一種多層壓電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種多層壓電裝置，用于瀝青混凝土路面內(nèi)，包括多個(gè)層式壓電轉(zhuǎn)換器、金屬模具和封裝保護(hù)層，層式壓電轉(zhuǎn)換器為圓柱狀，層式壓電轉(zhuǎn)換器包括壓電元件、預(yù)應(yīng)力螺栓、前金屬蓋板和后金屬蓋板；各層式壓電轉(zhuǎn)換器均設(shè)置于金屬模具中固定，層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬蓋板露于金屬模具的上表面外，各層式壓電轉(zhuǎn)換器之間并聯(lián)連接；封裝保護(hù)層充滿(mǎn)金屬模具與層式壓電轉(zhuǎn)換器之間的縫隙且覆蓋金屬模具的上表面。本實(shí)用新型的多層壓電裝置可以將瀝青混凝土路面所受外力和振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的問(wèn)題，并且提高多層壓電裝置與瀝青混凝土的相容性，對(duì)瀝青混凝土結(jié)構(gòu)損傷較小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種多層壓電裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及道路建設(shè)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多層壓電裝置，具體地涉及一 種適合埋置于浙青混凝土路面內(nèi)的多層壓電裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 振動(dòng)在自然環(huán)境中無(wú)處不在。這些振動(dòng)能量大部分以熱能行駛耗散至周?chē)h(huán)境中 而被浪費(fèi)掉。壓電材料，作為一種理想的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換材料，具有很高的能量密度，其峰 值能量密度可達(dá)100?1000KW/KG。
[0003] 浙青混凝土路面具有表面平整度好等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)，路面要承受幾百萬(wàn) 次以上的車(chē)輛軸載的反復(fù)作用，從而產(chǎn)生形變和振動(dòng)，若將合適的壓電裝置埋入浙青混凝 土當(dāng)中，則外力所產(chǎn)生的部分機(jī)械能可以被轉(zhuǎn)換成電能，前景可觀。
[0004] 目前，關(guān)于道路自發(fā)電技術(shù)的發(fā)明及實(shí)際應(yīng)用目前都很少，據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道以色 列機(jī)構(gòu)已實(shí)際鋪設(shè)成功一段壓電路面，但涉及技術(shù)保密問(wèn)題，其【具體實(shí)施方式】不得而知。國(guó) 內(nèi)西安交通大學(xué)的曹秉剛等人所發(fā)表的專(zhuān)利《利用公路系統(tǒng)振動(dòng)能量壓電發(fā)電的方法及系 統(tǒng)》完整介紹了利用公路振動(dòng)發(fā)電的一套方法，但其并未詳細(xì)介紹壓電裝置。
[0005] 因此，針對(duì)以上不足，需要提供一種適合埋置于浙青混凝土路面內(nèi)的多層壓電裝 置。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種多層壓電裝置，解決將浙青混凝土路 面所受外力和振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能的問(wèn)題，并且提高多層壓電裝置與浙青混凝土的相容性，減 少對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損傷。
[0008] (二）技術(shù)方案
[0009] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種多層壓電裝置，用于浙青混凝土 路面內(nèi)，包括多個(gè)層式壓電轉(zhuǎn)換器、金屬模具和封裝保護(hù)層，層式壓電轉(zhuǎn)換器為圓柱狀，層 式壓電轉(zhuǎn)換器包括壓電元件、預(yù)應(yīng)力螺栓、前金屬蓋板和后金屬蓋板，壓電元件包括多組圓 環(huán)形的壓電陶瓷片和電極片，各組壓電陶瓷片和電極片相互間隔的層疊構(gòu)成，各壓電陶瓷 片之間并聯(lián)連接；壓電元件的兩端分別設(shè)有前金屬蓋板、后金屬蓋板，預(yù)應(yīng)力螺栓依次穿過(guò) 后金屬蓋板、壓電元件并固定于前金屬蓋板上；
[0010] 各層式壓電轉(zhuǎn)換器均設(shè)置于金屬模具中固定，層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬蓋板露于 金屬模具的上表面外，各層式壓電轉(zhuǎn)換器之間并聯(lián)連接；封裝保護(hù)層充滿(mǎn)金屬模具與層式 壓電轉(zhuǎn)換器之間的縫隙且覆蓋金屬模具的上表面。
[0011] 優(yōu)選的，前述金屬模具的上表面開(kāi)設(shè)有若干桶狀空腔，每個(gè)桶狀空腔的直徑大于 層式壓電轉(zhuǎn)換器的直徑，層式壓電轉(zhuǎn)換器依次設(shè)置于桶狀空腔中。
[0012] 優(yōu)選的，每組中的壓電陶瓷片和電極片通過(guò)加有銀粉的環(huán)氧導(dǎo)電銀膠粘合連接。
[0013] 優(yōu)選的，前述壓電陶瓷片的材質(zhì)為鋯鈦酸鉛。
[0014] 優(yōu)選的，前述電極片為橫截面與所述壓電陶瓷片相同尺寸的銅箔。
[0015] 優(yōu)選的，前述封裝保護(hù)層在所述金屬模具上表面的部分覆蓋所述層式壓電轉(zhuǎn)換器 的前金屬蓋板的上表面。
[0016] 優(yōu)選的，前述封裝保護(hù)層的材質(zhì)為環(huán)氧浙青。
[0017] 優(yōu)選的，前述預(yù)應(yīng)力螺栓外設(shè)有絕緣套筒。
[0018] (三）有益效果
[0019] 本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)本實(shí)用新型提供的一種適于埋置于浙青混凝土的多層壓電裝置，采用層式壓 電轉(zhuǎn)換器，將層式壓電轉(zhuǎn)換器并聯(lián)，并固定于一金屬模具內(nèi)，可以吸收部分浙青混凝土路面 所受外力和振動(dòng)的能量，并將該能量轉(zhuǎn)化為電能，而且能使多層壓電裝置與浙青混凝土的 相容性提高，同時(shí)減小對(duì)浙青混凝土結(jié)構(gòu)的損傷。
[0021] (2)本實(shí)用新型中層式壓電轉(zhuǎn)換器的壓電元件前后加裝金屬蓋板，并插有帶有絕 緣套筒的螺栓，螺栓可以提供預(yù)應(yīng)力，提高轉(zhuǎn)換效率；前后蓋板可以使得受力更加均勻，并 且由于前后蓋板和預(yù)應(yīng)力螺栓的加緊作用使得環(huán)形陶瓷片在收到振動(dòng)時(shí)一直處于一種壓 縮狀態(tài)，可以有效的避免陶瓷片的爆裂問(wèn)題，并且還可以增大裝置的功率。
[0022] (3)本實(shí)用新型中層式壓電轉(zhuǎn)換器的壓電元件中，通過(guò)改變壓電陶瓷材料的高度、 形狀及前后金屬蓋板的形狀，可以獲得不同的工作頻率，適應(yīng)不同道路環(huán)境要求。
[0023] (4)本實(shí)用新型中壓電陶瓷片和電極片采用環(huán)氧導(dǎo)電膠粘合，可以保證浙青攤鋪 時(shí)高溫環(huán)境下元件與電極片之間的粘合及導(dǎo)電能力。
[0024] (5)本實(shí)用新型加裝封裝保護(hù)層，可以有效地保護(hù)壓電材料、導(dǎo)線(xiàn)及連接點(diǎn)免受尖 銳集料的傷害；封裝保護(hù)層可以有效防止含鉛壓電陶瓷中鉛元素流失到環(huán)境中對(duì)環(huán)境造成 污染，另外還可提高壓電裝置耐酸堿腐蝕，抗水損破壞性能；本實(shí)用新型的封裝保護(hù)層采用 彈性的環(huán)氧浙青，對(duì)于力的傳遞有較小的減損。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本實(shí)用新型中層式壓電轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是本實(shí)用新型中金屬模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3是本實(shí)用新型中封裝保護(hù)層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖中：1 :層式壓電轉(zhuǎn)換器；2 :壓電陶瓷片；3 :電極片；4 :前金屬蓋板；5 :后金屬 蓋板；6 :預(yù)應(yīng)力螺栓；7 :金屬模具；8 :桶狀空腔；9 :封裝保護(hù)層。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新 型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實(shí)施例是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí) 施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都 屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0030] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種多層壓電裝置，用于浙青混凝土路面內(nèi)，包括多個(gè) 層式壓電轉(zhuǎn)換器I、金屬模具7和封裝保護(hù)層9。
[0031] 如圖1所示，層式壓電轉(zhuǎn)換器1為圓柱狀，層式壓電轉(zhuǎn)換器1包括壓電元件、預(yù)應(yīng) 力螺栓6、前金屬蓋板4和后金屬蓋板5,壓電元件由多組圓環(huán)形的壓電陶瓷片2和電極片 3層疊構(gòu)成，各壓電陶瓷片2之間并聯(lián)連接；每組中的壓電陶瓷片2和電極片3通過(guò)加有銀 粉的且耐高溫的環(huán)氧導(dǎo)電銀膠粘合連接，環(huán)氧導(dǎo)電膠可以保證高溫下的粘結(jié)性能和導(dǎo)電性 能；壓電元件的兩端分別設(shè)有前金屬蓋板4、后金屬蓋板5,目的為保證受力均勻，預(yù)應(yīng)力螺 栓6依次穿過(guò)后金屬蓋板5的中心、壓電元件的中孔并固定于前金屬蓋板4的中心，可以有 效防止壓電陶瓷片2受力爆裂且能提高輸出功率。
[0032] 由于，壓電陶瓷材料具有機(jī)械耦合系數(shù)高、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高、居里溫度高、工藝純 熟的優(yōu)點(diǎn)，因此，本實(shí)施例的壓電元件由鋯鈦酸鉛材料作為壓電陶瓷片2的材料和電極片3 構(gòu)成，電極片3為橫截面與壓電陶瓷片2相同尺寸的銅箔。
[0033] 壓電陶瓷片2的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，本實(shí)施例中的連接方式為并聯(lián)連接 且采用層疊結(jié)構(gòu)，具體原理如下：
[0034] 設(shè)外接存儲(chǔ)電容大小為C1，壓電陶瓷片2的內(nèi)部等效電容為Cp則壓電陶瓷片2產(chǎn)

【權(quán)利要求】
1. 一種多層壓電裝置，用于浙青混凝土路面內(nèi)，其特征在于：包括多個(gè)層式壓電轉(zhuǎn)換 器、金屬模具和封裝保護(hù)層，所述層式壓電轉(zhuǎn)換器為圓柱狀，所述層式壓電轉(zhuǎn)換器包括壓電 元件、預(yù)應(yīng)力螺栓、前金屬蓋板和后金屬蓋板，所述壓電元件包括多組圓環(huán)形的壓電陶瓷片 和電極片，所述各組壓電陶瓷片和電極片相互間隔的層疊構(gòu)成，所述各壓電陶瓷片之間并 聯(lián)連接；所述壓電元件的兩端分別設(shè)有所述前金屬蓋板、后金屬蓋板，所述預(yù)應(yīng)力螺栓依次 穿過(guò)后金屬蓋板、壓電元件并固定于前金屬蓋板上； 所述各層式壓電轉(zhuǎn)換器均設(shè)置于所述金屬模具中固定，所述層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬 蓋板露于金屬模具的上表面外，所述各層式壓電轉(zhuǎn)換器之間并聯(lián)連接；所述封裝保護(hù)層充 滿(mǎn)所述金屬模具與層式壓電轉(zhuǎn)換器之間的縫隙且覆蓋所述金屬模具的上表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述金屬模具的上表面開(kāi)設(shè)有 若干桶狀空腔，每個(gè)所述桶狀空腔的直徑大于層式壓電轉(zhuǎn)換器的直徑，所述層式壓電轉(zhuǎn)換 器依次設(shè)置于所述桶狀空腔中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：每組中的所述壓電陶瓷片和電 極片通過(guò)加有銀粉的環(huán)氧導(dǎo)電銀膠粘合連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述壓電陶瓷片的材質(zhì)為鋯鈦 酸鉛。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述電極片為橫截面與所述壓 電陶瓷片相同尺寸的銅箔。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述封裝保護(hù)層在所述金屬模 具上表面的部分覆蓋所述層式壓電轉(zhuǎn)換器的前金屬蓋板的上表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述封裝保護(hù)層的材質(zhì)為環(huán)氧 浙青。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層壓電裝置，其特征在于：所述預(yù)應(yīng)力螺栓外設(shè)有絕緣套 筒。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK204168182SQ201420678572
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】曹東偉, 賈元輝, 何敏, 楊海露, 汪林兵 申請(qǐng)人:交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所, 中路高科交通科技集團(tuán)有限公司