CN110359367B - 一种路用压电发电减速带 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种路用压电发电减速带，包括底座，底座内设置有顶部开放的腔体，腔体开放的顶部设置有承压盖，所述的承压盖下方的腔体内设置有沉浮式托盘，沉浮式托盘与承压盖之间设置有一层以上的d₃₃压电俘能片；承压盖竖向下压使得d₃₃压电俘能片受挤压发电；所述的腔体竖向内壁上沿着轴向设置有悬臂支撑板，所述的悬臂支撑板下方的腔体内的底座上分别沿着轴向固定布设有d₁₅压电俘能片；支撑条、悬臂支撑板和d₁₅压电俘能片之间形成一个横向内侧开放的剪切腔；所述的腔体内沉浮式托盘底部中心位置安装有传力机构；承压盖竖向下压传力机构，使得第一剪切底板和第二剪切底板向横向两侧运动与d₁₅压电俘能片接触产生剪切力发电。

Description

一种路用压电发电减速带

技术领域

本发明属于道路工程领域，涉及压电换能技术，具体涉及一种路用压电发电减速带。

背景技术

减速带一般设在公路道口、工矿企业、学校、住宅小区等需要车辆减速慢行或易引发交通事故路段，是用于降低行车速度的交通专用安全设施。减速带发挥减速作用产生的机械振动能相当可观，能量损失亦相对严重，若能利用压电发电技术将机械振动能转换为电能，则可有效避免能量过度损失，且目前关于压电发电技术应用于路面减速带鲜有研究。因此，设计一种制作简便、结构可靠、耐久稳定性好、力电转换效率高的路用压电发电减速带很有必要。

发明内容

针对上述现有技术的不足与缺陷，本发明的目的在于提供一种路用压电发电减速带，解决现有减速带压电换能模式单一且机械结构复杂、能源利用率低的技术问题。

一种路用压电发电减速带，包括底座，底座内设置有顶部开放的腔体，腔体开放的顶部设置有承压盖，承压盖在竖向相对于底座能够升降运动；

所述的承压盖下方的腔体内设置有沉浮式托盘，沉浮式托盘与承压盖之间设置有一层以上的d₃₃压电俘能片；承压盖竖向下压使得d₃₃压电俘能片受挤压发电；

所述的腔体竖向内壁上沿着轴向设置有悬臂支撑板，悬臂支撑板上安装有多个竖向复位弹簧的底端，多个竖向复位弹簧的顶端均匀安装在沉浮式托盘底部靠近边缘位置处；

所述的竖向复位弹簧正下方的悬臂支撑板下方沿着轴向设置有支撑条，支撑条的顶端与悬臂支撑板的底部接触，支撑条的底端与底座接触，支撑条的横向外侧与腔体的竖向内壁接触；

所述的悬臂支撑板下方的腔体内的底座上分别沿着轴向固定布设有d₁₅压电俘能片；支撑条、悬臂支撑板和d₁₅压电俘能片之间形成一个横向内侧开放的剪切腔；

所述的腔体内沉浮式托盘底部中心位置安装有传力机构；所述的传力机构包括与沉浮式托盘底部相连的铰接座，铰接座上铰接有第一传动侧板的顶端和第二传动侧板的顶端；相对设置的第一传动侧板和第二传动侧板之间设置有一个以上横向复位收缩弹簧；第一传动侧板的底端与第一剪切底板的内侧铰接，第二传动侧板的底端与第二剪切底板的内侧铰接；

所述的第一剪切底板的外侧和第二剪切底板的外侧分别伸入至横向两侧的剪切腔内，第一剪切底板的竖向厚度和第二剪切底板的竖向厚度均与剪切腔的竖向厚度相等，使得第一剪切底板底部和第二剪切底板的底部分别与d₁₅压电俘能片的顶面接触，承压盖竖向下压传力机构，使得第一剪切底板和第二剪切底板向横向两侧运动与d₁₅压电俘能片接触产生剪切力发电。

本发明还具有如下技术特征：

所述的底座顶部设置有限位器，承压盖安装在限位器内，限位器用于限制承压盖在竖向的最高行程。

所述的竖向复位弹簧内部的悬臂支撑板上设置有限位支撑柱，限位支撑柱用于限制承压盖在竖向的最低行程。

所述的第一剪切底板和第二剪切底板底部靠近腔体中心的部分分别设置有滚轴，滚轴与安装在腔体内底座上的滚轴基座相配合。

所述的滚轴基座与d₁₅压电俘能片横向布设于同一平面内。

所述的竖向复位弹簧的外径小于等于支撑条的横向宽度。

所述的底座为弹性底座。采用橡胶材料制成。

所述的限位器通过高强螺栓和垫片安装在底座上，所述的底座通过普通螺栓安装在路面上。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

（Ⅰ）本发明路用压电发电减速带摒弃了单一压电模式，采用基于d₁₅和d₃₃的两种换能模式的压电发电装置。将汽车经过减速带减少的重力势能和由于摩擦冲击消耗的动能通过减速带转化为绿色电能，且充分提高了压电俘能单元力-电转换效率，使路用压电发电减速带发挥最大功效。

（Ⅱ）本发明将每个减速带单元分为三部分即两端具有缓冲和承载作用的橡胶弹性支撑底座和中间的基于d₁₅和d₃₃两种换能模式的压电发电装置，确保整个减速带在车辆荷载的作用下发挥最大功效。

（Ⅲ）本发明将d₁₅俘能单元和d₃₃俘能单元通过机械传力装置有效联动。

（Ⅳ）本发明的各压电片近似矩形且采用双层设置因而压电片数量众多，发电量大。

（Ⅴ）本发明的压电发电装置构造简单，易于生产，转力、传力机构便捷，机械能损失少，最大程度的利用荷载。

（Ⅵ）本发明的路用压电发电减速带分为若干减速带单元可根据车辆行驶轨迹铺设，避免资源浪费，同时分单元铺设方便维修，可满足各种使用条件。

附图说明

图1是本发明的减速带的竖截面结构示意图。

图2是本发明的传力机构的结构示意图。

图3是本发明的滚轴的机构示意图。

图4是满布d₃₃压电俘能片的沉浮式托盘俯视结构示意图。

图5是本发明的竖向复位弹簧的布设位置示意图。

图6是两块减速带沿着轴向的拼接示意图。

图7是压电材料力-电转换模式示意图。

图中各个标号的含义为：1-底座，2-腔体，3-承压盖，4-沉浮式托盘，5-d₃₃压电俘能片，6-悬臂支撑板，，7-普通螺栓，8-竖向复位弹簧，9-支撑条，10-d₁₅压电俘能片，11-剪切腔，12-传力机构，13-限位器，14-限位支撑柱，15-滚轴，16滚轴基座，17-高强螺栓，18-垫片，19-导电片，20-导线；

1201-铰接座，1202-第一传动侧板，1203-第二传动侧板，1204-横向复位收缩弹簧，1205-第一剪切底板，1206-第二剪切底板。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是：d₃₃压电俘能片即采用d₃₃换能模式的压电发电片，d₁₅压电俘能片即采用d₁₅换能模式的压电发电片，均为已知的市售产品。d₁₅和d₃₃换能模式的指的是：某些电介质在沿一定方向上受到外力作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种机械能转化为电能的现象称为正压电效应。

依据压电材料电荷产生特性的不同，如图7所示，可将正压电效应的力-电转换模式分为三种类型：

（A）d₃₁模式，沿电轴x方向施加作用力F，在与光轴z垂直的平面上产生电荷；

（B）d₃₃模式，沿光轴z方向施加作用力F，在与光轴z垂直的平面上产生电荷；

（C）d₁₅模式，沿f方向施加剪切力F，在与电轴x垂直的平面上产生电荷。

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

遵从上述技术方案，本实施例给出一种路用压电发电减速带，如图1至图6所示，包括底座1，底座1内设置有顶部开放的腔体2，腔体2开放的顶部设置有承压盖3，承压盖3在竖向相对于底座1能够升降运动；

承压盖3下方的腔体2内设置有沉浮式托盘4，沉浮式托盘4与承压盖3之间设置有一层以上的d₃₃压电俘能片5；承压盖3竖向下压使得d₃₃压电俘能片5受挤压发电；

腔体2竖向内壁上沿着轴向设置有悬臂支撑板6，悬臂支撑板6上安装有多个竖向复位弹簧8的底端，多个竖向复位弹簧8的顶端均匀安装在沉浮式托盘4底部靠近边缘位置处；

竖向复位弹簧8正下方的悬臂支撑板6下方沿着轴向设置有支撑条9，支撑条9的顶端与悬臂支撑板6的底部接触，支撑条9的底端与底座1接触，支撑条9的横向外侧与腔体2的竖向内壁接触；

悬臂支撑板6下方的腔体2内的底座1上分别沿着轴向固定布设有d₁₅压电俘能片10；支撑条9、悬臂支撑板6和d₁₅压电俘能片10之间形成一个横向内侧开放的剪切腔11；

腔体2内沉浮式托盘4底部中心位置安装有传力机构12；传力机构12包括与沉浮式托盘4底部相连的铰接座1201，铰接座1201上铰接有第一传动侧板1202的顶端和第二传动侧板1203的顶端；相对设置的第一传动侧板1202和第二传动侧板1203之间设置有一个以上横向复位收缩弹簧1204；第一传动侧板1202的底端与第一剪切底板1205的内侧铰接，第二传动侧板1203的底端与第二剪切底板1206的内侧铰接；

第一剪切底板1205的外侧和第二剪切底板1206的外侧分别伸入至横向两侧的剪切腔11内，第一剪切底板1205的竖向厚度和第二剪切底板1206的竖向厚度均与剪切腔11的竖向厚度相等，使得第一剪切底板1205的底部和第二剪切底板1206的底部分别与d₁₅压电俘能片10的顶面接触，承压盖3竖向下压传力机构12，使得第一剪切底板1205和第二剪切底板1206向横向两侧运动与d₁₅压电俘能片10接触产生剪切力发电。

本实施例中，支撑条9与悬臂支撑板6、底座1和腔体2的接触均为紧密接触，起到结实的支撑作用。第一剪切底板1205和第二剪切底板1206的与d₁₅压电俘能片10的接触也为紧密接触，便于剪切受力。

作为本实施例的一种优选方案，底座1顶部设置有限位器13，承压盖3安装在限位器13内，限位器13用于限制承压盖3在竖向的最高行程。竖向复位弹簧8内部的悬臂支撑板6上设置有限位支撑柱14，限位支撑柱14用于限制承压盖3在竖向的最低行程。承压盖3的最高行程和最低行程分别被限，在承压盖3收到压力时，在行程范围内运动和复位。限位器13和承压盖板3上下契合，限位器13可以防止承压盖3前后翘动以及防止在竖向复位弹簧8作用下承压盖3不能正常复位；

作为本实施例的一种优选方案，第一剪切底板1205和第二剪切底板1206的底部靠近腔体中心的部分分别设置有滚轴15，滚轴15与安装在腔体2内底座1上的滚轴基座16相配合。滚轴15的设置便于第一剪切底板1205和第二剪切底板1206分别向横向两侧运动，滚轴15的主要作用是将滑动摩擦变成滚动摩擦，尽量减少运动过程中的能量损耗。优选的，滚轴基座16与d₁₅压电俘能片10横向布设于同一平面内。便于第一剪切底板1205和第二剪切底板1206横向剪切d₁₅压电俘能片10。

作为本实施例的一种优选方案，竖向复位弹簧8的外径小于等于支撑条9的横向宽度。便于支撑条9能够完全支撑竖向复位弹簧8，确保悬臂支撑板6在长期使用过程中不会发生变形，保证第一剪切底板1205和第二剪切底板1206与d₁₅压电俘能片10的紧密接触。

作为本实施例的一种优选方案，底座1为弹性底座，采用橡胶材料制成。橡胶弹性支撑底座1主要作用是利用弧形***顺利过渡车轮荷载并有支撑车轮的作用。

作为本实施例的一种优选方案，限位器13通过高强螺栓17和垫片18安装在底座1上，底座1通过普通螺栓7安装在路面上。

本实施例中，承压盖3通过环氧树脂胶黏剂与d₃₃压电俘能片5的上表面胶结，d₃₃压电俘能片5满布于沉浮式托盘4上，承压盖3、d₃₃压电俘能片5、沉浮式托盘4在竖向荷载和竖向复位弹簧8作用下同步上下移动。

本实施例中，沉浮式托盘4与传力机构12的铰接座1201焊接。

本实施例中，横向复位收缩弹簧1204能使得传力机构12在横向准确复位。

本实施例中，悬臂支撑板6的主要作用是对传力机构12的剪切底板6-4限位，确保剪切底板的剪切作用，悬臂支撑板6下表面需要足够光滑且具有足够的刚度和强度。

本实施例中，多层d₃₃压电俘能片5间通过电极并联且通过电极片19由导线20输出，同理，多个d₁₅压电俘能片10之间通过电极并联且通过电极片19由导线20输出，导线20和导线20之间并联后输出减速带。

本实施例中，d₃₃压电俘能片5采用基于d₃₃换能模式的压电陶瓷制成，d₁₅压电俘能片10采用基于d₁₅换能模式的压电陶瓷制成。

本发明的工作过程如下所述：

使用时，如图6所示，将多个本发明的压电发电减速带沿着轴向拼接在一起，形成一个完整的减速带。车辆轴载对减速带产生竖向压力首先作用于承压盖3，承压盖3、d₃₃压电俘能片5、沉浮式托盘4整体向下运动。由于传力机构12和沉浮式托盘4之间为焊接，所以传力机构12同时向下运动，从而使得第一传动侧板1202和第二传动侧板1203绕铰接座1201张开，随着第一传动侧板1202和第二传动侧板1203的张开，对应的第一剪切底板1205和第二剪切底板1206会受到一水平横向力作用，在水平横向力作用下第一剪切底板1205和第二剪切底板1206会在滚轴15的滚动支撑下在剪切腔11内运动，给d₁₅压电俘能片10施加一个剪切力，促使d₁₅压电俘能片10受剪发电。

与上述过程同步进行的是位于悬臂支撑板6上的竖向复位弹簧8会受力压缩，从而为复位储备能量，而横向复位弹簧1204也会由于第一传动侧板1202和第二传动侧板1203的张开而在横向伸张，从而会为传力机构12的复位储备能量。

最后当沉浮式托盘4接触到悬臂支撑板6的限位支撑柱14时，整个装置沿竖向往下运动过程结束。在竖向复位弹簧8和横向复位弹簧1204作用下装置复位。

Claims (8)

1.一种路用压电发电减速带，包括底座（1），其特征在于，底座（1）内设置有顶部开放的腔体（2），腔体（2）开放的顶部设置有承压盖（3），承压盖（3）在竖向相对于底座（1）能够升降运动；

所述的承压盖（3）下方的腔体（2）内设置有沉浮式托盘（4），沉浮式托盘（4）与承压盖（3）之间设置有一层以上的d₃₃压电俘能片（5）；承压盖（3）竖向下压使得d₃₃压电俘能片（5）受挤压发电；

所述的腔体（2）竖向内壁上沿着轴向设置有悬臂支撑板（6），悬臂支撑板（6）上安装有多个竖向复位弹簧（8）的底端，多个竖向复位弹簧（8）的顶端均匀安装在沉浮式托盘（4）底部靠近边缘位置处；

所述的竖向复位弹簧（8）正下方的悬臂支撑板（6）下方沿着轴向设置有支撑条（9），支撑条（9）的顶端与悬臂支撑板（6）的底部接触，支撑条（9）的底端与底座（1）接触，支撑条（9）的横向外侧与腔体（2）的竖向内壁接触；

所述的悬臂支撑板（6）下方的腔体（2）内的底座（1）上分别沿着轴向固定布设有d₁₅压电俘能片（10）；支撑条（9）、悬臂支撑板（6）和d₁₅压电俘能片（10）之间形成一个横向内侧开放的剪切腔（11）；

所述的腔体（2）内沉浮式托盘（4）底部中心位置安装有传力机构（12）；所述的传力机构（12）包括与沉浮式托盘（4）底部相连的铰接座（1201），铰接座（1201）上铰接有第一传动侧板（1202）的顶端和第二传动侧板（1203）的顶端；相对设置的第一传动侧板（1202）和第二传动侧板（1203）之间设置有一个以上横向复位收缩弹簧（1204）；第一传动侧板（1202）的底端与第一剪切底板（1205）的内侧铰接，第二传动侧板（1203）的底端与第二剪切底板（1206）的内侧铰接；

所述的第一剪切底板（1205）的外侧和第二剪切底板（1206）的外侧分别伸入至横向两侧的剪切腔（11）内，第一剪切底板（1205）的竖向厚度和第二剪切底板（1206）的竖向厚度均与剪切腔（11）的竖向厚度相等，使得第一剪切底板（1205）的底部和第二剪切底板（1206）的底部分别与d₁₅压电俘能片（10）的顶面接触，承压盖（3）竖向下压传力机构（12），使得第一剪切底板（1205）和第二剪切底板（1206）向横向两侧运动与d₁₅压电俘能片（10）接触产生剪切力发电。

2.如权利要求1所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的底座（1）顶部设置有限位器（13），承压盖（3）安装在限位器（13）内，限位器（13）用于限制承压盖（3）在竖向的最高行程。

3.如权利要求2所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的竖向复位弹簧（8）内部的悬臂支撑板（6）上设置有限位支撑柱（14），限位支撑柱（14）用于限制承压盖（3）在竖向的最低行程。

4.如权利要求1所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的第一剪切底板（1205）和第二剪切底板（1206）的底部靠近腔体中心的部分分别设置有滚轴（15），滚轴（15）与安装在腔体（2）内底座（1）上的滚轴基座（16）相配合。

5.如权利要求4所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的滚轴基座（16）与d₁₅压电俘能片（10）横向布设于同一平面内。

6.如权利要求1所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的竖向复位弹簧（8）的外径小于等于支撑条（9）的横向宽度。

7.如权利要求1所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的底座（1）为弹性底座。

8.如权利要求2所述的路用压电发电减速带，其特征在于，所述的限位器（13）通过高强螺栓（17）和垫片（18）安装在底座（1）上，所述的底座（1）通过普通螺栓（7）安装在路面上。

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