利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及一种利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置。
【背景技术】
[0002]改革开放以来，随着我国国民经济的不断发展，公路等级也愈来愈高，同时随着公路等级的提高，涵洞，通道，桥梁等构造物在公路里程中所占比例越来越大〃到2009年年底，全国公路桥梁达62.19万座，2726.06万米，比2008年来增加2.73万座，201.37万米，其中特大桥梁1699座，288.66万米〃由于高等级公路线型标准高，桥涵，通道等构造物较密集，车辆行驶速度高，高等级公路桥头跳车问题十分普遍。若能将跳车振动冲击能量充分回收并转化为电能，会产生巨大的社会价值和经济效益。
[0003]压电材料的压电效应可实现由于冲击和振动产生的机械能向电能的转化，压电材料能够通过正压电效应完成从机械能到电能的转换，是压电发电装置的核心功能，具有力电耦合性。利用压电换能器将桥头跳车振动冲击巨大的机械能转化为电能，其产生的电能将是十分可观的。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的问题或缺陷，本实用新型的目的在于，提供利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置。
[0005]为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，桥头设置有搭板，包括压电装置、整流器、DC/DC变换器和储能装置，其中，压电装置连接整流器，整流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器与储能装置连接;压电装置埋设在桥头和搭板的端部。
[0007]具体地，所述压电装置包括弹性传力层，弹性传力层的下方设置压电叠堆。
[0008]具体地，所述整流器包括二极管Dl，二极管D2，二极管D3和二极管D4，其中，二极管Dl的负极连接二极管D3的负极，且二者串联，二极管D2的正极连接二极管D4的正极，且二者串联;二极管Dl和二极管D3形成的整体与二极管D2和二极管D4形成的整体并联。
[0009]具体地，所述DC/DC变换器包括电感L1、电容L1、功率开关Kl、功率开关K2和二极管D5，其中，功率开关Kl的集电极连接二极管Dl与二极管D3的连接结点，功率开关Kl的发射极连接电容LI的正极和功率开关K2的集电极，功率开关K2的集电极连接二极管D5的负极和电容LI的一端，二极管D5的正极连接电容LI的负极和二极管D2与二极管D4的连接结点。
[0010]可选地，所述储能装置采用UPS电源10，UPS电源的正极连接电容LI的另一端，UPS电源10的负极连接二极管D5的正极。
[0011]可选地，压电叠堆采用的压电材料为PZT压电陶瓷。
[0012]与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果:
[0013]1、设置压电装置，将不断接收上方传递下来的冲击力，将机械能转化为电能，所产生的电能能够为道路的信号灯、提示灯、照明灯、监控系统等提供电能，达到节能环保的要求，具有显著的社会价值和经济价值。
[0014]2、采用压电叠堆的发电方式，压电材料采用PZT压电陶瓷，是一种介质发电方式，比其他类型的发电机结构简单，响应更快;所采用的压电材料具有很高的能量密度，重量小，体积小，便于安装和施工。
[0015]3、设置弹力传力层能够有效地缓解车辆对路面的冲击，相当于在路面设置一层路面抗冲击层。
[0016]4、本实用新型的装置应用广泛，不仅可以安置在桥头和搭板端部，也可以安置在整个路段，适合多种路面结构。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的整体结构图；
[0018]图2是压电装置的安装位置正视图；
[0019]图3是压电装置的安装位置俯视图；
[0020]图4是压电装置的安装位置剖视图；
[0021 ]图5是压电装置结构示意图；
[0022]图6是本实用新型的电路结构图；
[0023]图中标号代表:I一桥头，2—搭板，3—压电装置，301—弹性传力层，302一压电叠堆，4 一整流器，5—DC/DC变换器，6—储能装置，7—用电负载，8—沥青面层，9 一路面路表磨耗层，1—UPS电源。
[0024]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型的方案做进一步详细地解释和说明。
【具体实施方式】
[0025]遵从上述技术方案，参见图1，本实用新型的利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，桥头I设置有搭板2，包括压电装置3、整流器4、DC/DC变换器5和储能装置6，其中，压电装置3连接整流器4，整流器4连接DC/DC变换器5，DC/DC变换器5与储能装置6连接;压电装置3埋设在桥头I和搭板2的端部。
[0026]参见图2、图3和图4，车辆在行驶至桥头I和搭板2的端部时，极易发生跳车或产生振动，对此处的路面产生巨大的冲击。本实用新型的装置，将压电装置3埋设在桥头I和搭板2的端部，且设置在沥青面层8与路表磨耗层9之间，压电装置3不断接收上方传递下来的冲击力，将机械能转化为电能，整流器4将压电装置3产生的交流电转变为直流电，DC/DC变换器5将直流电进行电流和电压的变换，变换后的电流由储能装置6储存或者被其他用电负载7利用。本实用新型所产生的电能能够为道路的信号灯、提示灯、照明灯、监控系统等提供电能，达到节能环保的要求，具有显著的社会价值和经济价值。
[0027]具体地，参加图5，所述压电装置3包括弹性传力层301，弹性传力层301的下方设置压电叠堆302。可选地，压电叠堆302采用的压电材料为PZT压电陶瓷，PZT压电陶瓷具有较高的转换效率。
[0028]所述弹性传力层301将其上方的冲击力传递到压电叠堆302，压电叠堆302发生应变，其采用的是TE振动模态，通过纵向的外力作用使压电材料在厚度方向上产生弯曲振动形变而激发出电荷，这个的电压与压电材料的厚度成反比。叠堆式结构既保证了足够的发电量，又能使压电材料产生的电压不至于过高，也便于整流器4和DC/DC变换器5对其转换和回收。采用压电堆叠的发电方式是一种介质发电方式，比其他类型的发电机结构简单，响应更快。所采用的压电材料具有很高的能量密度，重量小，体积小，便于安装和施工。
[0029]所述弹性传力层301能够有效地缓解车辆对路面的冲击，相当于在路面设置一层路面抗冲击层。
[0030]具体地，参见图6，所述整流器4包括二极管Dl，二极管D2，二极管D3和二极管D4，其中，二极管Dl的负极连接二极管D3的负极，且二者串联，二极管D2的正极连接二极管D4的正极，且二者串联;二极管Dl和二极管D3形成的整体与二极管D2和二极管D4形成的整体并联。
[0031]具体地，所述DC/DC变换器5包括电感L1、电容L1、功率开关K1、功率开关K2和二极管D5，其中，功率开关KI的集电极连接二极管DI与二极管D3的连接结点，功率开关KI的发射极连接电容LI的正极和功率开关K2的集电极，功率开关K2的集电极连接二极管D5的负极和电容LI的一端，二极管D5的正极连接电容LI的负极和二极管D2与二极管D4的连接结点。
[0032]可选地，储能装置6采用工业大容量的UPS电源10 WPS电源10的正极连接电容LI的另一端，UPS电源1的负极连接二极管D5的正极。
[0033]本实用新型的装置应用广泛，不仅可以安置在桥头I和搭板2的端部，也可以安置在整个路段，适合多种路面结构。
【主权项】
1.利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，桥头(I)设置有搭板(2)，其特征在于，包括压电装置(3)、整流器(4)、DC/DC变换器(5)和储能装置(6)，其中，压电装置(3)连接整流器(4)，整流器(4)连接DC/DC变换器(5)，DC/DC变换器(5)与储能装置(6)连接;压电装置(3)埋设在桥头(I)和搭板(2)的端部。2.如权利要求1所述的利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，其特征在于，所述压电装置(3)包括弹性传力层(301)，弹性传力层(301)的下方设置压电叠堆(302)。3.如权利要求1所述的利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，其特征在于，所述整流器(4)包括二极管Dl，二极管D2，二极管D3和二极管D4，其中，二极管Dl的负极连接二极管D3的负极，且二者串联，二极管D2的正极连接二极管D4的正极，且二者串联;二极管Dl和二极管D3形成的整体与二极管D2和二极管D4形成的整体并联。4.如权利要求3所述的利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，其特征在于，所述DC/DC变换器(5)包括电感L1、电容L1、功率开关Kl、功率开关K2和二极管D5，其中，功率开关KI的集电极连接二极管DI与二极管D3的连接结点，功率开关KI的发射极连接电容LI的正极和功率开关K2的集电极，功率开关K2的集电极连接二极管D5的负极和电容LI的一端，二极管D5的正极连接电容LI的负极和二极管D2与二极管D4的连接结点。5.如权利要求4所述的利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，其特征在于，所述储能装置(6)采用UPS电源(10)，UPS电源(10)的正极连接电容LI的另一端，UPS电源(10)的负极连接二极管D5的正极。6.如权利要求2所述的利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，其特征在于，压电叠堆(302)采用的压电材料为PZT压电陶瓷。
【专利摘要】本实用新型公开了利用桥头跳车振动冲击能量压电发电装置，桥头设置有搭板，包括压电装置、整流器、DC/DC变换器、储能装置和用电负载，其中，压电装置连接整流器，整流器连接DC/DC变换器，DC/DC变换器与储能装置和用电负载均连接；压电装置埋设在桥头和搭板的端部。本实用新型将机械能转化为电能，所产生的电能能够为道路的信号灯、提示灯、照明灯、监控系统等提供电能，达到节能环保的要求，具有显著的社会价值和经济价值。
【IPC分类】H02J7/32
【公开号】CN205283224
【申请号】CN201521137141
【发明人】许竞, 王慧峰
【申请人】长安大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月31日