CN102369660A - 用于发电系统的无损短周期电存储装置 - Google Patents

用于发电系统的无损短周期电存储装置 Download PDF

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Abstract

一种车辆能量收获器，包括一具有一形成道路表面的上表面的子单元；一位于该子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板可在一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；一发电机，该发电机因该由车辆启动的踏板从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，一与该发电机耦接的电容器，该电容器存储由该发电机产生的能量。

Description

用于发电系统的无损短周期电存储装置
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”的申请号为61/147,747的美国临时专利申请，2009年1月27日提交的、名称为“发电系统的天气响应性踏板锁止装置”的申请号为61/147,748的美国临时专利申请，2009年1月27日提交的、名称为“低姿态表面安装发电系统”的申请号为61/147,749的美国临时专利申请，2009年1月27日提交的、名称为“发电系统的车速探测装置”的申请号为61/147,750，的美国临时专利申请，2009年1月27日提交的、名称为“发电系统的往复弹簧装置”的申请号为61/147,752，的美国临时专利申请，以及2009年1月27日提交的、名称为“发电系统的无损短周期电存储装置”的申请号为61/147,754，的美国临时专利申请。
技术领域
本发明指向收获车辆能量的装置和方法，特别指向一种用于收获车辆能量的具有基本无损的短周期电存储装置的发电系统。
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的设备的运行以及将博获得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的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
本发明指出了这样和那样的问题，本发明提供了一种新颖的可克服传统装置存在的问题的车辆能量收获器，并因此较传统装置更适合真实世界实施。
本发明的实施方式可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。该车辆能量收获器可吸收来自驶过(或减速)车辆的机械能，并例如是可通过轴驱动发电机将机械能转换为电能。
所说明的实施方式提供一种车辆能量收获器和发电系统，该发电系统易于安装，具有短投资回收期，及具有可扩展的配置。更特别的是，所说明的实施例可提供一种简单且可靠的可经受恶劣环境的机械配置。该系统的低成本配置可加快系统的投资成本回收，并因此使该系统更实用且值得实际应用。
附加地，系统的易于安装性也使系统更实用且值得实际应用。所说明的实施方式需要少量的或者无需挖掘操作，并可在数小时内完成安装，而不像传统装置那样需要多天的安装时间。
所说明的实施方式也可提供一种可扩展的配置，这在例如是驶出坡道、停车广场、斜坡及其他场所的位置处使用时是特别有利的。
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，每周七天监测单元的状态或运行。
该实施方式在实用的基础上改善了的系统耐久性。本发明的实施方式可在正常使用期间承受系统内的应力。
该实施方式也可通过提供基本无损的短周期电存储装置提高转换效率并降低系统的维护和运行成本。
本发明的一种实施方式例如是指向一种车辆能量收获器，其具有一形成道路表面的上表面的子单元；一位于该子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板可在一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；一发电机，该发电机因该由车辆启动的踏板从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，一与该发电机耦接的电容器，该电容器存储由该发电机产生的能量。
本发明的另一种实施方式例如是指向一种车辆能量收获器，其包括多个子单元，各子单元具有一形成一道路表面的一上表面；位于该多个子单元上的多个由车辆启动的踏板，该多个由车辆启动的踏板可在一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；多个发电机，该多个发电机因该多个由车辆启动的踏板中的每一个从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，多个与多个发电机耦接的电容器，该多个电容器存储由该多个发电机产生的能量。
本发明的另一种实施方式例如是指向一种车辆能量收获器，其包括一具有一形成道路表面的上表面的子单元；一位于该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一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；一发电机，该发电机因该由车辆启动的踏板从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，用于存储由该发电机产生的能量的与该发电机耦接的短周期电存储装置。
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为一示例性车辆能量收获器的能量吸收器单元的俯视图。
图2为一示例性车辆能量收获器的一部分的立体示意图。
图3为一示例性车辆能量收获器的无损能量转换系统的示意图。
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，更确切的讲，这些实施例的给出旨在全面完整的公开本发明，并向本领域普通技术人员完整的传达本发明的保护范围。
现在参照附图1至4说明车辆能量收获器的具体实施例。
该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。该车辆能量收获器可吸收来自驶过(或减速)车辆的机械能，并例如是可通过轴驱动发电机将机械能转换为电能。在此也可采用其他的将机械能转换为电能的装置。在一实施例中，来自发电机的电能可被转换，计量，及提供给商业电网。在另一实施例中，各站点可通过配置无线通讯监测系统的状态及/或输出。
能量吸收器配置
所说明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可是低姿态的表面安装装配。车辆能量收获器单元10可包括一驶入坡道12和一驶出坡道14。车辆能量收获器单元10可包括多个分别具有顶面或者行驶面17的子单元16。各子单元可分别包括一个或者多个由车辆启动的踏板28。在一实施例中，各子单元16可分别包括一发电机单元20。
在其他的实施例中，可将车辆能量收获器单元10设置在路面内。表面安装装配最易于实施。附加的是，单元的数量可根据道路/停车的需要衡量。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
在一说明的实施例中，单个的吸收器单元16可通过电缆组件24连接。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。
吸收器单元的运行
参照图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。
无损短周期电存储装置
参照图3，现在将说明为车辆能量收获器单元10产生的电能提供改进的短周期电存储的实施例。
通常，许多可获得的电转换装置将电池作为用于存储能量收获器产生的电能的存储装置。由于车辆能量收获器单元10的实施例高度模块化，且各踏板子单元16在单个的下压期间产生相对少的电能，因此，如图4所示的实施例，可将大容量电容器(例如50)作为存储装置。该种电容器(例如50)可为实现接近无损(例如无损或者基本无损)作出重要的贡献。附加地，该种电容器(例如50)可能需要在系统的使用寿命期间进行更换的次数可被减少或者消除。对比之下，采用电池的传统系统可能需要在系统的整个使用寿命期间定时地更换，致使维护和运行成本增加。
在一实施例中，各踏板子单元16可在每次车辆通过系统并触发踏板18时产生并存储电荷。该电荷可被存储在适当容量的电容器中(例如50)。电容器(例如50)可经简单的电缆组件连接至中央收获单元，该中央收获单元接收输出，并将该输出与来自其他踏板组件(例如子单元16)的输出合并在一起。
图3示出了无损能量转换系统100的一实施结构。参照图1至3说明示例性的无损能量转换系统的运行。
在运行过程中，驶来的车辆的重力向踏板17施加一向下的力。系统将踏板17的向下运动在永磁发电机(PMA)40处转换为旋转力。PMA40将机械能转换为电能。PMA40的输出可由整流装置52进行整流，并为例如是一个或者多个高容量电容器的电存储装置50充电。可通过设置一微控制器单元(MCU)(未示出)控制功率调整电路54，以为诸如高频逆变器等逆变器单元56提供恒定的输出。逆变器单元56可将输入电能转变为适当形式的AC电能，例如是适合于出售给当地的公共事业公司(例如60)的形式。可对输出电能进行计量(例如58)，供生成账单和管理等(例如62)使用。
通过提供基本无损的短周期电存储装置(例如50)，这些实施例在改进系统转换效率及降低系统维护和运行成本方面，及其他问题方向提供了重要的有利条件。
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。公知的功能或结构出于简要及/或清楚方面的考虑或不再赘述。
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含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。

Claims (19)

1.一种车辆能量收获器包括：
一具有一形成道路表面的上表面的子单元；
一位于该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一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；
一发电机，该发电机因该由车辆启动的踏板从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，
一与该发电机耦接的电容器，该电容器存储由该发电机产生的能量。
2.根据权利要求1的车辆能量收获器，其中，该电容器是一大容量电容器。
3.根据权利要求1的车辆能量收获器，包括一与该电容器相耦接的中央收获单元。
4.根据权利要求3的车辆能量收获器，其中，该中央收获单元经由一电缆组件与该电容器耦接。
5.根据权利要求3的车辆能量收获器，其中，该中央收获单元与一第二电容器耦接，其中，该中央收获单元合并该电容器的输出与该第二电容器的输出。
6.根据权利要求1的车辆能量收获器，其中，该发电机是一永磁发电机(PMA)。
7.根据权利要求1的车辆能量收获器，包括：一整流装置，该整流装置耦接于该发电机和该电容器之间。
8.根据权利要求7的车辆能量收获器，包括：一功率调整电路，该功率调整电路与该电容器的一输出耦接。
9.根据权利要求8的车辆能量收获器，包括：一逆变器单元，该逆变器单元与该功率调整电路的一输出耦接。
10.根据权利要求9的车辆能量收获器，包括：一功率表，该功率表与该逆变器单元的一输出耦接。
11.一种车辆能量收获器，包括：
多个子单元，各子单元具有一形成一道路表面的一上表面；
多个位于该多个子单元上的由车辆启动的踏板，该多个由车辆启动的踏板分别能够在一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；
多个发电机，该多个发电机因该多个由车辆启动的踏板动中的每一个从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，
多个与多个发电机耦接的电容器，该多个电容器存储由该多个发电机产生的能量。
12.根据权利要求11的车辆能量收获器，包括一与该多个电容器耦接的中央收获单元。
13.根据权利要求12的车辆能量收获器，其中，该中央收获单元经由一电缆组件与该多个电容器的各电容器耦接。
14.根据权利要求12的车辆能量收获器，其中，该中央收获单元合并多个电容器的输出。
15.根据权利要求11的车辆能量收获器，包括：一整流装置，该整流装置耦接于该多个发电机的各发电机和该多个电容器的各电容器之间。
16.根据权利要求15的车辆能量收获器，包括：一功率调整电路，该功率调整电路与该多个电容器的一输出耦接。
17.根据权利要求16的车辆能量收获器，包括：一逆变器单元，该逆变器单元与该功率调整电路的一输出耦接。
18.根据权利要求17的车辆能量收获器，包括：一功率表，该功率表与该逆变器单元的一输出耦接。
19.一种车辆能量收获器，包括：
一具有一形成道路表面的上表面的子单元；
一位于该子单元上的由车辆启动的踏板，该由车辆启动的踏板能够可在一第一位置和一第二位置之间运动，在该第一位置处，该踏板的一上表面相对道路表面的该上表面具有一角度，在该第二位置处，踏板的该上表面与道路表面的该上表面平齐；
一发电机，该发电机因该由车辆启动的踏板从该第一位置运动至该第二位置处及从该第二位置运动至该第一位置处而产生能量；以及，
用于存储由该发电机产生的能量的与该发电机耦接的短周期电存储装置。
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