一种简支梁支撑式的道路压电发电装置以及发电模组

本发明涉及能量回收装置领域，尤其涉及的是一种简支梁支撑式的道路压电发电装置以及发电模组。

背景技术：

1、目前煤炭仍然占能源消费的比例较大。虽然大力发展可再生能源，例如风力发电、太阳能发电和生物质能发电等，然而风力发电会受到气候和地域的限制，太阳能发电受到天气和设备的限制，生物质能发电占比较低，因此需要开发具有潜力的新能源。

2、道路路面在承受其上方行驶车辆载荷的反复作用的同时，会在内部产生大量的振动机械能。不论是普通水泥混凝土路面还是沥青混凝土路面，在车辆轴载作用下，路面内部都将会产生或多或少的横向或纵向振动，这些作用的机械能通常体现为路面的振动、变形、磨损、开裂等病害，并最终以热能的形式耗散在环境中。若能在路面内部铺设压电发电装置，利用压电材料的正压电效应将路面振动的机械能转化为电能并收集起来，那么在庞大的交通流量下，会带来可观的年均发电量，并且还能够缓解车辆载荷对路面的损坏。目前使用较多的堆叠式压电发电装置结构紧凑，压电片的活动空间有限，压电片能够产生的变形小，导致产生的电能少，发电效率低。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种简支梁支撑式的道路压电发电装置以及发电模组，解决现有技术中由于堆叠式压电发电结构的结构紧凑，导致产生的电能少，发电效率低的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种简支梁支撑式的道路压电发电装置，其中包括：

4、支撑座；

5、至少一对简支梁，至少一对简支梁分别设置在支撑座的左右两侧，简支梁上开设有安装口；

6、压电片，压电片设置在两侧的简支梁上，并嵌于两侧的安装口内，两侧简支梁之间并位于压电片下方形成变形空间；

7、受压件，受压件承载道路上的行车或行人载荷，并在压力作用下而挤压压电片，使压电片发生上下振动变形，从而产生电能。

8、可选地，安装口设置在简支梁的左右方向的侧面上；

9、受压件包括：压板，压板用于承受压力而下移；

10、弹性件，弹性件设置在压板和支撑座之间，并用于对压板施加远离压电片的弹力；

11、下压件，下压件设置在压板朝向压电片的一侧，并位于压电片的上方；

12、回位件，回位件连接在下压件上，并位于压电片的下方。

13、可选地，支撑座包括：外壳，外壳内设置有安装腔；

14、悬架支撑板，悬架支撑板设置在安装腔内，至少一对简支梁设置在悬架支撑板上；

15、至少一对挡板，至少一对挡板可拆卸设置在悬架支撑板的左右两侧，压电片位于两侧的挡板之间。

16、可选地，安装腔内设置有限位台阶，限位台阶上设置有隔板；

17、弹性件位于隔板和压板之间。

18、可选地，外壳的前后两侧的至少一侧的侧壁上开设有导向槽，下压件的至少一端位于导向槽内。

19、其中，外壳的前后两侧的侧壁上均开设有导向槽，下压件和回位件的前后两端均位于导向槽内。

20、可选地，简支梁设置有多对，多对简支梁沿前后方向间隔排列设置；

21、压电片与多对简支梁相匹配设置多个。

22、可选地，沿前后方向间隔排列设置的多对简支梁与对应的多个压电片组成一个压电组件，多个压电组件沿左右方向间隔并排设置；

23、其中，3个压电组件沿左右方向间隔并排设置，每个压电组件中设置有3对简支梁。

24、可选地，道路压电发电装置还包括能量收集电路，能量收集电路包括整流单元和负载匹配单元；

25、整流单元电连接压电片，并用于将压电片所产生的电流转换为直流电；

26、负载匹配单元电连接整流单元，并用于对负载直接供电。

27、可选地，整流单元包括：由二极管d1、二极管d2、二极管d3以及二极管d4组成的全桥整流桥，二极管d1与二极管d3之间、二极管d2与二极管d4之间分别形成整流输入端口，压电片的两极分别电连接在两个整流输入端口上；

28、二极管d1与二极管d2之间、二极管d3与二极管d4之间分别形成整流输出端口，两个整流输出端口分别连接负载匹配单元；

29、负载匹配单元包括：储能滤波电容cr，储能滤波电容cr的两极分别电连接整流输出端口；

30、二极管d5，二极管d5与储能滤波电容cr串联；

31、电感l，电感l与储能滤波电容cr和二极管d5并联，电感l的两电极分别电连接整流输出端口；

32、开关s，开关s的一个端口电连接一个整流输出端口，另一端口连接在电感l与二极管d5；

33、负载电阻r，负载电阻r与储能滤波电容cr并联；

34、电感l在开关s闭合时与压电片受压而形成的电容c0组成振荡电路，开关s闭合时间为四分之一个lc0振荡周期。

35、可选地，整流单元设置多个,每个整流单元对应连接一个压电片；

36、多个整流单元并联连接在一个负载匹配单元上。

37、另一方面，本申请还提出一种发电模组，包括多个如上所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，多个所述道路压电发电装置呈矩形阵列排列；

38、多个所述道路压电发电装置沿道路前后方向设置有5排，每排中有2个所述道路压电发电装置沿左右方向并排排列；

39、每个所述道路压电发电装置具有3排3列设置的压电片。

40、有益效果：本申请提出的一种简支梁支撑式的道路压电发电装置以及发电模组，其中通过利用压电片在简支梁边界条件下的弯曲振动模式，使压电片变形而产生电能。并且在简支梁上设置安装口，使压电片可以安装在左右两侧的简支梁之间，从而使压电片悬架在压板的正下方，由于两侧设置的简支梁，从而使简支梁之间形成变形空间，使压电片在受到受压件的挤压时，可以在变形空间内产生大变形，有足够的让位空间。受压件受到道路上的行车或行人载荷后向下运动，对悬置的压电片向下挤压，使其产生弯曲振动，发生形变，从而产生电能。因此，简支梁之间的变形空间能够给予压电片更多的振动空间，使压电片能够发生更大的变形，从而产生更多的电能。另外，本申请中的压电片并非固定在简支梁上，可以在安装口中进行自由抽取，如果压电片在被挤压过程中发生损坏，可以直接更换新的压电片，压电片的更换更加方便，实用性更强。

技术特征：

1.一种简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，包括：支撑座；

2.根据权利要求1所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述安装口设置在所述简支梁的左右方向的侧面上；

3.根据权利要求2所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述支撑座包括：外壳，所述外壳内设置有安装腔；

4.根据权利要求3所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述安装腔内设置有限位台阶，所述限位台阶上设置有隔板；

5.根据权利要求3所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述外壳的前后两侧的至少一侧的侧壁上开设有导向槽，所述下压件的至少一端位于所述导向槽内。

6.根据权利要求1所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述简支梁设置有多对，多对所述简支梁沿前后方向间隔排列设置；

7.根据权利要求6所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，沿前后方向间隔排列设置的多对简支梁与对应的多个所述压电片组成一个压电组件，多个所述压电组件沿左右方向间隔并排设置；

8.根据权利要求1-7任一所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述道路压电发电装置还包括能量收集电路，所述能量收集电路包括整流单元和负载匹配单元；

9.根据权利要求8所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，其特征在于，所述整流单元包括：由二极管d1、二极管d2、二极管d3以及二极管d4组成的全桥整流桥，所述二极管d1与所述二极管d3之间、所述二极管d2与所述二极管d4之间分别形成整流输入端口，所述压电片的两极分别电连接在两个所述整流输入端口上；

10.一种发电模组，其特征在于，包括多个如权利要求1-9任一所述的简支梁支撑式的道路压电发电装置，多个所述道路压电发电装置呈矩形阵列排列；

技术总结
本发明公开了一种简支梁支撑式的道路压电发电装置以及发电模组，道路压电发电装置包括：支撑座；至少一对简支梁，至少一对简支梁分别设置在支撑座的左右两侧，简支梁上开设有安装口；压电片，压电片设置在两侧的简支梁上，并嵌于两侧的安装口内，两侧简支梁之间并位于压电片下方形成变形空间；受压件，受压件位于压电片的上侧，并在压力作用下而挤压压电片，以产生电能。解决现有技术中由于堆叠式压电发电结构的结构紧凑，导致产生的电能少，发电效率低，且压电片不易拆卸更换的问题。

技术研发人员：尹晓红,陈樽木,雷天,杨灿,刘晓华,王燕燕,陈昊
受保护的技术使用者：深圳技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15