本发明专利技术提供一种基于悬臂梁结构的桥梁压电储能装置，包括至少一个压电俘能单元，所述压电俘能单元固定安装在所述桥梁的箱梁内，所述压电俘能单元通过导线连接整流储能单元，所述压电俘能单元能够在所述桥梁受到动载荷振动时随之振动，由此产生电能，并由整流储能单元对电能进行整流和储存，从而对外输出稳定的电压。本发明专利技术利用压电材料的正向压电效应以及压电悬臂梁的放大效应，将桥梁因车辆等动载荷引起的形变放大，并将其转变为电信号，通过整流储能单元，将电信号处理为电能储存，再对周围用电设备供电。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁压电储能装置。
技术介绍
截止2013年，据不完全统计，中国现有各类桥梁约50万座，每年开工建筑的桥梁约为I万余座，中国正由世界“桥梁大国”向“桥梁强国”迈进。在中国187万km的公路线上，有各类公路桥梁30余万座。随着社会和科技的进步，桥梁越建越多，但现有的桥梁基本都是由大型电网来供电，需要牵专线配电，尤其有些桥梁远离电网，需要远距离供电。那是否能找到一种新能源，减少对基本电网的依赖，节省能源，解决高压配电及远距离输电的一系列问题？压电材料是近年新起的一种新材料，它能将根据自身特性将桥梁的变形所产生的机械能转化成电能，若是我们能利用压电材料的特点，将桥梁产生变形能转变为电能储存并用来供电，那么就能解决上述问题。加上压电材料的研宄和应用经过长时间的技术积累，压电能量采集和应用因为其工作环境限制少、效率高、绿色环保等优点得到广泛的关注，研宄桥梁压电储能装置具有庞大的经济效益和使用前景。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于悬臂梁结构的桥梁压电储能装置，其能利用悬臂梁结构放大桥梁受迫振动变形发电，并收集电能为周围用电设备供电。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是:基于悬臂梁结构的桥梁压电储能装置，包括至少一个压电俘能单元，所述压电俘能单元固定安装在所述桥梁的箱梁内，所述压电俘能单元通过导线连接整流储能单元，所述压电俘能单元能够在所述桥梁受到动载荷振动时随之振动，由此产生电能，并由整流储能单元对电能进行整流和储存，从而对外输出稳定的电压。在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案: 所述压电俘能单元包括悬臂梁、压电片和质量块，所述悬臂梁的主体部分呈长方体状，所述悬臂梁的固定端上表面具有突出部位，所述突出部位铆接固定在所述桥梁的箱梁上，所述悬臂梁的自由端的连接质量块，所述压电片焊接在所述梁体的上下两个表面上，所述压电片通过导线连接所述整流储能单元。所述压电片铺满所述悬臂梁的梁体的上下两个表面。所述悬臂梁采用Q235制成。当所述压电俘能单元为多个时，所述多个压电俘能单元按照矩阵的形式固定安装在所述桥梁的箱梁内。所述压电俘能单元安装在所述桥梁上振动相对较大的箱梁内。所述整流储能单元包括三倍压整流电路和超级电容充电电路，所述三倍压整流电路将所述压电俘能单元产生的电能整为直流电，并放大电压，所述超级电容充电电路连接所述三倍压整流电路并存储其所产生的直流电。 所述三倍压整流电路由电容Cl、电容C2、电容C3、二极管Dl、二极管D3、二极管D4组成。所述超级电容充电电路由电容C7、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8和稳压二极管D9组成。所述整流储能单元还包括DC-DC升压电路，所述DC-DC升压电路由电容Cl、自感线圈L1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和直流转换器MAX1687组成。本专利技术的有益效果是:本专利技术利用压电材料的正向压电效应以及压电悬臂梁的放大效应，将桥梁因车辆等动载荷引起的形变放大，并将其转变为电信号，通过整流储能单元，将电信号处理为电能储存，再对周围用电设备供电。除此以外，本专利技术压电俘能单元采取矩阵形式锚固在桥梁震动相对较大的箱梁内在不影响桥梁整体结构性能的情况下，能够很好地收集桥梁的形变能。本专利技术创新性地采取收集桥梁因动荷载引起的形变能转变为电能来提供桥梁上附属设备用电，旨在减少桥梁对基本电网的依赖，节省能源，解决高压配电及远距离输电的一系列问题。【附图说明】图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为图1的侧视图。图3为三倍压整流电路和超级电容充电电路图。图4为DC-DC升压电路图。图5为MAX1678直流转换器的引脚功能表。【具体实施方式】参照附图。本专利技术的桥梁压电储能装置包括至少一个压电俘能单元7，压电俘能单元7固定安装在桥梁的箱梁I内，压电俘能单元7通过导线5连接整流储能单元6，压电俘能单元7能够在桥梁收到动载荷而振动时随之振动，从而产生电能，并由整流储能单元6对该电能进行整流和存储，从而对外输出稳定的电压。通常，压电俘能单元7都是设置多个的，多个压电俘能单元7按照矩阵排列的形式固定安装在桥梁箱梁的某些部位，这里的某些部位是指在桥梁正常使用阶段，当车辆通过时会产生较大振动和变形的箱梁内，例如桥梁上原理支柱的部位，更容易产生较大电能。压电俘能单元7包括悬臂梁2、压电片4和质量块3，悬臂梁2采用Q235A型钢材制作，其主体部分呈长方体状，长方体的悬臂梁2的长度为60cm，宽度为15cm，厚度为1cm，悬臂梁2的固定端的上表面具有突出部位，突出部位高出悬臂梁2的主体部分上表面10cm，其长度为5cm，该突出部位的上部通过铆接的方式固定连接在箱梁上。悬臂梁2的自由端固定连接质量块3，质量块3为重约2kg的金属块，质量块3与悬臂梁2紧密连接，当悬臂梁2发生振动时，二者也不会发生相对位移，质量块3的作用是放大悬臂梁2的震动幅度，使整个装置收集到的电量变大。压电片4焊接在悬臂梁2的主体部分的上下表面上，压电片4与悬臂梁2紧密粘合，且保持同步震动，二者具有相同的振幅、频率和形变时的曲率。压电片4布满在悬臂梁2的两个表面，并且通过导线串联起来。压电俘能单元7的工作原理如下:当车辆等外部荷载作用在桥面上时，桥面整体包括箱梁在压力作用下会发生形变，产生弯矩，此外由于动荷载的作用，还会使桥梁的箱梁I产生震动，箱梁I的震动通过悬臂梁2与箱梁I连接在一起的突出部分当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于悬臂梁结构的桥梁压电储能装置，其特征在于：所述压电储能装置包括至少一个压电俘能单元，所述压电俘能单元固定安装在所述桥梁的箱梁内，所述压电俘能单元通过导线连接整流储能单元，所述压电俘能单元能够在所述桥梁受到动载荷振动时随之振动，由此产生电能，并由整流储能单元对电能进行整流和储存，从而对外输出稳定的电压。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑宏煜，吕朝锋，姜硕，王斐，陈奕声，张昱轩，于静颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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