一种道路用发电路面板的制作方法

本发明属于道路工程领域，涉及压电发电技术，具体涉及一种道路用发电路面板。

背景技术：

近年来，道路上的车流量越来越高，若能将车辆振动产生的机械能加以回收利用，则可以为公路沿线交通设施提供能源。目前，基于压电效应进行道路机械能量采集的技术正逐渐兴起，因此发电路面具有巨大的社会经济效益。道路压电发电技术多将压电元件植入路面内部，当汽车在路面上行驶时，路面内部的压电元件发生变形从而产生电荷，当被植入路面内部的压电元件数量足够大时，在行车荷载作用下产生的电量不容小觑。

目前，道路压电发电技术多采用将道路用发电路面板埋入路面后再加铺沥青混合料的方式，施工程序繁杂，且压电单元常会由于作用于其上的荷载过大而被破坏，或者受到长久荷载作用发生应力退极化，导致服务寿命周期较短。因此开发一种施工方便、耐久性好的道路用发电路面板是很有必要的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种道路用发电路面板，解决现有技术中利用道路机械能发电的过程中，施工复杂、耐久性不足的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种道路用发电路面板，包括面板本体，所述的面板本体包括可拆卸的顶板和底板组成，面板本体内排布有多个压电发电机构，每个压电发电机构中的压动件伸出顶板的顶面且能够相对于顶板在竖向伸缩运动；

所述的压电发电机构包括钹式压电单元、蝶式压电单元、连动件和压动件，钹式压电单元安装在面板本体内的钹式安装腔内，蝶式压电单元安装在面板本体内的蝶式安装腔内，钹式安装腔和蝶式安装腔之间通过连动安装腔连通，连动件安装在连动安装腔内，连动安装腔顶部加工贯通顶板的压动安装腔，压动安装腔内安装有压动件；

所述的连动安装腔底部所在的底板上设置有一对连动导轨，连动件卡在连动导轨内，使得连动件只能沿着纵向往复运动；压动安装腔侧壁所在的顶板上设置有限位槽，压动件上安装有与限位槽配合的限位销，使得压动件只能沿着竖向往复运动且限定竖向行程；

所述的连动件的一端与钹式压电单元相接触，连动件的另一端与蝶式压电单元相连，钹式压电单元、连动件和蝶式压电单元沿着纵向同轴布置；所述的连动件的顶部开设有挤压槽，挤压槽的底部设置有挤压坡，压动件的底部设置有与挤压坡相配套的挤压头，压动件竖向向下运动挤压连动件，连动件纵向运动挤压钹式压电单元同时拉弯蝶式压电单元进行压电转换，钹式压电单元和蝶式压电单元的回弹使得压动件恢复初始状态。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的底板为一整块板制成，所述的顶板包括顶板边框，顶板边框内安装有多个拼接在一起的顶板横条；

所述的底板上设置有与压电发电机构相配套的多条纵向布设的导线槽；导线槽上串有交替排布的下钹式安装槽和下蝶式安装槽，下钹式安装槽与下钹式安装槽一端相邻的下蝶式安装槽之间的底板为顶板固定区，下钹式安装槽与下钹式安装槽另一端相邻的下蝶式安装槽之间的底板为连动区，连动区的底板上铺设连动导轨；

每个顶板横条上沿着纵向依次设置有第一压动卡口、压动卡块、上蝶式安装槽、顶板固定块、上钹式安装槽、和第二压动卡口，一个顶板横条的第一压动卡口和相邻的另一个顶板横条的第二压动卡口拼接形成一个压动安装腔；限位槽设置在压动卡块的侧壁上；

所述的钹式安装腔包括顶板上的上钹式安装槽和底板上的下钹式安装槽；所述的蝶式安装腔包括顶板上的上蝶式安装槽和底板上的下蝶式安装槽；所述的连动安装腔包括一个顶板横条的第一压动卡口、压动卡块和相邻的另一个顶板横条的第二压动卡口与底板的连动区之间形成的腔体。

所述的顶板固定块和顶板固定区之间通过螺栓固定连接。

所述的连动件的一端固定有推动杆的一端，推动杆的另一端设置有推板，推板与钹式压电单元相接触。

所述的连动件的另一端固定有拉动杆的一端，拉动杆的另一端与蝶式压电单元可拆卸式连接。

所述的面板主体内与车道轮迹带对应的位置排布有多个压电发电机构，所述的压动件在顶板上沿着车道轮迹带呈阵列式排布。

所述的钹式压电单元包括多层堆叠在一起的钹式压电子单元，所述的钹式压电子单元包括侧壁、安装在侧壁底部的底座和安装在侧壁顶部的顶盖，顶盖和侧壁顶部之间设置有弹性橡胶圈，顶盖的外表面设置有一层弹性橡胶垫；钹式压电子单元内安装有第一压电陶瓷片，第一压电陶瓷片的两侧安装有钹型弹片帽，第一压电陶瓷片一侧的钹型弹片帽与底座接触，第一压电陶瓷片另一侧的钹型弹片帽与顶盖接触。

所述的蝶式压电单元包括多层堆叠在一起的蝶式压电子单元，所述的蝶式压电子单元包括第二压电陶瓷片，第二压电陶瓷片的两侧通过导电胶粘层粘结有电极片，电极片的外边缘设置有一圈填缝绝缘硅胶圈。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

本发明可广泛用于道路工程，如行车道路面、减速带、收费站路面、非机动车道路面或者人行道，装置耐久性高，安装简单，维修方便。

(Ⅰ)本发明在安装完成后，压动件略微凸出装置表面，不会引起车辆行驶颠簸，行驶稳定性好，且荷载移除后，连动件可在弹簧作用下回复原位。

(Ⅱ)本发明利用滑动装置的设计将竖向荷载转化为作用在压电单元上的水平力，且限制了滑动装置的位移，避免压电单元因超载或形变过大而破坏，提高装置耐久性。

(Ⅲ)本发明的连动件在滑动时，位于其两侧的压电元件可在不同的受力状态下同时产生压电效应，最大限度利用了车辆行驶产生的机械能，有效提高发电效率。

(Ⅳ)本发明顶板与底板通过沉孔螺栓连接，安装简单，装置表面不需铺设混凝土，施工方便。

附图说明

图1是本发明的道路用发电面板的内部结构示意图。

图2是顶板上的压动件的布局示意图。

图3是压电发电机构的内部结构示意图。

图4是压电发电机构的立体分解结构示意图。

图5是钹式压电单元的结构示意图。

图6是蝶式压电单元的结构示意图。

图7是顶板横条的局部结构示意图。

图8是底板的局部结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-顶板，2-底板，3-压电发电机构，4-钹式压电单元，5-蝶式压电单元，6-连动件，7-压动件，8-钹式安装腔，9-蝶式安装腔，10-连动安装腔，11-压动安装腔，12-连动导轨，13-限位槽，14-限位销，15-挤压槽，16-挤压坡，17-挤压头，18-螺栓，19-推动杆，20-推板，21-拉动杆；

(1-1)-顶板边框，(1-2)-顶板横条，(1-3)-第一压动卡口，(1-4)-压动卡块，(1-5)-上蝶式安装槽，(1-6)-顶板固定块，(1-7)-上钹式安装槽，(1-8)-第二压动卡口；

(2-1)-导线槽，(2-2)-下钹式安装槽，(2-3)-下蝶式安装槽，(2-4)-顶板固定区，(2-5)-连动区；

(4-1)-侧壁，(4-2)-底座，(4-3)-顶盖，(4-4)-弹性橡胶圈，(4-5)-弹性橡胶垫，(4-6)-第一压电陶瓷片，(4-7)-钹型弹片帽；

(5-1)-第二压电陶瓷片，(5-2)-导电胶粘层，(5-3)-电极片，(5-4)-填缝绝缘硅胶圈。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种道路用发电路面板，如图1至图8所示，包括面板本体，所述的面板本体包括可拆卸的顶板1和底板2组成，面板本体内排布有多个压电发电机构3，每个压电发电机构3中的压动件7伸出顶板1的顶面且能够相对于顶板1在竖向伸缩运动；

所述的压电发电机构3包括钹式压电单元4、蝶式压电单元5、连动件6和压动件7，钹式压电单元4安装在面板本体内的钹式安装腔8内，蝶式压电单元5安装在面板本体内的蝶式安装腔9内，钹式安装腔8和蝶式安装腔9之间通过连动安装腔10连通，连动件6安装在连动安装腔10内，连动安装腔10顶部加工贯通顶板1的压动安装腔11，压动安装腔11内安装有压动件7；

所述的连动安装腔10底部所在的底板2上设置有一对连动导轨12，连动件6卡在连动导轨12内，使得连动件6只能沿着纵向往复运动；压动安装腔11侧壁所在的顶板1上设置有限位槽13，压动件7上安装有与限位槽13配合的限位销14，使得压动件7只能沿着竖向的往复运动且限定竖向行程；

所述的连动件6的一端与钹式压电单元4相接触，连动件6的另一端与蝶式压电单元5相连，钹式压电单元4、连动件6和蝶式压电单元5沿着纵向同轴布置；所述的连动件6的顶部开设有挤压槽15，挤压槽15的底部设置有挤压坡16，压动件7的底部设置有与挤压坡16相配套的挤压头17，压动件7竖向向下运动挤压连动件6，连动件6纵向运动挤压钹式压电单元4同时拉弯蝶式压电单元5进行压电转换，钹式压电单元4和蝶式压电单元5的回弹使得压动件7恢复初始状态。

作为本实施例的一种具体方案，底板2为一整块板制成，所述的顶板1包括顶板边框1-1，顶板边框1-1内安装有多个拼接在一起的顶板横条1-2；

所述的底板2上设置有与压电发电机构3相配套的多条纵向布设的导线槽2-1；导线槽2-1上串有交替排布的下钹式安装槽2-2和下蝶式安装槽2-3，下钹式安装槽2-2与下钹式安装槽2-2一端相邻的下蝶式安装槽2-3之间的底板为顶板固定区2-4，下钹式安装槽2-2与下钹式安装槽2-2另一端相邻的下蝶式安装槽2-3之间的底板为连动区2-5，连动区2-5的底板2上铺设连动导轨12；

每个顶板横条1-2上沿着纵向依次设置有第一压动卡口1-3、压动卡块1-4、上蝶式安装槽1-5、顶板固定块1-6、上钹式安装槽1-7和第二压动卡口1-8，一个顶板横条1-2的第一压动卡口1-3和相邻的另一个顶板横条1-2的第二压动卡口1-8拼接形成一个压动安装腔11；限位槽13设置在压动卡块1-4的侧壁上；

所述的钹式安装腔8包括顶板1上的上钹式安装槽1-7和底板2上的下钹式安装槽2-2；所述的蝶式安装腔9包括顶板1上的上蝶式安装槽1-5和底板2上的下蝶式安装槽1-5；所述的连动安装腔10包括一个顶板横条1-2的第一压动卡口1-3、压动卡块1-4和相邻的另一个顶板横条1-2的第二压动卡口1-8与底板2的连动区2-5之间形成的腔体。

作为本实施例的一种优选方案，顶板固定块1-6和顶板固定区2-4之间通过螺栓18固定连接。

作为本实施例的一种优选方案，连动件6的一端固定有推动杆19的一端，推动杆19的另一端设置有推板20，推板20与钹式压电单元4相接触。

作为本实施例的一种优选方案，连动件6的另一端固定有拉动杆21的一端，拉动杆21的另一端与蝶式压电单元5可拆卸式连接。

作为本实施例的一种优选方案，面板主体内与车道轮迹带对应的位置排布有多个压电发电机构3，所述的压动件7在顶板1上沿着车道轮迹带呈阵列式排布。

作为本实施例的一种具体方案，钹式压电单元4包括多层堆叠在一起的钹式压电子单元，所述的钹式压电子单元包括侧壁4-1、安装在侧壁4-1底部的底座4-2和安装在侧壁4-1顶部的顶盖4-3，顶盖1和侧壁顶部之间设置有弹性橡胶圈4-4，顶盖的外表面设置有一层弹性橡胶垫4-5；钹式压电子单元内安装有第一压电陶瓷片4-6，第一压电陶瓷片4-6的两侧安装有钹型弹片帽4-7，第一压电陶瓷片4-6一侧的钹型弹片帽4-7与底座4-2接触，第一压电陶瓷片4-6另一侧的钹型弹片帽4-7与顶盖4-3接触。钹式压电单元4受压时，在d31和d33两种模式下产生压电效应。

作为本实施例的一种具体方案，蝶式压电单元5包括多层堆叠在一起的蝶式压电子单元，所述的蝶式压电子单元包括第二压电陶瓷片5-1，第二压电陶瓷片5-1的两侧通过导电胶粘层5-2粘结有电极片5-3，电极片5-3的外边缘设置有一圈填缝绝缘硅胶圈5-4。蝶式压电单元5受拉时，在d31模式下产生压电效应。

顶板1和底板2均采用硬质刚性材料，比如碳钢、合金钢等，同时顶板1和底板2的结合处采用密封胶进行防水处理。同时在结构整体安装完成之后，在螺栓孔内灌注胶黏材料。

导线槽2-1在最后封装时在导线出口处应用液体绝缘硅胶进行密封处理。

面板本体的底面和侧壁经过纹路拉毛等处置，能有效与沥青混凝土骨料结构契合，具备良好的整体性能。该装置可以用于行车道路面、减速带、收费站路面、非机动车道或者人行道内部，适用范围广。

本实施例的发电路面板具体实施方法如下所述：

(A)将钹式压电单元4、蝶式压电单元5安装到底板2中，用导线相连。其中，钹式压电单元4安装在面板本体内的钹式安装腔8内，蝶式压电单元5安装在面板本体内的蝶式安装腔9内，钹式安装腔8和蝶式安装腔9之间通过连动安装腔10连通，连动件6安装在连动安装腔10内，连动安装腔10顶部加工贯通顶板1的压动安装腔11，压动安装腔11内安装有压动件7。安装完成后在金属电极外侧注射液态绝缘硅胶，进行填缝处理，且用强力黏结材料将其上下两端分别固定于顶板1和底板2的安装腔内，导线装入导线槽2-1中。

(B)连动件6的一端与钹式压电单元4相接触，另一端与蝶式压电单元5相连，钹式压电单元4、连动件6和蝶式压电单元5沿着纵向同轴布置；连动件6的顶部开设有挤压槽15，挤压槽15的底部设置有挤压坡16，压动件7的底部设置有与挤压坡16相配套的挤压头17，压动件7竖向向下运动挤压连动件6，连动件6纵向运动挤压钹式压电单元4同时拉弯蝶式压电单元5进行压电转换，钹式压电单元4和蝶式压电单元5的回弹使得压动件7恢复初始状态。

(C)顶板固定块1-6和顶板固定区2-4之间通过螺栓18固定连接。

(D)顶板1和底板2均采用硬质刚性材料，比如碳钢、合金钢等，同时顶板1和底板2的结合处采用密封胶进行防水处理。同时在结构整体安装完成之后，在螺栓孔内灌注胶黏材料。

(E)路面开挖后，将本装置放置于路面内，装置顶板1与路面处于同一水平面。

本实施例的发电路面板工作时，通过道路上的车辆给压动件7施加压力，压动件7挤压连动件6使得连动件6纵向运动，挤压钹式压电单元4且拉动蝶式压电单元5，钹式压电单元4和蝶式压电单元5发生形变产生电能输出。当压动件7上的压力撤销后钹式压电单元4和蝶式压电单元5恢复初始形态，使得连动件6反向运动，压动件7恢复初始状态。