用于生成和分配來自壓電材料的能量的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及由壓電材料產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，主要應(yīng)用于在交通系統(tǒng)中提供能量。本發(fā)明降低了與在道路或車輛和行人交通系統(tǒng)中實(shí)施壓電系統(tǒng)相關(guān)的成本，這是因?yàn)樵谀承┣闆r下它們制造成模塊。其特征在于系統(tǒng)包括產(chǎn)生電能的壓電材料，用于所述的產(chǎn)生的電能的傳輸網(wǎng)絡(luò)和用于整流電流以進(jìn)行調(diào)整和其后續(xù)傳輸?shù)难b置。
【專利說明】用于生成和分配來自壓電材料的能量的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及通過壓電材料發(fā)電和配電的膜系統(tǒng)，具體涉及道路系統(tǒng)中的發(fā)電。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電是某些晶體材料經(jīng)受某些外加機(jī)械應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生與外加機(jī)械應(yīng)力成比例的電荷的能力。所述行為是Pierre and Jacques Curie在19世紀(jì)發(fā)現(xiàn)的。現(xiàn)今,所述材料在工業(yè)規(guī)模上被廣泛的應(yīng)用。絕大多數(shù)是其晶體結(jié)構(gòu)中含有鉛的陶瓷制品。
[0003]例如壓縮或甚至給壓電材料施加機(jī)械應(yīng)力的效果改變了分子的偶極矩，因此產(chǎn)生電勢(shì)差或電壓，因而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道了外加應(yīng)力和產(chǎn)生的電勢(shì)差之間本質(zhì)上是線性的關(guān)系。美國(guó)專利N0.7.830.071B2指出在所述材料中逆效應(yīng)也是有效的，也就是施加的電勢(shì)差可以轉(zhuǎn)化為所述壓電材料的形態(tài)變化。
[0004]傳統(tǒng)上壓電材料產(chǎn)生小電壓，因此它們通常用作例如美國(guó)專利7.075.215中所述的傳感器。然而，為了用作電源而創(chuàng)造具有能夠產(chǎn)生大量能量的能力的設(shè)置的壓電系統(tǒng)受到人們的極大關(guān)注。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)了用于所述目的的多個(gè)壓電材料的配置。然而，例如美國(guó)專利7，304，416B2所述，大多數(shù)情況下這些結(jié)果不太有效率，其具有低的耐久性，并且需要非常復(fù)雜的安裝過程。
[0006]在開發(fā)大規(guī)模的壓電式發(fā)電系統(tǒng)，尤其是將其在道路系統(tǒng)中實(shí)施的過程中，在施工技術(shù)方面產(chǎn)生了多種困難。其中一個(gè)困難是模塊化系統(tǒng)的實(shí)施，考慮到裝配元件的數(shù)量，該模塊化系統(tǒng)需要高成本和安裝時(shí)間。
[0007]因此，在提供有效的解決方案從位于道路系統(tǒng)中的壓電換能器獲得能量方面存在潛在的和未得到滿足的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明公開了從壓電材料的陣列壓電式發(fā)電和配電的系統(tǒng)，其本質(zhì)上設(shè)計(jì)為通過給所述材料施加機(jī)械作用而有效地產(chǎn)生能量。本發(fā)明的壓電材料包含以下內(nèi)容:
[0009]本發(fā)明的其中一個(gè)目的是降低與在道路或車輛和步行交通系統(tǒng)中實(shí)施壓電系統(tǒng)相關(guān)的成本，該壓電系統(tǒng)在一些情況下制造為模塊，例如US2010/0045111公開的一個(gè)，因此制造一個(gè)單獨(dú)的毯層(carpet)或一些膜類型的模塊化毯層部分，其內(nèi)部具有連接件和導(dǎo)體的陣列，該陣列將由任何壓電材料的變形產(chǎn)生的電脈沖傳輸至電子整流單元，并最終傳輸至配電或蓄電系統(tǒng)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開了一種壓電式發(fā)電和配電系統(tǒng)，在其優(yōu)選的實(shí)施例中包含由壓電材料的陣列構(gòu)成的膜模塊化系統(tǒng)。所述膜具有由任何傳輸電脈沖的導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)體的陣列，該電脈沖由施加給壓電材料的任何機(jī)械作用產(chǎn)生，也就是運(yùn)動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、壓力或產(chǎn)生電脈沖的任何材料變形，即壓電材料的特性效果。[0011]與使用彈簧系統(tǒng)和復(fù)雜的導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的其他發(fā)明相比，在使用膜的本發(fā)明的一實(shí)施例中，加工基元(manufacturing element)由具有熱記憶效應(yīng)的聚合物構(gòu)成,其內(nèi)部包括用于供電的導(dǎo)電材料的陣列。本發(fā)明的模塊化膜提供安裝方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及當(dāng)開發(fā)大規(guī)模的壓電式發(fā)電系統(tǒng)時(shí)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，壓電材料與傳輸由施加給壓電材料的任何機(jī)械作用產(chǎn)生的電脈沖的正極性和負(fù)極性導(dǎo)體連接。
[0013]在本發(fā)明的其中一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，壓電材料可以構(gòu)造為模塊化膜形狀的η X η矩陣，模塊化膜由涂覆有壓電材料的柔性熱塑性塑料材料制成。本發(fā)明的膜具有正極性和負(fù)極性導(dǎo)體的陣列，該導(dǎo)體將由施加給壓電材料的機(jī)械作用——也就是運(yùn)動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、壓力、或產(chǎn)生應(yīng)力和產(chǎn)生電脈沖的任何材料變形——產(chǎn)生的電脈沖傳輸至電子整流系統(tǒng)。
[0014]在本發(fā)明的其中一個(gè)實(shí)施例中，壓電材料設(shè)置為用于發(fā)電和配電的壓電材料的陣列，包含:(i)柔性模塊化膜上的壓電材料的矩陣。所述陣列可以由數(shù)層熱塑性塑料聚合物材料組成；(ii)每個(gè)矩陣陣列產(chǎn)生的壓電電能的傳輸網(wǎng)絡(luò)，其中所述網(wǎng)絡(luò)包含與每個(gè)陣列功能地連接的、負(fù)極和正極并聯(lián)的導(dǎo)電材料的布置；以及(iii)至少一個(gè)用于由所述壓電材料產(chǎn)生的壓電電能的調(diào)節(jié)和傳輸?shù)碾娏髡餮b置。
[0015]本發(fā)明可以隨著其在道路建設(shè)系統(tǒng)的混凝土和浙青道路中實(shí)施時(shí)所使用的方法而變化。
[0016]通過以下詳細(xì)的說明，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)勢(shì)將更加明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1顯示了用于壓電式發(fā)電的膜發(fā)電系統(tǒng)。
[0018]圖2顯示了壓電膜系統(tǒng)的細(xì)節(jié)圖。
[0019]圖3顯示了生成的壓電輸電網(wǎng)絡(luò)及其與膜的連接的視圖。
[0020]圖4顯示了安裝在道路系統(tǒng)中的用于壓電式發(fā)電的膜系統(tǒng)的視圖。
[0021]圖5顯示了安裝在道路系統(tǒng)中的用于壓電式發(fā)電的膜系統(tǒng)的視圖。
[0022]圖6顯示了膜類型的系統(tǒng)的柔性特性的視圖。
[0023]圖7顯示了膜的實(shí)施例的矩陣陣列的視圖。
[0024]圖8顯示了另一膜的實(shí)施例的另一矩陣陣列的視圖。
[0025]圖9顯示了如何將膜安置在道路上的視圖。
[0026]圖10顯示了如何將膜安置在道路上的另一視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明公開了由壓電材料來壓電式發(fā)電和配電的系統(tǒng)，其實(shí)質(zhì)上設(shè)計(jì)為通過給所述材料施加的機(jī)械作用來有效地產(chǎn)生能量。
[0028]壓電材料的陣列制造成具有正極性和負(fù)極性導(dǎo)體的膜形狀，正極性和負(fù)極性導(dǎo)體將由施加給壓電材料的機(jī)械作用——也就是運(yùn)動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、壓力或能夠產(chǎn)生電脈沖的任何材料變形一所產(chǎn)生的電脈沖傳遞到電子整流系統(tǒng)。
[0029]具體地參照?qǐng)D1，本發(fā)明的膜(5)是具有很小的厚度和幾乎沒有彎曲剛度的結(jié)構(gòu)元件。該膜(5)分層制造，其中所述層可以為一層結(jié)合在另一層上。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用兩層的結(jié)構(gòu)，一層是頂層，另一層是底層，其中所有層由熱記憶效應(yīng)聚合物制成。
[0030]如圖2所示，模塊化膜包括數(shù)個(gè)單元，該單元包含空腔(I )，該空腔(I)含壓電單元
(8)并具有大致圓柱形形狀。另外，膜具有一系列排布于膜上的、連接壓電單元(8)的連接件，這允許產(chǎn)生和分配由所述壓電單元產(chǎn)生的電力。
[0031]圖1顯示了本發(fā)明的其中一個(gè)膜實(shí)施例的陣列的表層結(jié)構(gòu)，其中顯示了膜(5)的空腔(1)，空腔(I)里面包括壓電單元(8)和連接件(4a和4b)(圖2和圖3所示)。
[0032]圖1指出了本發(fā)明的膜(5)的一實(shí)施例，其中顯示了位于膜(5)的表層的一系列連接件(4a和4b)。所述連接件(4a和4b)將來自壓電單元(8)的能量輸送至分別位于均為負(fù)極的每行空腔(I)之間以及均為正極的每行空腔(I)之間的第二連接件(3a和3b)，并從這里輸送至將能量輸送至電流整流模塊(6)的膜的兩個(gè)第三橫向連接件(2a和2b)。
[0033]用于制造膜層的材料由其形狀可以是熱致的任何天然或合成的聚合物制成，例如:聚合物或合成橡膠，其是任何類型的天然來源的或人造來源的的人造彈性體，例如苯乙烯、丁二烯、3- 丁二烯、2-甲基-1，3- 丁二烯、2-氯-1，3- 丁二烯、異丁烯。涂覆膜(5)的外層優(yōu)選由熱記憶效應(yīng)聚合物構(gòu)成，它們可以變形和隨后恢復(fù)至其初始形狀，傳遞由經(jīng)過膜
(5)的車輛的重量引起的變形產(chǎn)生的電能。
[0034]本發(fā)明的模塊化膜便于大規(guī)模的壓電式發(fā)電系統(tǒng)的安裝和加工。本發(fā)明允許降低與在道路或行人和車輛運(yùn)輸系統(tǒng)中實(shí)施壓電系統(tǒng)相關(guān)的成本。本發(fā)明的膜可以制成為毯層或數(shù)個(gè)膜類型的模塊化毯層部分，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由一批傳遞由施加給壓電材料陣列的任何部分的任何機(jī)械作用所產(chǎn)生的電脈沖的連接件和導(dǎo)體構(gòu)成。產(chǎn)生的電勢(shì)向電子整流單元傳導(dǎo)并最終傳導(dǎo)至配電或蓄電系統(tǒng)。
[0035]在本發(fā)明的膜用于浙青或混凝土地面中的那些實(shí)施例中，當(dāng)布置膜同時(shí)放置浙青或混凝土材料時(shí)，也就是在道路的施工階段的過程中，執(zhí)行用于發(fā)電的設(shè)置。由于在道路建設(shè)階段和在道路上安裝壓電膜的過程中的模塊性，本發(fā)明的壓電材料膜提供了安裝的速度和簡(jiǎn)易性上的優(yōu)勢(shì)。
[0036]本發(fā)明的膜允許在每面積/表面單位中包括大量的壓電單元，這就保證了車輛在安裝完成的道路上運(yùn)輸?shù)倪^程中由壓電材料和道路上的車輛之間的接觸面積導(dǎo)致的更大比例的激活。因?yàn)楸景l(fā)明允許在道路上安裝大量的壓電膜，這方便和降低獲取能量時(shí)的成本，這也允許獲取道路系統(tǒng)中的活動(dòng)的信息。因此，可以獲得關(guān)于在道路上的車輛的重量、速率和其它動(dòng)態(tài)測(cè)量值的精確數(shù)據(jù)的信息，而且，這些數(shù)據(jù)從每個(gè)壓電材料的電壓生成中獲得。
[0037]通過對(duì)應(yīng)于η X η矩陣陣列的空腔(I)的數(shù)量得出膜(5)的尺寸，其中η隨著道路的尺寸或?qū)⒁惭b的用于發(fā)電的面積而變化。每個(gè)空腔(I)之間的距離可以根據(jù)發(fā)電需要而變化(空腔越多，系統(tǒng)具有的單位區(qū)域的發(fā)電能力越大)，因?yàn)樗鼘⒅苯右蕾囉诘缆访娣e、道路長(zhǎng)度、安裝該系統(tǒng)處的地理位置、道路安裝時(shí)間和道路建設(shè)過程中的天氣條件。
[0038]圖2和圖3詳細(xì)顯示了位于膜(5)的空腔(I)內(nèi)部的壓電單元(8)，其中空腔(I)的底部(9a)至它的外表面(9b)的距離可以隨著的位于凸起內(nèi)部的壓電單元(8)中的壓電材料的數(shù)量和大小而改變。優(yōu)選將膜內(nèi)的所有嵌入式材料涂覆納米涂層，該涂層水密封了所有表面因此使材料免受任何由濕氣或水引起的情況。壓電材料(8)的數(shù)量和尺寸取決于在道路基礎(chǔ)設(shè)施的項(xiàng)目設(shè)置內(nèi)應(yīng)用的類型。[0039]如前所述，壓電材料可以根據(jù)它們的使用和應(yīng)用由多層制成。在本發(fā)明不同的實(shí)施例中，壓電材料可以包含一定尺寸的晶體，當(dāng)壓電材料是正方形時(shí)該晶體大約為I平方厘米，厚度大約為2毫米并具有多個(gè)微層的子結(jié)構(gòu)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，微層可以是500或更多。這些壓電材料可以產(chǎn)生介于0.2伏至100伏之間的電勢(shì)。
[0040]圖2和圖3顯示了壓電單元(8)可能具有的至少兩個(gè)幾何實(shí)施例。圖2顯示了壓電單元(8)是圓柱形的實(shí)施例，圖3顯示了壓電單元(8)是矩形的實(shí)施例。在其它實(shí)施例中，壓電單元(8)的幾何結(jié)構(gòu)可以是任何其它形狀，只要其兩個(gè)面的面積比其它面的面積大。在圖2所示的實(shí)施例中，壓電單元(8)的負(fù)極和正極通過焊點(diǎn)附接于導(dǎo)體，該導(dǎo)體可以是銅、金、鋁或任何其它導(dǎo)體材料(7a)和(7b)。壓電單元(8)之間的連接點(diǎn)由到用于正極面(Ila)和用于負(fù)極面(Ilb)的任何導(dǎo)電材料細(xì)絲的焊點(diǎn)制成。連接件將電流傳遞至終止于連接件網(wǎng)絡(luò)(4a)和(4b)的連接處的其它連接件(IOa)和(10b)。參照?qǐng)D3，壓電單元(8)的兩極通過焊點(diǎn)附接于用于正極(Ilc)和用于負(fù)極(Ild)的任何導(dǎo)電材料的細(xì)絲，它們終止于用于正電流和負(fù)電流的連接件網(wǎng)絡(luò)(4a)和(4b)的連接處。
[0041]對(duì)于用于重量級(jí)運(yùn)輸?shù)牡缆废到y(tǒng)，可以減少壓電材料的層，相反，對(duì)于用于輕量級(jí)車輛的道路系統(tǒng)可以增加壓電材料的層的數(shù)量。至于混合交通道路系統(tǒng)(重量級(jí)車輛和輕量級(jí)車輛)，壓電材料的層的陣列可以插入在nax Ii1的空腔矩陣(I)(見圖7)的較大尺寸和較小尺寸之間，其中Ii1空腔(I)對(duì)應(yīng)于針對(duì)重量級(jí)車輛設(shè)計(jì)的所有的壓電陣列，其中na空腔(Ia)對(duì)應(yīng)于針對(duì)輕量級(jí)車輛的所有的壓電陣列。
[0042]圖8顯示了道路運(yùn)輸通常均勻情況下的方案，其中η空腔(I)的幾何結(jié)構(gòu)在整個(gè)膜中用在了相似數(shù)字的嵌入式壓電材料上。
[0043]圖4和圖5分別顯示了用于公共和私人道路的道路基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中的膜(5)布局的實(shí)施例。圖4顯示了膜是如何并入基于的混凝土、浙青或用于道路建設(shè)的其它材料道路基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中的，其中均質(zhì)的固體基礎(chǔ)(12a)包含任何道路基礎(chǔ)設(shè)施中使用的建設(shè)材料。層(12b)的下面是由塑性或熱塑性塑料聚合物制成的第三層(13)，它的功能是當(dāng)每個(gè)車輛經(jīng)過時(shí)為膜(5)提供穩(wěn)定性，將重量分配在每個(gè)空腔(I)上的更充足的區(qū)域中。層(13)還保護(hù)電壓整流模塊(6)和它的正極和負(fù)極連接組件(14a和14b)。連接件(14a和14b)通過朝向集電和輸電系統(tǒng)的、由圓錐形PVC材料覆蓋的開口(15)被導(dǎo)向道路的外部。
[0044]為了在運(yùn)輸和安裝過程中多樣性的目的，圖6顯示了其中顯示膜(5)的柔韌性的系統(tǒng)。同樣地，相比于其它發(fā)電系統(tǒng)，膜類型的系統(tǒng)具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，由于該膜由層制成并與壓電材料、電流整流單元和傳輸產(chǎn)生的電流和信號(hào)的連接件組裝在一起，膜類型的系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)可以大規(guī)模的制造和生產(chǎn)，。
[0045]圖9和圖10顯示了本發(fā)明的膜系統(tǒng)在基于浙青、混凝土或任何其它在道路系統(tǒng)中使用的材料的基礎(chǔ)設(shè)施中的安裝過程的方案。圖9顯示了被認(rèn)為是壓電材料的應(yīng)用客體的區(qū)域。首先，必須移除顯示為(12a)的粒料基層中的浙青層，目的是隨后將膜(5)安置作為所述區(qū)域上的毯層。在道路(18)已經(jīng)制成的情況下，膜(5)必須安裝在粒料基層上(粒料基層是所述的混合了巖石的砂粒并由柔性塑性材料覆蓋的地面)，目的是隨后將膜(5)作為毯層布置。如果正在建設(shè)，就不需要準(zhǔn)備道路或任何材料切割，而是將膜簡(jiǎn)單地布置在道路的建設(shè)層之間。
[0046]圖10顯示了沿著道路上選擇的區(qū)域進(jìn)行的膜的安置。一旦準(zhǔn)備好道路，必須以兩極準(zhǔn)備與道路兩側(cè)的整流系統(tǒng)連接的方式預(yù)先安裝連接件(14a)和(14b)。一旦膜(5)安裝作為毯層，在連接件(14a)和(14b)的正極和負(fù)極與整流單元(6)間產(chǎn)生連接點(diǎn)的連接，整流單元(6)可以根據(jù)根據(jù)所需的應(yīng)用類型嵌入或位于浙青、混凝土或任何其它的在道路基礎(chǔ)設(shè)施中使用的元件的上面。
[0047]一旦將膜(5)毯層布置于道路上，根據(jù)道路建設(shè)操作標(biāo)準(zhǔn)，有可能將高度柔韌的環(huán)氧樹脂材料(epoxy highly flexible material)倒入位于膜(5)上的熱塑性塑料(13)材料層，目的是保證壓電單元(8)中的每一個(gè)上的重量的均勻性，該過程之后進(jìn)行浙青或混凝土(12b)工序，目的是完全覆蓋膜(5)。
[0048]用于制造連接件的材料其中包括:銀、銅、金、鋁、鎳、鋅、黃銅、鐵、磷、青銅、錫、鉛、鎳鋁青銅、鋼、離子液體/電解質(zhì)、銅酸鹽鈣鈦礦和陶瓷衍生物，該連接件轉(zhuǎn)移由壓電材料的正極和負(fù)極產(chǎn)生的電能并嵌入在膜內(nèi)。
[0049]用作晶體或壓電陶瓷的材料可以包括以下材料:鋯酸鹽、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鎂、鈮酸鹽、陶瓷衍生物、鈦酸鋅鉛、銀酸鎂鉛、鑭鈦酸鉛(lead-lantanate-titanate)、晶體鈦酸鉛、鎂、單晶鈮酸鹽、鈦酸鉛、鈮酸鋅、鈦酸鋇、鍶、鈮酸鋇、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋇、鉛、聚偏氟乙烯、聚酰胺、納米管、合成的或碳基天然結(jié)構(gòu)的薄片或電橋、氧化鋅薄片或電橋。
[0050]用于道路建設(shè)過程的、有可能執(zhí)行本發(fā)明的有效利用的材料是:抗涂鴉橋梁支座涂料潤(rùn)滑劑(ant1-graffiti bridge bearing coating lubricant)、娃酮密封膠、鋼結(jié)構(gòu)橋式涂料、裂縫密封膠、支持彈性體、膨脹潤(rùn)滑膠、鉛保護(hù)漆、水密封系統(tǒng)、表面處理系統(tǒng)、聲音和染色劑阻擋型木材、浙青毯層、浙青乳劑、浙青試劑、道路添加劑、檢定來源的水泥和混合水泥(cement and mixed cement certified sources)、檢定來源的粉煤灰(fly ashcertified sources)、鋼廠廢洛(steel mill sludge)、混凝土添加劑、爐洛源、混凝土錨錠(concrete anchors)、灌燒混凝土、混凝土外加劑、混凝土添加劑、混凝土、環(huán)氧樹脂材料、脫模劑、用于維修的硬化材料、特殊表面處理系統(tǒng)、濕度密封膠聚合物裝置(humiditysealant polymeric sets)、粘合劑、鍍鋅電極修補(bǔ)漆和任何其它由美國(guó)運(yùn)輸部(DOT)認(rèn)可的材料。
[0051]用于由壓電材料產(chǎn)生的電勢(shì)的整流系統(tǒng)可以包含任何電子元件或系統(tǒng)，其允許對(duì)高電壓和大電流的整流，目的是整流AC (交流)或DC (直流)電流，例如本領(lǐng)域通常使用的電壓整流器。在優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用包括積累由壓電材料產(chǎn)生的電勢(shì)的電容器、用于整流產(chǎn)生的信號(hào)的二極管陣列、和線圈或電感器的電子電路，以便積累產(chǎn)生的電勢(shì)。
[0052]本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)能夠供給發(fā)電和配電環(huán)境中的一些類型的系統(tǒng)，即:
[0053]1.給街道照明系統(tǒng)供電；
[0054]2.給街道安全系統(tǒng)供電，例如給檢測(cè)相機(jī)、速度檢測(cè)相機(jī)、運(yùn)動(dòng)相機(jī)、一般光式樣、紅外相機(jī)、熱視覺相機(jī)、夜視覺相機(jī)等；
[0055]3.給傳感器供電，其中包括任何類型的多重物理事件的傳感器；
[0056]4.給道路基礎(chǔ)設(shè)施工程附近位置的基礎(chǔ)設(shè)施供電；
[0057]5.供給AC或DC發(fā)電機(jī)；以及
[0058]6.由車輛產(chǎn)生的電能的傳輸輸送至車輛交通道路附近建設(shè)的輸電基礎(chǔ)設(shè)施。
[0059]本發(fā)明的壓電材料的使用允許提供來自輸電的應(yīng)用，S卩:道路基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中的重量的檢測(cè)、道路基礎(chǔ)設(shè)施中容量的檢測(cè)、道路基礎(chǔ)設(shè)施中溫度的檢測(cè)、道路基礎(chǔ)設(shè)施中PH的檢測(cè)，以及道路基礎(chǔ)設(shè)施中速度的檢測(cè)。
[0060]同樣地，可以同樣地推導(dǎo)出通過本發(fā)明的壓電材料的輸電的智能應(yīng)用，S卩:用于檢測(cè)道路破壞性事件(道路基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)段或區(qū)域的破壞)的系統(tǒng)和先進(jìn)的方法、由機(jī)動(dòng)車輛引起的事故預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)、速度限制的預(yù)防方法和系統(tǒng)、道路表面信號(hào)系統(tǒng)和方法、wif1、藍(lán)牙、紅外、RFID (無線射頻識(shí)別)、GPS (全球定位系統(tǒng))、GPRS (通用分組無線業(yè)務(wù))通信系統(tǒng)，以及其它用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪x擇。
[0061]實(shí)施例
[0062]將本發(fā)明置于僅具有單車道(3.5米寬)的道路上，其中壓電模塊化膜沿著一公里長(zhǎng)度嵌入。每個(gè)模塊化膜的尺寸制造為3.3米寬、15米長(zhǎng)，達(dá)到平均為67個(gè)完整的膜單元，其具有67個(gè)電流整流單元、分配和儲(chǔ)存由67個(gè)膜單元產(chǎn)生的電力的系統(tǒng)。
[0063]每公里的安裝的膜中總共包含12，000個(gè)壓電晶體，每個(gè)晶體的尺寸為I平方厘米、2毫米厚，每個(gè)晶體主要含有600個(gè)微層，每個(gè)微層65微米厚，其中每個(gè)微層具有不同的正極和負(fù)極。晶體的極性是間生的，一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極。在平均質(zhì)量為300千克-50噸的運(yùn)動(dòng)過程中，每個(gè)晶體上在平均0.5秒的過程中分別產(chǎn)生的能量在0.0005和1.5瓦范圍內(nèi)?？梢哉鞯拿總€(gè)晶體的電壓在0.2和80伏范圍內(nèi)，由每個(gè)壓電材料與每個(gè)連接件的連接引起的電能的損耗在由壓電材料產(chǎn)生的總電能的5-15%的范圍內(nèi)，當(dāng)將整流系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)互相連接時(shí)產(chǎn)生的損耗在7-15%的范圍內(nèi)。系統(tǒng)的能量損失總計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)的5-30%的范圍內(nèi)。每個(gè)壓電元件和其各自的連接件必須涂覆可以由納米結(jié)構(gòu)一直到上述的微觀結(jié)構(gòu)制成的絕緣材料層。
[0064]應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不被所述的和說明的實(shí)施例限制，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是存在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的變化和可能的修改，本發(fā)明僅僅由以下權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種使用壓電材料的發(fā)電和配電系統(tǒng),其特征在于,包含: a.多個(gè)壓電單元； b.涂覆壓電單元的聚合物材料；以及 c.連接壓電單元的正極和負(fù)極端子的網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還具有與網(wǎng)絡(luò)連接的整流系統(tǒng)，其校正壓電單元的正極和負(fù)極端子之間產(chǎn)生的電勢(shì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電材料和導(dǎo)電材料涂覆有密封劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)是模塊化的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，聚合物材料包括多個(gè)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中一層包含具有熱誘導(dǎo)記憶效應(yīng)的聚合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)實(shí)施于由選自浙青和混凝土的材料制成的道路結(jié)構(gòu)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，膜安裝在道路的粒料基層和表面層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，壓電材料選自以下材料組成群組:鋯酸鹽、鈦酸鋇、鈦酸鉛、鎂、鈮酸鹽、陶瓷衍生物、鈦酸鋅鉛、鈮酸鎂鉛、鑭鈦酸鉛、晶體鈦酸鉛、鎂、單晶鈮酸鹽、鈦酸鉛、鈮酸鋅、鈦酸鋇、鍶、鈮酸鋇、鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋇、鉛、聚偏氟乙烯和聚酰胺。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，由壓電材料產(chǎn)生的電勢(shì)用作以下系統(tǒng)中的電源:重量和速度傳感器、雷達(dá)、GPS或GPRS信號(hào)傳送器、廣告元件、道路語音和數(shù)據(jù)傳輸裝置、道路信號(hào)裝置、道路照明設(shè)施、報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站、電動(dòng)汽車電源充電器和家用電器充電器。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK103959635SQ201280046730
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月25日
【發(fā)明者】埃斯特班·馬林·拉米雷茲 申請(qǐng)人:特雷沃特賽斯公司