度的要求，选用铸钢材料制作模具，为方便拆装，将模具制作为拼接式组装模具；水泥基盖板I与水泥基底板3的尺寸完全相同，如图3-1、图3-2为水泥基盖板I的正、反面等轴测视图，可以采用同一套模具制作，模具采用三部分四片结构制作，如图5-1和图5-2所示，分为上部圆凸台13及下部双层圆凸台结构15以及中部对开半圆结构14，中部对开半圆结构14嵌在上部圆凸台13及下部双层圆凸台结构15的台阶处，对于盖板内侧内凹结构采用下部上层凸台浇筑，螺栓孔9和沉头孔10采用单侧有凸台结构可拆卸的聚乙烯套管16穿在固定模具的螺栓上浇筑而成，套筒内径Φ 5.5mm，外径Φ 6mm，凸台侧外径Φ 12mm，螺栓为M6螺栓外径Φ 5.5mm。
[0047]图4为水泥基中板2的结构图，中板模具制作方法类似于盖板和底板，采用三部分四片结构拼接组装式模具，如图6-1及图6-2所示，上、下部分采用对称圆形凸台结构一 17和对称圆形凸台结构二 19，中部采用对开半圆形侧板结构18，对开半圆形侧板结构18嵌在对称圆形凸台结构一 17和对称圆形凸台结构二 19的台阶处，通过上下凸台面上螺栓固定，压电安装孔11通过预埋直径Φ 22的聚乙烯柱体20制作而成，聚乙烯柱体20中心开有螺纹孔，拧在固定模具用的螺栓上。
[0048](2)饶筑水泥基盖板1、水泥基底板3和水泥基中板2时，应逐层饶筑，饶筑盖板时先均匀浇筑底部凹槽处，用插捣棒轻微插捣，待混凝土均匀流平后再继续浇筑，按同样方法浇筑中板，待混凝土均匀流平后继续浇筑，浇筑过程中应配合橡胶锤。浇筑完成后，拧紧固定模具的螺栓，将模具直立，养护三天后拆模，拆模后对缺陷处修整。
[0049]4、压力发电结构的安装，水泥基盖板I和水泥基底板3内侧刷一层厚度约为0.2mm的环氧树脂胶，贴装导电电极板一 41和导电电极板二 42后，连接导线7，将压力发电元件5安装在压电安装孔11内，将水泥基中板2嵌入水泥基底板3，压紧压力发电元件5使其与水泥基底板3内的导电电极板二 42完全接触，在水泥基底板3与水泥基盖板I接触的边缘铺设一层厚约1_的橡胶垫圈8，盖上水泥基盖板1，稍稍压紧确保水泥基盖板I内侧的导电电极板一 41与压力发电元件5接触，先将所有螺栓6和螺母拧入水泥基盖板I和水泥基底板3之间的螺栓孔9内，依次增加螺栓6与螺母之间的预紧力，尽量保持各螺栓6之间预紧力相接近，最后利用万用表检测引出导线间的电容与所安装的压力发电元件5总电容是否相近，来判断导电电极板与压力发电元件5之间连接是否完好。封装后结构如图7-1所不O
[0050]本发明压力发电元件5为堆栈式压电换能器或钹式压电换能器，压电陶瓷片采用锆钛酸铅材质，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。如图7-2所示，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。如图7-3所示，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。
[0051]5、压力发电封装结构的外部处理，在封装结构的外侧表面应涂刷厚度约为Imm的环氧树脂做防渗处理，螺栓孔9以及导线连接孔12的缝隙内填充高分子密封胶，并检查水泥基盖板I与水泥基底板3之间连接缝隙内橡胶垫圈8是否完全填充在缝隙内。
[0052]6、压力发电封装结构布设及外部连接，压力发电器路面布设方式为双排，沿车辆轮迹带方向布设，各封装结构之间的电路连接为并联，外部导线布设在轮迹带外侧，如图8-1，8-2 所示
[0053]7、压力发电封装结构的埋置方法，本压力发电封装结构埋设在混凝土路面内，水泥混凝土路面和沥青混凝土路面埋设方法不同，对于水泥混凝土路面，应在浇筑成型时将封装结构直接埋设在路面以下4cm处，外部用混凝土掩埋，或者在以浇筑成型的混凝土路表面开槽，将压力发电封装结构直接埋设在路表面；对于沥青混凝土路面，应在路表用铣刨机铣刨出深为15cm，宽为60cm的槽，槽底部用水泥混凝土找平2cm，将压力发电封装结构直接铺设在找平层上，然后用水泥混凝土填充在各压力发电封装结构之间的间隙，待混凝土硬化后将压力发电封装上部铺设一层油毛毡材料，然后再在最上层铺设厚约4cm的沥青表面层，压力发电结构引出的导线通过在侧边挖出一条深为5cm左右的导线埋设槽21连接至电能收集装置，如图8-3所示。
【主权项】
1.一种路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，包括: 水泥基盖板(I); 水泥基中板⑵； 水泥基底板(3)； 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); 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 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。2.根据权利要求1所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，所述水泥基中板⑵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⑵嵌在水泥基盖板⑴和水泥基底板⑶之间的空腔内，水泥基盖板⑴和水泥基底板⑶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。3.根据权利要求1所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，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。5.根据权利要求4所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，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。6.根据权利要求4所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，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。7.根据权利要求1所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，所述水泥基盖板(I)、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。8.根据权利要求1或7所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，所述水泥基盖板(I)、水泥基中板(2)和水泥基底板(3)均通过混凝土浇筑制作完成，浇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。9.根据权利要求1所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，封装结构做防渗处理，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。10.根据权利要求1所述路用水泥基材料压力发电封装结构，其特征在于，其埋设于路面轮迹带处的路面或者路面下3-5cm深度。
【专利摘要】一种路用水泥基材料压力发电封装结构，包括：水泥基盖板、水泥基中板、水泥基底板、设置于水泥基盖板下表面与水泥基中板上表面之间的导电电极板一、设置于水泥基底板上表面与水泥基中板下表面之间的导电电极板二以及安装于水泥基中板中的若干压力发电元件，本发明利用压电元件受载变形释放电荷，适用在道路路面及人行道、地铁闸机口等交通量大或人流量密集处，本发明利用水泥混凝土材料制作封装部件，能有效降低发电装置制作成本，并提高发电装置与路面之间的耦合性，减小对路面结构影响小，延长使用寿命，提高压电发电的经济性，适合规模化生产。
【IPC分类】H02N2/18, E01C9/00
【公开号】CN104883092
【申请号】CN201510347327
【发明人】魏亚, 黄斌, 汪林兵
【申请人】清华大学, 北京科技大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月19日