CN102369659A - 发电系统的瞬时吸收器 - Google Patents

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Abstract

一种车辆能量收获器，其包括一子单元，该子单元具有一形成一道路表面的上表面；一位于子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；一发电机，该发电机对应该由车辆启动的踏板的运动而生成能量；以及一个瞬时吸收装置，其连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。

Description

发电系统的瞬时吸收器
相关申请的交叉引用
本发明要求以下美国临时专利申请的优先权：2009年1月27日提交的、名称为“发电系统的瞬时吸收器”、申请号为61/147,747的美国临时专利申请，2009年1月27日提交、名称为“发电系统的天气响应性踏板锁止装置”、申请号为61/147,748的美国临时专利申请，2009年1月27日提交、名称为“低姿态表面安装发电系统”、申请号为61/147,749的美国临时专利申请，2009年1月27日提交、名称为“发电系统的车速探测装置”、申请号为61/147,750的美国临时专利申请，2009年1月27日提交、名称为“发电系统的往复弹簧装置”、申请号为61/147,752的美国临时专利申请，以及2009年1月27日提交、名称为“发电系统的无损短周期电存储装置”、申请号为61/147,754的美国临时专利申请。在此以引用的方式将上述临时专利申请的内容并入本发明中。
技术领域
本发明涉及收获车辆能量的设备及方法，更具体地讲，涉及一种用于收获车辆能量的能量发生系统的瞬时吸收器。
背景技术
尽管这些年来有多个组织提出了针对捕获经过车辆的能量的各种的设计方案，但真正实施的却很少。诸如效率、可靠性以及可制造性等都限制了车辆能量收获设备的实用性。此外，还有诸如车辆尺寸、车速、轴配置以及车道位置等因素的挑战，这些都极大的影响着试图捕获车辆动能的设备的运行以及将捕获的能量转换成可用形式的能量。
因此，需要提供一种具有改善的效率、可靠性、可制造性以及实用性的能量捕获装置和方法。还需要提供一种能够在将捕获得能量转换为可用形式的能量的过程中虑及不同车辆在车辆尺寸、车速、轴配置以及车道位置等参数上的差异的能量捕获装置和方法。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种新颖的车辆能量收获器，该收获器可以克服传统设备的诸多问题，从而相比传统的设备而言，更适用于现实世界的实施。
本发明的示例性实施例能够将车辆因下坡或出停车场而减速时所浪费的能量(一般都转化为热能)作有效地利用。该车辆能量收获器能够从驶过的车辆(或者刹车的车辆)吸收机械能量并将该机械能通过例如轴驱动电机转换为电能。
公开的实施例提供了一种车辆能量收获器以及能量发生系统，其安装简单，成本回收期短，并且可扩展。更具体地讲，公开的实施例可以提供一种简单且可靠的机械配置，该机械配置可以承受严酷的环境条件。低成本的系统配置还可提供更短的成本回收期，并因此令该系统更具可实施性，更适于实际应用。
此外，该系统的易安装性使得其更具可实施性，且更适于实际应用。与传统设备的几天的安装用时不同，本发明公开的实施例仅需要很少的挖掘或根本不需要挖掘并，从而可以在几个小时内安装完毕。
公开的实施例还可提供一种可扩展配置，这使其特别适合安装在下坡、停车收费口，小丘等位置。
一种实施例还可以包括对单元运行状态的监控，这种监控可以是周期性的也可以是每天二十四小时，每周七天，通过无线链路或其他有线或无线通信设备实现的。
本发明的实施例改善了系统在实际应用状态下的耐久性。本发明示例性的实施例能够承受在系统正常运行时的应力。本发明的实施例认识到很多因素都会降低系统正常使用下的耐久性，这些因素包括，例如，车辆以每小时60至70英里或更高的时速碰撞踏板，积累的冰限制踏板组件的自由运动，等等。
本发明的示例性实施例定位并解决了这些问题并改善了根据本发明的实施例基于踏板的能量转换系统的耐久性。
为了减少对踏板组件的磨损和撕裂，本发明的示例性的实施例可以包括一扭簧形式的瞬时吸收装置。在传统系统中，踏板驱动机构直接连接于一发电装置上。其结果是，由于与其连接的电力产生装置的惯性，高速车辆与踏板组件碰撞将对机械部件产生不适当的应力。本发明的示例性实施例，如图1所示，通过在一扭簧上存储踏板驱动输出，实质性地减少了在机械部件上的机械应力(推动力)，该扭簧在车辆驶过踏板后将其储存的能量释放到交流发电机。
本发明的一种示例性实施例涉及，例如一种车辆能量收获器，其包括一子单元，该子单元具有一形成一道路表面的上表面；一位于子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；一发电机，该发电机作为对该由车辆启动的踏板的运动的响应生成能量；以及一个瞬时吸收装置，其连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。
该车辆能量收获器可以包括一个连接于该由车辆启动的踏板的踏板齿轮，和安装在一个可转动轴上的驱动齿轮，该驱动齿轮啮合并被该踏板齿轮的运动驱动，其中该可转动轴连接于该发电机上。
该瞬时吸收装置可以是一个连接于该可转动轴和该发电机之间的扭簧。
一个飞轮连接于瞬时吸收装置，例如扭簧，和该发电机之间。
该车辆能量收获器可以包括一个安装于可转动轴上的驱动齿轮，其中该可转动轴连接于该发电机上，其中该驱动齿轮由该由车辆启动的踏板的运动驱动，以及其中该瞬时吸收装置将该由车辆启动的踏板连接到该驱动齿轮上。其中该瞬时吸收器是一个连接于该由车辆启动的踏板和该驱动齿轮之间的柔性连接。
本发明的一种示例性实施例涉及，例如一种车辆能量收获器，其包括多个子单元，每一个子单元具有一形成一道路表面的上表面；一位于多个子单元中的至少一个上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；一发电机，该发电机对应该由车辆启动的踏板的运动而生成能量；以及
一个瞬时吸收装置，其连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。
本发明的另一个示例性实施例涉及，例如一种车辆能量收获器，其包括一子单元，该子单元具有一形成一道路表面的上表面；一位于子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；一发电机，该发电机对应该由车辆启动的踏板的运动而生成能量；以及
一个瞬时吸收装置，用于吸收在该由车辆启动的踏板上运行的车辆的碰撞，该瞬时吸收装置连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。
附图说明
结合后附的附图研读下面的说明书，将更便于理解本发明各实施例的各方面及其特点，其中：
图1是车辆能量收获器的能量吸收器单元的俯视图。
图2是车辆能量收获器的一部分的立体图。
图3是车辆能量收获器的一部分的侧视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做完整的说明，其中附图示出了本发明的各实施例。当然，本发明也可以通过其他不同形式的实施例实现，因此不能仅在下文中已给出的实施例范围内理解本发明，更确切地讲，这些实施例的给出旨在全面完整地公开本发明，并向本领域普通技术人员完整地传达本发明的保护范围。
下面参照附图，附图1至3描绘了一种示例性的车辆能量收获器。
该示例性的实施例可以将车辆因下坡或出停车场而减速时所浪费的能量(一般都转化为热能)作有效地利用。该车辆能量收获器能够从正在通过(或减速)的车辆吸收机械能并将机械能变换为电能，例如，利用轴驱动发电机。将机械能变换为电能的其他方式也是可以预期的。一个示例性的情况是，来自发电机的电能可以变换、计量，并供应到商业电网。另一个示例性的情况是，每个站点可以安装无线通信以监控系统的状态和/或输出。
能量吸收器配置
所公开的实施例可包括具有集成的发电机的单独装置。也可采用例如是分体式发电机的其他发电机配置。
如图1所示，车辆能量收获器单元10可以是薄型表面贴装装配。该车辆能量收获器单元10可以包括一进口坡道12和一出口坡道14。该车辆能量收获器单元10可以包括多个子单元16，每个子单元可以包括一个或更多的由车辆启动的踏板18。在一个实施例中，每个子单元16可以分别包括一个发电机单元20。
在其它实施例中，该车辆能量收获器单元10可以安装到路面里。该表面贴装装配可以要求最小的安装工作。另外，单元的数量可根据道路/减速的需要衡量。在一实施例中，可为各发电机单元20提供一公用的能量汇总/转换单元22。可通过简单的电缆连接24将各发电机单元20与公用的能量汇总/转换单元22连接在一起。可通过设置故障安全配置保护系统不受单个单元故障的影响。
能量转换单元
在一个公开的实施例中，该独立的吸收器子单元16可以经由电缆组件24连接。输入的能量可被汇总并应用于无损逆变器单元。该能量可被立即转换为可传输至电网的形式。该输出可被计量并应用于电网作传输。
吸能器单元的运行
参见图2，车辆能量收获器单元10的子单元16的一实施例可包括具有踏板齿轮30的弹簧装载踏板18，踏板齿轮30与驱动齿轮32相啮合。驱动齿轮32耦接于轴34上。运行时，一个或者多个车辆轮胎在滚过踏板18的过程中对弹簧装载踏板18施加向下的力。踏板齿轮30驱动多个驱动齿轮32使轴34转动。轴34上缠绕有扭簧36，进而吸收瞬间的踏板驱动力。一制转杆作为旋转末端锁定轴34。扭簧36使飞轮38旋转，进而始终传递踏板驱动的动力，以将输出提供给发电机40。飞轮38可使例如是液压泵的发电机40转动。发电机40这就可产生供出售/使用/存储的电能。
瞬时吸收装置
参见图2和图3，为了减少踏板组件的磨损和撕裂，一车辆能量收获器单元10的子单元16的示例性实施例可以包括一个扭簧形式的瞬时吸收装置，如图2和图3所示的。在传统系统中，踏板驱动机构通常直接连接到一发电装置上。
其结果是，由于与其连接的电力产生装置的惯性，高速车辆与踏板组件碰撞将对机械部件产生不适当的应力。本发明的示例性实施例，如图2和图3所示的，通过在扭簧36上存储踏板驱动输出，实质性地减少了在机械部件上的机械应力(推动力)，扭簧36在车辆驶过踏板18后将其储存的能量释放到交流发电机/发电机40上。
更特别地，扭簧36可以具有吸收快速移动的车辆撞击踏板18产生的推动力的优点。扭簧36还可以使踏板组件与所连接的飞轮38和交流发电机/发电机40的质量/惯性相隔离。扭簧36进一步可以以很小的损失将其储存的能量释放到该充电装置上。
如图3所示，在另一个实施例中，一个柔性连接42可以提供一个低成本的选择。在该实施例中，车辆撞击踏板18对踏板18施加力，使其在铰链端终点转动。充电系统的惯性阻止驱动齿轮32的转动。柔性连接42将成弓形(或弯曲，折曲等)以吸收推动力，然后将能量释放到充电系统(例如，交流发电机/发电机40)。
本发明已通过多个优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加都包含了本发明的落在了本发明的权利要求的范围中的部分。
相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。
本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本发明进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本发明所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化的或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。
在此使用的单数“一种”、“该”也意在包含复数形式，除非在上下文中另有清楚地说明。还需要理解的是，本申请文件中的术语“包括”例举所述的特征、整数、步骤、动作、部件及/或元件的出现，但并不排除一个或多个其他的特征、整数、步骤、动作、部件及/或元件，以及它们的组的出现或增加。在此用到的“及/或”包括一个或多个例举的相关项目的任意及所有组合。在此用到的词组如“X和Y之间”以及“大致在X和Y之间”应理解为包含X和Y，在此使用的词组“大致在X和Y之间”应理解为“在大致X和大致Y之间”。在此用到的“从约X到Y”应理解为“从约X到约Y”。
应当理解的是，当指出一部件“在另一部件上”、“附加于另一部件上”、“连接于另一部件上”、“耦接于另一部件上”、“与另一部件相接触”等，其可直接的“在另一部件上”、“附加于另一部件上”、“连接于另一部件上”、“耦接于另一部件上”、“与另一部件相接触”，也可能在两者间还有其他部件或中介部件。相反，如果指出一部件“直接在另一部件上”、“直接附加于另一部件上”、“直接连接于另一部件上”、“直接耦接于另一部件上”、“直接与另一部件相接触”，则表示没有中介部件。对于一般技术人员而言，一特征被设置于“临近”另一特征的位置上应可以理解为包括一特征与另一特征部分叠加或位于其下方的情况。
在本文中使用了诸如“之下”、“下方”、“靠下”、“之上”、“靠上”、“横向”、“左”、“右”等表示空间相对位置术语来说明如图中所示的一个部件或特征与另一部件或特征的位置关系。应当理解这些表示空间相对位置的术语意在包围设备在使用或运行过程中的不同定向，而这些定向是在附图已经示出的定向之外的。例如，如果将附图中的设备反转，则曾被表示为“位于另一部件或特征之下”、或“在另一部件或特征下方”的一个部件或特征，就因被表示为“位于另一部件或特征之上”了。还可以将设备作其他定向(如旋转90度或旋至其他方向)，则本文中的相对空间关系描述词则作对应的解释。
前述公开示出了本发明的多个具体实施方式，同时应该注意的是对本文中的实施例作不背离本发明的权利要求所定义的保护范围的各种变化也是可以的。依据本文中公开的实施例的方法，权利要求中的各功能、步骤及/或动作的执行时不需依照特定顺序的。此外，尽管本发明的各部件以单数的形式限定，但除有明确署名必须为单数限定外，应该理解复数形式的限定也是可以的。

Claims (20)

1.一种车辆能量收获器，包括：
一子单元，该子单元具有一形成一道路表面的上表面；
一位于子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；
一发电机，该发电机对应该由车辆启动的踏板的运动而生成能量；以及
一个瞬时吸收装置，其连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。
2.根据权利要求1所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收装置是扭簧。
3.根据权利要求1所述的车辆能量收获器，其中瞬时吸收装置是柔性连接。
4.根据权利要求1所述的车辆能量收获器，包括：一个连接于该由车辆启动的踏板的踏板齿轮；和安装在一个可转动轴上的驱动齿轮，该驱动齿轮啮合并被该踏板齿轮的运动驱动，其中该可转动轴连接于该发电机上。
5.根据权利要求4所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收装置是一个连接于该可转动轴和该发电机之间的扭簧。
6.根据权利要求5所述的车辆能量收获器，包括：一个连接于该扭簧和该发电机之间的飞轮。
7.根据权利要求4所述的车辆能量收获器，包括：一个连接于该瞬时吸收装置和该发电机之间的飞轮。
8.根据权利要求1所述的车辆能量收获器，包括：一个安装于可转动轴上的驱动齿轮，其中该可转动轴连接于该发电机上，其中该驱动齿轮由该由车辆启动的踏板的运动驱动，以及其中该瞬时吸收装置将该由车辆启动的踏板连接到该驱动齿轮上。
9.根据权利要求8所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收器是一个连接于该由车辆启动的踏板和该驱动齿轮之间的柔性连接。
10.一种车辆能量收获器，包括：
多个子单元，每一个子单元具有一形成一道路表面的上表面；
一位于多个子单元中的至少一个上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；一发电机，该发电机对应该由车辆启动的踏板的运动而生成能量；以及
一瞬时吸收装置，其连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。
11.根据权利要求10所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收装置是扭簧。
12.根据权利要求10所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收装置是柔性连接。
13.根据权利要求10所述的车辆能量收获器，包括：一个连接于该由车辆启动的踏板的踏板齿轮；和安装在一个可转动轴上的驱动齿轮，该驱动齿轮啮合并被该踏板齿轮的运动驱动，其中该可转动轴连接于该发电机上。
14.根据权利要求13所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收装置是一个连接于该可转动的轴和该发电机之间的扭簧。
15.根据权利要求14所述的车辆能量收获器，包括：一个连接于该扭簧和该发电机之间的飞轮。
16.根据权利要求13所述的车辆能量收获器，包括：一个连接于该瞬时吸收装置和该发电机之间的飞轮。
17.根据权利要求10所述的车辆能量收获器，包括：一个安装于可转动轴上的驱动齿轮，其中该可转动轴连接于该发电机上，其中该驱动齿轮由该由车辆启动的踏板的运动驱动，以及其中该瞬时吸收装置将该由车辆启动的踏板连接到该驱动齿轮上。
18.根据权利要求17所述的车辆能量收获器，其中该瞬时吸收器是一个连接于该由车辆启动的踏板和该驱动齿轮之间的柔性连接。
19.根据权利要求10该的车辆能量收获器，包括：一个在该收获器路面的第一端的入口坡道；和在该收获器路面的第二端的出口坡道，其中多个子单元形成一个薄型表面贴装装配，被设置为在车辆路面上的表面贴装。
20.一种车辆能量收获器，其包括：
一子单元，该子单元具有一形成一道路表面的上表面；
一位于子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够在第一位置与第二位置之间运动，其中，该第一位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成角度设置的位置，该第二位置为踏板的上表面相对道路表面的上表面成平齐设置的位置；一发电机，该发电机对应该由车辆启动的踏板的运动而生成能量；以及
一个瞬时吸收装置，用于吸收在该由车辆启动的踏板上运行的车辆的碰撞，该瞬时吸收装置连接于该由车辆启动的踏板和该发电机之间。
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