专利名称：用于利用车辆在道路上的行驶进行发电的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于发电的方法和系统。更具体而言，本发明是用于包括利用车辆在道路上的行驶进行发电的发电的方法和系统。
背景技术：
对于发电有用的能量源包括风、水、太阳、核和蒸汽能量。已开发了各种方法和系统以便运用这种能量发电，通常通过执行有用功以驱动发电机。随着对于能量消耗效率和节约的持续需求，已做出了许多努力以开发先前未使用的能量源。具体地，已开发了现有系统以随着车辆沿着道路表面移动而使用车辆轮子的能量和向下力。用于从道路上方经过的车辆的向下力发电的机械系统通常涉及齿轮机构和其它移动部分，并且由于在复位时响应于车辆和受力向上移动而产生受力向下移动的应力，因而易于发生撕裂和磨损。一个实例是Martinez的美国专利No. 4，238，687，其公开了如下系统该系统采用了安装在路表的摇板(rocker plate)，当车辆在摇板上方经过使这种摇板受力向下时，利用与摇板连接的弧状臂的向下旋转运动驱动的涡轮，由机动车辆在道路上方的行驶发电。更近来的努力包括feilich的美国专利No. 6，172，426，其公开了如下的能量平台系统该系统利用具有流体床的移动车辆的重量进行发电，所述流体床装有可由通过它上方的移动车辆的重量压缩的一定量的流体。作为这种压缩的结果从囊状物(bladder)内受力的流体穿过循环系统，在循环系统中使用移动流体驱动发电机。循环组件的累积器连接到接收受力流体和在指定压力级别释放它的囊状物。还使用液压泵和储池。发电机是线性发电机，包括具有中空内室的拉长圆柱体。圆柱体的外部具有围绕它的线圈。杆插入在圆柱体内以及具有以可滑动方式耦合到它的磁体。随着通过液压流体移动圆柱体中的杆，磁体也移动，在线圈内引起电流。Runner的美国专利No. 6，204，568公开了一种用于使用多个运动转换器组件把车辆的机械运动转换成电能的系统。运动转换器组件包括通过齿轮机构连接到竖直运动传递机构的杆，该齿轮机构响应于系统上方经过的车辆行驶而旋转杆。流体泵连接到旋转杆以生成继而驱动涡轮发电机的加压流体。运动转换器组件具有形成盒体的矩形基座和侧部以及插入在路段表面中。运动转换器组件还具有以枢轴方式在一端连接到运动转换器组件基座的一侧的一对矩形顶部板，弹簧向上推动板。顶部板具有以枢轴方式连接到它的下侧的竖直板，其具有齿状物用以啮合齿轮。当车辆经过运动转换器组件的顶部板上方时，竖直板向下传动以及啮合旋转和传动流体泵的齿轮。这些现有系统虽然在原理上随着车辆在道路上方经过而由车辆的向下力生成电力，但在它们用以使从每个经过的车辆生成的电力最大化的能力方面效力低下。车辆的重量变化；半挂车的向下力显著多于小型车的向下力。现有系统未有效地运用每个车辆的全部力。另外，因为车辆行驶通常不规则，所以在这种系统中对使来自每个车辆的能量的传送最大化以及存储能量以提供电力的稳定供给的需求有所增加。
发明内容
本发明公开了一种发电系统。根据一个实施例，发电系统包括路板组件、耦合到路板组件的摇臂。通过从路板组件上方经过的车辆引起的路板组件的向下运动引发摇臂的摇摆运动。耦合到摇臂的机电发电机通过摇臂的摇摆运动产生电。现在将参照附图更具体地描述以及在权利要求中指出以上和其它优选特征，包括元件的组合和实施的各种新颖细节。将会理解，只通过示例以及并非作为限制示出了具体方法和设备。如本领域技术人员将会理解的，可以在各种和大量实施例中采用本文中说明的特征和原理。
作为本说明书的一部分包括的附图示例性地阐述了本发明目前优选的实施例，以及与以上给出的总体描述和下面给出的优选实施例的详细描述一起用来说明和教导本发明的原理。图IA示出了根据一个实施例的处于缩回位置的示范性发电系统；图IB示出了根据一个实施例的处于延伸位置的示范性发电系统；图2示出了根据一个实施例的示范性线性发电机；图3示出了根据一个实施例的示范性电站；图4示出了根据一个实施例的示范性发电系统的顶视图；以及图5示出了根据一个实施例的示范性发电系统的横截面视图。应当注意，图并非必定按比例绘制，在整个图中通常用相似附图标记表示类似结构或功能的元件以用于示例性的目的。还应当注意，图只意在便于本文中描述的各种实施例的描述。图未描述本文中描述的教导的各个方面以及不限制权利要求的范围。
具体实施例方式本发明公开了一种发电系统。根据一个实施例，发电系统包括路板组件、耦合到路板组件的摇臂。摇臂由于路板组件上方经过的车辆引起的路板组件的向下运动而进行摇摆运动。耦合到摇臂的机电发电机通过摇臂的摇摆运动产生电。根据一个实施例，机电发电机包括管组件、表面上设置有一个或更多个磁体的铁芯组件、以及推杆。推杆在一端耦合到铁芯组件以及在另一端耦合到摇臂。铁芯组件由于摇臂的摇摆运动而进行线性运动，以可滑动方式移动进和移动出管组件。机电发电机通过铁芯组件的线性运动产生电。在以下描述中，为了描述简洁和清楚的目的，并非描述示意图中示出的大量部件中的所有部件。在图中示出大量部件以为本领域普通技术人员提供本公开的全面实现公开。部件中许多部件的操作对本领域技术人员而言是容易理解和明显的。可以单独或者结合其它特征和教导利用本文中公开的其它特征和教导中的每个以提供线性发电机系统。参照附图进一步详细描述单独以及组合利用这些其它特征和教导中的许多的代表性实例。此详细描述仅意在把用于实践本教导优选方面的进一步细节教导本领域技术人员以及并非意在限制权利要求的范围。因此，以下详细描述中公开的特征的组合不会必定在最广泛的意义上实践教导，而是仅教导描述本教导的具体代表性实例。此外，可以通过未特别和明确列举的方式把从属权利要求和代表性实例的各种特征组合以提供本教导的其它有用实施例。另外，权利要求和/或描述中公开的所有特征意在彼此独立和单独地公开以用于原始公开的目的，以及以用于约束独立于权利要求和/或实施例中特征构造的要求保护主题的目的。实体组的指示或所有值范围公开各个可行中间值或中间实体以用于原始公开的目的，以及以用于约束要求保护主题的目的。图中示出的部件的形状和尺度设计成帮助理解如何实践本教导，但是并非意在限制实例中示出的形状和尺度。一个实施例提供了用于利用车辆在道路上的行驶发电的系统和方法。系统可以具有数个部件，如，具有一级或更多级的路板组件和/或耦合到当车辆在路板组件上方经过时致动的一个或更多个机电发电机的臂。图1示例了根据一个实施例的示范性发电系统。发电系统100具有路板101A、 101B、以及101C，摇臂102，以及经由推杆105耦合到摇臂102的发电机106。路板组件101 设计成对它上方经过的车辆生成的向下力起到杠杆作用。路板组件101可以具有数个路板或者可以串行使用数个路板组件101。在如图IA中所示例的实例中，路板101A、101B、以及 IOlC形成路板组件101。位于组件中心处的路板IOlC是静止的(stationary)以及优选地与路段表面111水平。路板IOlB和IOlC设计成如下面将会更详细讨论的随着车辆在它们上方经过而上移和下移。虽然可以利用诸如塑料、玻璃纤维和其它金属的其它坚硬和耐用材料以及合成材料，但通过焊接铝或钢构建路板组件101。可以在对道路损坏最小的情况下把路板组件101安装在道路上的区段中以符合路段表面111。根据一个实施例，路板IOlA和IOlB耦合到摇臂102，路板IOlC从摇臂102脱离耦合。使用推杆端104把摇臂102的一端耦合到推杆105。当车辆在路板组件101上方经过时，车辆的轮子按特定顺序接触和按压路板101A、101B、以及101C。如果车辆从右向左在路段表面111上移动，则轮子接触第一路板IOlB以及在进入路板的前部上按压。第一路板IOlB上的推动使得推杆105缩回。随着轮子在路板组件101上移动，轮子按压第二路板 IOlA而使得推杆105延伸。对于车辆的每个轴和每个轮子重复此过程。图IA和IB分别示出了处于缩回位置和延伸位置的发电机106的配置。例如，如果车辆通过从图IA的右侧向左侧驾驶，则车辆的轮子按101B、101C、以及 IOlA的次序触及路板。当轮子按压路板IOlB时，摇臂102和推杆105处于如图IA中所示的位置。随着轮子在路板IOlC和后续IOlA上方行进，摇臂102受力以围绕支点103摇摆而使得推杆105如图IB中所示延伸。接下来的轮子按下路板IOlB而使得推杆105如图IA 中所示缩回。推杆105进出发电机106的重复线性移动生成电。根据一个实施例，基于各种因素确定和优化发电系统100的部件尺度和尺寸。例如，通过目标车辆的轴之间的距离以及轮子尺度确定摇臂102的扫描角α、路板杠杆臂L” 摇臂杠杆臂L2、路板101a、101b、以及IOlc的宽度和长度。可以在发电系统100在现场中的部署以前进行研究。可替选地，可以把类似类型和重量的车辆的路线定到设计成使定路线的车辆的发电最大化的特定发电系统100。例如，可以把轮子直径等于或大于38英寸的自倾货车的路线定到路板杠杆臂L1为13. 39英寸、摇臂杠杆臂L2为27. 437英寸、以及摇臂 102的扫描角α为21度的发电系统100。可以把轮子直径较小的其它车辆的路线定到路板杠杆臂L1和摇臂杠杆臂L2较短的另一发电系统100。可以通过诸如每轴的车辆速度或重量的其它因素确定车辆路线。轮子尺寸、地面清洁度和车辆的重量在用以确定发电系统 100尺度和配置的许多因素之中。路板IOlA或101B、以及IOlC的机械致动把路板组件101留在最后的车辆离开的位置处。可替选地，可以在单向行驶中实施弹簧机构以使路板组件101返回指定位置。在车辆从图IA的左方向右方经过之后，推杆105仍然如图IB延伸。当接下来的车辆在路板组件101上方经过时，随着接下来的轮子在上方经过而再次缩回和延伸推杆105。根据一个实施例，确定任一路板IOlA或IOlB针对路段表面111的高度以折衷经过车辆的速度减小和驾乘舒适。如果把提升高度设置得太高，则一系列路板组件形成的速度碰撞将会对于驾驶者太生硬，它会造成过度减速，这是不期望的。另一方面，如果把提升高度设置得太低，则将会生成太少量的能量。路板组件101在使能量生成最大化以及使诸如声音、热量的不可转换形式的能量损失最小化的情况下，处于路板IOlA和IOlB的凹陷位置与提升位置之间的理想水平。提升高度和杠杆臂比率L1Zl2在发电系统100的许多设计参数之中。确定设计参数以在设计参数的选取自由度内使发电最大化。根据一个实施例，路板IOlA和IOlB的提升高度对称以及设置得相等。它优于不对称设计的有益之处在于可以使用任一方向(即，右向左、或者左向右)上的车辆行驶。对称设计也会由于可以使用任一行驶方向的同样部分而在材料成本上较便宜。可替选地，可以在设计中的不对称致使生成具体方向上的较多能量的情况下使用不对称路板设计。不对称路板设计会对于路段特定部分上的部署有用。例如，可以把不对称路板部署在下坡路段上。通过下坡的重力加速自然恢复路板组件101形成的碰撞引起的减速。另外，由于碰撞所致的减速将会提供下坡路段上车辆的自然制动。存在影响发电系统100的电力输出的数个因素。来自经过的车辆在路板组件101 上施加的向下力的机械能量基于经过的车辆在每个轮子或轴作用于杠杆臂L1和L2上的重量。机械力由于通过系统的动力学计算而独立于经过的车辆的速度。通过如下内容计算向发电机106施加的力
权利要求
1.一种发电系统，包括 路板组件；耦合到所述路板组件的摇臂，其中，所述摇臂由于所述路板组件上方经过的车辆引起的所述路板组件的向下运动而进行摇摆运动；以及耦合到所述摇臂的机电发电机，其中，所述机电发电机由所述摇臂的摇摆运动产生电。
2.如权利要求1所述的发电系统，其中，所述机电发电机包括 管组件；表面上具有一个或更多个磁体的铁芯组件；以及具有两端的推杆，所述推杆在所述两端中的一端耦合到所述铁芯组件以及在所述两端中的另一端耦合到所述摇臂，其中，所述铁芯组件由于所述摇臂的摇摆运动而进行线性运动，以可滑动方式移动进或移动出所述管组件，并且其中，所述机电发电机由所述铁芯组件的线性运动产生电。
3.如权利要求1所述的发电系统，其中，所述路板组件包括一个或更多个路板。
4.如权利要求3所述的发电系统，其中，所述一个或更多个路板中的至少一个路板是静止的并与路段表面水平。
5.如权利要求1所述的发电系统，其中，所述摇臂在所述路板组件下面围绕支点摇摆。
6.如权利要求1所述的发电系统，其中，一个以上的路板组件耦合到所述机电发电机。
7.如权利要求1所述的发电系统，所述发电系统还包括增压转换器。
8.如权利要求7所述的发电系统，所述发电系统还包括逆变器。
9.如权利要求8所述的发电系统，所述发电系统还包括配电板。
10.如权利要求1所述的发电系统，所述发电系统还包括电池。
11.如权利要求1所述的发电系统，其中，所述机电发电机进一步耦合到飞轮。
12.如权利要求1所述的发电系统，所述发电系统还包括耦合到所述路板组件的液压发电机。
13.一种发电站，包括一个或更多个发电系统，所述一个或更多个发电系统中的每个发电系统包括 路板组件；耦合到所述路板组件的摇臂，其中，所述摇臂由于所述路板组件上方经过的车辆引起的所述路板组件的向下运动而进行摇摆运动；以及耦合到所述摇臂的机电发电机，其中，所述机电发电机由所述摇臂的摇摆运动产生电；组合电路，其对所述一个或更多个发电系统中的每个发电系统产生的电进行组合； 增压转换器，其将所述一个或更多个发电系统中的每个发电系统产生的电的电压增压以及对输出电压进行输出，所述输出电压高于所述一个或更多个发电系统中的每个发电系统产生的电的电压；逆变器，其对来自所述增压器的输出电压进行转换以及输出交流电压。
14.如权利要求13所述的发电站，所述发电站还包括用以存储所述逆变器的交流电压的电池。
15.如权利要求13所述的发电站，其中，所述一个或更多个机电发电机中的每个机电发电机包括管组件；表面上具有一个或更多个磁体的铁芯组件；以及具有两端的推杆，所述推杆在所述两端中的一端耦合到所述铁芯组件以及在所述两端中的另一端耦合到所述摇臂，其中，所述铁芯组件由于所述摇臂的摇摆运动而进行线性运动，以可滑动方式移动进和移动出所述管组件，并且其中，所述机电发电机由所述铁芯组件的线性运动产生电。
16.如权利要求13所述的发电站，其中，所述一个或更多个发电系统通过耦合件耦合到所述机电发电机。
17.如权利要求13所述的发电站，其中，所述机电发电机进一步耦合到飞轮。
18.如权利要求13所述的发电站，所述发电站还包括耦合到所述路板组件的液压发电机。
全文摘要
本发明公开了一种发电系统。根据一个实施例，发电系统包括路板组件、耦合到路板组件的摇臂。摇臂由于路板组件上方经过的车辆引起的路板组件的向下运动而进行摇摆运动。耦合到摇臂的机电发电机由摇臂的摇摆运动产生电。
文档编号H02P9/04GK102439841SQ201080021250
公开日2012年5月2日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月21日
发明者特里·D·肯尼 申请人:替代能源技术公司