CN104158346A - 一种车辆运动能量收集器及充电电路 - Google Patents

Abstract

一种车辆运动能量收集器及充电电路，收集器包括驱动机构、机架、变速机构和发电机；驱动机构包括压块、下压件、驱动件和弹性件；压块下方与下压件配合实现下压动作，下压件带动驱动件运动驱动变速机构输入端转动，弹性件设置在机架上并驱动下压件及驱动件上移至起始位置；下压件与设置在机架上的导向件导向配合，压块安装在车辆通过的道路的安装槽内；变速机构输入端至输出端作升速变换，输出端连接发电机的驱动轴驱动发电机转动发电。充电电路包括依次连接的整流电路和智能充电管理系统模块；智能充电管理系统模块包括MCU、稳压电路、基准参考电压电路、分压电路和充电开关电路。本发明为清洁能源开发开辟了新领域、运行成本低、运用前景广阔。

Description

一种车辆运动能量收集器及充电电路

技术领域

本发明涉及发电设备，还涉及使用该发电设备进行充电的电路，具体涉及一种收集运动车辆动能发电的运动能量收集器及充电电路。

背景技术

由于传统火力发电技术存在对环境造成严重污染的缺陷，处理发电过程中产生的废水、废气造成传统火力发电技术成本大幅上升，并对煤炭、燃油等不可再生的自然资源消耗巨大，因而，寻找和利用清洁能源、减少对不可再生能源的消耗，成为人类可持续发展的共同目标。

目前，使用太阳能、风能、潮夕能等可持续利用的清洁能源进行发电的技术已日益受到人们的广泛重视，并在研究和实用阶段取得了不同的进展，为人们对可持续利用清洁能源的利用开拓了新的广阔领域。

但是，在日常生活中，还有大量的可持续利用清洁能源尚未得到开放利用。例如，在各公路交通干线和城市道路上，车辆流量密集，在街道、小区、学校、高速公路进出口、弯道等须减速低速行驶的路段，通常会设置“减速缓冲带”，以保障车辆和行人安全！在这些低速行驶的路段，车辆行驶对路面存在可利用的下压势能，迄今为止，这种广泛存在、清洁并可持续利用的车辆行驶产生的势能尚未得到开发利用。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种车辆运动能量收集器，克服现有技术尚无法对车辆行驶产生的势能进行收集利用的缺陷。

本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种充电电路，利用上述车辆运动能量收集器发出的电能，对蓄电设备进行充电。

本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种车辆运动能量收集器，其特征在于，包括驱动机构、机架、设置在该机架上的变速机构和发电机；

该驱动机构包括压块、下压件、驱动件和弹性件；该压块下方与该下压件配合实现下压动作，该下压件带动该驱动件运动，该驱动件驱动所述变速机构输入端转动，该弹性件设置在所述机架上并驱动所述下压件及所述驱动件上移至该下压件下压前该下压件及该驱动件的起始位置；该下压件与设置在所述机架上的导向件导向配合，该压块安装在车辆通过的道路的安装槽内；

该变速机构输入端至输出端作升速变换，其输出端连接所述发电机的驱动轴、驱动该发电机转动发电。

在本发明的一种车辆运动能量收集器中，所述驱动件为齿条，该齿条固定连接在所述下压件上；所述导向件为连接在所述机架上的立柱，该下压件下端与该立柱导向配合；所述弹性件为压缩弹簧，该压缩弹簧设置在所述立柱与所述下压件下端之间并处于受压状态。

在本发明的一种车辆运动能量收集器中，所述驱动件包括转臂、设置在该转臂前端部的齿圈和转动连接在该转臂后端部的长孔套；该转臂中部转动支撑在所述机架上；所述导向件为连接在所述机架上的立柱，所述弹性件为压缩弹簧，该压缩弹簧、所述长孔套、所述下压件下端依次套装在该立柱上，所述长孔套的长孔长度方向满足所述转臂转动时该长孔套在所述立柱上自由滑动，该压缩弹簧处于受压状态。

在本发明的一种车辆运动能量收集器中，所述变速机构输入端包括同轴的主动齿轮、从动齿轮A和从动齿轮B，所述驱动件包括分别与该从动齿轮A和从动齿轮B传动啮合的驱动件A和驱动件B；该主动齿轮与其轴可传递扭矩连接，该从动齿轮A和从动齿轮B与其轴转动连接并分别通过棘轮棘爪A、棘轮棘爪B与所述主动齿轮驱动连接，该棘轮棘爪A与该棘轮棘爪B驱动方向相反。

在本发明的一种车辆运动能量收集器中，所述下压件与所述压块固定连接；或所述下压件包括杆体和转动连接的该杆体顶端的滚动体，所述压块包括设置在其底部与所述下压件顶部滚动结构配合的槽，所述滚动体与该槽滚动配合。

本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：构造一种充电电路，其输入端连接如上所述的车辆运动能量收集器的发电机输出端，其特征在于，包括依次连接的整流电路和智能充电管理系统模块；

该整流电路的输入端为所述充电电路的输入端，该整流电路的输出端连接所述智能充电管理系统模块的输入端，该智能充电管理系统模块的输出端为所述充电电路的输出端；

该智能充电管理系统模块包括MCU、稳压电路、基准参考电压电路、分压电路和充电开关电路；

该稳压电路包括稳压开关管和稳压管A，该稳压开关管的基极连接该稳压管A的负极，该稳压管A的正极接地；该稳压开关管的发射极接所述整流电路的输出正极、集电极为该稳压电路输出端，该输出端输出所述智能充电管理系统模块所需电压；

该MCU为带AD功能的单片机，该MCU的供电端连接所述稳压电路输出端、接地端接地；

该基准参考电压电路包括稳压管B和基准参考电压电阻，该稳压管B负极经该基准参考电压电阻连接所述稳压电路输出端、正极接地；

该分压电路包括至少一组分压电阻，每组分压电阻包括相串联的两个电阻，该串联电阻一端接地、另一端连接所述智能充电管理系统模块的一路充电输出正极端，该串联电阻相互连接端连接所述MCU的I/O口；

该充电开关电路包括至少一组开关元件，每组开关元件包括一个充电开关管和一个开关电阻，该开关电阻一端连接所述MCU的I/O口、另一端连接该充电开关管基极，该充电开关管集电极连接所述整流电路的输出正极、发射极连接所述智能充电管理系统模块的一路充电输出正极端。

在本发明的一种充电电路中，包括滤波电路，该滤波电路连接在所述整流电路的输出端。

在本发明的一种充电电路中，所述智能充电管理系统模块内置充电管理软件，该充电管理软件的流程为：

首先，进行充电体类型判断，判断充电体类型是锂镍类电池、超级电容还是铅酸类电池，根据确定的充电体类型选择对应的充电程序；

然后，进行充电体电压判断，将充电体电压与对应类型充电体的电压阈值比较，当：

(1)充电体电压小于等于对应类型充电体的最小电压阈值时，进行短路保护，关闭该充电体充电电路，结束充电；

(2)充电体电压大于等于对应类型充电体的最大电压阈值时，进行过压保护，关闭该充电体充电电路，结束充电；

(3)充电体电压大于对应类型充电体的最小电压阈值、小于对应类型充电体的最大电压阈值时，进行充电，并判断充电体电压是否达到对该类型充电体所设定的电压值，未达到继续充电，达到即结束充电。

实施本发明的一种车辆运动能量收集器及充电电路，与现有技术比较，其有益效果是：

1.设置在道路下方的车辆运动能量收集器通过其设置在路面上的压块拾取车轮下压的势能并将其转换为电能，巧妙运用道路通过车辆的下压势能进行发电，清洁环保，为清洁能源开发开辟了一个新领域；

2.无需能源消耗，运行成本低；

3.可作为各类充电体充电电源、道路照明电源、小区民用电源等，运用前景广阔。

附图说明

图1是本发明车辆运动能量收集器一种实施例的结构主视图。

图2图1实施例的俯视图。

图3图1实施例的右视图。

图4图1实施例的左视图。

图5图1实施例的后视图。

图6是图5中I部放大图。

图7是图6中A-A剖视图。

图8是本发明车辆运动能量收集器中驱动机构另一种实施例的主视图。

图9是图8中B-B剖视图。

图10是本发明车辆运动能量收集器中驱动机构另一种实施例的B-B剖视图。

图11是本发明车辆运动能量收集器的控制装置的电路结构图。

图12是图11中智能充电管理系统一种实施例的电路图。

图13是图11中智能充电管理系统的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，本发明的车辆运动能量收集器包括驱动机构10、机架40、设置在该机架40上的变速机构20和发电机30。通常车辆运动能量收集器设置在路面下方的腔室90内。但是，根据需要，也可把车辆运动能量收集器中的发电机30、甚至变速机构20等部分结构设置在道路旁的建造物或构筑物中，也能够满足本发明目的。

驱动机构10包括压块11、下压件12、驱动件和弹性件60。

压块11的下方与下压件12配合实现下压动作，下压件12带动驱动件运动，驱动件驱动变速机构20的输入端转动。弹性件60设置在机架40上并驱动下压件12及驱动件上移至该下压件下压前下压件及驱动件的起始位置。下压件12与设置在机架40上的导向件导向配合，压块11安装在车辆通过的道路的安装槽内。

变速机构20输入端至输出端作升速变换，其输出端通过连接器50连接发电机30的驱动轴、驱动该发电机转动发电。

在本实施例中，如图6、图7所示，在下压件12杆体121的顶端设置通过轴123转动连接在杆体121上的滚轴122(在其他实施例中，也可以采用其他结构设置其他滚动体，如在杆体121的顶端设置凹槽、在凹槽中设置滚珠等)，在压块11的底部设置与下压件12的顶部滚动结构配合的槽111，使滚轴122(或其他滚动体)与槽111滚动配合。该结构可保证在压块11受车轮下压过程中，下压件12能够保证竖直运动，使设置在下压件12上的驱动件能够保持与变速机构20的良好配合。

在其他实施例中，下压件12与压块11可以采用固定连接。例如，在如图8至图10的实施例中，下压件12与压块11采用固定连接结构，也能够实现本发明目的。

在本实施例中，导向件采用连接在机架40上的立柱41，下压件12的下端套装在该立柱41上导向配合(在其他实施例，也可以采用如下结构：立柱采用管状结构，下压件12的下端插入立柱内实现导向)。弹性件60采用压缩弹簧(可以是刚性弹簧或空气弹簧等)，该压缩弹簧设置在立柱41与下压件12下端之间并处于受压状态。在其他实施例中，弹性件60采用拉伸弹簧，下压件12的下端及机架40采用对应使弹性件60处于受拉状态的结构，也能够实现本发明目的。

在本实施例中，驱动件采用固定连接在下压件12上的齿条13，该齿条13与变速机构20输入端的小齿轮配合驱动该小齿轮转动，从而将车辆的下压运动通过变速机构20转换成高速转动，驱动发电机30发电。

在其他实施例中，如图8、图9所示，驱动件14采用如下结构：驱动件14包括转臂142、设置在该转臂142前端部的齿圈141和转动连接在该转臂142后端部的长孔套143，该转臂142的中部转动支撑在机架40上，齿圈141与变速机构20输入端的小齿轮21啮合配合。该实施例变速机构20在下压件12向上和向下两个方向的运动中，作转向相反的转动。

导向件采用连接在机架40上的立柱41，弹性件60为压缩弹簧，该压缩弹簧、长孔套143和下压件12的下端依次套装在立柱41上，长孔套的长孔长度方向满足转臂142转动时该长孔套在立柱41上横向自由滑动，压缩弹簧处于受压状态。

为了使变速机构20在下压件12向上和向下两个方向的运动中，作同一方向的转动，提高车辆运动能量收集器的工作效率，采用如下结构：如图10所示，变速机构20的输入端设置同轴的主动小齿轮21、从动齿轮A22和从动齿轮B25，驱动件包括分别与该从动齿轮A22和从动齿轮B25传动啮合的驱动件A141a和驱动件B141b，，该主动小齿轮21与其轴可传递扭矩连接(键连接、花键连接等)，该从动齿轮A22和从动齿轮B25与其轴转动连接并分别通过棘轮棘爪A23、棘轮棘爪B24与主动小齿轮21驱动连接(棘轮与从动齿轮A22、从动齿轮B25同轴固定连接，棘爪设置在主动小齿轮21的侧表上)，该棘轮棘爪A23与该棘轮棘爪B24驱动方向相反。当下压件12向下运动时，主动小齿轮21通过棘轮棘爪A23或棘轮棘爪B24受从动齿轮A22和从动齿轮B25中的一个驱动沿设计方向转动(另一个从动齿轮空转)；当下压件12向上运动时，主动小齿轮21通过棘轮棘爪A23或棘轮棘爪B24受从动齿轮A22和从动齿轮B25中的另一个驱动继续沿设计方向转动(前一个从动齿轮空转)，这样，就实现了无论下压件12向上还是向下运动，变速机构20的主动小齿轮21受驱动转动的方向都相同，从而消除了变速机构20转向切换对能量的消耗，提高了发电工作效率。

在图1至图5的实施例中，在同一压块11下设置两套驱动机构10、变速机构20和发电机30。在其他实施例中，根据需要，在同一压块11下，也可设置一套或多套驱动机构10、变速机构20和发电机30，均能够实现本发明目的。

压块11通常沿道路的横向设置，根据需要，将压块11严道路的行进方向或行进方向的倾斜方向设置，均能够实现本发明目的。

如图11、12所示，本发明的充电电路的输入端连接如上述的车辆运动能量收集器的发电机输出端，该充电电路包括依次连接的整流电路100、滤波电路200和智能充电管理系统模块300。在其他实施例中，不设置滤波电路200，不影响本发明目的的实现。

该整流电路100的输入端为充电电路的输入端，该整流电路100的输出端连接滤波电路200及智能充电管理系统模块300的输入端，该智能充电管理系统模块300的输出端为充电电路的输出端。

智能充电管理系统模块300包括MCU303、稳压电路304、基准参考电压电路301、分压电路302和充电开关电路305。

稳压电路304包括稳压开关管Q3和稳压管D8，该稳压开关管Q3可采用三极管、场效应管，IGBT或可控硅等。稳压开关管Q3的基极连接该稳压管D8的负极，稳压管D8的正极接地；稳压开关管Q3的发射极接整流电路100的输出正极、集电极为该稳压电路304的输出端，该输出端输出智能充电管理系统模块300所需的电压，如5伏、6伏、12伏等。

MCU303采用带AD功能(模数转换功能)的单片机，该MCU303的供电端连接稳压电路304的输出端、接地端接地。

基准参考电压电路301包括稳压管D7和基准参考电压电阻R1，该稳压管D7的负极经该基准参考电压电阻R1连接稳压电路304的输出端、正极接地。

分压电路302包括至少一组分压电阻(R1_1、R2_1…..R1_n、R2_n，分压电阻组数的数量根据需要确定)，每组分压电阻包括相串联的两个电阻R1、R2，该两个串联电阻一端接地、另一端连接智能充电管理系统模块的一路充电输出正极端(a1……an)，该两个串联电阻相互连接端连接MCU303的I/O口。

充电开关电路305包括至少一组开关元件(R3_1、Q1_1……R3_n、Q1_n)，每组开关元件包括一个充电开关管Q1和一个开关电阻R3(充电开关管可采用三极管、场效应管，IGBT或可控硅等)，该开关电阻R3一端连接MCU303的I/O口、另一端连接该充电开关管Q1的基极，该充电开关管Q1的集电极连接整流电路100的输出正极、发射极连接智能充电管理系统模块的一路充电输出正极端(a1……an)。

智能充电管理系统模块300内置充电管理软件，如图13所示，该充电管理软件的流程为：

第一，进行充电体类型判断。判断充电体类型是锂镍类电池、超级电容还是铅酸类电池。

第二，进行充电体电压判断。将充电体电压与对应类型充电体的电压阈值比较，当：

(1)充电体电压小于等于对应类型充电体的最小电压阈值时，进行短路保护，关闭该充电体充电电路，结束充电。

(2)充电体电压大于等于对应类型充电体的最大电压阈值时，进行过压保护，关闭该充电体充电电路，结束充电。

(3)充电体电压大于对应类型充电体的最小电压阈值、小于对应类型充电体的最大电压阈值时，进行充电，并判断充电体电压是否达到对该类型充电体所设定的电压值，未达到继续充电，达到即结束充电。

Claims (9)

1.一种车辆运动能量收集器，其特征在于，包括驱动机构、机架、设置在该机架上的变速机构和发电机；

该驱动机构包括压块、下压件、驱动件和弹性件；该压块下方与该下压件配合实现下压动作，该下压件带动该驱动件运动，该驱动件驱动所述变速机构输入端转动，该弹性件设置在所述机架上并驱动所述下压件及所述驱动件上移至该下压件下压前该下压件及该驱动件的起始位置；该下压件与设置在所述机架上的导向件导向配合，该压块安装在车辆通过的道路的安装槽内；

该变速机构输入端至输出端作升速变换，其输出端连接所述发电机的驱动轴、驱动该发电机转动发电。

2.如权利要求1所述的车辆运动能量收集器，其特征在于，所述驱动件为齿条，该齿条固定连接在所述下压件上；所述导向件为连接在所述机架上的立柱，该下压件下端与该立柱导向配合；所述弹性件为压缩弹簧，该压缩弹簧设置在所述立柱与所述下压件下端之间并处于受压状态。

3.如权利要求2所述的车辆运动能量收集器，其特征在于，所述驱动件包括转臂、设置在该转臂前端部的齿圈和转动连接在该转臂后端部的长孔套；该转臂中部转动支撑在所述机架上；所述导向件为连接在所述机架上的立柱，所述弹性件为压缩弹簧，该压缩弹簧、所述长孔套、所述下压件下端依次套装在该立柱上，所述长孔套的长孔长度方向满足所述转臂转动时该长孔套在所述立柱上自由滑动，该压缩弹簧处于受压状态。

4.如权利要求1至3之一所述的车辆运动能量收集器，其特征在于，所述变速机构输入端包括同轴的主动齿轮、从动齿轮A和从动齿轮B，所述驱动件包括分别与该从动齿轮A和从动齿轮B传动啮合的驱动件A和驱动件B；该主动齿轮与其轴可传递扭矩连接，该从动齿轮A和从动齿轮B与其轴转动连接并分别通过棘轮棘爪A、棘轮棘爪B与所述主动齿轮驱动连接，该棘轮棘爪A与该棘轮棘爪B驱动方向相反。

5.如权利要求1至3之一所述的车辆运动能量收集器，其特征在于，所述下压件与所述压块固定连接；或所述下压件包括杆体和转动连接的该杆体顶端的滚动体，所述压块包括设置在其底部与所述下压件顶部滚动结构配合的槽，所述滚动体与该槽滚动配合。

6.如权利要求5所述的车辆运动能量收集器，其特征在于，所述变速机构输入端包括同轴的主动齿轮、从动齿轮A和从动齿轮B，所述驱动件包括分别与该从动齿轮A和从动齿轮B传动啮合的驱动件A和驱动件B；该主动齿轮与其轴可传递扭矩连接，该从动齿轮A和从动齿轮B与其轴转动连接并分别通过棘轮棘爪A、棘轮棘爪B与所述主动齿轮驱动连接，该棘轮棘爪A与该棘轮棘爪B驱动方向相反。

7.一种充电电路，其输入端连接如权利要求1所述的车辆运动能量收集器的发电机输出端，其特征在于，包括依次连接的整流电路和智能充电管理系统模块；

该整流电路的输入端为所述充电电路的输入端，该整流电路的输出端连接所述智能充电管理系统模块的输入端，该智能充电管理系统模块的输出端为所述充电电路的输出端；

该智能充电管理系统模块包括MCU、稳压电路、基准参考电压电路、分压电路和充电开关电路；

该稳压电路包括稳压开关管和稳压管A，该稳压开关管的基极连接该稳压管A的负极，该稳压管A的正极接地；该稳压开关管的发射极接所述整流电路的输出正极、集电极为该稳压电路输出端，该输出端输出所述智能充电管理系统模块所需电压；

该MCU为带AD功能的单片机，该MCU的供电端连接所述稳压电路输出端、接地端接地；

该基准参考电压电路包括稳压管B和基准参考电压电阻，该稳压管B负极经该基准参考电压电阻连接所述稳压电路输出端、正极接地；

该分压电路包括至少一组分压电阻，每组分压电阻包括相串联的两个电阻，该串联电阻一端接地、另一端连接所述智能充电管理系统模块的一路充电输出正极端，该串联电阻相互连接端连接所述MCU的I/O口；

该充电开关电路包括至少一组开关元件，每组开关元件包括一个充电开关管和一个开关电阻，该开关电阻一端连接所述MCU的I/O口、另一端连接该充电开关管基极，该充电开关管集电极连接所述整流电路的输出正极、发射极连接所述智能充电管理系统模块的一路充电输出正极端。

8.如权利要求7所述的充电电路，其特征在于，包括滤波电路，该滤波电路连接在所述整流电路的输出端。

9.如权利要求7或8所述的充电电路，其特征在于，所述智能充电管理系统模块内置充电管理软件，该充电管理软件的流程为：

首先，进行充电体类型判断，判断充电体类型是锂镍类电池、超级电容还是铅酸类电池，根据确定的充电体类型选择对应的充电程序；

然后，进行充电体电压判断，将充电体电压与对应类型充电体的电压阈值比较，当：

(1)充电体电压小于等于对应类型充电体的最小电压阈值时，进行短路保护，关闭该充电体充电电路，结束充电；

(2)充电体电压大于等于对应类型充电体的最大电压阈值时，进行过压保护，关闭该充电体充电电路，结束充电；

(3)充电体电压大于对应类型充电体的最小电压阈值、小于对应类型充电体的最大电压阈值时，进行充电，并判断充电体电压是否达到对该类型充电体所设定的电压值，未达到继续充电，达到即结束充电。