一种路用水泥基材料压力发电封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于道路建设领域，特别涉及一种路用水泥基材料压力发电封装结构。
【背景技术】
[0002]随着能源消耗加剧，化石能源逐渐枯竭，可再生、无污染的新能源必将作为未来的主要能源，公路运输作为主要交通方式，路面承受车辆轴载反复作用，蕴藏着巨大的振动能量，压电振动能量收集装置能够收集路面振动能量，并将其转化为电能存储利用。
[0003]目前涉及到利用压电材料作为路面振动能量收集技术的发明及实际应用很少，具体涉及到封装技术的更少，而且现有的一些封装结构存在的结构复杂，制作难度大，制作及维护成本高昂，不适合规模化生产，实际工程应用难度大问题。
[0004]中国专利CN102324871《一种压电型能量收集单元及其应用》介绍了一种利用简支梁结构作为压电能量收集装置，但该封装结构复杂，承载能力小，且形变位移量大，不适合埋设在在大模量的混凝土路面中。
[0005]中国专利CN102570620《步行能量收集系统》公开了一种步行能量收集系统，该装置封装结构内部采用多级楔块组合，楔形接触面需要加工凹槽安装滚珠，接触面涂润滑油，内部安装弹簧组件，结构繁杂，可靠度不高，内部结构须定期加润滑油维护，规模化生产成
[0006]传统压力发电方式多用高强度、高韧性的金属材料或者工程塑料制作外部封装结构，但这些材料存在与路面混凝土材料相容性差、价格高昂、制作成本高、耐腐蚀性和抗老化性能差等诸多弊端。对于上述存在的问题，本发明采用成本相对低廉的、易浇筑成型的水泥基材料作为传荷及封装部分，能极大降低制作成本和难度，易于规模化生产，后期维护方便，而且水泥基封装材与路面材料一致，提高了路面与封装结构的耦合性，对路面结构影响小。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种路用水泥基材料压力发电封装结构，能够有效解决路面压力发电封装结构相容性差、加工难度大、维护成本高等问题，并能实现路面压电能量收集装置的低成本和规模化生产；具有制作简单、成本低廉、适合埋设在路面内的特点。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0009]一种路用水泥基材料压力发电封装结构，包括:
[0010]水泥基盖板I ;
[0011]水泥基中板2;
[0012]水泥基底板3;
[0013]设置于水泥基盖板I下表面与水泥基中板2上表面之间的导电电极板一 41 ;
[0014]设置于水泥基底板3上表面与水泥基中板2下表面之间的导电电极板二 42 ;以及
[0015]安装于水泥基中板2中的若干压力发电元件5，压力发电元件5被导电电极板一41和导电电极板二 42夹紧。
[0016]所述水泥基中板2中预留压电安装孔11和导线连接孔12，压力发电元件5埋设于压电安装孔11中，连接导电电极板一 41和导电电极板二 42的导线7通过导线连接孔12引出至外接电路，所述水泥基中板2嵌在水泥基盖板I和水泥基底板3之间的空腔内，水泥基盖板I和水泥基底板3的外缘均预留有螺栓安装孔9，螺栓安装孔9端部留有螺栓及螺母安装沉头孔10，水泥基盖板I和水泥基底板3通过螺栓6连接。
[0017]所述导电电极板一 41和导电电极板二 42为紫铜板或者导电铝合金板，所述导电电极板一 41通过环氧树脂胶固定在水泥基盖板I的下表面，所述导电电极板二 42通过环氧树脂胶固定在水泥基底板3的上表面。
[0018]所述压力发电元件5为堆栈式压电换能器或钹式压电换能器，堆栈式压电换能器的陶瓷电极面均涂有银电极，电极面贴有铜箔，铜箔之间通过导线连接，压构成多片压电陶瓷片堆栈；钹式压电换能器采用圆形压电陶瓷片双面贴铜箔端帽制作而成，导线通过压电陶瓷片两侧端帽引出；堆栈式压电换能器与钹式压电换能器的连接电路均为并联连接。
[0019]所述堆栈式压电换能器或钹式压电换能器均采用锆钛酸铅材质的压电陶瓷片。
[0020]所述堆栈式压电换能器或钹式压电换能器的外部形状为柱体，多片层叠结构，多片层叠结构构成柱体的侧边通过橡胶套固定，通过电极板传递的螺栓预紧力夹紧。
[0021 ] 所述水泥基盖板1、水泥基中板2和水泥基底板3所采用的水泥基材料均为自流平、无收缩的水泥基材料，其初始流动度大于260mm，3天抗压强度大于40MPa。
[0022]所述水泥基盖板1、水泥基中板2和水泥基底板3均通过混凝土饶筑制作完成，饶筑模具采用钢制拼接组装模具，盖板模具、中板模具和底板模具均采用三部分拼接方式制作；盖板模具包括上部圆凸台13、中部对开半圆结构14和下部双层圆凸台结构15，模具安装时，中部对开半圆结构14拼接嵌在下部双层圆凸台结构15的下层台阶与上部圆凸台13的台阶之间，螺栓安装孔9和安装沉头孔10通过预埋聚乙烯套管16制作，聚乙烯套管16套在固定模具的螺栓上；水泥基底板3尺寸与水泥基盖板I尺寸相同，共用一套模具；中板模具采用对称圆形凸台结构一 17和对称圆形凸台结构二 19与对开半圆形侧板结构18拼接，对开半圆形侧板结构18安装在对称圆形凸台结构一 17和对称圆形凸台结构二 19之间，压电安装孔11通过预埋聚乙烯柱体20制作，聚乙烯柱体20固定在模具固定螺栓上。
[0023]装结构做防渗处理，外表面涂刷环氧树脂，水泥基盖板I和水泥基底板3连接缝隙处用橡胶垫圈8密封。
[0024]本发明封装结构埋设于路面轮迹带处的路面或者路面下一定深度，例如3-5cm处，产生的电能通过预留的导线引出，埋设时单个或多个压力发电封装结构组成一个电路系统，各封装结构之间电学并联。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0026](I)本发明利用价格低廉的水泥混凝土材料制作封装部件及其制作方法，能有效降低道路路面发电装置成本，为压力发电装置的规模化生产及实际工程应用提供条件。
[0027](2)本发明水泥基封装材料与混凝土路面的相容性好，对路面结构影响小，使用寿命长，后期维护成本小。
[0028](3)本发明实现了路面能量的回收利用，为回收路面可再生能源提供了一种切实可行的方案。产生的能量可以用来为路面照明和信号指示灯供电，减少了路面附属供电设施的投入，尤其适用在隧道及偏远地区供电不便处。
【附图说明】
[0029]图1为压力发电封装结构内部剖视图。
[0030]图2为压力发电封装结构水泥基外部结构示意图。
[0031]图3-1和图3-2为水泥基材料压力发电封装结构盖板正反面等轴视图。
[0032]图4为水泥基材料压力发电封装结构中板图。
[0033]图5-1和图5-2为水泥基材料压力发电封装结构盖板模具图。
[0034]图6-1和图6-2为水泥基材料压力发电封装结构中板模具图。
[0035]图7-1为压力发电单元外部结构图。
[0036]图7-2堆栈式压电发电装置内部压电换能器结构剖视图。
[0037]图7-3钹式压电发电装置内部压电换能器结构剖视图。
[0038]图8-1为水泥基材料压力发电封装结构的铺设横向剖视图。
[0039]图8-2和图8-3为水泥基材料压力发电封装结构铺设示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0041]为使本发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]1、本发明实施例提供一种利用水泥基材料制作压力发电器外部封装结构及其制作方法，并利用该封装结构制作压力发电器件。该方法采用价格低廉的混凝土材料做原料，利用浇筑成型方法制作压力发电封装结构，该方法成本低廉，制作简单方便，能够实现路面压电能量收集的生产低成本化和规模化。
[0043]2、如图1和图2所示，本实施例封装结构外形采用圆形结构，主要包括水泥基盖板1，水泥基中板2，水泥基底板3，导电电极板一 41和导电电极板二 42，压力发电元件5等，通过螺栓6固定连接水泥基盖板I与水泥基底板3，水泥基中板2安装在水泥基盖板I与水泥基底板3之间的空腔内，导电电极板一 41位于水泥基盖板I下表面与水泥基中板2上表面之间，通过环氧树脂胶贴在水泥基盖板I下表面，导电电极板二 42位于水泥基底板3上表面与水泥基中板2下表面之间，通过环氧树脂胶贴在水泥基底板3上表面，导电电极板一41和导电电极板二 42可以为导电良好的紫铜板或者导电铝合金板。压力发电元件5安装在水泥基中板2内的压电安装孔中，并通过导电电极板一 41和导电电极板二 42夹紧，载荷通过水泥基盖板I传递到导电电极板一 41上，然后传递至压力发电元件5，电流通过导电电极板一 41、导电电极板二 42、引出导线7传递至外部电路21。
[0044]3、本实时例选取圆形压力发电封装结构，制作方法如下:
[0045](I)封装结构模具制作
[0046]考虑到模具的可重复性利用及浇筑成型精