CN205847129U - 一种高能量转化率的压电路面换能器结构 - Google Patents

一种高能量转化率的压电路面换能器结构 Download PDF

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沈佳
尹志钢
张勃蓬
张利
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Abstract

本实用新型涉及一种高能量转化率的压电路面换能器结构。所述换能器结构包括金属帽、压电陶瓷、不锈钢杆和多向应力转化装置；金属帽中空的截球体，共有两个，分别对称设置在压电陶瓷的两侧；压电陶瓷呈上下开口的圆鼓状；压电陶瓷与两个金属帽刚好能够拼合成圆球体；所述压电陶瓷与两个金属帽通过环氧粘结剂粘结；所述多向应力转化装置是多层结构体，其上层是金属端帽，中间层是压电陶瓷板，下层是金属端帽。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：通过球形结构与多向应力转化装置的双重作用，提高了路面变形能向电能的转换效率；通过在球形结构周围均匀设置多向应力转化装置，实现了路面多方向变形能向电能的转换，提高了能量转换效率。

Description

一种高能量转化率的压电路面换能器结构
技术领域
本实用新型属于道路工程技术领域，具体来说，涉及一种高能量转化率的压电路面换能器结构。
背景技术
常言道“能量无处不在”，道路工程中同样，处处有能量，最典型的能量就分布于川流不息的车流中。截止2014年底，我国机动车保有量已超过2.6亿辆，其中汽车保有量已超过1.29亿辆。数以万计的机动车就意味着道路每天将承受上亿万次的车辆荷载，路面结构在行车荷载的反复作用下发生形变-恢复、振动等状态变化，行车荷载转化为应变能和动能，这些能量最终变换成热量或其他形式的能力，耗散在路面环境中。
能源紧缺、气候变暖等环境问题的凸显促使社会将开发清洁能源作为当前研究重点，道路结构在频繁车辆荷载作用下内部积存了可观的机械振动能量，具备高机电转换系数、无需外接电源等优点的压电振动新型能量采集技术可有效实现道路机械振动能的绿色开发。目前压电发电路面主要借助多层、拱形（THUNDER）、桥型、钹型、纤维板（MFC）、月牙型的换能器实现能量的转换。但是这些换能器与交通荷载作用的耦合性不足，造成能量转换效率较低，这也影响了压电路面的发展。
发明内容
为解决以上问题，本实用新型提供一种结构简单、能量转换效率高以及使用效果好的高能量转化率的压电路面换能器结构。
本实用新型所述的一种高能量转化率的压电路面换能器结构，所述换能器结构包括金属帽1、压电陶瓷2、不锈钢杆7和多向应力转化装置3；所述金属帽1为截面半径为2mm的中空的截球体，共有两个，分别对称设置在压电陶瓷2的两侧； 所述压电陶瓷2呈上下开口的圆鼓状，厚度为2mm；所述压电陶瓷2与两个金属帽1刚好能够拼合成直径6mm的圆球体；所述压电陶瓷2与两个金属帽1通过环氧粘结剂粘结；圆球体上均匀分布有多个不锈钢杆7，该不锈钢杆7上连接有多向应力转化装置3；所述多向应力转化装置3是多层结构体，其上层是金属端帽5，中间层是压电陶瓷板8，下层是金属端帽5。
本实用新型所述的一种高能量转化率的压电路面换能器结构，所述金属端帽5的平面为矩形，横截面为梯形。
本实用新型所述的一种高能量转化率的压电路面换能器结构，所述压电陶瓷板8为长方体。
本实用新型所述的一种高能量转化率的压电路面换能器结构，两个金属端帽5对称的设置在压电陶瓷板8的两侧。
本实用新型所述的一种高能量转化率的压电路面换能器结构，两个金属端帽5与压电陶瓷板8通过粘结层6粘结。
与现有技术相比，本实用新型所述的高能量转化率的压电路面换能器结构具有以下优点：通过球形结构与多向应力转化装置的双重作用，提高了路面变形能向电能的转换效率；通过在球形结构周围均匀设置多向应力转化装置，实现了路面多方向变形能向电能的转换，提高了能量转换效率。
附图说明
图1：压电路面换能器结构示意图；图2：多向应力转化装置示意图；1-金属帽；2-压电陶瓷；3-多向应力转化装置；5-金属端帽；6-粘结层；7-不锈钢杆；8-压电陶瓷板。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型所述的高能量转化率的压电路面换能器结构作进一步说明，但是本实用新型的保护范围并不限于此。
实施例1
一种高能量转化率的压电路面换能器结构，所述换能器结构包括金属帽1、压电陶瓷2、不锈钢杆7和多向应力转化装置3；所述金属帽1为截面半径为2mm的中空的截球体，共有两个，分别对称设置在压电陶瓷2的两侧； 所述压电陶瓷2呈上下开口的圆鼓状，厚度为2mm；所述压电陶瓷2与两个金属帽1刚好能够拼合成直径6mm的圆球体；所述压电陶瓷2与两个金属帽1通过环氧粘结剂粘结；圆球体上均匀分布有多个不锈钢杆7，该不锈钢杆7上连接有多向应力转化装置3；所述多向应力转化装置3是多层结构体，其上层是金属端帽5，中间层是压电陶瓷板8，下层是金属端帽5。
所述金属端帽5的平面为矩形，横截面为梯形。所述压电陶瓷板8为长方体。两个金属端帽5对称的设置在压电陶瓷板8的两侧。两个金属端帽5与压电陶瓷板8通过粘结层6粘结。
与现有技术相比，本实用新型所述的高能量转化率的压电路面换能器结构具有以下优点：通过球形结构与多向应力转化装置的双重作用，提高了路面变形能向电能的转换效率；通过在球形结构周围均匀设置多向应力转化装置，实现了路面多方向变形能向电能的转换，提高了能量转换效率。

Claims (5)

1.一种高能量转化率的压电路面换能器结构，其特征在于，所述换能器结构包括金属帽(1)、压电陶瓷(2)、不锈钢杆(7)和多向应力转化装置(3)；所述金属帽(1)为截面半径为2mm的中空的截球体，共有两个，分别对称设置在压电陶瓷(2)的两侧； 所述压电陶瓷(2)呈上下开口的圆鼓状，厚度为2mm；所述压电陶瓷(2)与两个金属帽（1）刚好能够拼合成直径6mm的圆球体；所述压电陶瓷(2)与两个金属帽(1)通过环氧粘结剂粘结；圆球体上均匀分布有多个不锈钢杆(7)，该不锈钢杆(7)上连接有多向应力转化装置(3)；所述多向应力转化装置(3)是多层结构体，其上层是金属端帽(5)，中间层是压电陶瓷板(8)，下层是金属端帽(5)。
2.根据权利要求1所述的高能量转化率的压电路面换能器结构，其特征在于，所述金属端帽(5)的平面为矩形，横截面为梯形。
3.根据权利要求2所述的高能量转化率的压电路面换能器结构，其特征在于，所述压电陶瓷板(8)为长方体。
4.根据权利要求3所述的高能量转化率的压电路面换能器结构，其特征在于，两个金属端帽(5)对称的设置在压电陶瓷板(8)的两侧。
5.根据权利要求4所述的高能量转化率的压电路面换能器结构，其特征在于，两个金属端帽(5)与压电陶瓷板(8)通过粘结层(6)粘结。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109142521A (zh) * 2018-07-27 2019-01-04 南京理工大学 基于压电传感器的钢桥面防水粘结层监测装置及方法
CN112663407A (zh) * 2020-12-16 2021-04-16 北京铁科特种工程技术有限公司 一种减振发电的智能粗颗粒

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