專利名稱：用于利用車輛在道路上的行駛進行發(fā)電的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)電的方法和系統(tǒng)。更具體而言，本發(fā)明是用于包括利用車輛在道路上的行駛進行發(fā)電的發(fā)電的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于發(fā)電有用的能量源包括風(fēng)、水、太陽、核和蒸汽能量。已開發(fā)了各種方法和系統(tǒng)以便運用這種能量發(fā)電，通常通過執(zhí)行有用功以驅(qū)動發(fā)電機。隨著對于能量消耗效率和節(jié)約的持續(xù)需求，已做出了許多努力以開發(fā)先前未使用的能量源。具體地，已開發(fā)了現(xiàn)有系統(tǒng)以隨著車輛沿著道路表面移動而使用車輛輪子的能量和向下力。用于從道路上方經(jīng)過的車輛的向下力發(fā)電的機械系統(tǒng)通常涉及齒輪機構(gòu)和其它移動部分，并且由于在復(fù)位時響應(yīng)于車輛和受力向上移動而產(chǎn)生受力向下移動的應(yīng)力，因而易于發(fā)生撕裂和磨損。一個實例是Martinez的美國專利No. 4，238，687，其公開了如下系統(tǒng)該系統(tǒng)采用了安裝在路表的搖板(rocker plate)，當(dāng)車輛在搖板上方經(jīng)過使這種搖板受力向下時，利用與搖板連接的弧狀臂的向下旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動的渦輪，由機動車輛在道路上方的行駛發(fā)電。更近來的努力包括feilich的美國專利No. 6，172，426，其公開了如下的能量平臺系統(tǒng)該系統(tǒng)利用具有流體床的移動車輛的重量進行發(fā)電，所述流體床裝有可由通過它上方的移動車輛的重量壓縮的一定量的流體。作為這種壓縮的結(jié)果從囊狀物(bladder)內(nèi)受力的流體穿過循環(huán)系統(tǒng)，在循環(huán)系統(tǒng)中使用移動流體驅(qū)動發(fā)電機。循環(huán)組件的累積器連接到接收受力流體和在指定壓力級別釋放它的囊狀物。還使用液壓泵和儲池。發(fā)電機是線性發(fā)電機，包括具有中空內(nèi)室的拉長圓柱體。圓柱體的外部具有圍繞它的線圈。桿插入在圓柱體內(nèi)以及具有以可滑動方式耦合到它的磁體。隨著通過液壓流體移動圓柱體中的桿，磁體也移動，在線圈內(nèi)引起電流。Runner的美國專利No. 6，204，568公開了一種用于使用多個運動轉(zhuǎn)換器組件把車輛的機械運動轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)。運動轉(zhuǎn)換器組件包括通過齒輪機構(gòu)連接到豎直運動傳遞機構(gòu)的桿，該齒輪機構(gòu)響應(yīng)于系統(tǒng)上方經(jīng)過的車輛行駛而旋轉(zhuǎn)桿。流體泵連接到旋轉(zhuǎn)桿以生成繼而驅(qū)動渦輪發(fā)電機的加壓流體。運動轉(zhuǎn)換器組件具有形成盒體的矩形基座和側(cè)部以及插入在路段表面中。運動轉(zhuǎn)換器組件還具有以樞軸方式在一端連接到運動轉(zhuǎn)換器組件基座的一側(cè)的一對矩形頂部板，彈簧向上推動板。頂部板具有以樞軸方式連接到它的下側(cè)的豎直板，其具有齒狀物用以嚙合齒輪。當(dāng)車輛經(jīng)過運動轉(zhuǎn)換器組件的頂部板上方時，豎直板向下傳動以及嚙合旋轉(zhuǎn)和傳動流體泵的齒輪。這些現(xiàn)有系統(tǒng)雖然在原理上隨著車輛在道路上方經(jīng)過而由車輛的向下力生成電力，但在它們用以使從每個經(jīng)過的車輛生成的電力最大化的能力方面效力低下。車輛的重量變化；半掛車的向下力顯著多于小型車的向下力?，F(xiàn)有系統(tǒng)未有效地運用每個車輛的全部力。另外，因為車輛行駛通常不規(guī)則，所以在這種系統(tǒng)中對使來自每個車輛的能量的傳送最大化以及存儲能量以提供電力的穩(wěn)定供給的需求有所增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)一個實施例，發(fā)電系統(tǒng)包括路板組件、耦合到路板組件的搖臂。通過從路板組件上方經(jīng)過的車輛引起的路板組件的向下運動引發(fā)搖臂的搖擺運動。耦合到搖臂的機電發(fā)電機通過搖臂的搖擺運動產(chǎn)生電。現(xiàn)在將參照附圖更具體地描述以及在權(quán)利要求中指出以上和其它優(yōu)選特征，包括元件的組合和實施的各種新穎細(xì)節(jié)。將會理解，只通過示例以及并非作為限制示出了具體方法和設(shè)備。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解的，可以在各種和大量實施例中采用本文中說明的特征和原理。


作為本說明書的一部分包括的附圖示例性地闡述了本發(fā)明目前優(yōu)選的實施例，以及與以上給出的總體描述和下面給出的優(yōu)選實施例的詳細(xì)描述一起用來說明和教導(dǎo)本發(fā)明的原理。圖IA示出了根據(jù)一個實施例的處于縮回位置的示范性發(fā)電系統(tǒng)；圖IB示出了根據(jù)一個實施例的處于延伸位置的示范性發(fā)電系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)一個實施例的示范性線性發(fā)電機；圖3示出了根據(jù)一個實施例的示范性電站；圖4示出了根據(jù)一個實施例的示范性發(fā)電系統(tǒng)的頂視圖；以及圖5示出了根據(jù)一個實施例的示范性發(fā)電系統(tǒng)的橫截面視圖。應(yīng)當(dāng)注意，圖并非必定按比例繪制，在整個圖中通常用相似附圖標(biāo)記表示類似結(jié)構(gòu)或功能的元件以用于示例性的目的。還應(yīng)當(dāng)注意，圖只意在便于本文中描述的各種實施例的描述。圖未描述本文中描述的教導(dǎo)的各個方面以及不限制權(quán)利要求的范圍。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)一個實施例，發(fā)電系統(tǒng)包括路板組件、耦合到路板組件的搖臂。搖臂由于路板組件上方經(jīng)過的車輛引起的路板組件的向下運動而進行搖擺運動。耦合到搖臂的機電發(fā)電機通過搖臂的搖擺運動產(chǎn)生電。根據(jù)一個實施例，機電發(fā)電機包括管組件、表面上設(shè)置有一個或更多個磁體的鐵芯組件、以及推桿。推桿在一端耦合到鐵芯組件以及在另一端耦合到搖臂。鐵芯組件由于搖臂的搖擺運動而進行線性運動，以可滑動方式移動進和移動出管組件。機電發(fā)電機通過鐵芯組件的線性運動產(chǎn)生電。在以下描述中，為了描述簡潔和清楚的目的，并非描述示意圖中示出的大量部件中的所有部件。在圖中示出大量部件以為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員提供本公開的全面實現(xiàn)公開。部件中許多部件的操作對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易理解和明顯的?？梢詥为毣蛘呓Y(jié)合其它特征和教導(dǎo)利用本文中公開的其它特征和教導(dǎo)中的每個以提供線性發(fā)電機系統(tǒng)。參照附圖進一步詳細(xì)描述單獨以及組合利用這些其它特征和教導(dǎo)中的許多的代表性實例。此詳細(xì)描述僅意在把用于實踐本教導(dǎo)優(yōu)選方面的進一步細(xì)節(jié)教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以及并非意在限制權(quán)利要求的范圍。因此，以下詳細(xì)描述中公開的特征的組合不會必定在最廣泛的意義上實踐教導(dǎo)，而是僅教導(dǎo)描述本教導(dǎo)的具體代表性實例。此外，可以通過未特別和明確列舉的方式把從屬權(quán)利要求和代表性實例的各種特征組合以提供本教導(dǎo)的其它有用實施例。另外，權(quán)利要求和/或描述中公開的所有特征意在彼此獨立和單獨地公開以用于原始公開的目的，以及以用于約束獨立于權(quán)利要求和/或?qū)嵤├刑卣鳂?gòu)造的要求保護主題的目的。實體組的指示或所有值范圍公開各個可行中間值或中間實體以用于原始公開的目的，以及以用于約束要求保護主題的目的。圖中示出的部件的形狀和尺度設(shè)計成幫助理解如何實踐本教導(dǎo)，但是并非意在限制實例中示出的形狀和尺度。一個實施例提供了用于利用車輛在道路上的行駛發(fā)電的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)可以具有數(shù)個部件，如，具有一級或更多級的路板組件和/或耦合到當(dāng)車輛在路板組件上方經(jīng)過時致動的一個或更多個機電發(fā)電機的臂。圖1示例了根據(jù)一個實施例的示范性發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電系統(tǒng)100具有路板101A、 101B、以及101C，搖臂102，以及經(jīng)由推桿105耦合到搖臂102的發(fā)電機106。路板組件101 設(shè)計成對它上方經(jīng)過的車輛生成的向下力起到杠桿作用。路板組件101可以具有數(shù)個路板或者可以串行使用數(shù)個路板組件101。在如圖IA中所示例的實例中，路板101A、101B、以及 IOlC形成路板組件101。位于組件中心處的路板IOlC是靜止的(stationary)以及優(yōu)選地與路段表面111水平。路板IOlB和IOlC設(shè)計成如下面將會更詳細(xì)討論的隨著車輛在它們上方經(jīng)過而上移和下移。雖然可以利用諸如塑料、玻璃纖維和其它金屬的其它堅硬和耐用材料以及合成材料，但通過焊接鋁或鋼構(gòu)建路板組件101?？梢栽趯Φ缆窊p壞最小的情況下把路板組件101安裝在道路上的區(qū)段中以符合路段表面111。根據(jù)一個實施例，路板IOlA和IOlB耦合到搖臂102，路板IOlC從搖臂102脫離耦合。使用推桿端104把搖臂102的一端耦合到推桿105。當(dāng)車輛在路板組件101上方經(jīng)過時，車輛的輪子按特定順序接觸和按壓路板101A、101B、以及101C。如果車輛從右向左在路段表面111上移動，則輪子接觸第一路板IOlB以及在進入路板的前部上按壓。第一路板IOlB上的推動使得推桿105縮回。隨著輪子在路板組件101上移動，輪子按壓第二路板 IOlA而使得推桿105延伸。對于車輛的每個軸和每個輪子重復(fù)此過程。圖IA和IB分別示出了處于縮回位置和延伸位置的發(fā)電機106的配置。例如，如果車輛通過從圖IA的右側(cè)向左側(cè)駕駛，則車輛的輪子按101B、101C、以及 IOlA的次序觸及路板。當(dāng)輪子按壓路板IOlB時，搖臂102和推桿105處于如圖IA中所示的位置。隨著輪子在路板IOlC和后續(xù)IOlA上方行進，搖臂102受力以圍繞支點103搖擺而使得推桿105如圖IB中所示延伸。接下來的輪子按下路板IOlB而使得推桿105如圖IA 中所示縮回。推桿105進出發(fā)電機106的重復(fù)線性移動生成電。根據(jù)一個實施例，基于各種因素確定和優(yōu)化發(fā)電系統(tǒng)100的部件尺度和尺寸。例如，通過目標(biāo)車輛的軸之間的距離以及輪子尺度確定搖臂102的掃描角α、路板杠桿臂L” 搖臂杠桿臂L2、路板101a、101b、以及IOlc的寬度和長度?？梢栽诎l(fā)電系統(tǒng)100在現(xiàn)場中的部署以前進行研究?？商孢x地，可以把類似類型和重量的車輛的路線定到設(shè)計成使定路線的車輛的發(fā)電最大化的特定發(fā)電系統(tǒng)100。例如，可以把輪子直徑等于或大于38英寸的自傾貨車的路線定到路板杠桿臂L1為13. 39英寸、搖臂杠桿臂L2為27. 437英寸、以及搖臂 102的掃描角α為21度的發(fā)電系統(tǒng)100?？梢园演喿又睆捷^小的其它車輛的路線定到路板杠桿臂L1和搖臂杠桿臂L2較短的另一發(fā)電系統(tǒng)100。可以通過諸如每軸的車輛速度或重量的其它因素確定車輛路線。輪子尺寸、地面清潔度和車輛的重量在用以確定發(fā)電系統(tǒng) 100尺度和配置的許多因素之中。路板IOlA或101B、以及IOlC的機械致動把路板組件101留在最后的車輛離開的位置處?？商孢x地，可以在單向行駛中實施彈簧機構(gòu)以使路板組件101返回指定位置。在車輛從圖IA的左方向右方經(jīng)過之后，推桿105仍然如圖IB延伸。當(dāng)接下來的車輛在路板組件101上方經(jīng)過時，隨著接下來的輪子在上方經(jīng)過而再次縮回和延伸推桿105。根據(jù)一個實施例，確定任一路板IOlA或IOlB針對路段表面111的高度以折衷經(jīng)過車輛的速度減小和駕乘舒適。如果把提升高度設(shè)置得太高，則一系列路板組件形成的速度碰撞將會對于駕駛者太生硬，它會造成過度減速，這是不期望的。另一方面，如果把提升高度設(shè)置得太低，則將會生成太少量的能量。路板組件101在使能量生成最大化以及使諸如聲音、熱量的不可轉(zhuǎn)換形式的能量損失最小化的情況下，處于路板IOlA和IOlB的凹陷位置與提升位置之間的理想水平。提升高度和杠桿臂比率L1Zl2在發(fā)電系統(tǒng)100的許多設(shè)計參數(shù)之中。確定設(shè)計參數(shù)以在設(shè)計參數(shù)的選取自由度內(nèi)使發(fā)電最大化。根據(jù)一個實施例，路板IOlA和IOlB的提升高度對稱以及設(shè)置得相等。它優(yōu)于不對稱設(shè)計的有益之處在于可以使用任一方向(即，右向左、或者左向右)上的車輛行駛。對稱設(shè)計也會由于可以使用任一行駛方向的同樣部分而在材料成本上較便宜?？商孢x地，可以在設(shè)計中的不對稱致使生成具體方向上的較多能量的情況下使用不對稱路板設(shè)計。不對稱路板設(shè)計會對于路段特定部分上的部署有用。例如，可以把不對稱路板部署在下坡路段上。通過下坡的重力加速自然恢復(fù)路板組件101形成的碰撞引起的減速。另外，由于碰撞所致的減速將會提供下坡路段上車輛的自然制動。存在影響發(fā)電系統(tǒng)100的電力輸出的數(shù)個因素。來自經(jīng)過的車輛在路板組件101 上施加的向下力的機械能量基于經(jīng)過的車輛在每個輪子或軸作用于杠桿臂L1和L2上的重量。機械力由于通過系統(tǒng)的動力學(xué)計算而獨立于經(jīng)過的車輛的速度。通過如下內(nèi)容計算向發(fā)電機106施加的力
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電系統(tǒng)，包括 路板組件；耦合到所述路板組件的搖臂，其中，所述搖臂由于所述路板組件上方經(jīng)過的車輛引起的所述路板組件的向下運動而進行搖擺運動；以及耦合到所述搖臂的機電發(fā)電機，其中，所述機電發(fā)電機由所述搖臂的搖擺運動產(chǎn)生電。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述機電發(fā)電機包括 管組件；表面上具有一個或更多個磁體的鐵芯組件；以及具有兩端的推桿，所述推桿在所述兩端中的一端耦合到所述鐵芯組件以及在所述兩端中的另一端耦合到所述搖臂，其中，所述鐵芯組件由于所述搖臂的搖擺運動而進行線性運動，以可滑動方式移動進或移動出所述管組件，并且其中，所述機電發(fā)電機由所述鐵芯組件的線性運動產(chǎn)生電。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述路板組件包括一個或更多個路板。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述一個或更多個路板中的至少一個路板是靜止的并與路段表面水平。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述搖臂在所述路板組件下面圍繞支點搖擺。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，一個以上的路板組件耦合到所述機電發(fā)電機。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)還包括增壓轉(zhuǎn)換器。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)還包括逆變器。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)還包括配電板。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)還包括電池。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其中，所述機電發(fā)電機進一步耦合到飛輪。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)還包括耦合到所述路板組件的液壓發(fā)電機。
13.一種發(fā)電站，包括一個或更多個發(fā)電系統(tǒng)，所述一個或更多個發(fā)電系統(tǒng)中的每個發(fā)電系統(tǒng)包括 路板組件；耦合到所述路板組件的搖臂，其中，所述搖臂由于所述路板組件上方經(jīng)過的車輛引起的所述路板組件的向下運動而進行搖擺運動；以及耦合到所述搖臂的機電發(fā)電機，其中，所述機電發(fā)電機由所述搖臂的搖擺運動產(chǎn)生電；組合電路，其對所述一個或更多個發(fā)電系統(tǒng)中的每個發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電進行組合； 增壓轉(zhuǎn)換器，其將所述一個或更多個發(fā)電系統(tǒng)中的每個發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電的電壓增壓以及對輸出電壓進行輸出，所述輸出電壓高于所述一個或更多個發(fā)電系統(tǒng)中的每個發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電的電壓；逆變器，其對來自所述增壓器的輸出電壓進行轉(zhuǎn)換以及輸出交流電壓。
14.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電站，所述發(fā)電站還包括用以存儲所述逆變器的交流電壓的電池。
15.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電站，其中，所述一個或更多個機電發(fā)電機中的每個機電發(fā)電機包括管組件；表面上具有一個或更多個磁體的鐵芯組件；以及具有兩端的推桿，所述推桿在所述兩端中的一端耦合到所述鐵芯組件以及在所述兩端中的另一端耦合到所述搖臂，其中，所述鐵芯組件由于所述搖臂的搖擺運動而進行線性運動，以可滑動方式移動進和移動出所述管組件，并且其中，所述機電發(fā)電機由所述鐵芯組件的線性運動產(chǎn)生電。
16.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電站，其中，所述一個或更多個發(fā)電系統(tǒng)通過耦合件耦合到所述機電發(fā)電機。
17.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電站，其中，所述機電發(fā)電機進一步耦合到飛輪。
18.如權(quán)利要求13所述的發(fā)電站，所述發(fā)電站還包括耦合到所述路板組件的液壓發(fā)電機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)電系統(tǒng)。根據(jù)一個實施例，發(fā)電系統(tǒng)包括路板組件、耦合到路板組件的搖臂。搖臂由于路板組件上方經(jīng)過的車輛引起的路板組件的向下運動而進行搖擺運動。耦合到搖臂的機電發(fā)電機由搖臂的搖擺運動產(chǎn)生電。
文檔編號H02P9/04GK102439841SQ201080021250
公開日2012年5月2日 申請日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者特里·D·肯尼 申請人:替代能源技術(shù)公司