CN114977647A - 浮子型电磁线圈转子发电机及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮子型电磁线圈转子发电机及发电方法，旨在解决当螺旋扭条动力传输及方向停止或改变时，转子在转动时发生骤停或突然反向旋转的技术问题。通过利用螺旋扭条和螺旋扭条导轨实现转子在轴向压力作用下可以在垂直轴的平面内旋转，设计单向棘轮内部导轨与螺旋扭条不完全贴合、棘轮齿与内齿轮筒内的内齿轮结构之间的啮合角度，进而实现了单向棘轮因摩擦力与啮合角度之间形成的推力而反复跳动，实现内齿轮筒及转子在传输动力变化方向时仍能单方向旋转不会发生骤停的技术效果。

Description

浮子型电磁线圈转子发电机及发电方法

技术领域

本发明涉及压力发电技术领域，具体涉及一种浮子型电磁线圈转子发电机及发电方法。

背景技术

二十一世纪以来，随着人口的快速增长和社会经济的迅猛发展，能源问题业已成为限制人类社会发展的桎梏。随着储量有限的传统化石燃料日益消耗殆尽，国内外研究人员纷纷把目光投向各种新型能量的获取，其中，路面压力发电技术逐渐成为相关领域技术人员研究的焦点之一。

在目前已有的路面发电装置中，为了实现将地面压力的能量转化为电能，主要采用压电发电技术、光伏发电技术和以永磁铁为定子、线圈为转子并通过齿轮带动的切割磁感线发电技术。而应用以上三种技术的路面发电装置中，前两者产品造价高、发电成本高、经济效益低。

发明人知晓的一种定子及发电机（中国专利文献CN103401327A）公开了一种以永磁铁为定子、线圈为转子并通过齿轮带动的切割磁感线发电技术。

但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下一些技术问题：采用踩踏齿轮条导轨带动齿轮从而实现发电机转子转动，而这种方法存在着齿轮咬合部分接触面积小，导致机械元件之间摩擦力过大，同时随着压力的消失，使得转子在转动时易发生骤停或突然反向旋转等问题，所以这种方法虽然其产品制造成本较低，但因其结构设计问题易导致其使用寿命不长，故障率高，发电效率低。

公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

发明人通过研究发现：现有一些路面发电装置的转子在转动时易发生骤停或突然反向旋转，会加重机械元件磨损，严重时更导致齿轮碎裂，容易形成细小碎屑物，而装置的动力传输部分一旦进入这些碎屑物更会造成装置卡死，无法发电。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种浮子型电磁线圈转子发电机，通过利用螺旋扭条和螺旋扭条导轨实现转子在轴向压力作用下可以在垂直轴的平面内旋转，通过内齿轮筒和单向棘轮实现转子在传输动力变化方向时仍能单方向旋转而不会发生骤停。

根据本公开的一个方面，提供一种浮子型电磁线圈转子发电机，包括：转子、缠绕在所述转子外围的线圈、在所述线圈外围的永磁铁、转子下方的电刷和连接于所述线圈的总电源输出端，还包括位于转子旁的压力转换装置，所述压力转换装置包括受压组件、旋转组件和复位组件，所述受压组件包括螺旋扭条，所述旋转组件包括内部为螺旋扭条导轨的单向棘轮、位于单向棘轮外且内部齿轮结构与单向棘轮啮合的内齿轮筒，所述复位组件包括位于转子上方的定向盘、位于螺旋扭条外围的螺旋扭条复位弹簧和位于转子下方的转子复位弹簧。

在本公开的一些实施例中，所述单向棘轮内部的螺旋扭条导轨与螺旋扭条不完全贴合；以实现效能的有效传导。

在本公开的一些实施例中，所述永磁铁为弧形永磁铁。

在本公开的一些实施例中，所述内齿轮筒的内齿轮结构与单向棘轮单方向顺时针或逆时针啮合。

在本公开的一些实施例中，所述浮子型电磁线圈转子发电机还包括设于其外围的壳体。

在本公开的一些实施例中，所述壳体包括位于所述螺旋扭条上方的地砖承接座、连接于所述地砖承接座的圆台形弹力橡胶罩、连接于所述圆台形弹力橡胶罩的圆柱形发电机外壳、连接于所述圆柱形发电机外壳的发电机防水底座。

在本公开的一些实施例中，所述发电机防水底座上设有防水橡胶圈。

在本公开的一些实施例中，所述地砖承接座上方承接六块呈圆周排列的等边三角形地砖顶角，等边三角形地砖三个顶角下方均放置有地砖承接座。

根据本公开的一个方面，提供一种基于上述浮子型电磁线圈转子发电机的道路发电方法，由包括以下步骤：

所述地砖承接座实时接收来自地面的压力，并传递给所述螺旋扭条使其发生向下位移；

所述螺旋扭条向下移动并滑入所述单向棘轮内部的螺旋扭条导轨，所述单向棘轮被所述螺旋扭条带动，在平面内顺时针或逆时针旋转；

所述单向棘轮外部的棘轮齿与所述内齿轮筒内部齿状结构啮合，从而带动所述内齿轮筒及转子一起转动；当压力消失后，在所述螺旋扭条复位弹簧的作用下所述螺旋扭条快速抬升；

由于所述螺旋扭条与所述单向棘轮内部的螺旋扭条导轨之间存在接触摩擦力，所述单向棘轮跟着所述螺旋扭条发生向上位移或向上移动一部分距离后又再次下落；

所述单向棘轮被所述螺旋扭条的向上位移带动，在平面内逆时针或顺时针旋转，所述单向棘轮与所述螺旋扭条之间存在啮合角度，其两者的齿状结构滑移错开，无法啮合；

所述内齿轮筒的内部齿状结构对下落过程中的所述单向棘轮形成一个向上的推力，使所述单向棘轮再次上升一部分距离后下降，所述单向棘轮处于上升后下落再上升的往复状态，在内齿轮筒内反复跳动；在惯性的作用下，所述转子保持顺时针转动而不受压力消失的影响；

所述线圈跟随所述转子转动，切割所述永磁铁的磁感线，所述线圈中产生电流，流向所述总电源输出端。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：

1.设计单向棘轮内部导轨与螺旋扭条不完全贴合、棘轮齿与内齿轮筒内的内齿轮结构之间的啮合角度，有效解决了当螺旋扭条动力传输及方向停止或改变时，转子在转动时发生骤停或突然反向旋转的技术问题，进而实现了单向棘轮因摩擦力与啮合角度之间形成的推力而反复跳动，不影响内齿轮筒及转子旋转状态的技术效果。

2. 通过利用螺旋扭条和螺旋扭条导轨实现转子在轴向压力作用下在垂直轴的平面内旋转，从而带动转子及线圈旋转，以切割永磁铁磁感线发电，实现发电装置将压力转化为电能。

3. 铺设发电装置的路面采用三角形网络布局的方法规划发电装置的安放位置，降低路面踩踏时的塌陷感，同时将踩踏等压力所带来的能量最大化利用；本发电装置的线圈转子发电机可在惯性作用下保持旋转，不会因传输动力的消失而骤停，在人流量大的路段铺设，发电装置踩踏间隔时间更短，可使线圈转子发电机维持在一种高转速状态，发电效率将达到最大。

附图说明

图1为本申请一实施例中浮子型电磁线圈转子发电机的结构示意图。

图2为本申请一实施例中浮子型电磁线圈转子发电机的俯视图。

图3为图2中A-A面剖视结构示意图。

图4为本申请一实施例中单向棘轮的结构示意图。

图5为本申请一实施例中单向棘轮的仰视图。

图6为本申请一实施例中内齿轮筒的结构示意图。

图7为本申请一实施例中内齿轮筒的俯视图。

图8为图7中B-B面剖视结构示意图。

图9为本申请一实施例中浮子型电磁线圈转子发电机安装位置图。

以上各图中，1、发电机防水底座；2、圆柱形发电机外壳；3、弹力橡胶罩；4、地砖承接座；5、总电源输出端；6、防水橡胶圈；7、防水定向圆环；8、螺旋扭条；9、螺旋扭条复位弹簧；10、内齿轮筒；11、内齿轮结构；12、内齿轮筒底座；13、转子复位弹簧；14、平面滚子轴承；15、下方转子壳；16、上方转子壳； 17、转子；18、弧形永磁铁；19、线圈框；20、线圈；21、电刷；22、三角形地砖； 23、压力转换装置；24、受压组件；25、旋转组件；26、复位组件；27、发电机壳体；28、螺旋扭条导轨；29、单向棘轮。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请所涉及“第一”、“第二”等是用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所涉及“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

以下实施例中所涉及的零部件、结构、机构或材料等，如无特别说明，则均为常规市售产品。

本申请实施例通过提供一种浮子型电磁线圈转子发电机，解决了现有技术中机械元件之间摩擦力过大，随着压力的消失，使得转子在转动时发生骤停或突然反向旋转，加重机械元件磨损，使用寿命不长，故障率高，发电效率低。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题的总体思路如下：

通过利用螺旋扭条和螺旋扭条导轨实现转子在轴向压力作用下可以在垂直轴的平面内旋转，通过内齿轮筒和单向棘轮实现转子在传输动力变化方向时仍能单方向旋转不会发生骤停。

为了更好的理解本申请技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

本例公开一种浮子型电磁线圈转子发电机，参见图1至9，包括：转子17、缠绕在转子17外围的线圈20、在线圈20外围的弧形永磁铁18、连接于线圈20的总电源输出端、转子17旁的压力转换装置23和发电机壳体27。转子17旁还固定有下方转子壳15和上方转子壳16，线圈20外围固定有线圈框19。压力转换装置23包括受压组件24、旋转组件25和复位组件26，受压组件24包括螺旋扭条8、旋转组件25包括内部为螺旋扭条导轨28的单向棘轮29、位于单向棘轮29外且内齿轮结构11与单向棘轮29单方向顺时针啮合的内齿轮筒10，单向棘轮29内部的螺旋扭条导轨28与螺旋扭条8不完全贴合，转子17的电刷21固定在内齿轮筒底座12的外部，内齿轮筒底座12的下方存在平面滚子轴承14。复位组件26包括位于转子17上方的防水定向圆环7、位于螺旋扭条8外围的螺旋扭条复位弹簧9和位于转子17下方的转子复位弹簧13。

发电机壳体27包括位于螺旋扭条8上方的地砖承接座4、连接于地砖承接座4的圆台形弹力橡胶罩3、连接于圆台形弹力橡胶罩3的圆柱形发电机外壳2、连接于圆柱形发电机外壳2的发电机防水底座1。发电机防水底座1上设有防水橡胶圈6。地砖承接座4上方放置六块等边三角形地砖22。

实施例二

本例公开一种浮子型电磁线圈转子发电机，参见图1至9，转子发电机位于装置内部中心，其转子上方的螺旋扭条可在装置被行人踩踏等造成的压力作用下发生轴向位移，通过定向盘和螺旋扭条复位弹簧限制螺旋扭条的位移方向和位移终点。转子轴为一个内齿轮筒，筒内存在一个与内齿轮结构顺时针方向（单方向）啮合的单向棘轮，单向棘轮能在筒内上下移动并且保留了平面旋转的自由度，单向棘轮内部的结构是一条不与螺旋扭条完全贴合的轨道（螺旋扭条导轨），在行人压力的作用下，螺旋扭条向下移动并滑入单向棘轮内部的螺旋扭条导轨，单向棘轮被螺旋扭条带动，会在平面内顺时针旋转，顺时针旋转时，单向棘轮外部的棘轮齿与内齿轮筒内部齿状结构啮合，从而又带动内齿轮筒以及转子一起转动，当压力消失后，在螺旋扭条复位弹簧的作用下螺旋扭条快速抬升，在此过程中，因为螺旋扭条与单向棘轮内部的螺旋扭条导轨之间存在接触摩擦力，单向棘轮也会跟着螺旋扭条向上位移，并且因为啮合角度在逆时针旋转时两者的齿状结构会滑移错开，而不啮合。所以在惯性的作用下，转子依旧可以顺时针转动而不受压力消失的影响。

具体而言，当螺旋扭条下降至位移终点时，单向棘轮不再旋转，此时转子在惯性下以原方向继续旋转，因为单向棘轮内部的螺旋扭条导轨不是与螺旋扭条完全贴合，所以单向棘轮会在导轨与扭条接触摩擦力的作用下向上移动一部分距离或向上移动一部分距离后又再次下落（第一种情况是因为导轨与扭条之间摩擦力较大，第二种情况是因为摩擦力较小），当发生第二种情况时，又因内齿轮筒齿状结构和单向棘轮齿状结构之间的设计角度差，旋转中的内齿轮筒内部的齿状结构会对下落的单向棘轮齿状结构形成一个向上的推力，使单向棘轮再次上升一部分距离后下降，只要转子仍处于旋转状态，单向棘轮就会一直处于上升后下落再上升的往复状态，单向棘轮在内齿轮筒内反复跳动，保证了转子不会因螺旋扭条传输的动力消失或动力方向改变而发生骤停。

线圈则缠绕在转子壳内的线圈框中，转子壳由上下两部分组合而成，上方转子壳外部有一空槽圆环结构。转子的电刷则固定在内齿轮筒底座外部，底部下方存在一个平面滚子轴承，在轴承与内齿轮筒底座之间有一转子复位弹簧。转子外部固定一圈弧形永磁铁形成转子发电机的定子结构。螺旋扭条上方固定地砖承接座，可同时放置6块等边三角形地砖。

实施例三

本例公开一种基于实施例一中浮子型电磁线圈转子发电机的道路发电方法，包括以下步骤：

地砖承接座4实时接收来自地面的压力，并传递给螺旋扭条8使其发生向下位移；

螺旋扭条8向下移动并滑入单向棘轮29内部的螺旋扭条导轨28，单向棘轮29被螺旋扭条8带动，在平面内顺时针旋转。

单向棘轮29外部的棘轮齿与内齿轮筒10内齿状结构11啮合，从而带动内齿轮筒10及转子17一起转动。

当压力消失后，在螺旋扭条复位弹簧9的作用下螺旋扭条8快速抬升。

由于螺旋扭条8与单向棘轮29内部的螺旋扭条导轨28之间存在接触摩擦力，单向棘轮29跟着螺旋扭条8发生向上位移或向上移动一部分距离后又再次下落。

单向棘轮29被螺旋扭条8的向上位移带动，在平面内逆时针旋转，单向棘轮29与螺旋扭条8之间存在啮合角度，其两者的齿状结构滑移错开，无法啮合。

内齿轮筒10的内齿状结构11对下落过程中的单向棘轮29形成一个向上的推力，使单向棘轮29再次上升一部分距离后下降，单向棘轮29处于上升后下落再上升的往复状态，在内齿轮筒10内反复跳动。

在惯性的作用下，转子17保持顺时针转动而不受压力消失的影响。

线圈20跟随转子17转动，切割弧形永磁铁18的磁感线，线圈20中产生电流，流向总电源输出端5。

尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。在装置外通过电流整流装置将电流滤波处理后即可输出到蓄电池中以形成电能的收集。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种浮子型电磁线圈转子发电机，包括转子、缠绕在所述转子外围的线圈、在所述线圈外围的永磁铁、转子下方的电刷和连接于所述线圈的总电源输出端，其特征在于，还包括与所述转子对应设置的压力转换装置；所述压力转换装置包括受压组件、旋转组件和复位组件；所述受压组件包括螺旋扭条，所述旋转组件包括内部为螺旋扭条导轨的单向棘轮、位于所述单向棘轮外且内部齿轮结构与单向棘轮啮合的内齿轮筒；所述复位组件包括位于转子上方的定向盘、位于螺旋扭条外围的螺旋扭条复位弹簧和位于转子下方的转子复位弹簧。

2.根据权利要求1所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述单向棘轮内部的螺旋扭条导轨与螺旋扭条不完全贴合。

3.根据权利要求1所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述永磁铁为弧形永磁铁。

4.根据权利要求1所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述内齿轮筒的内齿轮结构与单向棘轮单方向顺时针或逆时针啮合。

5.根据权利要求1所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述浮子型电磁线圈转子发电机还包括设于其外围的壳体。

6.根据权利要求5所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述壳体包括位于所述螺旋扭条上方的地砖承接座、连接于所述地砖承接座的圆台形弹力橡胶罩、连接于所述圆台形弹力橡胶罩的圆柱形发电机外壳、连接于所述圆柱形发电机外壳的发电机防水底座。

7.根据权利要求6所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述发电机防水底座上设有防水橡胶圈。

8.根据权利要求6所述的浮子型电磁线圈转子发电机，其特征在于，所述地砖承接座上方承接六块呈圆周排列的等边三角形地砖顶角，等边三角形地砖三个顶角下方均放置有地砖承接座。

9.一种基于道路的发电方法，由设置于对应的道路路面下方的权利要求1所述浮子型电磁线圈转子发电机实施，包括以下步骤：

（1）由对应的地砖承接座实时接收来自地面的压力，并传递给所述螺旋扭条使其发生向下位移；

（2）所述螺旋扭条向下移动并滑入所述单向棘轮内部的螺旋扭条导轨，所述单向棘轮被所述螺旋扭条带动，在平面内顺时针旋转；

（3）所述单向棘轮外部的棘轮齿与所述内齿轮筒内部齿状结构啮合，从而带动所述内齿轮筒及转子一起转动；

（4）当压力消失后，在所述螺旋扭条复位弹簧的作用下所述螺旋扭条快速抬升；

（5）由于所述螺旋扭条与所述单向棘轮内部的螺旋扭条导轨之间存在接触摩擦力，所述单向棘轮跟着所述螺旋扭条发生向上位移或向上移动一部分距离后又再次下落；

（6）所述单向棘轮被所述螺旋扭条的向上位移带动，在平面内逆时针或顺时针旋转，所述单向棘轮与所述螺旋扭条之间存在啮合角度，其两者的齿状结构滑移错开，无法啮合；

（7）所述内齿轮筒的内部齿状结构对下落过程中的所述单向棘轮形成一个向上的推力，使所述单向棘轮再次上升一部分距离后下降，所述单向棘轮处于上升后下落再上升的往复状态，在内齿轮筒内反复跳动；

（8）在惯性的作用下，所述转子保持顺时针或逆时针转动而不受压力消失的影响；

（9）所述线圈跟随所述转子转动，切割所述永磁铁的磁感线，所述线圈中产生电流，流向所述总电源输出端。

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