一種多層壓電裝置製造方法
2023-05-26 21:50:31
一種多層壓電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種多層壓電裝置，用於瀝青混凝土路面內，包括多個層式壓電轉換器、金屬模具和封裝保護層，層式壓電轉換器為圓柱狀，層式壓電轉換器包括壓電元件、預應力螺栓、前金屬蓋板和後金屬蓋板；各層式壓電轉換器均設置於金屬模具中固定，層式壓電轉換器的前金屬蓋板露於金屬模具的上表面外，各層式壓電轉換器之間並聯連接；封裝保護層充滿金屬模具與層式壓電轉換器之間的縫隙且覆蓋金屬模具的上表面。本實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轉化為電能的問題，並且提高多層壓電裝置與瀝青混凝土的相容性，對瀝青混凝土結構損傷較小。
【專利說明】-種多層壓電裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及道路建設【技術領域】，尤其涉及一種多層壓電裝置，具體地涉及一 種適合埋置於浙青混凝土路面內的多層壓電裝置。
【背景技術】
[0002] 振動在自然環境中無處不在。這些振動能量大部分以熱能行駛耗散至周圍環境中 而被浪費掉。壓電材料，作為一種理想的機電能量轉換材料，具有很高的能量密度，其峰 值能量密度可達100?1000KW/KG。
[0003] 浙青混凝土路面具有表面平整度好等優點，在設計使用期內，路面要承受幾百萬 次以上的車輛軸載的反覆作用，從而產生形變和振動，若將合適的壓電裝置埋入浙青混凝 土當中，則外力所產生的部分機械能可以被轉換成電能，前景可觀。
[0004] 目前，關於道路自發電技術的發明及實際應用目前都很少，據有關媒體報導以色 列機構已實際鋪設成功一段壓電路面，但涉及技術保密問題，其【具體實施方式】不得而知。國 內西安交通大學的曹秉剛等人所發表的專利《利用公路系統振動能量壓電發電的方法及系 統》完整介紹了利用公路振動發電的一套方法，但其並未詳細介紹壓電裝置。
[0005] 因此，針對以上不足，需要提供一種適合埋置於浙青混凝土路面內的多層壓電裝 置。 實用新型內容
[0006] (一）要解決的技術問題
[0007] 本實用新型要解決的技術問題是，提供一種多層壓電裝置，解決將浙青混凝土路 面所受外力和振動轉化為電能的問題，並且提高多層壓電裝置與浙青混凝土的相容性，減 少對路面結構的損傷。
[0008] (二）技術方案
[0009] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種多層壓電裝置，用於浙青混凝土 路面內，包括多個層式壓電轉換器、金屬模具和封裝保護層，層式壓電轉換器為圓柱狀，層 式壓電轉換器包括壓電元件、預應力螺栓、前金屬蓋板和後金屬蓋板，壓電元件包括多組圓 環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成，各壓電陶瓷 片之間並聯連接；壓電元件的兩端分別設有前金屬蓋板、後金屬蓋板，預應力螺栓依次穿過 後金屬蓋板、壓電元件並固定於前金屬蓋板上；
[0010] 各層式壓電轉換器均設置於金屬模具中固定，層式壓電轉換器的前金屬蓋板露於 金屬模具的上表面外，各層式壓電轉換器之間並聯連接；封裝保護層充滿金屬模具與層式 壓電轉換器之間的縫隙且覆蓋金屬模具的上表面。
[0011] 優選的，前述金屬模具的上表面開設有若干桶狀空腔，每個桶狀空腔的直徑大於 層式壓電轉換器的直徑，層式壓電轉換器依次設置於桶狀空腔中。
[0012] 優選的，每組中的壓電陶瓷片和電極片通過加有銀粉的環氧導電銀膠粘合連接。
[0013] 優選的，前述壓電陶瓷片的材質為鋯鈦酸鉛。
[0014] 優選的，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] 優選的，前述封裝保護層在所述金屬模具上表面的部分覆蓋所述層式壓電轉換器 的前金屬蓋板的上表面。
[0016] 優選的，前述封裝保護層的材質為環氧浙青。
[0017] 優選的，前述預應力螺栓外設有絕緣套筒。
[0018] (三）有益效果
[0019] 本實用新型的上述技術方案具有如下優點：
[0020] (1)本實用新型提供的一種適於埋置於浙青混凝土的多層壓電裝置，採用層式壓 電轉換器，將層式壓電轉換器並聯，並固定於一金屬模具內，可以吸收部分浙青混凝土路面 所受外力和振動的能量，並將該能量轉化為電能，而且能使多層壓電裝置與浙青混凝土的 相容性提高，同時減小對浙青混凝土結構的損傷。
[0021] (2)本實用新型中層式壓電轉換器的壓電元件前後加裝金屬蓋板，並插有帶有絕 緣套筒的螺栓，螺栓可以提供預應力，提高轉換效率；前後蓋板可以使得受力更加均勻，並 且由於前後蓋板和預應力螺栓的加緊作用使得環形陶瓷片在收到振動時一直處於一種壓 縮狀態，可以有效的避免陶瓷片的爆裂問題，並且還可以增大裝置的功率。
[0022] (3)本實用新型中層式壓電轉換器的壓電元件中，通過改變壓電陶瓷材料的高度、 形狀及前後金屬蓋板的形狀，可以獲得不同的工作頻率，適應不同道路環境要求。
[0023] (4)本實用新型中壓電陶瓷片和電極片採用環氧導電膠粘合，可以保證浙青攤鋪 時高溫環境下元件與電極片之間的粘合及導電能力。
[0024] (5)本實用新型加裝封裝保護層，可以有效地保護壓電材料、導線及連接點免受尖 銳集料的傷害；封裝保護層可以有效防止含鉛壓電陶瓷中鉛元素流失到環境中對環境造成 汙染，另外還可提高壓電裝置耐酸鹼腐蝕，抗水損破壞性能；本實用新型的封裝保護層採用 彈性的環氧浙青，對於力的傳遞有較小的減損。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是本實用新型中層式壓電轉換器的結構示意圖；
[0026] 圖2是本實用新型中金屬模具的結構示意圖；
[0027] 圖3是本實用新型中封裝保護層的結構示意圖。
[0028] 圖中：1 :層式壓電轉換器；2 :壓電陶瓷片；3 :電極片；4 :前金屬蓋板；5 :後金屬 蓋板；6 :預應力螺栓；7 :金屬模具；8 :桶狀空腔；9 :封裝保護層。
【具體實施方式】
[0029] 為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新 型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實 施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都 屬於本實用新型保護的範圍。
[0030] 本實用新型實施例提供的一種多層壓電裝置，用於浙青混凝土路面內，包括多個 層式壓電轉換器I、金屬模具7和封裝保護層9。
[0031] 如圖1所示，層式壓電轉換器1為圓柱狀，層式壓電轉換器1包括壓電元件、預應 力螺栓6、前金屬蓋板4和後金屬蓋板5,壓電元件由多組圓環形的壓電陶瓷片2和電極片 3層疊構成，各壓電陶瓷片2之間並聯連接；每組中的壓電陶瓷片2和電極片3通過加有銀 粉的且耐高溫的環氧導電銀膠粘合連接，環氧導電膠可以保證高溫下的粘結性能和導電性 能；壓電元件的兩端分別設有前金屬蓋板4、後金屬蓋板5,目的為保證受力均勻，預應力螺 栓6依次穿過後金屬蓋板5的中心、壓電元件的中孔並固定於前金屬蓋板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] 由於，壓電陶瓷材料具有機械耦合係數高、機械品質因數高、居裡溫度高、工藝純 熟的優點，因此，本實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的連接方式有串聯和並聯兩種，本實施例中的連接方式為並聯連接 且採用層疊結構，具體原理如下：
[0034] 設外接存儲電容大小為C1，壓電陶瓷片2的內部等效電容為Cp則壓電陶瓷片2產
【權利要求】
1. 一種多層壓電裝置，用於浙青混凝土路面內，其特徵在於：包括多個層式壓電轉換 器、金屬模具和封裝保護層，所述層式壓電轉換器為圓柱狀，所述層式壓電轉換器包括壓電 元件、預應力螺栓、前金屬蓋板和後金屬蓋板，所述壓電元件包括多組圓環形的壓電陶瓷片 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成，所述各壓電陶瓷片之間並 聯連接；所述壓電元件的兩端分別設有所述前金屬蓋板、後金屬蓋板，所述預應力螺栓依次 穿過後金屬蓋板、壓電元件並固定於前金屬蓋板上； 所述各層式壓電轉換器均設置於所述金屬模具中固定，所述層式壓電轉換器的前金屬 蓋板露於金屬模具的上表面外，所述各層式壓電轉換器之間並聯連接；所述封裝保護層充 滿所述金屬模具與層式壓電轉換器之間的縫隙且覆蓋所述金屬模具的上表面。
2. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：所述金屬模具的上表面開設有 若干桶狀空腔，每個所述桶狀空腔的直徑大於層式壓電轉換器的直徑，所述層式壓電轉換 器依次設置於所述桶狀空腔中。
3. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：每組中的所述壓電陶瓷片和電 極片通過加有銀粉的環氧導電銀膠粘合連接。
4. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：所述壓電陶瓷片的材質為鋯鈦 酸鉛。
5. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：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. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：所述封裝保護層在所述金屬模 具上表面的部分覆蓋所述層式壓電轉換器的前金屬蓋板的上表面。
7. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：所述封裝保護層的材質為環氧 浙青。
8. 根據權利要求1所述的多層壓電裝置，其特徵在於：所述預應力螺栓外設有絕緣套 筒。
【文檔編號】H02N2/18GK204168182SQ201420678572
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】曹東偉, 賈元輝, 何敏, 楊海露, 汪林兵 申請人:交通運輸部公路科學研究所, 中路高科交通科技集團有限公司