專利名稱：用于從車輛的經(jīng)過回收能量的壓電機(jī)械裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過壓電機(jī)械(Piezo-ElectroMechanical, PEM)裝置從車輛的通過回收能量。
具體地，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)有益的但是未排他的從在城市/郊區(qū)/私人道路、高速公路等上的車輛的經(jīng)過回收能量的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
如人們所知，目前存在著各種對(duì)能夠利用車輛的經(jīng)過來產(chǎn)生電能的系統(tǒng)的開發(fā)行為。
例如，即將在以色列的某些道路上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這些道路鋪設(shè)有包含壓電晶體的新的路面，當(dāng)被小汽車和/或卡車的車輪變形時(shí)，每個(gè)壓電晶體能夠產(chǎn)生電勢(shì)差，即電壓。實(shí)際上，在每次的車輛通過時(shí)，單獨(dú)的壓電晶體表現(xiàn)為類似微小的發(fā)電機(jī)。通過采用壓電路面，回收在經(jīng)過中的車輛的勢(shì)能。據(jù)估計(jì)，一公里具有壓電表面的道路可產(chǎn)生多達(dá)400kW的電能。
另外，國(guó)際專利申請(qǐng)W02004067850描述了基于發(fā)電機(jī)飛輪技術(shù)的一種道路斜坡， 這種道路斜坡能夠?qū)⒃诮?jīng)過中的車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。
申請(qǐng)人已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究，旨在調(diào)查開發(fā)能夠從在經(jīng)過中的車輛回收動(dòng)能和勢(shì)能兩者的創(chuàng)新裝置的可能性。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能夠回收在經(jīng)過中的車輛的動(dòng)能和勢(shì)能兩者的裝 置。
通過本發(fā)明的范圍，實(shí)現(xiàn)上述目的如在所附的權(quán)利要求中限定的，本發(fā)明涉及用于從車輛的經(jīng)過回收能量的裝置。
具體地，本發(fā)明涉及用于從車輛的經(jīng)過回收能量的裝置，該裝置預(yù)定要布置在適合于車輛經(jīng)過的道路的路面上。
詳細(xì)而言，根據(jù)本發(fā)明的所述裝置包括
·磁元件，所述磁元件產(chǎn)生磁場(chǎng)；
·線圈，包括金屬繞組，所述金屬繞組限定配置為容納所述磁元件的空洞；
壓電設(shè)備(means);以及
·機(jī)械設(shè)備，配置為當(dāng)車輛在所述裝置上經(jīng)過時(shí)，
-將所述磁元件插入到所述線圈的所述空洞中，以便產(chǎn)生與所述線圈的所述繞組相關(guān)聯(lián)的磁通量的第一變化(first variation),從而在所述線圈上感應(yīng)出第一電壓,并且
-將所述車輛的重力至少部分地傳送到所述壓電設(shè)備上，以便使所述壓電設(shè)備變形。
上述的壓電設(shè)備配置為當(dāng)其被變形時(shí)產(chǎn)生至少一第二電壓。


為了更好的理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖(未按照比例)來描述通過非限定性示例提 供的一些優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中
-圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于從車輛的經(jīng)過回收能量的裝置的 頂視-圖2示出在圖1中所示的裝置的第一截面圖；以及
-圖3示出在圖1中所示的裝置的一部分的第二截面圖。
具體實(shí)施方式
提供下面的說明使得本領(lǐng)域?qū)＜夷軌驅(qū)崿F(xiàn)和使用發(fā)明。對(duì)于所呈現(xiàn)的實(shí)施例的各 種修改對(duì)于專家而言將非常明顯，并且在此描述的一般原理可以被應(yīng)用到其他實(shí)施例和應(yīng) 用中，而不離開本發(fā)明的保護(hù)范圍。
因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)意欲僅限于此處描述和圖示的實(shí)施例，而是給出符合在此呈 現(xiàn)的和在所附的權(quán)利要求中限定的原理和特征的最寬的保護(hù)范圍。
本發(fā)明涉及適合于在路面上安裝的、用于從車輛的經(jīng)過回收能量的壓電機(jī)械 (PEM)裝置。下面，為了描述簡(jiǎn)單且不失一般性，在明白該P(yáng)EM裝置可以用在諸如城市/郊 區(qū)/私人道路、高速公路等的任何類型的道路上的情況下，將關(guān)于其在一般道路上的使用 而描述根據(jù)本發(fā)明的該P(yáng)EM裝置。
具體地,該P(yáng)EM裝置包括電機(jī)械(electromechanical)設(shè)備,用于從經(jīng)過它的車 輛回收動(dòng)能；以及，壓電設(shè)備，用于從經(jīng)過它的車輛回收勢(shì)能。
詳細(xì)而言，該P(yáng)EM裝置利用由在經(jīng)過中的車輛的車輪帶來的壓迫和隨后的釋放以 在金屬線圈中插入/抽出與路面成一體的一個(gè)或多個(gè)永磁體，以便產(chǎn)生可以用于產(chǎn)生電能 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
另外，該P(yáng)EM裝置包括使得在PEM裝置上經(jīng)過的車輛的勢(shì)能被收集的壓電材料層。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的PEM裝置I的頂視圖。
具體地,如圖1中所示,該P(yáng)EM裝置I包括上結(jié)構(gòu)，該上結(jié)構(gòu)繼而又包括一對(duì)剛性 (rigid)上平臺(tái)11，該一對(duì)剛性上平臺(tái)11在平面上中具有大體相同的矩形形狀和相同的尺 寸，對(duì)于兩個(gè)上平臺(tái)11而言該相同的尺寸包括相同的深度D和比深度D大體上大的相同的 寬度W。
而且，總是如圖1中所示，這兩個(gè)上平臺(tái)11是并排的，更確切的說，在平面中關(guān)于 平行于這兩個(gè)上平臺(tái)11的較長(zhǎng)邊的對(duì)稱軸對(duì)稱布置，并且通過滑動(dòng)系統(tǒng)12相互耦合，該滑 動(dòng)系統(tǒng)12相應(yīng)于所述對(duì)稱軸布置并且耦合到上平臺(tái)11的最接近所述對(duì)稱軸的兩個(gè)較長(zhǎng) 邊?；瑒?dòng)系統(tǒng)12配置為使上平臺(tái)11能夠受壓同時(shí)保持對(duì)齊，并且可以方便地成為一般借 助于小引導(dǎo)件獲得的機(jī)械系統(tǒng)。
在使用中，PEM裝置I被布置在道路的路面(在圖中未示出)上，使得兩個(gè)上平臺(tái)11 的較長(zhǎng)邊關(guān)于道路上的交通方向(在圖1中交通方向以若干黑箭頭指示)正交布置，即，使得 上平臺(tái)11的對(duì)稱軸與道路上的交通方向正交。
圖2示出了 PEM裝置I的沿著在兩個(gè)上平臺(tái)11的較短邊之間延伸并且平行于道路上的交通方向和兩個(gè)上平臺(tái)11的較短邊、并且因此與上平臺(tái)11的對(duì)稱軸和與上平臺(tái)11的較長(zhǎng)邊正交的任何直線的第一截面圖(為了說明清楚，在圖1中示出示例性虛線線段1-1， 沿著該線段，有可能獲得在圖2中所示的第一截面圖)。在圖2中，黑箭頭再次指示道路上的交通方向。
具體地，如圖2中所示，PEM裝置I還包括下結(jié)構(gòu)，該下結(jié)構(gòu)延伸在上結(jié)構(gòu)之下，并且包括剛性下平臺(tái)13和在所述下平臺(tái)13下延伸的壓電材料層14。
而且，總是如圖2中所示，每個(gè)上平臺(tái)11具有各自的上表面Ila和各自的下表面 11b，在使用中經(jīng)過的車輛的車輪2 (或一對(duì)車輪)可以通過上表面Ila上，下表面Ilb面向下結(jié)構(gòu)并具體地面向下平臺(tái)13。所述下平臺(tái)13具有上表面13a和下表面13b，上表面13a 面向兩個(gè)上平臺(tái)11的下表面I Ib,下表面13b在所述壓電材料層14上延伸，即，它被所述壓電材料層14覆蓋。
在使用中，PEM裝置I固定在路面上，使得下結(jié)構(gòu)與下面的路面成為一體，并且使得壓電材料層14在路面和下平臺(tái)13之間。
為描述簡(jiǎn)便，圖2中所示的上結(jié)構(gòu)關(guān)于下結(jié)構(gòu)的位置此后稱為靜止位置(rest position),當(dāng)PEM裝置I未被車輪2壓迫時(shí)，該位置由PEM裝置呈現(xiàn)(assume)。
詳細(xì)而言，如圖2中所示，在靜止位置中，即，當(dāng)PEM裝置I未被車輪2壓迫時(shí)，相對(duì)于下平臺(tái)13抬高上平臺(tái)11，并且PEM裝置I具有第一高度H (以下稱為靜止高度)，該高度H與下平臺(tái)13正交并且被包括在滑動(dòng)系統(tǒng)12的上端和其上放置了 PEM裝置I的路面之間。
優(yōu)選的是，該上結(jié)構(gòu)沿著上平臺(tái)11的、與滑動(dòng)系統(tǒng)12相距最遠(yuǎn)的較長(zhǎng)邊耦合到下結(jié)構(gòu)(在圖2中未示出的特征)。
具體地，上結(jié)構(gòu)耦合到下結(jié)構(gòu)，使得其位置可以相對(duì)于所 述下結(jié)構(gòu)而改變，詳細(xì)而言，使得它可以呈現(xiàn)圖2中所示的靜止位置和壓迫位置這兩者，在該壓迫位置中，PEM裝置I 具有比靜止高度H低的第二高度H’(以下稱為壓迫高度)，并且上平臺(tái)11因此相對(duì)于靜止位置更接近下平臺(tái)13，當(dāng)車輪2壓迫PEM裝置I時(shí)呈現(xiàn)所述壓迫位置。
圖3示出PEM裝置I的第二截面圖，具體是PEM裝置I的一部分的、沿著在上平臺(tái) 11中的一個(gè)的分別的較長(zhǎng)邊之間延伸、并且平行于上平臺(tái)11的對(duì)稱軸和上平臺(tái)11的較長(zhǎng)邊、并且因此與道路上的交通方向正交并且與兩個(gè)上平臺(tái)11的較短邊正交的任何線段的第二截面圖(為了說明清楚，在圖1中示出示例性虛線線段11-11，沿著該線段，有可能獲得在圖3中所示的第二截面圖)。
具體地，在圖3中所示的PEM裝置I的部分包括上平臺(tái)11中的一個(gè)的一部分、下平臺(tái)13的一部分、壓電材料層14的一部分和插入在上平臺(tái)11和下平臺(tái)13之間、具體插入在上平臺(tái)11的下表面Ilb和下平臺(tái)13的上表面13a之間插入的一對(duì)阻尼器或線圈彈簧15。
另外，圖3還示出固定到下平臺(tái)13的上表面13a的永磁體16和線圈或螺旋管17， 線圈或螺旋管17與永磁體16對(duì)應(yīng)地固定到上平臺(tái)11的下表面11b，并且由螺旋線圈構(gòu)成， 該螺旋線圈由例如銅的金屬制成，在內(nèi)部限定了預(yù)定為容納永磁體16的空洞。
詳細(xì)而言，總是參考圖3，在靜止位置中，S卩，當(dāng)車輛的車輪未壓迫PEM裝置I時(shí)，相對(duì)于永磁體16抬高線圈17，而在壓迫位置中，S卩，當(dāng)通過經(jīng)過的車輛的車輪壓迫PEM裝置I 時(shí)，將永磁體16插入到線圈17內(nèi)，具體地插入在線圈17的空洞中。
另外，為了說明清楚，在圖3中還示出了下面內(nèi)容
·各種橢圓,其表不由永磁體16產(chǎn)生的磁場(chǎng)線；
·兩個(gè)黑箭頭，其表示由在PEM裝置I上經(jīng)過的車輛的車輪施加在上平臺(tái)11的上 表面Ila上的并且導(dǎo)致上平臺(tái)11的壓迫的力；以及，
·若干白箭頭，其表示當(dāng)車輛在PEM裝置I的頂部上時(shí)由下平臺(tái)13施加在下面的 壓電材料層13的力。
因此，基于前面已述的和已在圖1、2和3中圖示的內(nèi)容，在下面的路面上固定下結(jié) 構(gòu)，使得它不能移動(dòng)，而當(dāng)被外部原動(dòng)機(jī)(prime-mover )、例如經(jīng)過的車輛的車輪壓迫并隨 后釋放時(shí)，上結(jié)構(gòu)能夠因?yàn)樽枘崞?5的彈性作用而相對(duì)于下結(jié)構(gòu)振蕩。
具體地，在沒有外部刺激存在的情況下，即，當(dāng)上結(jié)構(gòu)未被任何車輛壓迫時(shí)，阻尼 器15將上結(jié)構(gòu)保持在靜止位置。相反，當(dāng)先前被經(jīng)過的車輛的車輪壓迫的上結(jié)構(gòu)不再受到 任何壓迫時(shí)(例如，因?yàn)榇藭r(shí)經(jīng)過的車輛的車輪已經(jīng)駛離PEM裝置1)，阻尼器15將所述上結(jié) 構(gòu)回歸到靜止位置。
然而，對(duì)于關(guān)于PEM裝置I的單個(gè)部分的圖3所示的部分，下平臺(tái)13的上表面13a 優(yōu)選地具有各自的固定到其上的永磁體16的陣列，這些磁體彼此充分地分開，以將分別產(chǎn) 生的磁場(chǎng)之間的相互交互看作是可忽略的。
而且，再次對(duì)于關(guān)于PEM裝置I的單個(gè)部分的圖3所示的部分，每個(gè)上平臺(tái)11的 下表面Ilb優(yōu)選地具有固定到其上的線圈或螺旋管17的陣列，每個(gè)線圈或螺旋管17通過 圍繞各自的內(nèi)部中空的線筒纏繞適當(dāng)數(shù)量的金屬繞組來制造。具體地，對(duì)于每個(gè)永磁體16， 存在相應(yīng)的線圈17。
在由經(jīng)過的車輛的車輪帶來的上結(jié)構(gòu)的壓迫的時(shí)刻，每個(gè)永磁體16被機(jī)械地迫 使進(jìn)入各自的線圈17，以便在與各自的線圈17的繞組相關(guān)聯(lián)的磁通量中產(chǎn)生變化。以這種 方式，根據(jù)已知的法拉第-諾伊曼-楞次感應(yīng)定律在每個(gè)線圈17的端子處產(chǎn)生感應(yīng)電壓。
在車輛車輪離開上結(jié)構(gòu)的時(shí)刻，由于阻尼器15的彈性反作用，每個(gè)永磁體16被機(jī) 械強(qiáng)制地從各自的線圈17脫離。以這種方式，在與線圈17的繞組相關(guān)聯(lián)的磁通量中產(chǎn)生 相反的變化，并且因此在每個(gè)線圈17的端子處產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該感應(yīng)電壓與各自的永磁體 16插入到線圈17中而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓相反。
線圈17優(yōu)選地彼此電串聯(lián)，使得在所述電串聯(lián)的端子處的合成電壓是在所有的 線圈17的端子處的感應(yīng)電壓的和。通過車輛的車輪的經(jīng)過引起的PEM裝置I的壓迫和釋 放而感應(yīng)的所述合成電壓是由所述壓迫產(chǎn)生的正脈沖和由所述釋放產(chǎn)生的連續(xù)的負(fù)脈沖 形成的電壓。
因此，PEM裝置I的電機(jī)械設(shè)備，即，上結(jié)構(gòu)、下平臺(tái)13、阻尼器15、永磁體16和線 圈17，使得能夠由于對(duì)同一 PEM裝置I的影響(在動(dòng)量上的改變)而回收經(jīng)過的車輛所損失 的動(dòng)能。
另外，壓電材料層14使得經(jīng)過的車輛的勢(shì)能(因?yàn)橹亓?能夠被吸收和轉(zhuǎn)換為電 能，并且具體地使得與同一壓電材料層14的壓迫相關(guān)聯(lián)的機(jī)械能能夠回收。
事實(shí)上，一旦永磁體16已經(jīng)完全插入到線圈17中，在PEM裝置I上的經(jīng)過的車輛 的重力(勢(shì)能)通過上結(jié)構(gòu)、阻尼器15和下平臺(tái)13直接地在壓電材料層14上施加壓力。以 這種方式，當(dāng)經(jīng)過的車輛的車輪壓迫PEM裝置I時(shí)，壓電材料層14吸收上結(jié)構(gòu)和阻尼器15的突然停止(end-stop)的影響的一部分,將其轉(zhuǎn)換為電能。
具體地，由在PEM裝置I上經(jīng)過的車輛的重力通過上結(jié)構(gòu)、阻尼器15和下平臺(tái)13 在壓電材料層14上施加的壓力使所述壓電材料層14變形，壓電材料層14然后產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)電壓。
因此，PEM裝置I能夠既通過電機(jī)械設(shè)備回收經(jīng)過的車輛的動(dòng)能，并且又通過壓電材料層14回收經(jīng)過的車輛的勢(shì)能。
最后，PEM裝置I優(yōu)選地也包括具有平滑電容器的、被稱為格里茨(Graetz)橋的電子雙半波整流系統(tǒng)。
具體地，所述具有平滑電容器的電子雙半波整流系統(tǒng)連接到線圈17的電串聯(lián)的端子，并且配置為獲取和整流在線圈17的電串聯(lián)的端子處存在的合成電壓。
另外，所述具有平滑電容器的電子雙半波整流系統(tǒng)也連接到壓電材料層14，并且配置為獲取由后者產(chǎn)生的電壓，并且在輸出中供應(yīng)最后電壓。所述最后電壓為由壓電材料層14產(chǎn)生的所述電壓和在線圈17的電串聯(lián)的端子處獲取并且被整流的合成電壓的和。
最后，在來自具有平滑電容器的電子雙半波整流系統(tǒng)的輸出中提供的最后電壓可以方便地發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)電池，更確切的說發(fā)送到緩沖電池，以存儲(chǔ)所產(chǎn)生的電能。逆變器型的電子裝置也可以連接到電池，以提供在電網(wǎng)頻率(50Hz)下的交流電壓的輸出。
申請(qǐng)人已經(jīng)在MATLAB 環(huán)境中執(zhí)行了各種實(shí)驗(yàn)?zāi)M，旨在評(píng)估根據(jù)本發(fā)明的 PEM裝置的性能、效率和成本。
在下面通過非限定性示例展示在MATLAB 環(huán)境中執(zhí)行的實(shí)驗(yàn)?zāi)M中的一個(gè)的特定模擬PEM裝置的特性。
具體地，
·該特定的模擬PEM裝置被用作具有30km/h的速度限制的道路上的減速帶；
·該特定的模擬PEM裝置具有7cm的靜止高度H (對(duì)于在被限制到30km/h的區(qū)域中的減速帶允許的最大值)，交叉地，它是2. 65m寬(即上平臺(tái)11的寬度W是2. 65m),并且它在車輛的行駛方向上具有50cm的深度(即，該特定的模擬PEM裝置的深度是50cm，該特定的模擬PEM裝置的深度是兩個(gè)上平臺(tái)11的深度D和滑動(dòng)系統(tǒng)12的深度的和)；
·該特定的模擬PEM裝置的上平臺(tái)11和下平臺(tái)13是碳纖維的，該碳纖維是非磁材料，并且能夠承受車輛的重量，并且具有大約1000歐元的總成本(該總成本與單個(gè)單元 (unit)的采購(gòu)有關(guān)；該總的成本在PEM裝置的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的情況下將充分地降低)。
該特定的模擬PEM裝置包括與路面一體的24個(gè)永久盤磁體(permanent disc magnet) 16,每個(gè)永久盤磁體16具有20cm的直徑、2cm的高度，1. 4特斯拉的剩余電感和大約300歐元的成本；
·該特定的模擬PEM裝置包括24個(gè)線圈17 (即，為每個(gè)如上所述的永磁體16提供一個(gè))，每個(gè)線圈17由銅制成并且2cm高；
·采用該特定的模擬PEM裝置的上結(jié)構(gòu)的向下速度，以便在2. 5ms中完成永磁體 16在線圈17內(nèi)的整體陷入；
當(dāng)被經(jīng)過的車輛的車輪壓迫時(shí)，該特定的模擬PEM裝置的上結(jié)構(gòu)降低3cm，即，該特定的模擬PEM裝置在壓迫位置中具有4cm的壓迫高度H’(在沒有壓迫的情況下，永磁體 16被認(rèn)為在相對(duì)于線圈17的Icm的距離處)；
在線圈17上感應(yīng)的電壓Vi是大約70V脈沖的，并且被模擬為持續(xù)與2. 5毫秒相等的At的力rect (第一近似假設(shè))；
·如上所述，所使用的等效電子模型的電路是函數(shù)Vi · rect^(t-At/2)的強(qiáng)制R-L-C系列，其中，電阻R考慮銅的電阻率和線圈17被制作成的幾何形狀，電感L考慮由與永磁體16相關(guān)的磁路返回的電感，而電容C考慮被提供為作為電能的第一累加器 (accumulator)的270mF電容器的等效電容；具體地，由于所述裝置被設(shè)計(jì)為使得電阻是亞臨界的，有可能對(duì)于強(qiáng)制脈沖持續(xù)的時(shí)間，利用響應(yīng)(在電容器的端子處的電壓)的阻尼的振蕩過程，使電容器升高到自然過壓(顯然為了明確地保證單個(gè)正半波的利用，將提供適當(dāng)?shù)拇?lián)二極管)；以這種方式，電容器可以在大約120V的值充電(因此，通過利用瞬變 (transitory)，可以不使用升壓變壓器來提高電動(dòng)勢(shì)(EMF));用于這些目的的電容器的零售成本是大約每法拉第10歐元；
·從執(zhí)行的該模擬，顯現(xiàn)了電容器能夠在每次壓迫(顯然，車輛的通過產(chǎn)生兩次壓迫)時(shí)使用大約2000焦耳的能量進(jìn)行自身充電；
·電容器中的能量比初始存儲(chǔ)時(shí)間慢得多地、通過被稱為DC/DC穩(wěn)定器的以及以大約200歐元的零售成本市售的電路被傳送到電池或逆變器型裝置；
·在每次壓迫上釋放的能量是大約1977焦耳(事實(shí)上，并不是在電容器上首先累積的能量的全部被供應(yīng)到電池，因?yàn)殡娙萜鞑会尫诺搅汶妷憾轻尫诺剿鲭姵氐淖钚≥斎腚妷褐T如12V);
·假定每天大約13，000輛車輛的城 市交通流量(考慮了對(duì)于大的城市中心的平均的值)，該特定模擬PEM裝置可以產(chǎn)生51，402兆焦耳的電能；
·假定累積裝置能夠在24小時(shí)中平穩(wěn)地返回由特定模擬PEM裝置提供的所有能量，可獲得大約600W;
·總之，該特定模擬PEM裝置花費(fèi)大約9500歐元來制造單個(gè)單元(在工業(yè)生產(chǎn)的情況下，該成本可以大概被降低到大約1000歐元)，并且考慮到I千瓦時(shí)當(dāng)前花費(fèi)大約O.13582歐元，所以該特定模擬PEM裝置將其成本最多攤銷在一或兩年中。
剛才描述的示例是關(guān)于使用為在具有30km/h的速度限制的道路上的減速帶的、 根據(jù)本發(fā)明的PEM裝置的特定情況。顯然，根據(jù)本發(fā)明的PEM裝置也可以被使用為在具有 40km/h和/或50km/h的速度限制的道路上的減速帶。
可以從前面的說明立即理解明白本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
具體地，根據(jù)本發(fā)明的PEM裝置可以被用作當(dāng)前在道路上安裝的所有減速帶的替換品，具有該替換所必須包含的所有相關(guān)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)。
而且，除了允許回收不然會(huì)在與急速行進(jìn)的沖擊中或在車輛的制動(dòng)系統(tǒng)中損耗的能量的大部分，根據(jù)本發(fā)明的PEM裝置也容易適合于執(zhí)行用于監(jiān)控交通流量和優(yōu)化交通燈控制的傳感器的角色。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的PEM裝置不需要要求在路面下的特定挖掘的特殊安裝工作。事實(shí)上，所提出的PEM裝置在道路上的安裝很簡(jiǎn)單，并且不需要很多時(shí)間，不論是安裝或可能的拆除，由此限制了在工作期間對(duì)交通的不便。
也應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明的PEM裝置可以在遠(yuǎn)離安裝位置的地點(diǎn)(生產(chǎn)工廠)裝配并且隨后由道路管理方安裝。
最后，可以明白，可以對(duì)于本發(fā)明進(jìn)行各種修改，所有這些修改全部落在所附的權(quán) 利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種意欲布置在用于車輛經(jīng)過的道路的路面上的、從車輛經(jīng)過回收能量的裝置，所述裝置(I)包括 磁元件(16)，所述磁元件(16)產(chǎn)生磁場(chǎng)； 線圈(17)，所述線圈(17)包括金屬繞組，所述金屬繞組限定配置為容納所述磁元件(16)的空洞； 壓電設(shè)備(14);以及 機(jī)械設(shè)備，所述機(jī)械設(shè)備配置為當(dāng)車輛在所述裝置(I)上經(jīng)過時(shí)， -將所述磁元件(16)插入到所述線圈(17)的所述空洞中，以便產(chǎn)生與所述線圈(17)的所述繞組相關(guān)聯(lián)的磁通量的第一變化，從而在所述線圈(17)上感應(yīng)出第一電壓，并且 -將所述車輛的重力至少部分地傳送到所述壓電設(shè)備(14)上，以便使所述壓電設(shè)備(14)變形； 所述壓電設(shè)備(14)配置為當(dāng)其被變形時(shí)產(chǎn)生至少一個(gè)第二電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，包括 多個(gè)磁兀件(16),每個(gè)磁兀件(16)產(chǎn)生各自的磁場(chǎng)； 與每個(gè)磁元件(16)對(duì)應(yīng)的線圈(17)，線圈(17)包括金屬繞組，所述金屬繞組限定配置為容納所述磁元件(16)的空洞； 所述機(jī)械設(shè)備配置為，當(dāng)車輛在所述裝置(I)上經(jīng)過時(shí)，將每個(gè)磁元件(16)插入到所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述空洞中，以便產(chǎn)生各自的與所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述繞組相關(guān)聯(lián)的磁通量的第一變化，從而在所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)上感應(yīng)出各自的第一電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述機(jī)械設(shè)備還配置為，在車輛在所述裝置(I)上經(jīng)過后，將每個(gè)磁元件(16)從所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述空洞抽出，以便產(chǎn)生各自的與所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述繞組相關(guān)聯(lián)的所述磁通量的第二變化，從而在所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)上感應(yīng)出各自的第三電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，對(duì)于每個(gè)線圈(17)，所述各自的第三感應(yīng)電壓與所述各自的第一感應(yīng)電壓相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中，所述機(jī)械設(shè)備包括 下結(jié)構(gòu)，包括所述壓電設(shè)備(14)，所述下結(jié)構(gòu)意欲被固定在所述路面上，并且每個(gè)磁元件(16)被固定到所述下結(jié)構(gòu)； 上結(jié)構(gòu)，意欲用于車輛在其上經(jīng)過，并且每個(gè)線圈(17)被固定到所述上結(jié)構(gòu)；以及 彈性設(shè)備(15)，被插在所述上結(jié)構(gòu)和所述下結(jié)構(gòu)之間，并且配置為， -當(dāng)車輛在所述上結(jié)構(gòu)上經(jīng)過時(shí)，允許所述上結(jié)構(gòu)在所述車輛施加的力的作用下接近所述下結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)磁元件(16)被插入所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述空洞中， -當(dāng)車輛在所述上結(jié)構(gòu)上經(jīng)過時(shí)，將作用于所述上結(jié)構(gòu)上的所述車輛的重力的至少一部分傳送在所述下結(jié)構(gòu)上，使得所述壓電設(shè)備(14)變形， -在車輛已經(jīng)在所述上結(jié)構(gòu)上經(jīng)過后，移動(dòng)所述上結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離所述下結(jié)構(gòu)，使得每個(gè)磁元件(16)從所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述空洞中抽出，并且 -當(dāng)沒有車輛在所述上結(jié)構(gòu)上經(jīng)過時(shí)，將所述上結(jié)構(gòu)保持在距離所述下結(jié)構(gòu)的給定距離處，所述給定距離使得沒有磁元件(16)被導(dǎo)致插入在所述對(duì)應(yīng)的線圈(17)的所述空洞中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述壓電設(shè)備由壓電材料層(14)組成； 其中，所述上結(jié)構(gòu)具有意欲用于車輛在其上經(jīng)過的上表面(Ila)和每個(gè)線圈(17)被固定到其上的下表面(lib); 其中，所述下結(jié)構(gòu)包括下平臺(tái)(13)，所述下平臺(tái)(13)具有面向所述上結(jié)構(gòu)的所述下表面(IIb)的上表面(13a)和由所述壓電材料層(14)覆蓋的下表面(13b)，所述下結(jié)構(gòu)意欲被固定在所述路面上，使得所述壓電材料層(14)被包括在所述下平臺(tái)(13)和所述路面之間； 并且，其中，所述彈性設(shè)備(15)被插入在所述上結(jié)構(gòu)的所述下表面(Ilb)和所述下平臺(tái)(13)的所述上表面(13a)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，每個(gè)磁元件(16)被固定在所述下結(jié)構(gòu)(13)的所述上表面(13a)上的各自的第一位置中； 并且，其中每個(gè)線圈(17)被固定在所述上平臺(tái)(11)的所述下表面(Ilb)上的各自的第二位置中，使得當(dāng)所述上結(jié)構(gòu)在由所述車輛施加的所述力的作用下接近所述下結(jié)構(gòu)時(shí)，固定在所述下結(jié)構(gòu)(13)的所述上表面(13a)上的各自的第一位置中的對(duì)應(yīng)的磁元件(16)被插入到所述線圈(17)的所述空洞中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其中，所述下平臺(tái)(13)由碳纖維制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述上結(jié)構(gòu)包括通過滑動(dòng)系統(tǒng)(12)相互耦合的兩個(gè)上平臺(tái)(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，每個(gè)上平臺(tái)(11)由碳纖維制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求5-10任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述彈性設(shè)備(15)包括至少一個(gè)阻尼器或彈簧。
12.根據(jù)權(quán)利要求3-11任一項(xiàng)所述的裝置，進(jìn)一步包括具有平滑電容器的雙半波整流器電子系統(tǒng)，所述雙半波整流器電子系統(tǒng)配置為 -獲取每個(gè)線圈(17)上感應(yīng)的所述各自的第一電壓； -獲取和整流每個(gè)線圈(17)上感應(yīng)的所述各自的第三電壓； -獲取由所述壓電設(shè)備(14)產(chǎn)生的所述第二電壓； -提供通過將獲取的每個(gè)第一電壓、獲取和整流的每個(gè)第三電壓和獲取的所述第二電壓相加獲得的輸出電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，進(jìn)一步包括所述耦合到具有平滑電容器的雙半波整流器電子系統(tǒng)的累加器；所述累加器配置為 -從所述具有平滑電容器的雙半波整流器電子系統(tǒng)獲取所述輸出電壓；并且 -存儲(chǔ)所述獲取的輸出電壓。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其中，每個(gè)線圈(17)的所述繞組由銅制成。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其中，每個(gè)磁元件(16)是永磁體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)定要放置在路面上的、用于從車輛經(jīng)過回收能量的裝置。所述裝置包括磁元件(16)，產(chǎn)生磁場(chǎng)；線圈(17)，包括金屬繞組，所述金屬繞組限定配置為容納所述磁元件(16)的空洞；壓電設(shè)備(14)；以及，機(jī)械設(shè)備，其配置為當(dāng)車輛在所述裝置上經(jīng)過時(shí)，它們將所述磁元件(16)插入在所述線圈(17)的所述空洞中，以便產(chǎn)生與所述線圈(17)的所述繞組相關(guān)聯(lián)的磁通量的第一變化，從而在所述線圈(17)上感應(yīng)第一電壓。所述機(jī)械設(shè)備還配置為使得當(dāng)車輛在所述裝置上經(jīng)過時(shí)，它們將所述車輛的重力至少部分地傳送到所述壓電設(shè)備(14)上，以便壓電設(shè)備變形。所述壓電設(shè)備(14)配置為當(dāng)其變形時(shí)產(chǎn)生至少一個(gè)第二電壓。
文檔編號(hào)F03G7/08GK103003568SQ201180023878
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者亞歷山德羅·塞爾維尼, 弗朗西斯科·里根蒂·福吉內(nèi), 丹尼爾·埃爾特蒙特 申請(qǐng)人:羅馬第三大學(xué)