一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，包括圆筒形刚性侧壁和固定于其底面的刚性底板及扣盖在其顶部的刚性顶板，在圆筒形刚性侧壁的顶端位置和刚性顶板之间粘贴固定一圈具有一定高度的弹性橡胶垫，整体组合构成一个可承受一定荷载作用的圆筒形刚性保护外壳；刚性底板的中心固定一个具有一定高度和直径的刚性支柱，在刚性支柱表面粘贴固定一个在应力应变作用下可产生电能的薄板式压电晶片，薄板式压电晶片的外侧边缘区域粘贴固定一个可传递荷载作用力的圆形外凸式弹性施压片，弹性施压片的顶面与刚性顶板紧密接触。该装置可放大道路车辆荷载作用下压电晶片的变形，提高其力电转换效率，增加发电量，同时可延长使用寿命。
【专利说明】—种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于道路工程领域，涉及换能装置，具体涉及一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置。
【背景技术】
[0002]我国已成为世界汽车大国，巨大的机动车保有量意味着道路在使用寿命内将承受几十亿次的车辆荷载。道路在行车荷载的反复作用下发生振动、形变等状态变化，将行车荷载所带来的能量转化为动能和应变能，但最终以热能或其他能量的形式耗散在道路环境中。因此，开发出可利用此部分能量的压电式发电路面意义重大。现有发电路面多依靠埋置在路面中的压电换能器或压电晶片的换能功效而产生电能。目前关于压电技术的研究成果可制作出微型压电换能器，埋设到路面中并不会对路面结构造成较大改变，但路面内部变形较小，能够传递到换能器内部产生力电转换效应的应力应变更是微乎其微，力电转换效率较低，达不到实际应用条件的要求。压电晶片埋置在路面中除存在上述缺陷以外，在车辆荷载作用下，集料的凸起或者棱角易施加给其较大的作用力，超过极限强度而产生破坏，导致压电功能失效，使用寿命较短。由此可见，开发出一种新型路用压电换能器，在不影响道路结构并具备较大抗破坏强度的情况下，能够放大路面内部应力应变作用以提高力电转换效率，具备重大研究意义。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，提高极限破坏强度，增大压电片变形空间，提高道路荷载作用下的力电转换效率。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现:
[0005]一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，包括刚性侧壁和固定于其底面的刚性底板及扣盖在其顶部的刚性顶板，在刚性侧壁的顶端位置和顶端刚性顶板之间粘贴固定一圈弹性橡胶垫，整体组合构成一个能够承受荷载作用的刚性保护外壳；
[0006]在刚性保护外壳内，刚性底板的中心设置有刚性支柱，在刚性支柱的表面粘贴固定一个在应力应变作用下可产生电能的薄板式压电晶片，在薄板式压电晶片的外侧边缘区域粘贴固定一个可传递荷载作用力的弹性施压片，弹性施压片的顶面与顶端刚性顶板紧密接触；薄板式压电晶片的上下表面各连接有一条导线，刚性侧壁上设置有一个导线输出孔以布设导线。
[0007]本实用新型还具有如下技术特征:
[0008]所述的刚性保护外壳为圆筒状。
[0009]所述的弹性施压片为圆形外凸式弹性施压片。
[0010]本实用新型与现有技术相比，具有如下有益技术效果:
[0011]本实用新型的边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置可解决常规薄板式压电晶片在道路中应用时面临的应用局限，如压电晶片与集料表面凸起位置接触处易产生应力集中现象而导致其破坏，同时道路面层在车辆荷载作用下产生的变形较小，导致其力电转换效率较差，电能收集困难。较常规压电换能器相比，本实用新型上部顶板受到路面中集料任何一点的凸起作用均可产生竖向变形，结合刚性支柱和弹性施压片的综合作用，给予压电晶片较大的竖向变形，可产生优良的力电转换效果；同时刚性外壳的保护作用提高了其在路面中的耐久性，延长了使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型的整体结构立体外观示意图。
[0013]图2是本实用新型的整体结构竖向剖面示意图。
[0014]图中各个标号的含义为:1_刚性侧壁,2-刚性底板，3-刚性顶板，4-刚性支柱，5-薄板式压电晶片，6-弹性施压片，7-弹性橡胶垫，8-导线，9-导线输出孔。
[0015]以下结合附图和实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细地说明。
【具体实施方式】
[0016]以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型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实用新型的保护范围。
[0017]实施例:
[0018]遵从上述技术方案，如图1和图2所示，本实施例给出一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，包括刚性侧壁I和固定于其底面的刚性底板2及扣盖在其顶部的刚性顶板3，在刚性侧壁I的顶端位置和顶端刚性顶板3之间粘贴固定一圈弹性橡胶垫7，整体组合构成一个能够承受荷载作用的刚性保护外壳；
[0019]在刚性保护外壳内，刚性底板2的中心设置有刚性支柱4，在刚性支柱4的表面粘贴固定一个在应力应变作用下可产生电能的薄板式压电晶片5，在薄板式压电晶片5的外侧边缘区域粘贴固定一个可传递荷载作用力的弹性施压片6，弹性施压片6的顶面与顶端刚性顶板3紧密接触；薄板式压电晶片5的上下表面各连接有一条导线8，刚性侧壁I上设置有一个导线输出孔9以布设导线8。
[0020]刚性保护外壳为圆桶状；弹性施压片6为圆形外凸式弹性施压片。
[0021]弹性橡胶垫7在道路荷载对顶板3的作用力下可产生一定的压缩变形，顶板3可产生一定的竖向位移，弹性橡胶垫7的厚度为刚性保护外壳的1/7?1/10。
[0022]刚性支柱4的高度为刚性保护外壳的1/2?2/3 ;刚性支柱4为圆柱状，其直径为刚性底板2直径的1/8?1/10。
[0023]薄板式压电晶片5和弹性施压片6与刚性侧壁I接触但不固定。弹性施压片6在顶板3的竖向位移作用下可施加给薄板式压电晶片5边缘荷载作用力。
[0024]薄板式压电晶片5在刚性支柱4对其中心位置的固定作用下，同时在弹性施压片6施加的反向荷载作用下，整个薄板式压电晶片5面积内均可产生竖向变形，对荷载作用下的薄板式压电晶片5的变形产生放大功效，形成边缘-中心双向受力的发电落棉压电换能装置，即边缘中心双向受力型压电换能装置。
[0025]刚性侧壁I中下部位置设置一个导线输出孔9以布设导线8，方便电能输出。
[0026]使用过程:在铺筑浙青路面时，中面层铺筑完成但未完全成型时，根据压电换能器尺寸开挖合适的坑槽，将本实用新型的发电路面压电换能装置埋置在道路坑槽中，依据道路交通量合理布设间距、尺寸，同时布设电能收集电路，然后铺筑道路上面层，碾压压实成型即可。
【权利要求】
1.一种边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，包括刚性侧壁(I)和固定于其底面的刚性底板⑵及扣盖在其顶部的刚性顶板(3)，其特征在于:在刚性侧壁⑴的顶端位置和顶端刚性顶板(3)之间粘贴固定一圈弹性橡胶垫(7)，整体组合构成一个能够承受荷载作用的刚性保护外壳； 在刚性保护外壳内，刚性底板⑵的中心设置有刚性支柱(4)，在刚性支柱⑷的表面粘贴固定一个在应力应变作用下可产生电能的薄板式压电晶片(5)，在薄板式压电晶片(5)的外侧边缘区域粘贴固定一个可传递荷载作用力的弹性施压片￠)，弹性施压片(6)的顶面与顶端刚性顶板(3)紧密接触；薄板式压电晶片(5)的上下表面各连接有一条导线(8)，刚性侧壁(I)上设置有一个导线输出孔(9)以布设导线(8)。
2.如权利要求1所述的边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，其特征在于:所述的刚性保护外壳为圆筒状。
3.如权利要求1所述的边缘中心双向受力型发电路面压电换能装置，其特征在于:所述的弹性施压片(6)为圆形外凸式弹性施压片。
【文档编号】H02N2/18GK203933443SQ201420326895
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】王朝辉, 封栋杰, 李彦伟, 赵永祯, 高志伟, 董彪, 郑晨 申请人:长安大学