一种减速带压电发电的装置

1.本发明具体涉及一种减速带压电发电的装置。


背景技术：

2.随着经济的发展，我国的交通运输行业得到了迅速的发展，而交通运输作为国家能源消耗和温室气体排放的重点行业之一，是国家推进节能减排工作的重要领域。汽车保有量逐年增长，与之而来的是不可忽视的交通安全问题、能源消耗问题以及尾气排放问题。
3.减速带是一种通过使路面稍微拱起以达到降低机动车、非机动车行驶速度的交通安全设施，我国在公路道口、工矿企业、学校、住宅小区人口等需要车辆减速慢行的路段和容易引发交通事故的路段布置了大量的减速带，有效减少了交通事故的发生。车辆在通过减速带时，一部分动能会转化成重力势能，一部分则会被悬架阻尼所消耗，这些能量往往会被浪费掉。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种减速带压电发电的装置，能将汽车减速通过减速带的压力及撞击力的机械能转化为电能，结构简单，不容易损坏。
5.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
6.一种减速带压电发电的装置，包括减速带、电能采集电路和压电发电层，压电发电层布置于减速带的底部；压电发电层包括两个压电复合材料层和基片，两个压电复合材料层分别布置于基片的顶面和底面，电能采集电路的两个输入端分别与两个压电复合材料层连接。
7.按照上述技术方案，压电发电层外套设有保护层套。
8.按照上述技术方案，保护层套的材质为塑料材质。
9.按照上述技术方案，基片为金属片。
10.按照上述技术方案，压电发电层的厚度为6-10mm，压电复合材料层的厚度为2～4mm。
11.按照上述技术方案，压电复合材料为压电陶瓷(pzt)和聚偏氟乙烯(pvdf)压电膜组成的压电复合材料。
12.按照上述技术方案，电能采集电路包括依次连接的全桥整流电路、超级电容、dc-dc转换电路。
13.本发明具有以下有益效果：
14.1、本发明通过减速带使汽车减速的同时，通过压电复合材料层能将汽车减速通过减速带的压力及撞击力的机械能转化为电能，结构简单，不容易损坏。
15.2、通过减速带结构内设置的硬质橡胶和塑料保护层，保证减速带起到减速过往车辆的作用，一部分能量提供给道路交通设备，用以照明等；另一部分能量存储在超级电容
中。
附图说明
16.图1是本发明实施例中减速带压电发电的装置的主视图；
17.图2是左视图；
18.图3是本发明实施例中减速带压电发电的装置的立体图；
19.图4是本发明实施例中全桥整流电路的电路图；
20.图中，1-减速带，2-电能采集电路，3-压电复合材料层，4-金属片，5-保护层套。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
22.参照图1～图3所示，本发明提供的一个实施例1中的一种减速带压电发电的装置，包括减速带1、电能采集电路2和压电发电层，压电发电层布置于减速带1的底部；压电发电层包括两个压电复合材料层3和基片，两个压电复合材料层3分别布置于基片的顶面和底面，两个压电复合材料层3分别作为正极和负极，与电能采集电路2的两个输入端连接；通过压电复合材料内设置的压电振子和电极，保证该装置能够把机械能转换为电能以及传输电流的作用，减速带1布置于地面上，压电发电层布置于地面下。
23.进一步地，依靠外界的震动，压电材料层出现形变，从而产生压电效应。具体来讲，压电效应是指当压电材料沿某一固定方向受到外力作用时，内部发生电极化现象，上、下表面产生数量相同极性相反的电荷，电荷形成电流，进而实现机械能转换为电能的过程。通过收集压电材料产生的电流，压电装置能够为道路交通设备提供电能。该装置具有结构简单，不易发热，成本较低及轻量化的特点。
24.实施例2
25.在实施例1的基础上进一步的增加了保护层套5的特征限定，限定后的实施例2的性能更加优良。
26.压电发电层外套设有保护层套5。
27.实施例3
28.在实施例1的基础上对金属片4的材料和压电符合材料层的厚度及材质进行限定，限定后的实施例3的性能更加优良。
29.进一步地，基片为金属片4；金属片4为具有柔韧性和回弹性的金属片4。
30.进一步地，压电发电层的厚度为6-10mm，压电复合材料层3的厚度为2～4mm；压电复合材料层3的厚度最优选择为4mm，金属片4的厚度最后选择为2mm。
31.进一步地，压电复合材料为压电陶瓷(pzt)和聚偏氟乙烯(pvdf)压电膜组成的压电复合材料。
32.进一步地，本装置采用压电陶瓷(pzt)和聚偏氟乙烯(pvdf)压电膜组成的压电复合材料(压电复合材料厚度8mm)。pzt陶瓷材料具有高介电常数、压电性强和机电耦合系数大等优点，但其限制于：成型温度较高、制备工艺复杂、不易制得薄膜材料和固有的脆性。pvdf有良好的柔韧性好、机械强度高，且适于大面积成型。将pzt与pvdf按照一定方法制成一定厚度的柔性的复合材料，互补两种材料相对缺陷，进而获得既具有较高介电常数的同
时又具有良好柔韧性的综合性能优异的新型材料。
33.实施例4
34.在实施例1的基础上，进一步的对电能采集电路2的结构进行限定，限定后的实施例4的性能更加优良。
35.电能采集电路2包括依次连接的全桥整流电路、超级电容、dc-dc转换电路；超级电容作为存能元件，当车流量较大的时候，储能元件能将多余的电能储存。当车流量较小的时候，作用在减速带1上的压力能减小，压电装置的压电效应减弱，无法产生足够电能。此时，储能元件可以释放储能的电能，为道路交通设备供电。
36.进一步地，如图4所示，全桥整流电路包括首尾依次连接的四个二极管d1、电容cr和调节电阻r
l
，电容cr和调节电阻r
l
并联于首尾依次连接的四个二极管d1的输出端。
37.进一步地，该压电装置将安装有压电材料的减速带1与桥式整流滤波电路及dc-dc连接到一起；采集电路采用1f钽电解超级电容，并使用ltc3588-1芯片进行电能储存和采集。
38.本发明的工作原理：
39.所述减速带1安装在地面上，形状为条形，且黄黑相间，其材质主要是硬质橡胶。所述减速带1排列整齐为一条直线，垂直在减速带1每个安装孔上打眼，深度为150mm，再利用150mm长、直径12mm的长钉固定。所述减速带1的下方设有塑料保护层，减速带1是硬质橡胶，提前在减速带1内挖出一个矩形槽，塑料保护层镶嵌进减速带1内部，起到保护压电复合材料和传递作用力的作用。
40.原理：减速带1主要起到传递力的作用。由于车辆具备一定速度和重量，当行车经过该装置时，瞬时存在一个极大的力作用在减速带1上。减速带1收到作用力，经过保护层后，传递到压电材料的上，实现力的传递过程。该过程存在部分损失的能量，但不存在能量转换。
41.所述两端固支式双晶片压电梁结构包括底座和压电元件。所述压电元件由矩形的金属基板和粘贴在金属基板上、下面的压电复合材料(厚度为8mm左右)。当压电元件受外力作用时，会发生机械变形产生正压电效应，将机械振动能转化为电能。所述压电材料的右侧设有导电电极，所述电极引出导线连接到能量转换电路和能量储存装置。所述金属片4的右侧设有绝缘板，防止正负极短接。
42.在减速带1上施加一个外力作用，使材料上表面发生弯曲变形，则压电复合材料上产生电荷，一个压电振子相当于一个电荷源。当电荷流过电极，形成电流，电流流过电路，部分直接对外输出电能；当外界不需要供电或电能供给充足时，采集电路能存储多余的电能。
43.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种减速带压电发电的装置，其特征在于，包括减速带、电能采集电路和压电发电层，压电发电层布置于减速带的底部；压电发电层包括两个压电复合材料层和基片，两个压电复合材料层分别布置于基片的顶面和底面，电能采集电路的两个输入端分别与两个压电复合材料层连接。2.根据权利要求1所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，压电发电层外套设有保护层套。3.根据权利要求2所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，保护层套的材质为塑料材质。4.根据权利要求1所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，基片为金属片。5.根据权利要求1所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，压电发电层的厚度为6-10mm，压电复合材料层的厚度为2～4mm。6.根据权利要求1所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，压电复合材料为压电陶瓷(pzt)和聚偏氟乙烯(pvdf)压电膜组成的压电复合材料。7.根据权利要求1所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，电能采集电路包括依次连接的全桥整流电路、超级电容、dc-dc转换电路。8.根据权利要求1所述的减速带压电发电的装置，其特征在于，减速带的材质为硬质橡胶。

技术总结
本发明公开了一种减速带压电发电的装置，包括减速带、电能采集电路和压电发电层，压电发电层布置于减速带的底部；压电发电层包括两个压电复合材料层和基片，两个压电复合材料层分别布置于基片的顶面和底面，电能采集电路的两个输入端分别与两个压电复合材料层连接。本发明能将汽车减速通过减速带的压力及撞击力的机械能转化为电能，结构简单，不容易损坏。不容易损坏。不容易损坏。


技术研发人员：田竞豪 赵文泽 王勤鹏
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/22