一种发电路面压电系统及布设方法_2

文档序号:9455435阅读:来源:国知局
左右的车辆荷载,同时由于汽车轮载不同、轴距不同、行驶轨迹不恒定,故需针对道路汽车行驶特性建立不同的压电单元纵横向阵列布设方式,以实现压电能量的高效率输出采集。
[0038]遵从上述技术方案,如图1至图5所示,一种发电路面压电系统,包括压电单元100,所述的压电单元100包括压电元件2、铜板1、橡胶垫5及环氧树脂圈6,其中铜板I位于橡胶垫5上方,压电元件2设置一个以上,位于在铜板I和橡胶垫5之间;环氧树脂圈6设置在压电元件2周围,并将铜板1、橡胶垫5以及压电元件2固结在一起。
[0039]上述的压电元件2为PZT或PVDF的一种或者其组合,铜板I采用薄铜板1,最好是铍青铜或磷青铜圆板,覆盖在压电元件2的上方。在铜板I的上表面开设有一个以上的应力吸收槽7,应力吸收槽7以铜板I的中心点处为中心开设,应力吸收槽7为圆形槽、环形槽、条形槽或其他规则、不规则形状槽。如图1所给出的实施例中,应力吸收槽7设置两种:位于中部的圆形槽,以及以铜板I中心点为中心,相互间隔90°对称分布的条形槽,条形槽与圆形槽贯连,且条形槽沿圆形槽的半径方向。设置应力吸收槽7是为了缓冲和消散车辆载荷冲击力,防止压电元件2被压碎破坏。
[0040]橡胶垫5采用硅橡胶或氢化丁晴橡胶制成,位于压电元件2的最下部,用于保护压电元件2并增加其形变量,提高电压输出;橡胶垫5上穿过橡胶垫5设置有一对孔洞3,用于通过压电元件2上引出的导线4。
[0041]环氧树脂圈6起到胶结作用,将压电元件2、铜板I和橡胶垫5胶结成整体,从而形成稳定的压电单元100。铜板I和橡胶垫5在组装时均需要进行打毛粗糙,以便于和环氧树脂圈6或路面结构层中的环氧沥青15、沥青砂浆之间的胶结,保证压电单元100与道路之间具有良好的耦合性。
[0042]压电元件2安装于路面开设的安装槽9中,安装槽9可开设于路面的上面层13、下面层12或者上下面层12之间。对于路面开槽方式,针对于新建的沥青路面,可在压路机的碾轮上设置与安装槽9形状相仿的凸起结构,碾轮碾压路面时,凸起结构与路面结构层接触时对结构层挤压,形成安装槽9。对于旧沥青路面,则使用开槽机进行切槽处理,开槽深度受到压电单元100整体高度以及沥青路面结构的影响。安装槽9的槽壁与槽底之间为倒圆角结构而非垂直结构,以增强槽底的抗压能力;在安装槽9的槽底中开设有用于通过压电元件2上引出导线4的导线槽10,导线槽10宽度约为0.5?1cm,导线槽10可一定程度上增加压电单元100的变形,从而更加有利于电能的输出。安装槽9和导线槽10用搓具或燃烧器进行打毛粗糙处理,以保证后续灌入的环氧沥青15或沥青砂浆有良好的胶结作用。
[0043]所述压电单元100埋设于沥青路面结构层中时,先在安装槽9和导线槽10周边涂布环氧沥青15增加粘结力,且兼有防水功效,再将导线4放置于纵向导线槽10中,后将压电单元100整体放置于安装槽9中,特别地若是新建路面还可在上下面层12之间布设宽度略大于安装槽9的抗裂贴14,用于预防因压电元件2变形而引起的裂缝扩展。
[0044]压电系统的具体布设方法为,由多个压电单元100并联构成压电单元带,单条或多条压电单元带构成压电单元组,压电单元组对称分布于车道中轴线两侧,压电单元带的布设方向与车道中轴线平行,根据车辆类型及其轮迹带分布特性,相邻的两个压电单元带中对应的两个压电单元100之间的连线与车道中轴线垂直或呈锐角α,如45°、60°等。压电单元带整体为直线型,相邻的两条压电单元带之间平行设置。相邻的两个压电单元带中压电单元100的个数相同,两个相邻的压电单元带中对应的两个压电单元100,如图5 (d)所示的示例中,在车道中轴线左侧,沿道路长度方向从左向右分别为第一条、第二条、第三条和第四条压电单元带,第一条压电单元带的第一个压电单元100和其对应的压电单元100,即第二条压电单元带中第一个压电单元100并不一定在道路沿宽度方向的直线上,二者的连线与车道中轴线之间有除垂直外的夹角(图中的夹角α)。
[0045]所有压电单元100均设置好之后,将压电单元100的正负极引线分别通过路面上的总线槽8引出,依次连接成套设置在道路边缘的整流滤波装置、DC/DC变换器和储能装置。
[0046]具体的布设方法如下:
[0047]一种发电路面压电系统布设方法,包括以下步骤:
[0048]步骤一,组装压电单元100
[0049]取铜板1、橡胶垫5、环氧树脂圈6以及压电元件2,以铜板I在上、橡胶垫5在下、压电元件2位于中间的方式将这些部件进行组装,并将环氧树脂圈6套装在压电单元100周围,对环氧树脂圈6加热熔融后将压电元件2、铜板1、橡胶垫5胶结成整体,构成压电单元100 ;其中每个压电单元100中压电元件2设置一个以上,设置多个压电元件2时,所有压电元件2对其设置,并将每个压电元件2上的正、负极导线4分别并联;
[0050]在铜板I的上表面开设一个以上的、呈圆形或环形的应力吸收槽7,在橡胶垫5上开设一对孔洞3用于通过压电元件2的导线4 ;
[0051]步骤二,在路面上准备压电单元100的安装槽9
[0052]在路面上开设用于安装压电单元100的安装槽9,安装槽9设置在路面的上面层13、下面层12或者上下面层12之间;
[0053]对于新建沥青路面,在碾轮上设置凸起结构,碾轮碾压路面结构层时凸起结构在路面结构层上形成所述的安装槽9 ;对于旧沥青路面,采用开槽机开设安装槽9 ;
[0054]安装槽9开设好之后,将安装槽9的槽壁与槽底之间加工为倒圆角形,在每个安装槽9的槽底开设0.5?Icm宽的导线槽10,并将相邻的安装槽9中的导线槽10贯连;
[0055]步骤三,布设压电系统
[0056]在安装槽9和导线槽10中敷设环氧沥青15,采用一个压电单元100对应一个安装槽9的方式,将压电单元100以橡胶垫5朝下的方式设置在安装槽9中,将压电元件2上引出的导线4沿导线槽10布设;若是新建沥青路面且安装槽9位于上下面层12之间,则在压电单元100设置好之后再在上下面层12之间设置一层宽度大于安装槽9直径的抗裂贴
14;
[0057]由多个压电单元100并联构成压电单元带,单条或多条压电单元带构成压电单元组,压电单元组对称分布于车道中轴线两侧,压电单元带的布设方向与车道中轴线平行,相邻的两个压电单元带中对应的两个压电单元100之间的连线与车道中轴线垂直或呈锐角;
[0058]在路面开设总线槽8,将所有自导线槽10中引出的导线4通过总线槽8引至设置于路边的整流滤波装置,并将整流滤波装置依次与DC/DC变换器和储能装置连接;
[0059]上述步骤完成后,对安装槽9和总线槽8进行填埋,完成布设。
[0060]以下给出本发明的一些实施例。
[0061]实施例1:
[0062]步骤一,组装压电单元
[0063]铜板采用铍青铜圆板,进行双面打毛以使表面粗糙,并通过精密车床加工应力吸收槽,槽深约占铜板厚度的1/4,如图1所示;橡胶垫为普通圆形硅橡胶垫,与铜板大小相等,进行双面打毛以使表面粗糙,并在直径两端靠近边缘处各凿一个孔洞,具体孔径大小以导线总宽度为准;压电元件采用单片PZT压电陶瓷,直径略小于铜板和橡胶垫。使用丙酮或二甲基甲酰胺对铜板、压电元件、橡胶垫进行清洗后晾干,使用环氧树脂将各元件粘结,并封装成压电单元,如图2(a)所示。
[0064]步骤二,在路面上准备压电单元的安装槽
[0065]通过碾压成型的方式在沥青路面下面层开安装槽,槽垂直面与槽底间以倒圆相连而非垂直接触,槽底下部设置约0.5?Icm宽的导线槽用于引出电线,并用搓具或燃烧器进行打毛粗糙处理,如图3(a)。
[0066]步骤三,布设压电系统
[0067]在安装槽槽中先灌入的一定量的环氧沥青或沥青砂浆,然后将压电单元埋置于下面层中,同时将导线引入导线槽中,压电单元完全置入后,再灌入一定数量的环氧沥青或沥青砂浆以使槽被填充均匀,在安装槽上部与道路结构层的接触面上铺设一层抗裂贴,而后进行上面层的铺筑工作,如图4(a)所示。
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