CN102906422B - 能量收集 - Google Patents

Abstract

本申请描述了用于收集来自行人和/或车辆的移动的动能的技术。描述了运动转换器，它将由与交通有关的推力引起的线性行进转换为转动，来驱动电力发电机的转子。还描述了用于收集能量的包括运动转换器和地板单元的组件。

Description

能量收集

技术领域

本发明涉及能量收集技术，尤其涉及收集来自行人和/或车辆的移动的动能的技术。

背景技术

目前非常关注研发新的和改进的方法，以提供可持续能源。此前已考虑过从行人的脚步和/或车辆交通中收集能量的技术，但是这些都没有被证实为是足够有效的，且含有一些缺点。

因此，有必要减少与公知的动能收集装置的缺点和/或提供一种更有效的用于从行人和/或车辆的移动中收集动能的系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于将交通移动的动能转换为转动能、来带动电力发电机的转子运转的运动转换器，所述运动转换器包括至少一个接合部件和旋转圆盘，所述接合部件相对于旋转圆盘线性移动，其中所述接合部件被配置为使得其在朝所述旋转圆盘的方向上的渐进线性移动引起所述接合部件与所述旋转圆盘接合，从而引起所述旋转圆盘旋转。

因此，根据本发明的优选的实施例，所述接合部件被布置为相对所述旋转圆盘的转动面线性移动，使得其在朝所述旋转圆盘的方向上的渐进线性移动引起所述接合部件与所述旋转圆盘渐进接合，从而引起所述旋转圆盘旋转。

根据本发明的实施例，以接合部件的线性运动的形式捕获动能（通常为从交通流量产生的推力），并将该动能转换为适合驱动电力发电机的转子的转动运动。本发明的主要优点之一是充分由接合部件的线性移动产生连续不断的旋转运动。

所述旋转圆盘可以有各种不同的方式旋转，并使所收集的动能有效地存储为旋转能量。

一个这样的布置，涉及在所述圆盘的中心使用滚动体轴承来促进旋转盘和轴向轴之间的协作。这种布置是有利的，因为其允许旋转圆盘的旋转的阻力很小，从而最大限度地减少旋转盘和轴之间的摩擦能量损失。

一种选择性的布置，涉及使用所谓的“点轴承”等等，借以由硬钢或其他合适的材料形成的螺栓或“销”，与旋转圆盘的中心配合，使得圆盘绕着点轴承而旋转。根据这个布置，这是特别有效的，因为圆盘旋转时受至非常低的摩擦力，旋转圆盘以陀螺仪或“飞轮”的方式而旋转。

根据另一个实施例，所述接合部件包括多个齿，所述齿被布置为使得所述接合部件在朝所述旋转圆盘的第一方向上的渐进线性运动引起所述齿接连地配合所述旋转圆盘。优选地，在这种情况下，所述旋转圆盘设有布置在其表面的多个凹口，所述多个凹口被布置为使得所述接合部件的渐进线性运动引起所述多个齿的每一个齿接连地配合所述多个凹口中的一个凹口。

根据前面优选的实施例，所述接合部件包括弧形的接合边缘，所述弧形的接合边缘被形成为使得所述接合部件在向着所述旋转圆盘的第一方向上的渐进线性运动引起所述弧形的接合边缘与所述旋转圆盘渐进接合。优选地，在这种情况下，所述旋转圆盘设有多个径向延伸的槽，所述多个径向延伸的槽被设置为使得所述接合部件的渐进线性运动引起所述弧形的接合边缘，或每个接合部件，与所述多个径向延伸的槽中的一个槽渐进接合。所述弧形的接合边缘例如可以是弓形的——即其可以遵循圆的弧线。可替换地，所述弧形的接合边缘展现出弧形或可变梯度路径，该可变梯度路径被选择得允许与使用中的旋转圆盘特定渐进接合。

优选地，所述径向延伸的槽被形成为，例如是弧形的，以便在使用中充分支持（compliment）使用中的所述接合部件的所述弧形的接合边缘的渐进接合。

因此，所述径向延伸的槽用于将来自所述接合部件的能量转换到所述旋转圆盘。根据本发明的优选实施例，为了最大限度地从期望的交通中捕获能量，相对于圆盘和期望的推力的性质（nature）（例如长度和幅度），有利地优化所述径向延伸的槽的几何形状或形状。

为了利用利用（harness）动能并通过运动转换器转换为转动能，利用旋转圆盘的旋转运动来驱动电力发电机是可取的。

根据本发明的第二方面，提供一种用于收集动能的设备，所述设备包括运动转换器和电力发电机，所述运动转换器包括一个或多个接合部件和旋转圆盘，所述接合部件在朝所述旋转圆盘的第一方向上线性移动，其中，所述接合部件的渐进线性运动引起其配合所述旋转圆盘，以便引起所述旋转圆盘的旋转，以及其中所述旋转圆盘的旋转带动所述电力发电机的转子转动。

因此，根据第一和第二方面的实施例，可以有利地利用所收集的能量来产生电力能量。可以有利地存储电力能量来用于随后的使用和/或连接至电源装置例如照明装置。例如，可以利用体现本发明的从能量收集器产生的能量来为街道照明体系、临街店铺、信息显示器等等提供电源。

本发明的第二方面的实施例在缺乏利用主电网供应的电力的情况下，提供简洁和有效的解决方案，用于供电系统，例如，照明系统。

根据本发明的第二方面的实施例，本领域的技术人员容易设想电力发电机的各种不同的配置。根据一个这样的配置，所述电力发电机优选地包括含有多个导电绕组的定子和平坦的转子，所述转子含有连接在其上的多个磁铁。优选地，平坦的转子被配置为与所述旋转圆盘同时旋转。根据一个布置，所述旋转圆盘包括所述发电机的平坦的转子。

根据优选的实施例，所述发电机包括定子和转子对，该定子含有多个导电绕组，该转子对包括一对平坦的转子。优选地，这对转子被配置为互相同时旋转以及跟所述旋转圆盘同时旋转。根据本发明的实施例，所述电力发电机的所述定子包括多个线圈，在轴向磁通发电机的情况下，该线圈被设置为使得当旋转圆盘旋转时，固定在旋转圆盘上的磁铁在一系列的线圈上方移动。径向磁通发电机的设想配置也在本发明的范围之内，其中，线圈的绕组设置在旋转的转子的平面周围。径向磁通发电机特别有利于结合布置，由此所述旋转圆盘被配置为绕着点轴承旋转，其中所述旋转圆盘包括多个磁铁，由此形成电力发电机的转子。

压电发电机也可设想在本发明的范围之内，其中，所述旋转圆盘的旋转被安排为为压电元件（即压电材料形成的元件）施加机械应力，从而产生电压。

根据本发明的第二方面的实施例，可以设想，收集动能的设备被安装以便形成地板表面或覆盖物的一部分，其可以是内部的或外部的，从而可以对通过地板的区域的“交通”（行人或车辆）的动能加以利用。

根据本发明的第三方面，提供一种地板单元，例如摊铺单元（paving unit），包括根据本发明的第二方面的用于收集动能的设备，其中，所述地板单元包括可压低的上表面，其中，所述可压低的上表面的向下压低使得所述接合部件在朝所述旋转圆盘的第一方向上线性移动。

可以理解，地板单元的“上表面”的参照应该被理解为与使用中的地板单元的标准方位有关。因此，可压低的上表面应被理解为在使用中位于地面中或上时向上的地板单元的表面，例如当所述地板单元被安装为形成地板系统的一部分。

根据本发明的第三方面的实施例的地板单元适合用于形成地板或地板/地面覆盖物的一部分。例如，本发明的地板单元可以作为摊铺的地板表面的摊铺单元。

本发明的第三方面的实施例发现特别适用于高流量的区域，特别是“脚步”区域——即行人流量的大容量的区域。

根据本发明的第三方面的一个实施例，所述地板单元被配置为使得可压低的上表面优选在1-20mm之间弯曲，更优选在2mm和10mm之间，且在人类脚步的影响下最优在4mm和7mm之间。地板单元可以优选地被配置为使得可压低的上表面在车辆交通的影响下可弯曲达到100mm。

根据本发明的第三方面的一个实施例，可压低的上表面包括柔性薄膜或片材（sheet），例如，其可以由橡胶形成，优选再生橡胶或再生橡胶汽车轮胎。可替换地，可压低的上表面可包括平台，该平台被配置为在交通的影响下在向下的方向上被压低，以及然后在交通力量移除时返回到起始位置。

本发明的第三方面的实施例这样的设计是非常重要的，以便将地板单元对从所述地板单元通过的交通构成的危险例如绊倒的危险的可能性减小至最低。在这个方面，在所述可压低的上表面包括柔性薄膜或片材的情况下，优选的，至少面对——即垂直于期望的流量或交通的柔性薄膜的边缘被固定在所述地板单元，这样可压低的上表面的那些边缘不高于周围的地板，或与周围的地板完全齐平。

在可压低的上表面包括包括平台的情况下，该平台的起始位置是这样的，可压低的上表面优选地与周围的上部地板表面完全齐平。

根据本发明的第三方面的优选的实施例，所述地板单元的上表面包括至少一个照明装置。优选地，利用在使用中的地板单元的电力发电机产生的一部分电力来提供电源给所述照明装置。根据一个特别的实施例，利用由地板单元的可压低的上表面的每次向下压低来产生的5%的电力来点亮所述地板单元的照明装置，同时其余的电力输出至存储或供电给其他设施例如低能量的照明和标牌。

根据本发明的第四方面，提供一种安装第三方面的地板单元的方法。

根据本发明的实施例的运动转换器有效地充当离合器，便于所述接合部件与所述旋转圆盘的接合与脱离。当施加一个向下的力时，引起所述接合部件在朝所述旋转圆盘的第一方向上的线性移动，所述接合部件与所述旋转圆盘的接触通过所述接合部件与所述旋转圆盘的渐进配合而保持。当向下的力被移除时，引起所述接合部件在与所述第一方向相反的方向上的线性移动，所述接合部件与所述旋转圆盘之间的接触被断开，从而允许所述旋转圆盘旋转而不受所述接合部件的阻碍。

可以理解，所述接合部件与所述旋转圆盘的配合引起所述接合部件通常绕着轴的旋转而从起始位置移向终点位置。优选地，所述接合部件包括偏置装置，所述偏置装置用于将所述接合部件偏向于所述起始位置，使得当所述向下的力被移除时，所述接合部件从所述旋转圆盘中脱离并返回到所述起始位置。优选地，使所述接合部件变重，所述接合部件在重力的影响下产生偏置而返回到起始位置。可替换地或附加地，提供偏磁装置，用于使得所述接合部件在重力的影响下朝起始位置产生偏置。例如，所述接合部件设有磁铁，以便受到另一磁铁或磁性材料吸引的磁力，所述磁力用于将所述接合部件拉向起始位置。这样的安排是特别有利的，因为当所述接合部件从起始位置进一步前进时磁力（例如，磁吸引力）的强度将会减弱。因此，当接合部件前进到行程的终点时和到达或接近终点位置时，例如，推力接下来传递至旋转圆盘，用于使接合部件朝起始位置返回的磁吸引力将减弱（或为零）。这样，接合部件最初主要在重力的影响下，将会受到相对温和的返回力量，直到磁铁充分地接近起始位置，磁吸引力的强度具有更大的效果。以这种方式免费（complimentary）利用重力和磁力，使得阻力的发生（即由于所述接合部件与所述旋转圆盘之间的接触）减小至最低，如果接合部件在行程结束时受到强大的返回力将会出现阻力，而阻力的发生将不利地减慢圆盘的旋转。

附图说明

上面讨论的一方面的特征可以应用于任何其他方面。现将通过结合附图举例的方式对本发明的实施例进行描述，附图中：

图1是根据本发明第一实施例的运动转换器的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的动能收集器的示意图；

图3是根据本发明第二实施例的含有三个接合部件的且形成运动转换器的一部分的推动托架组件（pusher carriage assembly）的示意图；

图4是连同如图3所示的推动托架组件一起使用的旋转圆盘的示意图；

图5是连同如图3所示的推动托架组件一起使用的另一种旋转圆盘的示意图；

图6是根据本发明的地板单元的实施例的内部结构的示意图；

图7是根据本发明的穿通地板单元的实施例的详细的剖视图；

图8是根据本发明的多个地板单元的实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了本发明实施例的运动转换器，该运动转换器包括“推动”托架10和旋转圆盘11。推动托架10包括三个线性移动的接合部件12a、12b和12c。每个接合部件包括多个接合齿13a、13b、13c、13d和13e，这些接合齿被布置为绕着接合部件的轴14在如图1A所示的起始位置和如图1B所示的终点位置之间旋转。

当在平板（plate）10的上表面上施力时，该力具有在向下的方向X上的分量，引起平板10下降，因而引起线性移动的接合部件下降。每个接合部件的齿13被布置为：使得推动托架10的向下下降引起每个接连的齿在接合部件绕着基本垂直于方向X布置的轴14旋转时与圆盘接触，因此该垂直的力被传送给圆盘和被转化成水平旋转。

具体地，根据图1所示的实施例且特别参照图1A，图1A示出了三个接合部件的起始位置，每个接合部件12a、12b和12c的齿13a为第一个与旋转圆盘接触的齿。根据本发明的实施例，每个齿配合旋转圆盘11中的凹口（图中未示出）。作用在齿13a上的向下垂直的力被传送到圆盘，促使该齿绕着轴14旋转，从而进一步引起圆盘在方向Y旋转。平板10的渐进线性运动引起这些齿接连地与旋转位置中的凹口配合，直到接合部件已经移到如图1B所示的终点位置。此外，根据图示的实施例，由每个齿接连地接近旋转圆盘11的中心而给予稳定的一系列垂直的力，旋转的速度是加速的。

图2示出了包括图1的运动转换器和电力发电机的收集动能的组件21，该电力发电机包括转子对，转子对含有一对平坦的转子15a和15b。每个平坦的转子含有固定在其外周附近的多个磁铁16，而定子17包括多个线圈18。推动平板10用于凭借纵向的“轴环（collar）”20在垂直轴上线性移动。图示的组件安装在底座19上。

在使用中，由于交通经过地板表面，推动托架10从地板表面受到向下的力。该力按压推动托架10和接合部件、每个结合部件基本相同且包含在此图中的单独的齿，这些齿与旋转圆盘接合。这样，向下的线性力被转化成转子的旋转。在此图中的发电机采用气隙式轴向磁通交流发电机（air gap style axialflux alternator），其使用铜线圈18，铜线圈18的电动势是从来自永久磁铁的环形阵列的极性交替变化的联锁磁场的磁通量中感应的。

图3示出了含有三个接合部件112a、112b和112c的推动托架组件110。根据本发明第二实施例，推动托架组件110形成运动转换器的一部分。每个接合部件均包括弧形的接合边缘114。

图3a示出了在起始位置的推动托架组件110，每个坚实的弧形的接合部件112a、112b和112c初始被布置为准备被压下。当接合部件的弧形边缘逐渐地与旋转圆盘（图4所示）接合时，向下的力在下压的过程中分解出来，这样，该力的一部分被转化为稳定的转动推力。根据图示的实施例，随着与发电机一起配对，推动器/圆盘的惯性质量被有利地定制为期望的力（例如，车辆/行人），该力具有可预测的持续时间和等级（例如，车辆/行人）。一旦推力被传递，由于利用很少移动部分的组件的简单的结构，接合部件将前进到如图3b所示的终点位置，且非常高比例的能量被保存在旋转运动中。一旦冲击力被移除，接合部件与旋转圆盘分离，而可以认为，这样做的推动托架组件作为允许圆盘摆脱接合部件旋转的离合器。托架开始返回到它的休息位置，在重力的吸引下，每个接合部件是向下的，朝向起始位置，直到接合部件被带入接合部件上的磁铁（图中未示出）间的吸引磁力的范围，因此接合部件返回到起始位置准备接收下一个推力。

图4示出了连同如图3所示的推动板配置一起使用的旋转圆盘111。旋转圆盘111包括多个径向延伸槽115。根据这个实施例，径向延伸槽被形成以便当它们朝旋转圆盘111渐进线性移动时，配合图3所示的接合部件112的弧形边缘。可以考虑期望的推动力的性质来优化该弧形的精确形状。

图5示出了另外一个连同如图3所示的推动托架组件一起使用的旋转圆盘，在旋转圆盘的中心具有滚动体轴承116，以便于可旋转圆盘111和轴向轴之间的协作。

图6示出了根据本发明的第二方面的实施例的地板单元30的内部结构，地板单元30包括用于收集动能的组件31。地板单元30还提供使用由组件31产生的一部分电力来启动的照明装置32。

因此，根据图6所示的实施例，运动转换器机制是固定在箱子33里面的，根据预期的相邻地板单元的形状和尺寸来确定箱子33的形状和尺寸。

图7示出了根据本发明的地板单元的实施例的详细的剖视图，该地板单元包括柔性的顶部薄片43，照明装置2插入其中。所提供的运动转换器包括含有接合部件212的推动平板（pusher plate）210，在使用中，接合部件212配合旋转圆盘211上提供径向延伸槽215。旋转圆盘211被布置为与平坦的转子217a同时旋转。第二平坦转子217b被提供来形成转子对布置，其中转子217a和217b在含有多个径向线圈219的定子218的两侧旋转。转子217a和217b的每一个均含有多个磁铁（图中未示出）。线圈219按需要连接并输出至负载。

在使用中，对于人的脚步以及对于车辆的运转，每次施加力时，顶部薄片通常可在2-10mm间弯曲，其中对车辆的运转，弯曲较大。顶部薄片作为梁（beam），其简单地在每一端被支撑。在使用中，柔韧的顶部薄片不会弯曲超过其弹性极限之外，且会返回到其原始状态。

图8示出了根据本发明的四个地板单元300、301、302和303的布置，地板单元平行连接，由此将产生的电力提供给控制箱304。该控制箱包括电池，根据需要，该电池通过电线提供电源给系统。

Claims (19)

1.一种用于将交通移动的动能转换为转动能、来带动电力发电机的转子运转的运动转换器，所述运动转换器包括至少一个接合部件和可绕着完全垂直的轴旋转的旋转圆盘，所述接合部件相对于所述旋转圆盘垂直地线性移动，其特征在于，所述接合部件可旋转地安装，使得其在朝所述旋转圆盘的方向上的渐进的完全垂直的移动引起所述接合部件与所述旋转圆盘接合、以及引起所述接合部件的旋转，从而引起所述旋转圆盘旋转。

2.根据权利要求1所述的运动转换器，其特征在于，所述接合部件包括多个齿，所述齿被布置为使得所述接合部件在朝所述旋转盘的方向上的渐进线性运动引起所述齿接连地配合所述旋转圆盘。

3.根据权利要求2所述的运动转换器，其特征在于，所述旋转圆盘设有布置在其表面的多个凹口，所述多个凹口被布置为使得所述接合部件的渐进线性运动引起所述多个齿的每一个齿接连地配合所述多个凹口中的一个凹口。

4.根据前述权利要求任一项所述的运动转换器，其特征在于，所述接合部件包括弧形的接合边缘，所述弧形的接合边缘被形成为使得所述接合部件向着所述旋转圆盘的渐进线性运动引起所述弧形的接合边缘与所述旋转圆盘渐进接合。

5.根据权利要求4所述的运动转换器，其特征在于，所述旋转圆盘设有多个径向延伸的槽，所述多个径向延伸的槽被形成为使得所述接合部件的渐进线性运动引起所述弧形的接合边缘与所述多个径向延伸的槽中的一个槽渐进接合。

6.根据权利要求1-3任一项所述的运动转换器，其特征在于，所述接合部件与所述旋转圆盘的接合引起所述接合部件从起始位置移向终点位置，其中，所述接合部件包括偏置装置，所述偏置装置用于将所述接合部件偏向于所述起始位置。

7.根据权利要求6所述的运动转换器，其特征在于，使所述接合部件变重，以便形成所述偏置装置，和/或其中所述偏置装置包括磁铁。

8.根据权利要求1-3任一项所述的运动转换器，其特征在于，还包括线性移动的平板，其中，所述接合部件设置在所述平板的底面，使得所述平板在朝所述旋转圆盘的方向上的线性移动引起所述接合部件相应地线性移动。

9.根据权利要求1-3任一项所述的运动转换器，其特征在于，所述旋转圆盘被设置为通过所述旋转圆盘中心的滚动体轴承来旋转。

10.根据权利要求1-3任一项所述的运动转换器，其特征在于，所述旋转圆盘被设置为通过所述旋转圆盘的中心提供的轴承点来旋转。

11.一种用于收集动能的设备，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的运动转换器，所述旋转圆盘的旋转带动电力发电机的转子运转。

12.根据权利要求11所述的收集动能的设备，其特征在于，所述电力发电机包括轴向磁通发电机。

13.根据权利要求11所述的收集动能的设备，其特征在于，所述电力发电机包括径向磁通发电机。

14.一种包括如权利要求11-13任一项所述的收集动能的设备的地板单元，其特征在于，所述地板单元包括可压低的上表面，其中，所述可压低的上表面的压低使得所述收集动能的设备的所述接合部件在朝所述旋转圆盘的方向上线性移动。

15.根据权利要求14所述的地板单元，其特征在于，所述可压低的上表面包括柔性薄膜。

16.根据权利要求15所述的地板单元，其特征在于，所述柔性薄膜是由再生橡胶汽车轮胎形成的。

17.根据权利要求14所述的地板单元，其特征在于，所述可压低的上表面包括在向下的方向上线性可压低的平台。

18.根据权利要求14-17任一项所述的地板单元，其特征在于，所述地板单元的上表面包括至少一个照明装置。

19.根据权利要求18所述的地板单元，其特征在于，由所述地板单元的所述电力发电机产生的一部分电力用于供电给所述照明装置。