CN116317687A - 一种装配式压电桥面板及压电发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装配式压电桥面板及压电发电系统，该装配式压电桥面板包括：中间板、面层、底层板、压电装置以及输电线，中间板沿宽度方向的横截面为波浪形，中间板包括若干个波峰部和若干个波谷部，面层固定覆盖于中间板的上表面，底层板设置于中间板的下方并与中间板固定连接，压电装置的上表面与波谷部抵接，压电装置下表面与底层板上表面抵接，输电线分别与各个压电装置电连接。该压电发电系统包括：多个装配式压电桥面板，装配式压电桥面板的长度方向平行于道路延伸方向。与现有技术相比，本发明提供的装配式压电桥面板及压电发电系统能够充分利用汽车行驶时的振动能量，在具有良好的发电性能的情况下，还具有较长的使用寿命。

Description

一种装配式压电桥面板及压电发电系统

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，尤其涉及一种装配式压电桥面板及压电发电系统。

背景技术

路面压电技术是通过压电式能量收集装置，将车辆在路面行驶过程中的振动能量转化为电能，实现能量的回收再利用。对于压电装置的横向布置位置，很多研究都将其布置在车轮作用频率最高的位置下方，这样更有利于发挥压电装置的性能。虽然车轮在道路中心区分布的频率最高，但偏离中心区的分布频率之和也占了很大比例，因此会造成压力应变能的浪费。

现有的压电路面一般将压电装置布置在铺装层表面或铺装层内部，当布置在表面时，当车辆行驶时偏离了压电装置，压电装置便发挥不了作用，更为重要的是当压电装置直接承受车轮的冲击作用，容易产生碾压破坏，而且直接遭受雨水灰尘等环境的影响，严重影响了压电装置的使用寿命。

而将压电装置埋设在较深的位置，这种方式虽然能够保证压电装置的使用耐久性，但是压电输出能力却受到影响。据以往的研究发现，保证压电陶瓷不损坏的前提下，其受到的压力越大，产生的电压越高。当压电装置布置在铺装层较深位置处时，车轮作用在铺装顶面后由于路面的扩散作用，传递到压电装置时，压力已经被削弱，从而导致路面的压电输出能力较弱。

并且压电装置的刚度一般大于周围路面材料的刚度，这就导致在压电装置周围容易产生应力集中现象，最终导致路面的开裂和疲劳破坏。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种装配式压电桥面板及压电发电系统，用以解决现有技术中压电装置设置在铺装层表面使用寿命短，设置在铺装层内部发电能力差的技术问题。

本发明提供一种装配式压电桥面板，该装配式压电桥面板包括：中间板、面层、底层板、压电装置以及输电线，中间板沿宽度方向的横截面为波浪形，中间板包括若干个波峰部和若干个波谷部，面层固定覆盖于中间板的上表面，底层板设置于中间板的下方并与中间板固定连接，压电装置的上表面与波谷部抵接，压电装置下表面与底层板上表面抵接，输电线分别与各个压电装置电连接，供于输出电能。

进一步的，中间板还包括位于横截面两侧的两个端部，波峰部和波谷部交替布置于两个端部之间，端部低于波谷部，底层板与端部固定连接并与波谷部形成供于容纳压电装置的容纳空间。

进一步的，多个压电装置等间距布置于每个波谷部的下方。

进一步的，输电线布置于波峰部与底层板之间。

进一步的，还包括与波峰部固定连接的剪力钉，剪力钉插入面层内并与面层固定连接。

进一步的，压电装置包括橡胶垫和压电单元，橡胶垫套设并包裹压电单元的侧面，橡胶垫和压电单元的上下两端分别抵接波谷部和底层板。

进一步的，压电单元包括多片叠摞设置的压电陶瓷。

本发明提供一种压电发电系统，该压电发电系统包括：多个装配式压电桥面板，装配式压电桥面板的长度方向平行于道路延伸方向。

进一步的，还包括电能储存器，电能储存器与输电线电连接，供于储存压电装置产生的电能。

进一步的，还包括导线管，导线管布置于沿长度方向相邻的两个装配式压电桥面板之间，输电线穿过导线管与电能储存器连接。

与现有技术相比，本发明提供的装配式压电桥面板具有波浪形的中间板，车辆行驶的载荷通过面层传递给中间板后，沿着中间板朝向波谷部传递，并由压电装置承受；通过这种方式，车辆行驶在车道的任何位置，压力都能传递到压电装置上，充分发挥压电装置的性能，提升了桥面板的压电输出能力；并且压电装置布置在桥面板的内部，不会受到阳光、雨水、沙石等影响而发生损坏，延长了使用寿命；同时压电装置不与面层直接接触，避免了对面层即路面造成应力集中效应，避免了路面的开裂和疲劳破坏。

与现有技术相比，本发明提供的压电发电系统能够充分利用汽车行驶时的振动能量，在具有良好的发电性能的情况下，还具有较长的使用寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的装配式压电桥面板一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的装配式压电桥面板一实施例沿宽度方向的横剖面图；

图3为图1中压电装置的机构示意图；

图4为为本发明提供的压电发电系统的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参见图1至图4，本发明提供一种装配式压电桥面板及压电发电系统。该装配式压电桥面板应用于桥梁上，利用汽车行驶时产生的振动发电。该装配式压电桥面板也可以运用于普通路面上，其工作原理和安装方式与运用于桥梁上时相同。

本装配式压电桥面板的宽度设计成一个标准车道的宽度。装配式压电桥面板的宽度方向为垂直于路面延伸的方向，装配式压电桥面板的长度方向为平行于路面延伸的方向。

本发明提供一种装配式压电桥面板包括中间板1、面层2、底层板3、压电装置4以及输电线5。中间板1沿宽度方向的横截面为波浪形，并且中间板1包括若干个波峰部11和若干个波谷部12。面层2固定且覆盖于中间板1的上表面，面层2上表面水平，作为路面供车辆100(图1中以车轮示意)行驶。底层板3设置于中间板1的下方并与中间板1固定连接，压电装置4的上表面与波谷部12抵接，压电装置4下表面与底层板3上表面抵接，输电线5分别与各个压电装置4电连接，供于输出压电装置4产生的电能。

车辆100在行驶的载荷通过面层2传递给中间板1后，沿着中间板1朝向波谷部12传递，并由压电装置4承受。通过这种方式，车辆行驶在车道的任何位置，压力都能传递到压电装置4上，充分发挥压电装置4的性能，提升了桥面板的压电输出能力。并且压电装置4布置在桥面板的内部，不会受到阳光、雨水、沙石等影响而发生损坏，延长了使用寿命。同时压电装置不与面层2直接接触，避免了对面层2造成应力集中效应，避免了面层2的开裂和疲劳破坏。

在一些实施例中，中间板1还包括位于横截面两侧的两个端部13，波峰部11和波谷部12交替布置于两个端部13之间。并且端部13低于波谷部12，底层板3与端部13固定连接如可以采用螺栓连接固定。并且底层板3与波谷部12形成供于容纳压电装置4的容纳空间。

在优选实施例中，中间板1采用Q345钢，由涂层板和镀层板经锟压冷弯。这种钢板自重轻，强度高，耐热性和耐腐蚀性很好。

面层2固定覆盖于中间板1的上表面，在优选实施例中，面层2可以采用UHPC(Ultra-high Performance Concrete，超高性能混凝土)浇筑而成，以获得极高的力学性能和极高的耐久性。

底层板3也采用Q345钢，通过底层板3固定于桥梁上，如可以焊接于桥梁上。在其他实施例中也可以采用合适的固定方式固定于普通路基上。

在优选实施例中，每个波谷部12的下方都等间距布置有多个压电装置4。压电装置4包括橡胶垫41和压电单元42，橡胶垫41套设并包裹压电单元42的侧面，橡胶垫41具有弹性并且略高于压电单元42。当压电装置4安装于底层板3与波谷部12之间时，橡胶垫41收到挤压收缩成与压电单元42同样的高度。橡胶垫41和压电单元42的上下两端分别抵接波谷部12和底层板3。

压电单元42包括多片叠摞设置的压电陶瓷。压电单元42的输出电压与压电陶瓷的厚度直接相关，而单片压电陶瓷厚度有限，因此通过这种叠摞方式可以提升其输出电压。

每一个波谷部12下方的压电装置4通过同一个输电线5相连接并延伸至桥面板外，用于外界用电设备或储能设备。输电线5优选布置于波峰部11与底层板3之间，利用波峰部11与底层板3之间的间隙，避免车辆100在行驶时，中间板1形变压坏输电线5。

在优选实施例中，波峰部11还固定连接有多个剪力钉6，剪力钉6插入面层2内并与面层2固定连接。剪力钉6采用高强度螺栓，可以增强UHPC面层2和中间板1之间的层间抗剪能力，通过剪力钉6将面层2和中间板1连接，防止二者产生层间滑移。

本发明还提供一种压电发电系统，该压电发电系统包括：多个装配式压电桥面板，按照装配式压电桥面板的长度方向平行于道路延伸方向的方式，将该装配式压电桥面板拼装成路面。

在路面的两侧设置有电能储存器7，输电线5从桥面板中延伸出来与电能储存器7连接，用于将压电装置4产生的电能输送至电能储存器7中储存起来。电能储存器7连接外部用电设备8，供于对外部用电设备8供电。外部用电设备8可以是路灯，用于除积雪的桥面内部发热层，亦或者用于检测裂缝的桥梁内部传感器。

在优选实施例中，在沿长度方向相邻的两个装配式压电桥面板之间还设置有导线管9，再浇筑混凝土覆盖导线管9以形成完整路面。输电线5从桥面板延伸出来穿过导线管9与电能储存器7连接，导线管9起到对输电线5的保护作用。

本发明提供的装配式压电桥面板具有波浪形的中间板，车辆行驶的载荷通过面层传递给中间板后，沿着中间板朝向波谷部传递，并由压电装置承受；通过这种方式，车辆行驶在车道的任何位置，压力都能传递到压电装置上，充分发挥压电装置的性能，提升了桥面板的压电输出能力；并且压电装置布置在桥面板的内部，不会受到阳光、雨水、沙石等影响而发生损坏，延长了使用寿命；同时压电装置不与面层部直接接触，避免了对面层即路面造成应力集中效应，避免了路面的开裂和疲劳破坏。

与现有技术相比，本发明提供的压电发电系统能够充分利用汽车行驶时的振动能量，在具有良好的发电性能的情况下，还具有较长的使用寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种装配式压电桥面板，其特征在于，其包括：中间板、面层、底层板、压电装置以及输电线，所述中间板沿宽度方向的横截面为波浪形，所述中间板包括若干个波峰部和若干个波谷部，所述面层固定覆盖于所述中间板的上表面，所述底层板设置于所述中间板的下方并与所述中间板固定连接，所述压电装置的上表面与所述波谷部抵接，所述压电装置下表面与所述底层板上表面抵接，所述输电线分别与各个所述压电装置电连接，供于输出电能。

2.根据权利要求1所述的装配式压电桥面板，其特征在于，所述中间板还包括位于横截面两侧的两个端部，所述波峰部和所述波谷部交替布置于两个所述端部之间，所述端部低于所述波谷部，所述底层板与所述端部固定连接并与所述波谷部形成供于容纳所述压电装置的容纳空间。

3.根据权利要求2所述的装配式压电桥面板，其特征在于，多个所述压电装置等间距布置于每个所述波谷部的下方。

4.根据权利要求3所述的装配式压电桥面板，其特征在于，所述输电线布置于所述波峰部与所述底层板之间。

5.根据权利要求2所述的装配式压电桥面板，其特征在于，还包括与所述波峰部固定连接的剪力钉，所述剪力钉插入所述面层内并与所述面层固定连接。

6.根据权利要求1所述的装配式压电桥面板，其特征在于，所述压电装置包括橡胶垫和压电单元，所述橡胶垫套设并包裹所述压电单元的侧面，所述橡胶垫和所述压电单元的上下两端分别抵接所述波谷部和所述底层板。

7.根据权利要求6所述的装配式压电桥面板，其特征在于，所述压电单元包括多片叠摞设置的压电陶瓷。

8.一种压电发电系统，其特征在于，其包括多个如权利要求1-7任意一项所述的装配式压电桥面板，所述装配式压电桥面板的长度方向平行于道路延伸方向。

9.根据权利要求8所述的压电发电系统，其特征在于，还包括电能储存器，所述电能储存器与所述输电线电连接，供于储存所述压电装置产生的电能。

10.根据权利要求9所述的压电发电系统，其特征在于，还包括导线管，所述导线管布置于沿长度方向相邻的两个所述装配式压电桥面板之间，所述输电线穿过所述导线管与所述电能储存器连接。

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