[發明專利]高效能路用復合式發電裝置及發電方法

在審

• 申請號: 202210604417.3
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN115118180A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 胡圣能;劉博宇;陳波;吳亞君
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K7/18;H02K5/10
• 代理公司: 鄭州盈派知識產權代理事務所(普通合伙) 41196
• 代理人: 樊羿;張曉輝

1.一種高效能路用復合式發電裝置，包括俘能發電機，該俘能發電機具有孔型結構的蓋型俘能環、多個具有與所述蓋型俘能環相同孔型結構的俘能環、所述俘能環之間通過所述孔型結構相夾的發電片、位于其外圍的俘能線圈，其特征在于，還包括具有空槽結構轉子殼的浮子型電磁線圈轉子發電機和位于所述轉子殼內的磁鐵；

所述浮子型電磁線圈轉子發電機包括轉子、纏繞在所述轉子外圍的線圈、在所述線圈外圍的永磁鐵、轉子下方的電刷、與所述轉子對應設置的壓力轉換裝置；所述壓力轉換裝置包括受壓組件、旋轉組件和復位組件；所述受壓組件包括螺旋扭條，所述旋轉組件包括內部為螺旋扭條導軌的單向棘輪、位于所述單向棘輪外且內部齒輪結構與單向棘輪嚙合的內齒輪筒；所述復位組件包括位于轉子上方的定向盤、位于螺旋扭條外圍的螺旋扭條復位彈簧和位于轉子下方的轉子復位彈簧。

2.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述單向棘輪內部的螺旋扭條導軌與螺旋扭條不完全貼合。

3.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述內齒輪筒的內齒輪結構與單向棘輪單方向順時針或逆時針嚙合。

4.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述浮子型電磁線圈轉子發電機還包括殼體。

5.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述殼體包括位于所述螺旋扭條上方的地磚承接座、連接于所述地磚承接座的圓臺形彈力橡膠罩、連接于所述圓臺形彈力橡膠罩的圓柱形發電機外殼、連接于所述圓柱形發電機外殼的發電機防水底座。

6.根據權利要求5所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述發電機防水底座上設有防水橡膠圈；所述地磚承接座上方承接六塊呈圓周排列的等邊三角形地磚頂角，等邊三角形地磚三個頂角下方均放置有地磚承接座。

7.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述蓋型俘能環蓋在所述浮子型電磁線圈轉子發電機外部所述永磁鐵上。

8.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述蓋型俘能環的孔型結構為呈圓周排列直徑相同的圓孔。

9.根據權利要求1所述的高效能路用復合式發電裝置，其特征在于，所述發電片包括圓柱形磁鐵質量塊、連接于所述圓柱形磁鐵質量塊的金屬片和設在所述金屬片上下表面的壓電發電材料PZT-SA陶瓷片，形成懸臂梁式結構。

10.一種基于道路的發電方法，由設置于對應的道路路面下方的權利要求1所述高效能路用復合式發電裝置實施，包括以下步驟：

（1）當壓力轉換裝置未受到路面踩踏施壓時，

所述發電片接收道路環境中的振動而振動，所述發電片的懸臂梁結構在振動中發生彈性形變，在所述壓電發電材料PZT-SA陶瓷片內部產生內應力從而產生極性相反的電荷，通過回路形成電流及壓電效應；

所述圓柱形磁鐵質量塊隨著所述懸臂梁振動，使所述俘能線圈內部產生感應電流及電磁效應；

壓電效應和電磁效應耦合而將道路環境中的振動能轉化為電能；

（2）當壓力轉換裝置受到路面踩踏施壓時，

由對應的道路中鋪設的地磚承接座實時接收來自道路地面的壓力，并傳遞給所述螺旋扭條使其發生向下位移；

所述螺旋扭條向下移動并滑入所述單向棘輪內部的螺旋扭條導軌，所述單向棘輪被所述螺旋扭條帶動，在平面內順時針或逆時針旋轉；

所述單向棘輪外部的棘輪齒與所述內齒輪筒內部齒狀結構嚙合，從而帶動所述內齒輪筒及轉子一起轉動；

造成所述空槽圓環結構轉子殼隨之向下擠壓所述發電片，此時所述發電片同時發生大程度的彈性形變，產生壓電效應和電磁效應，輸出電流和電壓；

（3）當壓力轉換裝置在踩踏等壓力消失后，

在所述螺旋扭條復位彈簧的作用下所述螺旋扭條快速抬升；

由于所述螺旋扭條與所述單向棘輪內部的螺旋扭條導軌之間存在接觸摩擦力，所述單向棘輪跟著所述螺旋扭條發生向上位移或向上移動一部分距離后又再次下落；

所述單向棘輪被所述螺旋扭條的向上位移帶動，在平面內逆時針或順時針旋轉，所述單向棘輪與所述螺旋扭條之間存在嚙合角度，使其兩者的齒狀結構滑移錯開而不嚙合；

所述內齒輪筒的內部齒狀結構對下落過程中的所述單向棘輪形成一個向上的推力，使所述單向棘輪再次上升一部分距離后下降，所述單向棘輪處于上升后下落再上升的往復狀態，在內齒輪筒內反復跳動；

在慣性的作用下，所述轉子保持順時針或逆時針轉動而不受壓力消失的影響；所述線圈跟隨所述轉子轉動，切割所述永磁鐵的磁感線，所述線圈中產生電流，輸至對應的總電源輸出端；

在所述轉子復位的過程中，所述空槽圓環結構轉子殼上升，對所述發電片不再施加壓力，所述壓電發電材料PZT-SA陶瓷片內部因彈性形變形成的內應力在此過程中釋放，使所述發電片上下振動，產生壓電效應；產生的電流通過導線匯集于對應的總電源輸出端。