[发明专利]一种交通荷载下基于简支梁式的瓦特级压电换能装置及压电设备

说明书

本发明公开了一种交通荷载下基于简支梁式的瓦特级压电换能装置，包括压电换能器装置，所述压电换能器装置包括壳体、多个压电梁式单元和能量收集单元，所述压电梁式单元和能量收集单元置于壳体内，压电梁式单元通过导线与能量收集单元电性连接，所述压电梁式单元包括梁式支撑组件、多个压电薄片组件和金属传力板，所述梁式支撑组件包括两个相对设置的支撑构件，支撑构件呈简支梁式结构，两个相对设置的支撑构件的梁跨之间竖向设置金属传力板，多个压电薄片组件依次穿过金属传力板，且多个压电薄片组件两端依次横向插接于两个支撑构件之间，多个压电薄片组件呈简支排列。该装置能够收集道路荷载作用下的压电能量，并通过能量收集系统进行能量储存，实现瓦特级的能量输出。

技术领域

本发明专利涉及交通荷载作用下对压电陶瓷能量输出的研究，特别涉及一种交通荷载下基于简支梁式的瓦特级压电换能装置，还涉及一种交通荷载下基于简支梁式瓦特级压电换能装置的压电设备

背景技术

随着各国经济发展，能源消耗与环境污染问题日益加剧，尤其是二氧化碳等气体排放量超标导致的环境问题，当前减少二氧化碳排放实现碳中和以及绿色能源的收集利用成为了各国的环保节能主要目标。实现碳中和需要我们从能源结构进行转型，利用可再生资源、核能等清洁能源代替化石燃料。

最近我们将目光放在道路能量收集上，由于大量的行车荷载作用下道路产生的机械能与热能消耗导致路面破坏等现象，而压电能量收集技术可以利用压电效应将这些消耗的能量转化成电能并有效保护路面，道路压电能量由于其可持续性以及良好的适应性逐渐应用于道路工程中。压电换能器作为道路压电能量收集系统中的主要装置引起广大研究者的关注，目前大部分压电换能器受到压电材料本身的限制以及对外界环境的耦合性，压电换能器存在输出性能差的问题。

发明专利内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种交通荷载下基于简支梁式的瓦特级压电换能装置。该装置高效率的将机械能转换成电能，使得发电能力和发电效率大大提高。

为此，本发明专利提供的一种交通荷载下基于简支梁式的瓦特级压电换能装置，包括压电换能器装置，所述压电换能器装置包括壳体、多个压电梁式单元和能量收集单元，所述压电梁式单元和能量收集单元置于壳体内，压电梁式单元通过导线与能量收集单元电性连接，所述压电梁式单元包括梁式支撑组件、多个压电薄片组件和金属传力板，所述梁式支撑组件包括两个相对设置的支撑构件，支撑构件呈简支梁式结构，两个相对设置的支撑构件的梁跨之间竖向设置金属传力板，多个压电薄片组件依次穿过金属传力板，且多个压电薄片组件两端依次横向插接于两个支撑构件之间，多个压电薄片组件呈简支排列。

优选地，所述壳体包括上盖板、下底板和侧壁，侧壁由分段式侧壁组成，侧壁分别固定在下底板外侧部，所述上盖板底部装有橡胶缓冲层，所述下底板中刻有多组与压电梁式单元适配的凹槽组，凹槽组包括传力板槽和两个支撑构件槽，所述侧壁内壁具有与压电梁式单元支撑构件对应并适配的插槽，压电梁式单元置于壳体内时，所述压电梁式单元的外侧支撑构件沿插槽插入，支撑构件底部置于对应的支撑构件槽内，金属传力板置于对应的传力板槽内。

优选地，所述压电薄片组件由包括压电陶瓷和不锈钢基板组成，压电陶瓷固定在不锈钢基板上，压电陶瓷和不锈钢基板与导线一端焊接，所述导线另一端与能量收集单元连接。

优选地，所述能量收集单元包括整流单元和集成电路，所述整流单元为具有整流桥的线路板，多个压电薄片组件分别通过导线与线路板上的整流桥连接，所述集成电路为能量管理芯片，所述能量管理芯片与线路板导线连接。

优选地，支撑构件侧壁刻有多个均匀排布的支座槽，两个支撑构件的支座槽相对设置，压电薄片组件两端分别插入支座槽内，当压电薄片组件两端插入支座槽内后，支座槽与压电薄片组件之间留有位移空间，位移空间供压电薄片组件在支座槽内位移。