CN115118180A - 高效能路用复合式发电装置及发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效能路用复合式发电装置及发电方法，旨在解决现有技术中发电方式单一，转换效率低，发电功率小，能源利用率低，无法满足所需发电功率较大场合的技术问题。本发明采用复合发电技术，在固定型压电‑电磁复合式振动俘能发电机内部巧妙设置浮子型电磁线圈转子发电机；且通过阵列排布多个压电材料组成的发电片并接入电路，一方面可以通过转子挤压发电，另一方面实现基于环境中的振动发电，体积小，发电效率高。

Description

高效能路用复合式发电装置及发电方法

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种高效能路用复合式发电装置及发电方法。

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，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。

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，而这种方法存在齿轮咬合部分接触面积小，易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，所以这种方法虽然产品成本低，但因其结构设计问题导致其使用寿命不长，故障率高，发电效率低。

发明人知晓的另一种利用正压电效应的新型组合结构式人行路面压电单元（中国专利文献CN111193439A）公开了一种利用人们在钢化玻璃上踩踏产生的振动，通过硅胶垫片传递到压电换能器，产生轻微的挠度，达到发电效果的技术。

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技术问题：通过硅胶垫片传递到压力，产生轻微的挠度，进而转换为电力，发电方式单一，能量转换效率低，发电功率小，能源利用率低，无法满足所需发电功率较大的场合。

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：

（1）现有路用发电机转子在转动时发生骤停或突然反向旋转，会加重机械元件磨损，容易形成细小碎屑物进入装置的动力传输部分造成装置卡死；

（2）现有基于道路能量的发电方式单一，能量转换率及发电效率低，发电功率小，难以有效利用。

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种高效能路用复合式发电装置及发电方法，采用复合发电技术，将固定型压电-电磁复合式振动俘能发电机和浮子型电磁线圈转子发电机有机集成在一起，使其相辅相成，其中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；且通过阵列排布多个压电材料组成的发电片并接入电路，一方面可以通过转子挤压发电，另一方面实现基于环境中的振动发电，体积小，发电效率高。

根据本公开的一个方面，提供一种高效能路用复合式发电装置，主要包括俘能发电机、具有空槽结构转子壳的浮子型电磁线圈转子发电机、以及位于所述转子壳内的磁铁，所述俘能发电机具有孔型结构的盖型俘能环、多个具有与所述盖型俘能环相同孔型结构的俘能环、所述俘能环之间通过所述孔型结构相夹的发电片、位于其外围的俘能线圈；

所述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、连接于所述线圈的总电源输出端和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。

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，所述高效能路用复合式发电装置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。

在本公开的一些实施例中，所述盖型俘能环盖在所述浮子型电磁线圈转子发电机外部所述永磁铁上。

在本公开的一些实施例中，所述盖型俘能环的孔型结构为呈圆周排列直径相同的圆孔。

在本公开的一些实施例中，所述发电片包括圆柱形磁铁质量块、连接于所述圆柱形磁铁质量块的金属片和钎焊在所述金属片上下表面的压电发电材料PZT-SA陶瓷片，形成悬臂梁式结构。

根据本公开的另一个方面，提供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所述高效能路用复合式发电装置实施，包括以下步骤：

（1）压力转换装置未受到路面踩踏施压时，

所述发电片因外部环境中的振动而振动，所述发电片的悬臂梁结构在振动中发生弹性形变，在所述压电发电材料PZT-SA陶瓷片内部产生内应力从而产生极性相反的电荷，通过回路形成电流，及压电效应；

所述圆柱形磁铁质量块随着所述悬臂梁振动，使所述俘能线圈内部产生感应电流，及电磁效应；

压电效应和电磁效应两种俘能发电方法耦合在一起将道路环境中的振动能转化为电能；

（2）压力转换装置受到路面踩踏施压时，

由对应的道路中铺设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；

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；

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；

造成所述空槽圆环结构转子壳随之向下挤压所述发电片，此时所述发电片同时发生大程度的弹性形变，产生压电效应和电磁效应，输出更大的电流和电压；

（3）压力转换装置在踩踏等压力消失后，

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或逆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；

在所述转子复位的过程中，所述空槽圆环结构转子壳上升，对所述发电片不再施加压力，所述压电发电材料PZT-SA陶瓷片内部因弹性形变形成的内应力在此过程中释放，使所述发电片上下振动，产生压电效应；

产生的电流通过导线汇集于所述总电源输出端。

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，一台发电装置的地砖承接座承载6块等边三角形地砖，一块地砖在三个顶点分别放置发电装置，降低路面踩踏时的塌陷感，同时将踩踏等压力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，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。

4. 采用复合耦合发电技术，高效能路用复合式发电装置内部包含浮子型电磁线圈转子发电机，且通过阵列排布多个压电材料组成的发电片并接入电路，一方面可以通过转子挤压发电，另一方面实现基于环境中的振动发电，体积小，发电效率高。

5. 采用压电-电磁复合式振动俘能技术，发电片既能通过压电发电也可通过电磁发电，并将多组俘能单元分别串并联，提高俘能器整体输出的电流和电压；同时俘能发电机不仅可以在装置被踩踏时发电，也可基于环境中的振动发电，装置两种发电状态下俘能发电机分别有不同的发电效率，再与转子发电机结合，整个发电装置与单一方式的压电发电装置或电磁发电装置相比可以获得更高的输出功率。

附图说明

图1为本申请一实施例中高效能路用复合式发电装置的外观示意图。

图2为本申请一实施例中盖型俘能环的结构示意图。

图3为本申请一实施例中盖型俘能环的仰视图。

图4为本申请一实施例中发电片的结构示意图。

图5为本申请一实施例中转子壳的结构示意图。

图6为本申请一实施例中转子壳的俯视图。

图7为本申请一实施例中高效能路用复合式发电装置的俯视图。

图8为图7中A-A面剖视结构示意图。

图9为本申请一实施例中单向棘轮的结构示意图。

图10为本申请一实施例中单向棘轮的仰视图。

图11为本申请一实施例中内齿轮筒的结构示意图。

图12为本申请一实施例中内齿轮筒的俯视图。

图13为图7中B-B面剖视结构示意图。

图14为本申请一实施例中高效能路用复合式发电装置安装位置图。

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；30、磁铁；31、盖型俘能环；32、发电片；321、磁铁质量块；322、PZT-SA陶瓷片；323、金属片；33、发电片悬臂梁结构；34、俘能环；35、俘能线圈。

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、单元模块及结构装置等，如无特别说明，则均为常规产品。

本申请实施例通过提供一种高效能路用复合式发电装置，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；发电方式单一，转换效率低，发电功率小，能源利用率低，无法满足所需发电功率较大的场合。

本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：

采用复合发电技术，固定型压电-电磁复合式振动俘能发电机内部巧妙设置浮子型电磁线圈转子发电机，其中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；且通过阵列排布多个压电材料组成的发电片并接入电路，一方面可以通过转子挤压发电，另一方面实现基于环境中的振动发电，体积小，发电效率高。

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

本例公开一种高效能路用复合式发电装置，参见图1至14，主要包括俘能发电机、具有空槽结构转子壳的浮子型电磁线圈转子发电机和位于转子壳内的磁铁30；俘能发电机包括具有孔型结构的盖型俘能环31、多个具有与盖型俘能环31相同孔型结构的俘能环34、俘能环34之间通过孔型结构相间的发电片32、位于其外围的俘能线圈20、连接于俘能线圈20的总电源输出端5；盖型俘能环31盖在浮子型电磁线圈转子发电机外部永磁铁30上；盖型俘能环31的孔型结构为呈圆周排列直径相同的圆孔；发电片32包括圆柱形磁铁质量块321、连接于圆柱形磁铁质量块321的金属片323和钎焊在金属片323上下表面的压电发电材料PZT-SA陶瓷片322，形成悬臂梁式结构。

浮子型电磁线圈转子发电机包括转子 17、缠绕在转子 17外围的线圈20、在线圈20外围的永磁铁30、转子 17下方的电刷21、连接于线圈20的总电源输出端5和与转子 17对应设置的压力转换装置 23；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8导轨的单向棘轮29、位于单向棘轮29外且内部齿轮结构11与单向棘轮29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；内齿轮筒10的内齿轮结构11与单向棘轮29单方向顺时针或逆时针啮合；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。

高效能路用复合式发电装置还包括设于其外围的发电机壳体27；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上方承接六块呈圆周排列的等边三角形地砖22顶角，等边三角形地砖22三个顶角下方均放置有地砖承接座4。

实施例二

本例公开一种高效能路用复合式发电装置，参见图1至14，主要包括：浮子型电磁线圈转子发电机（简称转子发电机）和固定型压电-电磁复合式振动俘能发电机（简称俘能发电机）。

转子发电机位于整体装置内部中心部位，其转子上方的螺旋扭条9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9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10，筒内存在一个与内齿轮结构11顺时针方向（单方向）啮合的单向棘轮29，单向棘轮29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28），在行人压力的作用下，螺旋扭条9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被螺旋扭条带动，会在平面内顺时针旋转，顺时针旋转时，单向棘轮29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。

俘能发电机位于线圈转子发电机外部，主要由盖型俘能环31，俘能环34，压电-电磁复合式振动俘能单元（以下简称发电片）和俘能线圈35构成。

盖型俘能环盖在转子发电机外部定子结构上，其环上圆周排列一圈直径相同的圆孔，并用含有相同圆孔结构的俘能环通过圆孔夹紧多个发电片的固定端，使发电片的振子末端可以因环境中的振动而振动，再以相同的方式在俘能环与俘能环之间错位（发电片排列的密度决定错开的圆孔数量）夹紧相同数量的，以这种方法再夹紧多层，位于同层的发电片之间并联，俘能环之间串联（串联输出X倍电压，并联输出Y倍电流，X为俘能环数量，Y为俘能单元数量）组成筒状结构，筒状结构外围固定俘能线圈，发电片振子末端在振动时可在俘能线圈中产生感应电流，同时本身发生的弹性形变也可使压电材料发电，实现将环境中的振动能通过压电效应与电磁效应转化为电能。同时在平面滚子轴承与内齿轮筒的底座之间的转子复位弹簧能够使转子在旋转前向下移动一部分距离，并在上方转子壳空槽圆环结构内放置磁铁，在转子向下移动时，圆环起到压力传递的作用，其一方面挤压发电片的振子，使发电片通过压电效应与电磁效应发电，另一方面圆环内的磁铁在位移时，也可在俘能线圈里形成感应电流，实现俘能发电机在转子发电机工作时的发电。

其中发电片是将压电发电材料PZT-SA陶瓷片或其他压电材料钎焊在中心金属层的上下表面，形成悬臂梁式结构，同时振子为永磁材质，当永磁铁跟随悬臂梁振动时，切割俘能线圈产生感应电流， PZT-SA陶瓷片因悬臂梁振动时发生的弹性变形程度产生电流，从而实现了压电和电磁两种俘能方法的耦合，及压电电磁复合发电技术。

最后将这两部分产生的电流通过导线汇集于外置接口处输出，因为此时输出的电流不稳定，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形成电能的收集。

实施例三

本例公开一种基于高效能路用复合式发电装置的发电方法，包括以下步骤（参见图1-14）：

铺设发电装置的路面采用三角形网络布局的方法规划实施例一或实施例二中所述的发电装置的安放位置，一台发电装置的地砖承接座承载6块等边三角形地砖，一块地砖在三个顶点分别放置发电装置（参见图14）；

（1）压力转换装置23未受到路面踩踏等施压时，

发电片32因外部环境中的振动而振动，发电片32的悬臂梁结构在振动中发生弹性形变，在压电发电材料PZT-SA陶瓷片322内部产生内应力从而产生极性相反的电荷，通过回路形成电流，及压电效应；

圆柱形磁铁质量块321随着悬臂梁振动，使俘能线圈35内部产生感应电流，及电磁效应；

压电效应和电磁效应两种俘能发电方法耦合在一起实现将道路环境中的振动能转化为电能。

（2）压力转换装置23受到路面踩踏等施压时，

由对应的道路中铺设的地砖承接座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内部齿状结构11啮合，从而带动内齿轮筒10及转子17一起转动；

造成空槽圆环结构转子壳随之向下挤压发电片32，此时发电片32同时发生较大程度的弹性形变，产生与上述相同的压电效应和电磁效应，发输出更大的电流和电压。

（3）压力转换装置23在踩踏等压力消失后，

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的内部齿状结构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保持顺时针或逆时针转动而不受压力消失的影响；

线圈20跟随转子17转动，切割永磁铁30的磁感线，线圈20中产生电流，流向总电源输出端5。

在转子17复位的过程中，空槽圆环结构转子壳上升，对发电片32不再施加压力，压电发电材料PZT-SA陶瓷片322内部因弹性形变形成的内应力在此过程中释放，使发电片32上下振动，产生与上述相同的压电效应；

产生的电流通过导线汇集于总电源输出端5；进一步的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形成电能的收集。

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。

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，则本实发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高效能路用复合式发电装置，包括俘能发电机，该俘能发电机具有孔型结构的盖型俘能环、多个具有与所述盖型俘能环相同孔型结构的俘能环、所述俘能环之间通过所述孔型结构相夹的发电片、位于其外围的俘能线圈，其特征在于，还包括具有空槽结构转子壳的浮子型电磁线圈转子发电机和位于所述转子壳内的磁铁；

所述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、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所述的高效能路用复合式发电装置，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所述的高效能路用复合式发电装置，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。

4.根据权利要求1所述的高效能路用复合式发电装置，其特征在于，所述浮子型电磁线圈转子发电机还包括壳体。

5.根据权利要求1所述的高效能路用复合式发电装置，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。

6.根据权利要求5所述的高效能路用复合式发电装置，其特征在于，所述发电机防水底座上设有防水橡胶圈；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。

7.根据权利要求1所述的高效能路用复合式发电装置，其特征在于，所述盖型俘能环盖在所述浮子型电磁线圈转子发电机外部所述永磁铁上。

8.根据权利要求1所述的高效能路用复合式发电装置，其特征在于，所述盖型俘能环的孔型结构为呈圆周排列直径相同的圆孔。

9.根据权利要求1所述的高效能路用复合式发电装置，其特征在于，所述发电片包括圆柱形磁铁质量块、连接于所述圆柱形磁铁质量块的金属片和设在所述金属片上下表面的压电发电材料PZT-SA陶瓷片，形成悬臂梁式结构。

10.一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所述高效能路用复合式发电装置实施，包括以下步骤：

（1）当压力转换装置未受到路面踩踏施压时，

所述发电片接收道路环境中的振动而振动，所述发电片的悬臂梁结构在振动中发生弹性形变，在所述压电发电材料PZT-SA陶瓷片内部产生内应力从而产生极性相反的电荷，通过回路形成电流及压电效应；

所述圆柱形磁铁质量块随着所述悬臂梁振动，使所述俘能线圈内部产生感应电流及电磁效应；

压电效应和电磁效应耦合而将道路环境中的振动能转化为电能；

（2）当压力转换装置受到路面踩踏施压时，

由对应的道路中铺设的地砖承接座实时接收来自道路地面的压力，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；

造成所述空槽圆环结构转子壳随之向下挤压所述发电片，此时所述发电片同时发生大程度的弹性形变，产生压电效应和电磁效应，输出电流和电压；

（3）当压力转换装置在踩踏等压力消失后，

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，使其两者的齿状结构滑移错开而不啮合；

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或逆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，输至对应的总电源输出端；

在所述转子复位的过程中，所述空槽圆环结构转子壳上升，对所述发电片不再施加压力，所述压电发电材料PZT-SA陶瓷片内部因弹性形变形成的内应力在此过程中释放，使所述发电片上下振动，产生压电效应；产生的电流通过导线汇集于对应的总电源输出端。

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