CN102369661B - 用于发电系统的往复弹簧装置 - Google Patents

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Abstract

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;以及,一发电机,该发电机对应该由车辆启动的踏板的从该第一位置至该第二外置以及从该第二位置至该第一位置的运动而生成电能。

Description

用于发电系统的往复弹簧装置
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“发电系统的暂时吸收器”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“发电系统的根据天气作用的踏板锁定装置”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“发电系统的无损短期电存储装置”的申请号为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往复弹簧装置的发电系统。
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匝道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(或者减速的车辆)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匝道、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。本发明的具体实施例还改善了能量转换系统的转换效率。
为了减轻踏板组件的磨损及撕裂现象的发生,一实施例包括一扭簧形式的瞬时吸收装置,在传统系统中,该踏板驱动机构通常与一发电装置直接连接。这样,由于与踏板驱动机构连接的发电装置的惯性作用,高速车辆在与踏板组件碰撞时将在机械元件上施加过度的应力。本发明的如图1所示的实施例通过利用扭簧存储踏板驱动输出充分地降低了施加于机械元件上的压力,扭簧将在车辆驶过踏板后将其存储的能量释放给发电机。
为了改善转换效率,系统可以包括一具有多个踏板单元的转换单元,踏板单元具有不那么突出的部件或元件,这些部件或元件尽可能轻轻地且静静地吸收车辆动能。这样,减小了示例系统的破坏性,从各踏板得来的能量的实际量相对破坏性较强的设计可能相对少或者被降低。因此,本发明的实施例提供了提高系统转换车辆动能的效率的其他的优势。为了达到此点,示例性实施例可以改善系统将通过的一辆或多辆车的动能转换为有用的能量的效率。
本发明的一种实施例指向例如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;以及,一发电机,该发电机对应该由车辆启动的踏板的从该第一位置至该第二外置以及从该第二位置至该第一位置的运动而生成电能。
本发明的另一种实施例指向例如一种车辆能量收获器,其包括多个子单元,其中每个子单元都具有一形成一道路表面的上表面;位于多个子单元上的多个由车辆启动的踏板,每个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;以及,多个发电机,该多个发电机对应该多个由车辆启动的踏板的运动而生成电能;其中,多个发电机中的至少一个对应多个由车辆启动的踏板中的一个的从第一位置至第二位置的运动以及从第二位置至第一位置的运动产生电能。该车辆能量收获器包括一往复弹簧配置,该往复弹簧配置向多个车辆启动的踏板中的至少一个施加一偏置压力以使该至少一个由车辆启动的踏板从该第二位置向第一位置运动;一与该由车辆启动的踏板耦接的踏板齿轮;以及一安装于一转轴上的棘轮,其中,该转轴与该发电机耦接,其中,该驱动轮在该至少一个由车辆启动的踏板从第一位置向第二位置运动的过程中与该由车辆启动的踏板耦合并由其驱动;其中,该棘轮在该至少一个由车辆启动的踏板从第一位置向第二位置运动的过程中自由转动,以及,其中,该棘轮在该至少一个由车辆启动的踏板从第二位置向第一位置运动的过程中由该往复弹簧配置驱动。
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一部分的侧视图。
图4为一示例性车辆能量收获器的一部分的立体示意图。
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说明一车辆能量收获器的具体实施例。
该实施例通过车辆在驶出匝道、收费广场等地时降低电动机的速度利用通常情况下被浪费(以热能形式)的能量。该车辆能量收获器可吸收来自经过(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整个发电机的单独装置。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可包括一驶入匝道12和一驶出匝道14。车辆能量收获器单元10可包括多个具有顶面或者行驶面17的子单元16。各子单元可包括一个或者多个由车辆启动的踏板18。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/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。
瞬时吸收装置
为了减轻踏板组件的磨损及撕裂现象的发生,一实施例包括一扭簧36形式的瞬时吸收装置,如图2和4所示。在传统系统中,该踏板驱动机构通常与一发电装置直接连接。这样,由于与踏板驱动机构连接的发电装置(例如40)的惯性作用,高速车辆在与踏板组件18碰撞时将在机械元件上施加过度的压力。本发明的例如图2和4所示的实施例通过利用扭簧36存储踏板驱动输出充分地降低了施加于机械元件上的压力(动力),扭簧36将在车辆驶过踏板18后将其存储的能量释放给发电机(例如40)。
更特别的是,扭簧在吸收因快速移动车辆冲击踏板18而产生的冲击方面具有优势。扭簧36也可使踏板组件与连接的飞轮38和发电机(例如40)的质量/惯性相隔离。另外,扭簧36可以非常低的损耗将存储的能量释放给充电装置(例如40)。
如图3所示,在另一实施例中,柔性连接42可提供一种低成本的选择。在该实施例中,车辆冲击踏板18强迫踏板18相对其铰接端点转动。充电系统(例如40)的惯性阻碍驱动齿轮32的转动。柔性连接42可呈弓形(弯曲或挠曲)以吸收冲击偶那冲击,并继而将能量释放给充电系统(例如40)。
本发明的实施例承认必须在从车辆吸收来的能量的量与因此对车辆及其所有者的破坏之间寻找微妙的平衡。然而,通过逐渐吸收车辆的动能可改善系统配置的实用性和安全性。
在一实施例中,系统可包括一车辆能量收获器单元10,该车辆能量收获器单元10具有多个具有小(即,不那么突出)部件或元件(例如踏板18)的踏板子单元16,这些部件或元件尽可能轻轻地且静静地吸收车辆动能。这样,减小了示例系统的破坏性,从各踏板18得来的能量的实际量相对破坏性较强的设计可能相对少或者被降低。因此,本发明的实施例提供了提高系统转换车辆动能的效率的其他的优势。以下将说明可提高系统转换效率的实施例。
往复弹簧装置
现将参照图4说明提高系统转换效率的实施例。
如图4所示,车辆能量收获器单元10的实施例可配置有使踏板18移动回或返回启动位置处的装置,如往复弹簧装置44或组件。该实施例认识到存储于使踏板18移动回启动位置的装置(例如44)中的能量的至少一部分可用于继续产生能量,进而,提高了系统的转换效率。本领域的技术人员可以认识到,往复弹簧组件44或装置并不局限于图4所示的实施例,也可设置其他装置实施所期望的使踏板18运动回启动位置的功能。例如,往复弹簧44可包括一个或者多个弹簧,例如压缩弹簧、拉伸弹簧或者扭簧等,以及可存储因踏板运动或者使踏板复位至启动位置而产生的能量的一部分的其他装置,例如杠杆臂、悬臂、带轮系统等。
在图4所示的实施例的运行中,驶来的车辆的重力向踏板18施加一向下的力。在踏板18的向下运动的作用下,一个或者多个驱动轮32使轴34沿着图4箭头所指示的第一方向转动。棘轮42可在踏板18向下运动期间自由转动。
如图4所示,一个或者多个弹簧(例如往复弹簧44)可以抵抗踏板18运动的方式安装。当踏板18在经过车辆的重力作用下启动时,一个或者多个弹簧44被压缩。在车辆越过踏板18以后,踏板18上无车辆重力的作用,进而被压缩的往复弹簧44推动踏板18复位至就绪位置,
如上所述,一个或者多个弹簧44的压缩使得来自车辆的能量的一部分存储于弹簧44中。进而,通过利用存储于往复弹簧44中的能量的至少一部分向轴34继续施加旋转力可提高系统的转换效率。
可应用各种系统将存储于往复弹簧44中的能量的一部分转换为使轴34继续或者附加转动的力。例如,如图4所示,在踏板18运动回就绪或者启动位置的过程中,一个或者多个棘轮42可在向上的方向上啮合并继续向轴34施加旋转力。通过连接棘轮42组件,一些存储于弹簧44中的能量可用于使永磁发电机(PMA)40继续运动,并因此提供一回程,进而提高了整个转换效率。系统的转换效率可通过利用存储于一个或者多个往复弹簧44中的能量向轴34继续施加旋转力得到提高。
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 (12)

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;以及, 
一发电机,该发电机对应该由车辆启动的踏板的从该第一位置至该第二位置以及从该第二位置至该第一位置的运动而生成电能; 
一驱动齿轮,该驱动齿轮安装在转轴上,所述驱动齿轮被由车辆启动的踏板的运动驱动,并且其中所述转轴耦接到所述发电机;以及 
瞬时吸收装置,所述瞬时吸收装置耦接于所述驱动齿轮与所述发电机之间。 
2.根据权利要求1所述的车辆能量收获器,包括,一往复弹簧配置,该往复弹簧配置向该由车辆启动的踏板施加一偏置压力以使该由车辆启动的踏板从该第二位置向第一位置运动。 
3.根据权利要求2所述的车辆能量收获器,包括,一与该由车辆启动的踏板耦接的踏板齿轮;以及一安装于所述转轴上的棘轮,其中,该棘轮在该由车辆启动的踏板从第一位置向第二位置运动的过程中自由转动,以及,其中,该棘轮在该由车辆启动的踏板从第二位置向第一位置运动的过程中由该往复弹簧配置驱动。 
4.根据权利要求3所述的车辆能量收获器,其中所述驱动齿轮啮合所述踏板齿轮并被踏板齿轮的运动所驱动。 
5.根据权利要求1所述的车辆能量收获器,其中,该瞬时吸收装置是一扭簧。 
6.根据权利要求5所述的车辆能量收获器,其中,在该扭簧与发电机之间耦接一飞轮。 
7.一种车辆能量收获器,包括: 
多个子单元,其中每个子单元都具有一形成一道路表面的上表面; 
位于多个子单元上的多个由车辆启动的踏板,每个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;以及, 
多个发电机,该多个发电机对应该多个由车辆启动的踏板的运动而生成电能;其中,多个发电机中的至少一个对应多个由车辆启动的踏板中的一个的从第一位置至第二位置的运动以及从第二位置至第一位置的运动产生电能, 
多个驱动齿轮,所述多个驱动齿轮安装在多个转轴上,所述多个驱动齿轮的至少一个被由车辆启动的踏板中的一个的运动所驱动,并且其中至少一个所述转轴耦接到至少一个所述发电机上;以及 
瞬时吸收装置,所述瞬时吸收装置耦接于至少一个驱动齿轮与至少一个发电机之间。 
8.根据权利要求7所述的车辆能量收获器,包括,一往复弹簧配置,该往复弹簧配置向多个车辆启动的踏板中的至少一个施加一偏置压力以使该至少一个由车辆启动的踏板从该第二位置向第一位置运动。 
9.据权利要求8所述的车辆能量收获器,包括,一与该由车辆启动的踏板耦接的踏板齿轮;以及一安装于一转轴上的棘轮;其中,该棘轮在该至少一个由车辆启动的踏板从第一位置向第二位置运动的过程中自由转动,以及,其中,该棘轮在该至少一个由车辆启动的踏板从第二位置向第一位置运动的过程中由该往复弹簧配置驱动。 
10.根据权利要求9所述的车辆能量收获器,其中所述驱动齿轮啮合所述踏板齿轮并被踏板齿轮的运动所驱动。 
11.根据权利要求7所述的车辆能量收获器,其中,该瞬时吸收装置是一扭簧。 
12.根据权利要求11所述的车辆能量收获器,其中,在该扭簧与发电机之间耦接一飞轮。 
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