利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]改革開放以來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路等級(jí)也愈來愈高，同時(shí)隨著公路等級(jí)的提高，涵洞，通道，橋梁等構(gòu)造物在公路里程中所占比例越來越大〃到2009年年底，全國公路橋梁達(dá)62.19萬座，2726.06萬米，比2008年來增加2.73萬座，201.37萬米，其中特大橋梁1699座，288.66萬米〃由于高等級(jí)公路線型標(biāo)準(zhǔn)高，橋涵，通道等構(gòu)造物較密集，車輛行駛速度高，高等級(jí)公路橋頭跳車問題十分普遍。若能將跳車振動(dòng)沖擊能量充分回收并轉(zhuǎn)化為電能，會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]壓電材料的壓電效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)由于沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化，壓電材料能夠通過正壓電效應(yīng)完成從機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換，是壓電發(fā)電裝置的核心功能，具有力電耦合性。利用壓電換能器將橋頭跳車振動(dòng)沖擊巨大的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，其產(chǎn)生的電能將是十分可觀的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題或缺陷，本實(shí)用新型的目的在于，提供利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，橋頭設(shè)置有搭板，包括壓電裝置、整流器、DC/DC變換器和儲(chǔ)能裝置，其中，壓電裝置連接整流器，整流器連接DC/DC變換器，DC/DC變換器與儲(chǔ)能裝置連接;壓電裝置埋設(shè)在橋頭和搭板的端部。
[0007]具體地，所述壓電裝置包括彈性傳力層，彈性傳力層的下方設(shè)置壓電疊堆。
[0008]具體地，所述整流器包括二極管Dl，二極管D2，二極管D3和二極管D4，其中，二極管Dl的負(fù)極連接二極管D3的負(fù)極，且二者串聯(lián)，二極管D2的正極連接二極管D4的正極，且二者串聯(lián);二極管Dl和二極管D3形成的整體與二極管D2和二極管D4形成的整體并聯(lián)。
[0009]具體地，所述DC/DC變換器包括電感L1、電容L1、功率開關(guān)Kl、功率開關(guān)K2和二極管D5，其中，功率開關(guān)Kl的集電極連接二極管Dl與二極管D3的連接結(jié)點(diǎn)，功率開關(guān)Kl的發(fā)射極連接電容LI的正極和功率開關(guān)K2的集電極，功率開關(guān)K2的集電極連接二極管D5的負(fù)極和電容LI的一端，二極管D5的正極連接電容LI的負(fù)極和二極管D2與二極管D4的連接結(jié)點(diǎn)。
[0010]可選地，所述儲(chǔ)能裝置采用UPS電源10，UPS電源的正極連接電容LI的另一端，UPS電源10的負(fù)極連接二極管D5的正極。
[0011]可選地，壓電疊堆采用的壓電材料為PZT壓電陶瓷。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果:
[0013]1、設(shè)置壓電裝置，將不斷接收上方傳遞下來的沖擊力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，所產(chǎn)生的電能能夠?yàn)榈缆返男盘?hào)燈、提示燈、照明燈、監(jiān)控系統(tǒng)等提供電能，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，具有顯著的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0014]2、采用壓電疊堆的發(fā)電方式，壓電材料采用PZT壓電陶瓷，是一種介質(zhì)發(fā)電方式，比其他類型的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)更快;所采用的壓電材料具有很高的能量密度，重量小，體積小，便于安裝和施工。
[0015]3、設(shè)置彈力傳力層能夠有效地緩解車輛對(duì)路面的沖擊，相當(dāng)于在路面設(shè)置一層路面抗沖擊層。
[0016]4、本實(shí)用新型的裝置應(yīng)用廣泛，不僅可以安置在橋頭和搭板端部，也可以安置在整個(gè)路段，適合多種路面結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2是壓電裝置的安裝位置正視圖；
[0019]圖3是壓電裝置的安裝位置俯視圖；
[0020]圖4是壓電裝置的安裝位置剖視圖；
[0021 ]圖5是壓電裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖中標(biāo)號(hào)代表:I一橋頭，2—搭板，3—壓電裝置，301—彈性傳力層，302一壓電疊堆，4 一整流器，5—DC/DC變換器，6—儲(chǔ)能裝置，7—用電負(fù)載，8—瀝青面層，9 一路面路表磨耗層，1—UPS電源。
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的方案做進(jìn)一步詳細(xì)地解釋和說明。
【具體實(shí)施方式】
[0025]遵從上述技術(shù)方案，參見圖1，本實(shí)用新型的利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，橋頭I設(shè)置有搭板2，包括壓電裝置3、整流器4、DC/DC變換器5和儲(chǔ)能裝置6，其中，壓電裝置3連接整流器4，整流器4連接DC/DC變換器5，DC/DC變換器5與儲(chǔ)能裝置6連接;壓電裝置3埋設(shè)在橋頭I和搭板2的端部。
[0026]參見圖2、圖3和圖4，車輛在行駛至橋頭I和搭板2的端部時(shí)，極易發(fā)生跳車或產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)此處的路面產(chǎn)生巨大的沖擊。本實(shí)用新型的裝置，將壓電裝置3埋設(shè)在橋頭I和搭板2的端部，且設(shè)置在瀝青面層8與路表磨耗層9之間，壓電裝置3不斷接收上方傳遞下來的沖擊力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，整流器4將壓電裝置3產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡珼C/DC變換器5將直流電進(jìn)行電流和電壓的變換，變換后的電流由儲(chǔ)能裝置6儲(chǔ)存或者被其他用電負(fù)載7利用。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的電能能夠?yàn)榈缆返男盘?hào)燈、提示燈、照明燈、監(jiān)控系統(tǒng)等提供電能，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，具有顯著的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0027]具體地，參加圖5，所述壓電裝置3包括彈性傳力層301，彈性傳力層301的下方設(shè)置壓電疊堆302?？蛇x地，壓電疊堆302采用的壓電材料為PZT壓電陶瓷，PZT壓電陶瓷具有較高的轉(zhuǎn)換效率。
[0028]所述彈性傳力層301將其上方的沖擊力傳遞到壓電疊堆302，壓電疊堆302發(fā)生應(yīng)變，其采用的是TE振動(dòng)模態(tài)，通過縱向的外力作用使壓電材料在厚度方向上產(chǎn)生彎曲振動(dòng)形變而激發(fā)出電荷，這個(gè)的電壓與壓電材料的厚度成反比。疊堆式結(jié)構(gòu)既保證了足夠的發(fā)電量，又能使壓電材料產(chǎn)生的電壓不至于過高，也便于整流器4和DC/DC變換器5對(duì)其轉(zhuǎn)換和回收。采用壓電堆疊的發(fā)電方式是一種介質(zhì)發(fā)電方式，比其他類型的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)更快。所采用的壓電材料具有很高的能量密度，重量小，體積小，便于安裝和施工。
[0029]所述彈性傳力層301能夠有效地緩解車輛對(duì)路面的沖擊，相當(dāng)于在路面設(shè)置一層路面抗沖擊層。
[0030]具體地，參見圖6，所述整流器4包括二極管Dl，二極管D2，二極管D3和二極管D4，其中，二極管Dl的負(fù)極連接二極管D3的負(fù)極，且二者串聯(lián)，二極管D2的正極連接二極管D4的正極，且二者串聯(lián);二極管Dl和二極管D3形成的整體與二極管D2和二極管D4形成的整體并聯(lián)。
[0031]具體地，所述DC/DC變換器5包括電感L1、電容L1、功率開關(guān)K1、功率開關(guān)K2和二極管D5，其中，功率開關(guān)KI的集電極連接二極管DI與二極管D3的連接結(jié)點(diǎn)，功率開關(guān)KI的發(fā)射極連接電容LI的正極和功率開關(guān)K2的集電極，功率開關(guān)K2的集電極連接二極管D5的負(fù)極和電容LI的一端，二極管D5的正極連接電容LI的負(fù)極和二極管D2與二極管D4的連接結(jié)點(diǎn)。
[0032]可選地，儲(chǔ)能裝置6采用工業(yè)大容量的UPS電源10 WPS電源10的正極連接電容LI的另一端，UPS電源1的負(fù)極連接二極管D5的正極。
[0033]本實(shí)用新型的裝置應(yīng)用廣泛，不僅可以安置在橋頭I和搭板2的端部，也可以安置在整個(gè)路段，適合多種路面結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，橋頭(I)設(shè)置有搭板(2)，其特征在于，包括壓電裝置(3)、整流器(4)、DC/DC變換器(5)和儲(chǔ)能裝置(6)，其中，壓電裝置(3)連接整流器(4)，整流器(4)連接DC/DC變換器(5)，DC/DC變換器(5)與儲(chǔ)能裝置(6)連接;壓電裝置(3)埋設(shè)在橋頭(I)和搭板(2)的端部。2.如權(quán)利要求1所述的利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電裝置(3)包括彈性傳力層(301)，彈性傳力層(301)的下方設(shè)置壓電疊堆(302)。3.如權(quán)利要求1所述的利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，其特征在于，所述整流器(4)包括二極管Dl，二極管D2，二極管D3和二極管D4，其中，二極管Dl的負(fù)極連接二極管D3的負(fù)極，且二者串聯(lián)，二極管D2的正極連接二極管D4的正極，且二者串聯(lián);二極管Dl和二極管D3形成的整體與二極管D2和二極管D4形成的整體并聯(lián)。4.如權(quán)利要求3所述的利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，其特征在于，所述DC/DC變換器(5)包括電感L1、電容L1、功率開關(guān)Kl、功率開關(guān)K2和二極管D5，其中，功率開關(guān)KI的集電極連接二極管DI與二極管D3的連接結(jié)點(diǎn)，功率開關(guān)KI的發(fā)射極連接電容LI的正極和功率開關(guān)K2的集電極，功率開關(guān)K2的集電極連接二極管D5的負(fù)極和電容LI的一端，二極管D5的正極連接電容LI的負(fù)極和二極管D2與二極管D4的連接結(jié)點(diǎn)。5.如權(quán)利要求4所述的利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，其特征在于，所述儲(chǔ)能裝置(6)采用UPS電源(10)，UPS電源(10)的正極連接電容LI的另一端，UPS電源(10)的負(fù)極連接二極管D5的正極。6.如權(quán)利要求2所述的利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，其特征在于，壓電疊堆(302)采用的壓電材料為PZT壓電陶瓷。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了利用橋頭跳車振動(dòng)沖擊能量壓電發(fā)電裝置，橋頭設(shè)置有搭板，包括壓電裝置、整流器、DC/DC變換器、儲(chǔ)能裝置和用電負(fù)載，其中，壓電裝置連接整流器，整流器連接DC/DC變換器，DC/DC變換器與儲(chǔ)能裝置和用電負(fù)載均連接；壓電裝置埋設(shè)在橋頭和搭板的端部。本實(shí)用新型將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，所產(chǎn)生的電能能夠?yàn)榈缆返男盘?hào)燈、提示燈、照明燈、監(jiān)控系統(tǒng)等提供電能，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求，具有顯著的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【IPC分類】H02J7/32
【公開號(hào)】CN205283224
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521137141
【發(fā)明人】許競(jìng), 王慧峰
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日