究，特別涉及一種交通荷載下基于簡支梁式的瓦特級壓電換能裝置，還涉及一種交通荷載下基于簡支梁式瓦特級壓電換能裝置的壓電設備

背景技術

隨著各國經濟發展，能源消耗與環境污染問題日益加劇，尤其是二氧化碳等氣體排放量超標導致的環境問題，當前減少二氧化碳排放實現碳中和以及綠色能源的收集利用成為了各國的環保節能主要目標。實現碳中和需要我們從能源結構進行轉型，利用可再生資源、核能等清潔能源代替化石燃料。

最近我們將目光放在道路能量收集上，由于大量的行車荷載作用下道路產生的機械能與熱能消耗導致路面破壞等現象，而壓電能量收集技術可以利用壓電效應將這些消耗的能量轉化成電能并有效保護路面，道路壓電能量由于其可持續性以及良好的適應性逐漸應用于道路工程中。壓電換能器作為道路壓電能量收集系統中的主要裝置引起廣大研究者的關注，目前大部分壓電換能器受到壓電材料本身的限制以及對外界環境的耦合性，壓電換能器存在輸出性能差的問題。

發明專利內容

本發明專利所要解決的技術問題是提供一種交通荷載下基于簡支梁式的瓦特級壓電換能裝置。該裝置高效率的將機械能轉換成電能，使得發電能力和發電效率大大提高。

為此，本發明專利提供的一種交通荷載下基于簡支梁式的瓦特級壓電換能裝置，包括壓電換能器裝置，所述壓電換能器裝置包括殼體、多個壓電梁式單元和能量收集單元，所述壓電梁式單元和能量收集單元置于殼體內，壓電梁式單元通過導線與能量收集單元電性連接，所述壓電梁式單元包括梁式支撐組件、多個壓電薄片組件和金屬傳力板，所述梁式支撐組件包括兩個相對設置的支撐構件，支撐構件呈簡支梁式結構，兩個相對設置的支撐構件的梁跨之間豎向設置金屬傳力板，多個壓電薄片組件依次穿過金屬傳力板，且多個壓電薄片組件兩端依次橫向插接于兩個支撐構件之間，多個壓電薄片組件呈簡支排列。

優選地，所述殼體包括上蓋板、下底板和側壁，側壁由分段式側壁組成，側壁分別固定在下底板外側部，所述上蓋板底部裝有橡膠緩沖層，所述下底板中刻有多組與壓電梁式單元適配的凹槽組，凹槽組包括傳力板槽和兩個支撐構件槽，所述側壁內壁具有與壓電梁式單元支撐構件對應并適配的插槽，壓電梁式單元置于殼體內時，所述壓電梁式單元的外側支撐構件沿插槽插入，支撐構件底部置于對應的支撐構件槽內，金屬傳力板置于對應的傳力板槽內。

優選地，所述壓電薄片組件由包括壓電陶瓷和不銹鋼基板組成，壓電陶瓷固定在不銹鋼基板上，壓電陶瓷和不銹鋼基板與導線一端焊接，所述導線另一端與能量收集單元連接。

優選地，所述能量收集單元包括整流單元和集成電路，所述整流單元為具有整流橋的線路板，多個壓電薄片組件分別通過導線與線路板上的整流橋連接，所述集成電路為能量管理芯片，所述能量管理芯片與線路板導線連接。

優選地，支撐構件側壁刻有多個均勻排布的支座槽，兩個支撐構件的支座槽相對設置，壓電薄片組件兩端分別插入支座槽內，當壓電薄片組件兩端插入支座槽內后，支座槽與壓電薄片組件之間留有位移空間，位移空間供壓電薄片組件在支座槽內位移。