本實用新型專利技術公開了一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置及發(fā)電系統(tǒng)，在道路同一橫斷面上對稱布設的道路壓電發(fā)電裝置先并聯(lián)，然后與整流電路相連，整流電路的輸出端上安裝有只允許電流從整流電路輸出的二極管，在道路同一橫斷面上形成一個發(fā)電組；每個發(fā)電組之間再并聯(lián)，然后通過濾波電路與負載相連。壓電陶瓷發(fā)電片表面大小方向一致的作用力，保證所有壓電陶瓷片輸出步調(diào)一致的交流電，系統(tǒng)阻斷了電能的反向流動，避免了沿行車方向間隔布設的道路壓電發(fā)電裝置在正逆壓電效應下出現(xiàn)的電能內(nèi)耗問題，保證電能全部有效輸出。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本技術屬于道路工程領域，涉及壓電發(fā)電，具體涉及一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置及發(fā)電系統(tǒng)。
技術介紹
瀝青路面在使用壽命周期內(nèi)，將承受數(shù)以百萬次的車輛荷載作用，路面結構內(nèi)部積存著可觀的機械振動能量，其中一部分以熱能的形式逸散到空氣中，另一部分則最終導致路面結構破壞，若能夠將此部分能量采集利用并轉換為電能，將帶來可觀的經(jīng)濟及社會效益。國內(nèi)外針對該領域開展了較為廣泛的研究，研究成果多基于壓電材料的正壓電效應，開發(fā)設計壓電換能裝置，將其植入路面結構內(nèi)部，實現(xiàn)車輛荷載作用下機械應變能到電能的轉換。然而目前的成果多僅限于通過優(yōu)化壓電換能器結構以實現(xiàn)壓電單元單體輸出功率的提高，而對于如何提高道路整體發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率則鮮有研究涉及?，F(xiàn)有壓電換能結構單體的有效輸出功率多在豪瓦級別，難以滿足道路日常用電設備的用電需求。為有效提升道路壓電發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，多采用大量壓電單元電學并聯(lián)的組合方式，具體到路面內(nèi)部來說，通常為沿行車方向按照一定間隔依次成排布設壓電單元，而當車輛經(jīng)過時，各排壓電單元將承受非同步的車輛荷載作用，各排壓電單元輸出交流電存在一定的波形時間差，而由于壓電材料的逆壓電效應，且各排壓電單元為并聯(lián)連接各輸出端存在相通點，承受車輛荷載作用的壓電單元輸出電能將通過輸出端的相通點傳輸給未受荷載作用的壓電單元，促使其產(chǎn)生結構形變而導致電能內(nèi)耗，嚴重降低了各壓電單元的輸出功率。
技術實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術中存在的不足，本技術的目的在于，提供一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置，解決現(xiàn)有道路壓電發(fā)電裝置由于受力不均勻導致交流電輸出步調(diào)不一致的問題。本技術的另一目的在于提供一種非同步車輛荷載作用下的道路壓電發(fā)電系統(tǒng)，解決現(xiàn)有道路壓電發(fā)電系統(tǒng)電能內(nèi)耗大的問題。為了解決上述技術問題，本申請采用如下技術方案予以實現(xiàn):—種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置，包括箱體，箱體內(nèi)設置有活塞，活塞上安裝有伸出箱體上表面的活塞桿，活塞桿伸出箱體外表面的端部安裝有受力盤；所述的箱體下表面的內(nèi)部加工有多個固定卡槽，每個固定卡槽內(nèi)安裝有壓電陶瓷片，多個壓電陶瓷片之間并聯(lián)，每個壓電陶瓷片下方的箱體上設置有變形凹槽；所述的活塞和壓電陶瓷片之間的箱體內(nèi)填充有液壓油。一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電系統(tǒng)，包括在道路的瀝青混凝土層的車道輪跡帶上對稱布設多個道路壓電發(fā)電裝置，在道路同一橫斷面上對稱布設的道路壓電發(fā)電裝置先并聯(lián)，然后與整流電路相連，整流電路的輸出端上安裝有只允許電流從整流電路輸出的二極管，在道路同一橫斷面上形成一個發(fā)電組；每個發(fā)電組之間再并聯(lián)，然后通過濾波電路與負載相連。本技術還具有如下區(qū)別技術特征:所述的道路壓電發(fā)電裝置為上述非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置。所述的壓電陶瓷片呈陣列式分布。同一條所述的車道輪跡帶上相鄰的兩個道路壓電發(fā)電裝置之間的間距為20?50cmo本技術與現(xiàn)有技術相比，有益的技術效果是:( I )本技術的道路壓電發(fā)電裝置單元在荷載作用下，通過活塞壓縮液壓油，以液壓油為媒介提供施加于固定在箱體底部的所有壓電陶瓷片表面大小方向一致的作用力，保證所有壓電陶瓷片輸出步調(diào)一致的交流電，避免了壓電陶瓷片常規(guī)布設方式下，沿行車方向并聯(lián)連接的各壓電陶瓷片在正逆壓電效應的作用下，受力壓電單元產(chǎn)生的電能被未受力壓電單元消耗的問題，提高了系統(tǒng)的電能輸出功率。( II )本技術的道路壓電發(fā)電系統(tǒng)可保證在道路同一橫斷面方向埋設的兩個道路壓電發(fā)電裝置在車輛經(jīng)過時保持同一步調(diào)的電能輸出效果，整流電路和二極管可保證道路壓電發(fā)電裝置輸出電能僅能單向流通，阻斷了電能的反向流動，避免了沿行車方向間隔布設的道路壓電發(fā)電裝置在正逆壓電效應下出現(xiàn)的電能內(nèi)耗問題，保證電能全部有效輸出?！靖綀D說明】圖1為道路壓電發(fā)電裝置的外部結構示意圖。圖2為道路壓電發(fā)電裝置的內(nèi)部結構示意圖。圖3為壓電陶瓷片的布設圖。圖4為道路壓電發(fā)電系統(tǒng)的連接示意圖。圖中各個標號的含義為:1_箱體，2-活塞，3-活塞桿，4-受力盤，5-固定卡槽，6-壓電陶瓷片，7-變形凹槽，8-液壓油，9-瀝青混凝土層，10-車道輪跡帶，11-道路壓電發(fā)電裝置，12-整流電路，13- 二極管，14-發(fā)電組，15-濾波電路，16-負載。以下結合實施例對本技術的具體內(nèi)容作進一步詳細地說明?！揪唧w實施方式】遵從上述技術方案，以下給出本技術的具體實施例，需要說明的是本技術并不局限于以下具體實施例，凡在本申請技術方案基礎上做的等同變換均落入本技術的保護范圍。下面結合實施例對本技術做進一步詳細說明。實施例1:本實施例給出一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置，如圖1至圖3所示，包括箱體1，:箱體I內(nèi)設置有活塞2，活塞2上安裝有伸出箱體I上表面的活塞桿3，活塞桿3伸出箱體I外表面的端部安裝有受力盤4 ;所述的箱體I下表面的內(nèi)部加工有多個固定卡槽5，每個固定卡槽5內(nèi)安裝有壓電陶瓷片6，多個壓電陶瓷片6之間并聯(lián)，每個壓電陶瓷片6下方的箱體I上設置有變形凹槽7 ；所述的活塞2和壓電陶瓷片6之間的箱體I內(nèi)填充有液壓油8。箱體I為剛性箱體，由剛性材料焊接制作的內(nèi)表面涂刷有絕緣材料的立方體結構，箱體I外形為正方體結構，邊長為50?100cm，高度為I?1.5cm，受力盤4凸出箱體I的高度為0.5?1cm。壓電陶瓷片6呈陣列式分布。固定卡槽5為圓形，直徑為35_，可將壓電陶瓷片6采用高粘膠將其黏貼固定在固定卡槽5內(nèi)。受力盤4在車輛荷載作用下，通過活塞桿3帶動活塞2沿豎直方向移動，箱體I內(nèi)部液壓油8壓力增大，施加給固定于箱體I底面壓電陶瓷片6方向大小一致的豎向壓應力，變形凹槽7為壓電陶瓷片6提供變形空間，箱體I底部各壓電陶瓷片6產(chǎn)生步調(diào)一致的交流電能。實施例2:本實施例給出一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電系統(tǒng)，如圖1至圖4所示，包括在道路的瀝青混凝土層9的車道輪跡帶10上對稱布設多個道路壓電發(fā)電裝置11，所述的道路壓電發(fā)電裝置11為實施例1中記載的道路壓電發(fā)電裝置；在道路同一橫斷面上對稱布設的道路壓電發(fā)電裝置11先并聯(lián)，然后與整流電路12相連，整流電路12的輸出端上安裝有只允許電流從整流電路12輸出的二極管13，在道路同一橫斷面上形成一個發(fā)電組14 ;每個發(fā)電組14之間再并聯(lián)，然后通過濾波電路15與負載16相連。同一個發(fā)電組14在車輛荷載經(jīng)過時，可輸出步調(diào)一致的電能。道路壓電發(fā)電裝置11埋置于瀝青混凝土層9的上面層與下面層層間結合處，道路壓電發(fā)電裝置11經(jīng)傳輸導線輸出到瀝青混凝土層9外部，接入整流電路12。同一條所述的車道輪跡帶10上相鄰的兩個道路壓電發(fā)電裝置11之間的間距為20 ?50cm。整流電路12采用常規(guī)的整流電路，如橋式整流電路，濾波電路15也采用常規(guī)濾波電路。整流電路12將道路壓電發(fā)電裝置11輸出的交流電轉換為直流電，單向導通的二極管13保證輸出直流電僅能沿一個方向輸出，阻斷反方向電流流動。濾波電路15將直流電調(diào)整為平穩(wěn)直流輸出供給負載16使用。本實施例的系統(tǒng)可保證在道路同一橫斷面方向埋設的兩個道路壓電發(fā)電裝置11在車輛經(jīng)過時保持同一步調(diào)的電能輸出效果，整流電路12和二極管13可保證道路壓電發(fā)電裝置輸出電能僅能單向流通，阻斷了電能的反本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種非同步車輛荷載作用下道路壓電發(fā)電裝置，包括箱體(1)，其特征在于：箱體(1)內(nèi)設置有活塞(2)，活塞(2)上安裝有伸出箱體(1)上表面的活塞桿(3)，活塞桿(3)伸出箱體(1)外表面的端部安裝有受力盤(4)；所述的箱體(1)下表面的內(nèi)部加工有多個固定卡槽(5)，每個固定卡槽(5)內(nèi)安裝有壓電陶瓷片(6)，多個壓電陶瓷片(6)之間并聯(lián)，每個壓電陶瓷片(6)下方的箱體(1)上設置有變形凹槽(7)；所述的活塞(2)和壓電陶瓷片(6)之間的箱體(1)內(nèi)填充有液壓油(8)。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王朝輝，李彥偉，高志偉，封棟杰，石鑫，陳森，
申請(專利權)人：長安大學，
類型：新型
國別省市：陜西;61
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。