一种用于沥青路面的压电发电装置的制作方法

本实用新型属于发电装置技术领域，具体涉及一种用于沥青路面的压电发电装置。

背景技术：

沥青路面在车辆作用下，会产生应力、应变、位移和振动，这些响应会给路面带来应变能，并最终通过振动以热能形式散发到外界中。在使用期内，路面要经受上亿次的机械振动，这对于路面来说是不利的。但从能量转化角度来说，却是一种可以转化利用的能量。

利用压电效应可以将交通荷载对路面所做的机械功部分转化为电能并加以利用。当晶体表面受到某方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷，而且所产生的电荷量与施加外力的大小成正比。这种现象称为正压电效应。

利用压电效应将机械能转化成电能，已得到广泛的研究和利用。压电陶瓷、压电聚合物等在生物、医疗、军事等领域得到了广泛的利用。压电元件、压电材料的生产等也逐步成熟。然而在道路应用方面，国外的路面能量收集与转化系统的技术处于保密阶段，未有任何的技术资料可供参考。在国内还未有路面机械能的电转化与收集的实际应用，尚处于理论研究和室内模拟的初级阶段。

现有的关于沥青路面机械能收集方法以制备各种形式的压电换能器为主，然而压电换能器不合理的埋设和使用方式会对路面和压电换能器造成损坏，例如以开挖的形式埋置压电换能器会影响路面使用寿命；沥青混合料中的尖锐集料会损害压电换能器及用于连接电路的导线等。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种用于沥青路面的压电发电装置，该装置埋设及使用方式合理，不会对路面和装置造成损坏。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种用于沥青路面的压电发电装置，包括整流电路、金属顶板和设置在金属顶板正下方的金属底板，整流电路与金属顶板和金属底板分别连接，金属顶板和金属底板之间均布有多个压电换能器，每个压电换能器与金属顶板和金属底板分别连接。

所述的金属顶板与金属底板之间的间隙中还填充有封装材料。

所述封装材料的材质为沥青砂。

所述的金属底板上设置有多个用于放置压电换能器的凹槽，压电换能器设置在凹槽中，凹槽的深度小于压电换能器的高度。

所述压电换能器在金属底板上的均布方式为，横向设置两个，纵向间隔0.5～1m延伸设置。

所述的凹槽的横截面形状与压电换能器的形状相适配。

所述的压电换能器通过铜粉导电胶分别与金属顶板和金属底板粘接固定。

所述的压电换能器选用压电陶瓷或压电晶体，其截面形状为矩形、圆形或环形。

所述的金属顶板和金属底板均为长方形板件，金属顶板和金属底板正对设置，材质均为黄铜。

所述整流电路上连接有直流换能器，直流换能器上连接有蓄电池。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的用于沥青路面的压电发电装置通过将压电换能器设置在金属顶板和金属底板之间，能够使金属顶板和金属底板保护压电换能器不被沥青混合料中的尖锐集料破坏，只需对现有的道路进行简单改造，将本实用新型的发电装置铺设在路面内，便能够利用沥青路面上车辆通过时的碾压作用来发电。

进一步的，通过在金属顶板与金属底板之间的间隙中填充有封装材料，通过封装材料的支撑作用，增大了金属顶板与金属底板的受力面积，能够防止金属顶板和金属底板在车辆的多次碾压后变形损坏。

进一步的，通过在金属底板上设置凹槽，将压电换能器设置在该凹槽内，通过凹槽，能够使压电换能器稳定的设置在金属顶板与金属底板之间，保证了发电装置的完整性，和长期使用性能。

进一步的，通过在整流电路上连接直流换能器，直流换能器上连接蓄电池，蓄电池能够将本实用新型的发电装置发出的电能进行储存，使得电能得到更好的利用。

【附图说明】

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的金属底板的结构示意图。

图中，1.金属顶板，2.压电换能器，3.金属底板，4.封装材料，5.凹槽，6.整流电路，7.直流换能器，8.蓄电池。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种用于沥青路面的压电发电装置，铺设在沥青路面上使用，包括金属顶板1，压电换能器2，金属底板3，封装材料4，整流电路6，直流换能器7和蓄电池8，金属底板3设置在金属顶板1的正下方，整流电路6与金属顶板1和金属底板3分别连接，整流电路6上还与直流换能器7连接，直流换能器7于蓄电池8连接，压电换能器2均布在金属顶板1和金属底板3之间，每个压电换能器2与金属顶板1和金属底板3分别连接，封装材料4填充在金属顶板1与金属底板3之间的间隙中，封装材料4的材质为沥青砂，金属底板3上设置有多个用于放置压电换能器2的凹槽5，压电换能器2设置在凹槽5中，凹槽5的深度小于压电换能器2的高度。

金属顶板1是一个长方形板，其长度视所铺设的沥青路面长度而定，宽度为一条轮迹分布带的宽度，为30cm，厚度为0.5～2cm，使用时放置在压电换能器2上方，并用铜粉导电胶与压电换能器2粘结固定。

压电换能器2采用现有的压电换能器，截面形状可以为矩形、圆形、环形等多种形状的压电陶瓷或压电晶体。

金属底板3是与金属顶板1平行且形状相同，大小相等的长方形板，压电换能器2能够放置于凹槽5中，用铜粉导电胶将压电换能器2与凹槽5的底部粘结固定，凹槽5的横截面形状与压电换能器2的形状相适配，凹槽5的深度小于压电换能器2的厚度。在金属底板3的宽度方向上设置两个凹槽5，凹槽5在金属底板3的长度方向每隔0.5～1m一处。

金属顶板1和金属底板3作为发电装置的正、负电极，材质为黄铜。金属顶板1和金属底板3通过导线与整流电路6相连，整流电路6通过直流换能器7与蓄电池8相连。所有压电换能器2以并联的方式连接，连接电路的导线用铜粉导电胶固定在金属底板3上或在金属底板3内置电路。铜粉导电胶的材质为双键DB2011铜粉导电胶。

整流电路6为常规的整流电路，直流换能器7也为本领域常规直流换能器。

使用时将本装置铺设在路面的轮迹分布带上，路面深度为2cm。

实施例

本实施例的用于沥青路面的压电发电装置的结构如下：

采用截面形状为矩形的压电换能器2，压电换能器2的长度为2cm，宽度为2cm，厚度为0.5cm；用双键DB2011铜粉导电胶将其粘结固定在金属底板3上的凹槽5上，凹槽5的长度和宽度略大于压电换能器2的长度和宽度，均为2.1cm，其深度略小于压电换能器2的厚度，为0.4cm，凹槽5的数量在宽度方向上是两个，在长度方向上每隔1m设置一处；用导线将各个压电换能器2采用电学并联的方式连接起来，将导线粘结在金属底板3上，避免导线受到破坏。

金属顶板1和金属底板3材质为黄铜，长度视沥青路面长度而定，宽度为30cm，厚度为1cm。将金属顶板1盖在压电换能器2上并用双键DB2011铜粉导电胶粘结固定，金属顶板1、压电换能器2与金属底板3形成了一个整体，金属顶板1和金属底板3之间的空隙全部用封装材料4沥青砂填充。

将金属顶板1和金属底板3作为压电发电装置的正、负电级，各引出一条导线与整流电路6连接，整流电路6通过直流换能器7与蓄电池8相连，形成完整的路面能量收集及储存装置。

进行路面施工时，在轮迹分布带上铺设本压电发电装置，其路面深度为2cm，然后再铺设沥青路面的表面层。

本实用新型实例的工作原理：

当车辆经过，施加行车荷载时，荷载会由金属顶板1传递至压电换能器2，根据正压电效应，压电换能器2可将机械能转化为电能，并通过导线将电能输出，经过整流电路6和直流换能器7储存至蓄电池8中。

其中金属顶板1可以传递荷载并保证受力均匀，压电换能器2和导线分别被凹槽5和金属底板3保护，不会被周围尖锐集料破坏。

本实用新型的有益效果是：(1)只需对现有的道路进行简单改造，将压电装置铺设在路面内，便可收集和储存沥青路面能量；(2)金属顶板和金属底板可保护压电换能器和连接电路的导线不被沥青混合料中的尖锐集料破坏；(3)金属底板上的凹槽可以有多种不同形状，能够适用不同截面形式的压电换能器。