專利名稱：用于發(fā)電系統(tǒng)的無損短周期電存儲裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明指向收獲車輛能量的裝置和方法，特別指向一種用于收獲車輛能量的具有基本無損的短周期電存儲裝置的發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
盡管這些年來有多個(gè)組織提出了針對捕獲經(jīng)過車輛的能量的各種設(shè)計(jì)方案，但真正實(shí)施的卻很少。諸如效率、可靠性以及可制造性等都限制了車輛能量收獲設(shè)備的實(shí)用性。 此外，還有諸如車輛尺寸、車速、軸配置以及車道位置等因素的挑戰(zhàn)，這些都極大的影響著試圖捕獲車輛動(dòng)能的的設(shè)備的運(yùn)行以及將博獲得能量轉(zhuǎn)換成可用形式的能量。因此，需要提供一種具有改善的效率、可靠性、可制造性以及實(shí)用性的能量捕獲裝置和方法。還需要提供一種能夠在將捕獲的能量轉(zhuǎn)換為可用形式的能量的過程中慮及不同車輛在車輛尺寸、車速、軸配置以及車道位置等參數(shù)上的差異的能量捕獲裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明指出了這樣和那樣的問題，本發(fā)明提供了一種新穎的可克服傳統(tǒng)裝置存在的問題的車輛能量收獲器，并因此較傳統(tǒng)裝置更適合真實(shí)世界實(shí)施。本發(fā)明的實(shí)施方式可將車輛因下坡或出停車場而減速時(shí)所浪費(fèi)的能量(一般都轉(zhuǎn)化為熱能)作有效地利用。該車輛能量收獲器可吸收來自駛過(或減速)車輛的機(jī)械能， 并例如是可通過軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。所說明的實(shí)施方式提供一種車輛能量收獲器和發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)易于安裝， 具有短投資回收期，及具有可擴(kuò)展的配置。更特別的是，所說明的實(shí)施例可提供一種簡單且可靠的可經(jīng)受惡劣環(huán)境的機(jī)械配置。該系統(tǒng)的低成本配置可加快系統(tǒng)的投資成本回收，并因此使該系統(tǒng)更實(shí)用且值得實(shí)際應(yīng)用。附加地，系統(tǒng)的易于安裝性也使系統(tǒng)更實(shí)用且值得實(shí)際應(yīng)用。所說明的實(shí)施方式需要少量的或者無需挖掘操作，并可在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成安裝，而不像傳統(tǒng)裝置那樣需要多天的安裝時(shí)間。所說明的實(shí)施方式也可提供一種可擴(kuò)展的配置，這在例如是駛出坡道、停車廣場、 斜坡及其他場所的位置處使用時(shí)是特別有利的。一種實(shí)施例還可以包括對單元運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，這種監(jiān)控可以是周期性的也可以是每天二十四小時(shí)，每周七天監(jiān)測單元的狀態(tài)或運(yùn)行。該實(shí)施方式在實(shí)用的基礎(chǔ)上改善了的系統(tǒng)耐久性。本發(fā)明的實(shí)施方式可在正常使用期間承受系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)力。該實(shí)施方式也可通過提供基本無損的短周期電存儲裝置提高轉(zhuǎn)換效率并降低系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行成本。本發(fā)明的一種實(shí)施方式例如是指向一種車輛能量收獲器，其具有一形成道路表面的上表面的子單元；一位于該子單元上的由車輛啟動(dòng)的踏板，該由車輛啟動(dòng)的踏板可在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)因該由車輛啟動(dòng)的踏板從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，一與該發(fā)電機(jī)耦接的電容器，該電容器存儲由該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式例如是指向一種車輛能量收獲器，其包括多個(gè)子單元， 各子單元具有一形成一道路表面的一上表面；位于該多個(gè)子單元上的多個(gè)由車輛啟動(dòng)的踏板，該多個(gè)由車輛啟動(dòng)的踏板可在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；多個(gè)發(fā)電機(jī)，該多個(gè)發(fā)電機(jī)因該多個(gè)由車輛啟動(dòng)的踏板中的每一個(gè)從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，多個(gè)與多個(gè)發(fā)電機(jī)耦接的電容器，該多個(gè)電容器存儲由該多個(gè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。本發(fā)明的另一種實(shí)施方式例如是指向一種車輛能量收獲器，其包括一具有一形成道路表面的上表面的子單元；一位于該子單元上的由車輛啟動(dòng)的踏板，該由車輛啟動(dòng)的踏板能夠在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)因該由車輛啟動(dòng)的踏板從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，用于存儲由該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量的與該發(fā)電機(jī)耦接的短周期電存儲裝置。


結(jié)合后附的附圖研讀下面的說明書，將更便于理解本發(fā)明各實(shí)施例的各方面及其特點(diǎn)，其中圖1為一示例性車輛能量收獲器的能量吸收器單元的俯視圖。圖2為一示例性車輛能量收獲器的一部分的立體示意圖。圖3為一示例性車輛能量收獲器的無損能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做完整的說明，其中附圖示出了本發(fā)明的各實(shí)施例。當(dāng)然，本發(fā)明也可通過其他不同形式的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，因此不能僅在下文中已給出的實(shí)施例范圍內(nèi)理解本發(fā)明，更確切的講，這些實(shí)施例的給出旨在全面完整的公開本發(fā)明，并向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員完整的傳達(dá)本發(fā)明的保護(hù)范圍?，F(xiàn)在參照附圖1至4說明車輛能量收獲器的具體實(shí)施例。該實(shí)施例可以將車輛因下坡或出停車場而減速時(shí)所浪費(fèi)的能量(一般都轉(zhuǎn)化為熱能)作有效地利用。該車輛能量收獲器可吸收來自駛過(或減速)車輛的機(jī)械能，并例如是可通過軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在此也可采用其他的將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。在一實(shí)施例中，來自發(fā)電機(jī)的電能可被轉(zhuǎn)換，計(jì)量，及提供給商業(yè)電網(wǎng)。在另一實(shí)施例中，各站點(diǎn)可通過配置無線通訊監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)及/或輸出。能量吸收器配置所說明的實(shí)施例可包括具有集成的發(fā)電機(jī)的單獨(dú)裝置。也可采用例如是分體式發(fā)電機(jī)的其他發(fā)電機(jī)配置。如圖1所示，車輛能量收獲器單元10可是低姿態(tài)的表面安裝裝配。車輛能量收獲器單元10可包括一駛?cè)肫碌?2和一駛出坡道14。車輛能量收獲器單元10可包括多個(gè)分別具有頂面或者行駛面17的子單元16。各子單元可分別包括一個(gè)或者多個(gè)由車輛啟動(dòng)的踏板觀。在一實(shí)施例中，各子單元16可分別包括一發(fā)電機(jī)單元20。在其他的實(shí)施例中，可將車輛能量收獲器單元10設(shè)置在路面內(nèi)。表面安裝裝配最易于實(shí)施。附加的是，單元的數(shù)量可根據(jù)道路/停車的需要衡量。在一實(shí)施例中，可為各發(fā)電機(jī)單元20提供一公用的能量匯總/轉(zhuǎn)換單元22。可通過簡單的電纜連接M將各發(fā)電機(jī)單元20與公用的能量匯總/轉(zhuǎn)換單元22連接在一起?？赏ㄟ^設(shè)置故障安全配置保護(hù)系統(tǒng)不受單個(gè)單元故障的影響。能量轉(zhuǎn)換單元在一說明的實(shí)施例中，單個(gè)的吸收器單元16可通過電纜組件對連接。能量可被匯總并應(yīng)用于無損逆變器單元。該能量可被立即轉(zhuǎn)換為可傳輸至電網(wǎng)的形式。該輸出可被計(jì)量并應(yīng)用于電網(wǎng)作傳輸。吸收器單元的運(yùn)行參照圖2，車輛能量收獲器單元10的子單元16的一實(shí)施例可包括具有踏板齒輪 30的彈簧裝載踏板18，踏板齒輪30與驅(qū)動(dòng)齒輪32相嚙合。驅(qū)動(dòng)齒輪32耦接于軸34上。 運(yùn)行時(shí)，一個(gè)或者多個(gè)車輛輪胎在滾過踏板18的過程中對彈簧裝載踏板18施加向下的力。 踏板齒輪30驅(qū)動(dòng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪32使軸34轉(zhuǎn)動(dòng)。軸34上纏繞有扭簧36，進(jìn)而吸收瞬間的踏板驅(qū)動(dòng)力。一制轉(zhuǎn)桿作為旋轉(zhuǎn)末端鎖定軸34。扭簧36使飛輪38旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而始終傳遞踏板驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力，以將輸出提供給發(fā)電機(jī)40。飛輪38可使例如是液壓泵的發(fā)電機(jī)40轉(zhuǎn)動(dòng)。 發(fā)電機(jī)40這就可產(chǎn)生供出售/使用/存儲的電能。無損短周期電存儲裝置參照圖3，現(xiàn)在將說明為車輛能量收獲器單元10產(chǎn)生的電能提供改進(jìn)的短周期電存儲的實(shí)施例。通常，許多可獲得的電轉(zhuǎn)換裝置將電池作為用于存儲能量收獲器產(chǎn)生的電能的存
6儲裝置。由于車輛能量收獲器單元10的實(shí)施例高度模塊化，且各踏板子單元16在單個(gè)的下壓期間產(chǎn)生相對少的電能，因此，如圖4所示的實(shí)施例，可將大容量電容器(例如50)作為存儲裝置。該種電容器(例如50)可為實(shí)現(xiàn)接近無損(例如無損或者基本無損)作出重要的貢獻(xiàn)。附加地，該種電容器(例如50)可能需要在系統(tǒng)的使用壽命期間進(jìn)行更換的次數(shù)可被減少或者消除。對比之下，采用電池的傳統(tǒng)系統(tǒng)可能需要在系統(tǒng)的整個(gè)使用壽命期間定時(shí)地更換，致使維護(hù)和運(yùn)行成本增加。在一實(shí)施例中，各踏板子單元16可在每次車輛通過系統(tǒng)并觸發(fā)踏板18時(shí)產(chǎn)生并存儲電荷。該電荷可被存儲在適當(dāng)容量的電容器中(例如50)。電容器(例如50)可經(jīng)簡單的電纜組件連接至中央收獲單元，該中央收獲單元接收輸出，并將該輸出與來自其他踏板組件(例如子單元16)的輸出合并在一起。圖3示出了無損能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)100的一實(shí)施結(jié)構(gòu)。參照圖1至3說明示例性的無損能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，駛來的車輛的重力向踏板17施加一向下的力。系統(tǒng)將踏板17的向下運(yùn)動(dòng)在永磁發(fā)電機(jī)(PMA) 40處轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)力。PMA40將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。PMA40的輸出可由整流裝置52進(jìn)行整流，并為例如是一個(gè)或者多個(gè)高容量電容器的電存儲裝置50 充電?？赏ㄟ^設(shè)置一微控制器單元(MCU)(未示出)控制功率調(diào)整電路54，以為諸如高頻逆變器等逆變器單元56提供恒定的輸出。逆變器單元56可將輸入電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m當(dāng)形式的 AC電能，例如是適合于出售給當(dāng)?shù)氐墓彩聵I(yè)公司(例如60)的形式?？蓪敵鲭娔苓M(jìn)行計(jì)量(例如58)，供生成賬單和管理等(例如62)使用。通過提供基本無損的短周期電存儲裝置(例如50)，這些實(shí)施例在改進(jìn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率及降低系統(tǒng)維護(hù)和運(yùn)行成本方面，及其他問題方向提供了重要的有利條件。本發(fā)明已通過多個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行了詳盡的說明。然而，通過對前文的研讀， 對各實(shí)施方式的變化和增加也是本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員所顯而易見的。申請人的意圖是所有這些變化和增加都包含了本發(fā)明的落在了本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍中的部分。相似的編號通篇指代相似的元件。為清晰起見，在附圖中可能有將某些線、層、元件、部件或特征放大的情況。本文中使用的術(shù)語僅為對具體的實(shí)施例加以說明，其并非意在對本發(fā)明進(jìn)行限制。除非另有定義，本文中使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)均與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員的理解相同。還須明確的是，除在本文中有明確的定義外，諸如字典中通常定義的術(shù)語應(yīng)該解釋為在本說明書以及相關(guān)技術(shù)的語境中可具有一致的意思，而不應(yīng)解釋的理想化的或過分形式化。公知的功能或結(jié)構(gòu)出于簡要及/或清楚方面的考慮或不再贅述。在此使用的單數(shù)“一種”、“該”也意在包含復(fù)數(shù)形式，除非在上下文中另有清楚地說明。還需要理解的是，本申請文件中的術(shù)語“包括”例舉所述的特征、整數(shù)、步驟、動(dòng)作、部件及/或元件的出現(xiàn)，但并不排除一個(gè)或多個(gè)其他的特征、整數(shù)、步驟、動(dòng)作、部件及/或元件，以及它們的組的出現(xiàn)或增加。在此用到的“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)例舉的相關(guān)項(xiàng)目的任意及所有組合。在此用到的詞組如“X和Y之間”以及“大致在X和Y之間”應(yīng)理解為包含X和Y，在此使用的詞組“大致在X和Y之間”應(yīng)理解為“在大致X和大致Y之間”。在此用到的“從約X到Y(jié)”應(yīng)理解為“從約X到約Y”。
應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)指出一部件“在另一部件上”、“附加于另一部件上”、“連接于另一部件上”、“耦接于另一部件上”、“與另一部件相接觸”等，其可直接的“在另一部件上”、“附加于另一部件上”、“連接于另一部件上”、“耦接于另一部件上”、“與另一部件相接觸”，也可能在兩者間還有其他部件或中介部件。相反，如果指出一部件“直接在另一部件上”、“直接附加于另一部件上”、“直接連接于另一部件上”、“直接耦接于另一部件上”、“直接與另一部件相接觸”，則表示沒有中介部件。對于一般技術(shù)人員而言，一特征被設(shè)置于“臨近”另一特征的位置上應(yīng)可以理解為包括一特征與另一特征部分疊加或位于其下方的情況。在本文中使用了諸如“之下”、“下方”、“靠下”、“之上”、“靠上”、“橫向”、“左”、“右” 等表示空間相對位置術(shù)語來說明如圖中所示的一個(gè)部件或特征與另一部件或特征的位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解這些表示空間相對位置的術(shù)語意在包含設(shè)備在使用或運(yùn)行過程中的不同定向，而這些定向是在附圖已經(jīng)示出的定向之外的。例如，如果將附圖中的設(shè)備反轉(zhuǎn)，則曾被表示為“位于另一部件或特征之下”、或“在另一部件或特征下方”的一個(gè)部件或特征，就因被表示為“位于另一部件或特征之上”了。還可以將設(shè)備作其他定向(如旋轉(zhuǎn)90度或旋至其他方向)，則本文中的相對空間關(guān)系描述詞則作對應(yīng)的解釋。
權(quán)利要求
1.一種車輛能量收獲器包括一具有一形成道路表面的上表面的子單元；一位于該子單元上的由車輛啟動(dòng)的踏板，該由車輛啟動(dòng)的踏板能夠在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)因該由車輛啟動(dòng)的踏板從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，一與該發(fā)電機(jī)耦接的電容器，該電容器存儲由該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的車輛能量收獲器，其中，該電容器是一大容量電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的車輛能量收獲器，包括一與該電容器相耦接的中央收獲單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的車輛能量收獲器，其中，該中央收獲單元經(jīng)由一電纜組件與該電容器耦接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的車輛能量收獲器，其中，該中央收獲單元與一第二電容器耦接，其中，該中央收獲單元合并該電容器的輸出與該第二電容器的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的車輛能量收獲器，其中，該發(fā)電機(jī)是一永磁發(fā)電機(jī)(PMA)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的車輛能量收獲器，包括一整流裝置，該整流裝置耦接于該發(fā)電機(jī)和該電容器之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的車輛能量收獲器，包括一功率調(diào)整電路，該功率調(diào)整電路與該電容器的一輸出耦接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的車輛能量收獲器，包括一逆變器單元，該逆變器單元與該功率調(diào)整電路的一輸出耦接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的車輛能量收獲器，包括一功率表，該功率表與該逆變器單元的一輸出耦接。
11.一種車輛能量收獲器，包括多個(gè)子單元，各子單元具有一形成一道路表面的一上表面；多個(gè)位于該多個(gè)子單元上的由車輛啟動(dòng)的踏板，該多個(gè)由車輛啟動(dòng)的踏板分別能夠在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；多個(gè)發(fā)電機(jī)，該多個(gè)發(fā)電機(jī)因該多個(gè)由車輛啟動(dòng)的踏板動(dòng)中的每一個(gè)從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，多個(gè)與多個(gè)發(fā)電機(jī)耦接的電容器，該多個(gè)電容器存儲由該多個(gè)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的車輛能量收獲器，包括一與該多個(gè)電容器耦接的中央收獲單兀。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的車輛能量收獲器，其中，該中央收獲單元經(jīng)由一電纜組件與該多個(gè)電容器的各電容器耦接。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的車輛能量收獲器，其中，該中央收獲單元合并多個(gè)電容器的輸出ο
15.根據(jù)權(quán)利要求11的車輛能量收獲器，包括一整流裝置，該整流裝置耦接于該多個(gè)發(fā)電機(jī)的各發(fā)電機(jī)和該多個(gè)電容器的各電容器之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的車輛能量收獲器，包括一功率調(diào)整電路，該功率調(diào)整電路與該多個(gè)電容器的一輸出耦接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的車輛能量收獲器，包括一逆變器單元，該逆變器單元與該功率調(diào)整電路的一輸出耦接。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的車輛能量收獲器，包括一功率表，該功率表與該逆變器單元的一輸出耦接。
19.一種車輛能量收獲器，包括一具有一形成道路表面的上表面的子單元；一位于該子單元上的由車輛啟動(dòng)的踏板，該由車輛啟動(dòng)的踏板能夠可在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)因該由車輛啟動(dòng)的踏板從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，用于存儲由該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量的與該發(fā)電機(jī)耦接的短周期電存儲裝置。
全文摘要
一種車輛能量收獲器，包括一具有一形成道路表面的上表面的子單元；一位于該子單元上的由車輛啟動(dòng)的踏板，該由車輛啟動(dòng)的踏板可在一第一位置和一第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在該第一位置處，該踏板的一上表面相對道路表面的該上表面具有一角度，在該第二位置處，踏板的該上表面與道路表面的該上表面平齊；一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)因該由車輛啟動(dòng)的踏板從該第一位置運(yùn)動(dòng)至該第二位置處及從該第二位置運(yùn)動(dòng)至該第一位置處而產(chǎn)生能量；以及，一與該發(fā)電機(jī)耦接的電容器，該電容器存儲由該發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量。
文檔編號H02P9/04GK102369660SQ201080014611
公開日2012年3月7日 申請日期2010年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月27日
發(fā)明者尤金·J·肯尼迪 申請人:動(dòng)力能源公司