一种基于压电元件的双向振动能量收集系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于压电元件的双向振动能量收集系统，包括：多个道路模块、电路模块和储能模块；其中，多个道路模块与电路模块之间电连接，电路模块与储能模块之间电连接；所述道路模块包括：受力层、弹性层、支撑单元、竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元。本实用新型专利技术的能量收集系统通过设置竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元，可以同时有效的收集道路中产生的竖直方向和水平方向的能量，提高了能量收集的效率。

A Bidirectional Vibration Energy Collection System Based on Piezoelectric Components

The utility model discloses a bi-directional vibration energy collection system based on piezoelectric elements, which comprises a plurality of road modules, circuit modules and energy storage modules, in which a plurality of road modules are electrically connected with circuit modules and an electric connection between circuit modules and energy storage modules, and the road module comprises a force layer, an elastic layer, a support unit, a vertical vibration energy collection unit and a power storage module. Horizontal vibration energy collection unit. The energy collection system of the utility model can effectively collect the energy in both vertical and horizontal directions generated in the road by setting the vertical vibration energy collection unit and the horizontal vibration energy collection unit, thereby improving the efficiency of energy collection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电元件的双向振动能量收集系统
本技术涉及一种基于压电元件的双向振动能量收集系统，属于利用压电效应产生电能的领域。
技术介绍
伴随着能源消费的持续增长和能源资源分布集中度的日益增大，对能源资源的争夺将日趋激烈，争夺的方式也更加复杂。同时，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。面对能源挑战，只有调整国家能源结构，大力发展新能源与可再生能源，注重对已有能源的回收利用，才能保证我国能源供应安全，促进战略性新兴产业发展，实现能源与经济、社会、环境的协调发展与可持续发展。在交通流量网日益壮大的今天，如何把汽车、自行车、行人等在道路交通中散失的能量收集并加以利用，已经成为能源回收利用的一个崭新突破点，日益受到各国科学家的重视。目前常用的收集道路能量的方法是基于压电效应的，利用压电材料的压电效应将由于冲击和振动产生的机械能通过压电振子向电能转化，使输出功率能够满足使用要求。利用道路能量收集装置可具有一系列优点，如能量密度高，可以直接产生合适的电压，无需施加起始电压，结构设计无限制，无电磁干扰等。基于这些优点，此项技术得到迅速发展。同济大学的道路与交通工程教育部重点实验室，研究了基于压电效应的沥青路面能量收集技术的可行性和换能效率，试验验证了压电式路面能量收集技术方案的可行性。以色列的一家公司于2008年宣布研制出了基于压电换能器的路面能量收集系统。上述这些能量收集系统共同的特点在于通过设置在路面下的压电元件，收集在竖直方向上的道路振动，并转化为电能利用。但是对于道路中存在的其他方向的振动能量，例如水平方向的振动能量，无法进行有效的利用。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于压电元件的双向振动能量收集系统，能够同时有效的收集道路中在竖直方向和水平方向上产生的振动，并将其转化为电能利用，提高了振动能量的收集效率，对节能减排和绿色能源的利用具有重要意义。本技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本技术提供的一种基于压电元件的双向振动能量收集系统，包括：多个道路模块、电路模块和储能模块；其中，多个道路模块与电路模块之间电连接，电路模块与储能模块之间电连接；所述道路模块包括：受力层、弹性层、支撑单元、竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元；其中，所述受力层的底面与所述弹性层的顶面相连接，所述弹性层的底面与所述支撑单元的顶面以及所述竖直振动能量收集单元的顶面分别连接，所述支撑单元和所述竖直振动能量收集单元在所述弹性层的底面相互间隔交错排列，所述支撑单元和所述竖直振动能量收集单元之间连接有所述水平振动能量收集单元；其中，所述竖直振动能量收集单元中设置有用于收集竖直方向振动能量的竖直压电元件；同时，所述水平振动能量收集单元中设置有用于收集水平方向振动能量的水平压电元件；所述竖直压电元件和所述水平压电元件均与电路模块之间电连接。进一步的，所述水平振动能量收集单元设置在所述支撑单元和所述竖直振动能量收集单元之间；其中，一端通过第一连接臂与所述支撑单元和所述竖直振动能量收集单元之中的一个相连，另一端通过第二连接臂与所述支撑单元和所述竖直振动能量收集单元之中的另一个相连；所述水平振动能量收集单元包括：与所述第一连接臂连接的第一侧壁，与所述第二连接臂连接的第二侧壁，分别与所述第一侧壁和所述第二侧壁的顶端相连接的顶部，以及分别与所述第一侧壁和所述第二侧壁的底端相连接的底部；所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述顶部和所述底部连接形成框架结构，所述框架结构内部形成腔体；所述水平振动能量收集单元还包括：与所述第一侧壁连接，位于所述腔体内部的第一弹性连接件，所述第一弹性连接件的远离所述第一侧壁的自由端连接有第一振动子；以及，与所述第二侧壁连接，位于所述腔体内部的第二弹性连接件，所述第二弹性连接件的远离所述第二侧壁的自由端连接有第二振动子；所述水平振动能量收集单元还包括：位于所述第一振动子和所述第二振动子之间的用于收集水平方向振动能量的水平压电元件。进一步的，所述水平压电元件包括：位于所述腔体中心轴线处的压电陶瓷片和分别位于所述压电陶瓷片左右两侧的金属帽；其中，所述压电陶瓷片的上端与所述顶部相连接，所述压电陶瓷片的下端与所述底部相连接；所述金属帽的上端和下端分别与所述压电陶瓷片的上端和下端相连接，所述金属帽的中间形成向远离所述压电陶瓷片的方向凸出的凸起部。进一步的，所述顶部形成朝向所述腔体的凸起轮廓，所述凸起轮廓关于所述腔体的中心轴线对称；所述第一振动子和所述第二振动子在所述腔体内水平往复振动，在接近所述中心轴线的极限位置处，分别与所述凸起轮廓接触，同时，分别对所述金属帽中间的凸起部形成压力。进一步的，所述第一振动子和所述第二振动子均为球状。进一步的，所述竖直振动能量收集单元内部形成中空的腔体，在所述腔体中设置有所述竖直压电元件；所述竖直压电元件为圆弧状，圆弧的顶端与腔体的顶壁接触，圆弧的一端与所述腔体的底部固定连接，圆弧的另一端活动抵靠在所述腔体的底部；其中，所述竖直压电元件由三层构成，由上至下依次为铝合金材料层、压电陶瓷材料层和不锈钢材料层。进一步的，作为一种变形方式，所述竖直振动能量收集单元内部形成中空的腔体，在所述腔体中设置有所述竖直压电元件；所述竖直压电元件为悬臂梁结构，一端固定于所述腔体的侧壁，另一端为自由端；从所述腔体的顶部向下设置有向下凸起部，所述向下凸起部与所述竖直压电元件的自由端相抵接；其中，所述竖直压电元件由两层构成，由上至下依次为压电陶瓷材料层和弹性材料层；在所述竖直压电元件和所述腔体的底部之间设置有弹簧。进一步的，所述道路模块的上部表面中嵌入由电致发光元件构成的路面标记，所述路面标记与所述储能模块之间电连接。本技术与现有技术相比，具有以下的有益效果：1.本技术的能量收集系统由多个道路模块构成，道路模块可以根据实际需要灵活的组装、拼接，提高了系统应用的广泛性和灵活性，具有铺设方便，适用范围广的优点。2.本技术的能量收集系统通过设置竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元，可以同时有效的收集道路中产生的竖直方向和水平方向的振动能量，提高了能量收集的效率。3.本技术的竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元中，均采用了新颖独创性的结构设计，能够有效的延长压电元件的使用寿命，提高了系统的可靠性，降低了系统应用的成本。附图说明图1为根据本技术的一种基于压电元件的双向振动能量收集系统的系统构成示意图。图2为根据本技术的一种基于压电元件的双向振动能量收集系统的道路模块，示意性的显示出一个道路模块底部的支撑单元、竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元。图3为图2沿A-A方向的剖视图，示意性的显示出支撑单元、竖直振动能量收集单元和水平振动能量收集单元。图4为根据本技术的水平振动能量收集单元的一种实施例的结构示意图。图5为根据本技术的竖直振动能量收集单元的一种实施例的结构示意图。图6为根据本技术的竖直振动能量收集单元的又一种实施例的结构示意图。图7为根据本技术的一个道路模块的俯视图，示意性的显示了一种路面标记。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作出进一步的描述和解释，但不作为对本技术保护范围的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电元件的双向振动能量收集系统，包括：多个道路模块(100)、电路模块和储能模块；其中，多个道路模块(100)与电路模块之间电连接，电路模块与储能模块之间电连接；所述道路模块(100)包括：受力层(101)、弹性层(102)、支撑单元(103)、竖直振动能量收集单元(104)和水平振动能量收集单元(105)；其中，所述受力层(101)的底面与所述弹性层(102)的顶面相连接，所述弹性层(102)的底面与所述支撑单元(103)的顶面以及所述竖直振动能量收集单元(104)的顶面分别连接，所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)在所述弹性层(102)的底面相互间隔交错排列，所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)之间连接有所述水平振动能量收集单元(105)；其中，所述竖直振动能量收集单元(104)中设置有用于收集竖直方向振动能量的竖直压电元件；同时，所述水平振动能量收集单元(105)中设置有用于收集水平方向振动能量的水平压电元件；所述竖直压电元件和所述水平压电元件均与电路模块之间电连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于压电元件的双向振动能量收集系统，包括：多个道路模块(100)、电路模块和储能模块；其中，多个道路模块(100)与电路模块之间电连接，电路模块与储能模块之间电连接；所述道路模块(100)包括：受力层(101)、弹性层(102)、支撑单元(103)、竖直振动能量收集单元(104)和水平振动能量收集单元(105)；其中，所述受力层(101)的底面与所述弹性层(102)的顶面相连接，所述弹性层(102)的底面与所述支撑单元(103)的顶面以及所述竖直振动能量收集单元(104)的顶面分别连接，所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)在所述弹性层(102)的底面相互间隔交错排列，所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)之间连接有所述水平振动能量收集单元(105)；其中，所述竖直振动能量收集单元(104)中设置有用于收集竖直方向振动能量的竖直压电元件；同时，所述水平振动能量收集单元(105)中设置有用于收集水平方向振动能量的水平压电元件；所述竖直压电元件和所述水平压电元件均与电路模块之间电连接。2.根据权利要求1所述的基于压电元件的双向振动能量收集系统，其特征在于：所述水平振动能量收集单元(105)设置在所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)之间；其中，一端通过第一连接臂(201)与所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)之中的一个相连，另一端通过第二连接臂(202)与所述支撑单元(103)和所述竖直振动能量收集单元(104)之中的另一个相连；所述水平振动能量收集单元(105)包括：与所述第一连接臂(201)连接的第一侧壁(203)，与所述第二连接臂(202)连接的第二侧壁(204)，分别与所述第一侧壁(203)和所述第二侧壁(204)的顶端相连接的顶部(205)，以及分别与所述第一侧壁(203)和所述第二侧壁(204)的底端相连接的底部(206)；所述第一侧壁(203)、所述第二侧壁(204)、所述顶部(205)和所述底部(206)连接形成框架结构，所述框架结构内部形成腔体(C)；所述水平振动能量收集单元(105)还包括：与所述第一侧壁(203)连接，位于所述腔体(C)内部的第一弹性连接件(207)，所述第一弹性连接件(207)的远离所述第一侧壁(203)的自由端连接有第一振动子(209)；以及，与所述第二侧壁(204)连接，位于所述腔体(C)内部的第二弹性连接件(208)，所述第二弹性连接件(208)的远离所述第二侧壁(204)的自由端连接有第二振动子(210)；所述水平振动能量收集单元(105)还包括：位于所述第一振动子(209)和所述第二振动子(210)之间的用于收集水平方向振动能量的水平压电元件。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世峰，成文卫，刘世宏，
申请(专利权)人：北京中微融通科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11