滑动式磁力耦合车路能量采集装置

本发明涉及车路能量收集，具体涉及滑动式磁力耦合车路能量采集装置。

背景技术：

1、随着社会和经济的发展，交通系统越来越发达，人们对交通系统也提出了更高的要求。多功能化、智慧化是未来交通系统的发展方向。通过在道路布置无线传感器等小型机电系统，从而实现实时交通状况监测、交通系统远程或自动化管控、交通设施健康状态监测等，使交通系统更加安全、有序、高效地运行，可以促进社会经济发展和提升人们生活的幸福感。

2、但是，如何为这些小型机电系统供能？线缆供电占用空间多、施工难度大；而电池供电存在不可持续、维护更换困难等难题。因此，研究人员将目光转向了交通环境能量采集，通过采集交通系统环境中的能量，将其转化为电能为智慧交通系统中的电子器件设备供电。尽管太阳能是一种丰富的自然能源，但是受昼夜天气变化影响比较大。

3、值得注意的是，车辆滚压可以产生大量机械能，通过采集车辆行驶滚压道路的能量，转换为电能，为交通环境中的电子器件设备供电，如交通设施健康状态监测、交通管控、车路协同等。目前，车路能量采集技术主要面临以下问题是：

4、(1)车轮滚压激励产生的冲击很大且不规则，车路能量采集装置在车轮滚压的极端工况下鲁棒性不高；

5、(2)车路能量采集装置在恶劣的道路交通环境下服役，雨水的冲刷和侵蚀等因素严重影响装置的可靠性和寿命，环境适应性较差；

6、(3)能量转换效率低、输出功率低。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：本发明提供一种滑动式磁力耦合车路能量采集装置，通过非接触式的磁力传动机制隔断车轮的滚压冲击，在有较高能量转换效率和较大输出功率的同时，极大的提高了装置在极端工况下的鲁棒性和对恶劣道路交通环境的适应性。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种滑动式磁力耦合车路能量采集装置，所述能量采集装置包括车轮驱动模块、传动发电模块和安装支撑模块，所述安装支撑模块安装在路基上，所述车轮驱动模块安装在安装支撑模块上，所述车轮驱动模块用于将车轮的滚压激励转化为车轮驱动模块的滑动；所述传动发电模块安装在安装支撑模块上，所述车轮驱动模块和传动发电模块设有磁力传动组件，所述传动发电模块设有电磁发电组件和齿轮传动组件，所述电磁发电组件包括旋转磁铁盘和线圈，所述磁力传动组件将滑动运动转换为齿轮转动，通过磁力传动、齿轮传动将车轮驱动模块的滑动运动转化为旋转磁铁盘的高速旋转运动，使所述旋转磁铁盘穿过线圈的磁通量发生变化从而发电。

4、作为上述技术方案的进一步改进为：

5、优选地，所述安装支撑模块包括安装壳体、滑轨、复位弹簧，所述滑轨设有两个，对称位于在安装壳体内的两边；所述复位弹簧设有四个，每个所述滑轨的两端分别布设一个。

6、优选地，所述车轮驱动模块包括顶板、直线轴承、从动磁条导轨、驱动磁条、方形永磁铁、连杆、从动磁条，所述顶板位于安装壳体的上方，所述直线轴承设有至少两个，分别滑动设置在两个滑轨上，所述直线轴承的一个端面固定在顶板上；所述复位弹簧设置于直线轴承和安装壳体之间，所述从动磁条导轨、驱动磁条与顶板固定连接，所述连杆设有两个，两个连杆、驱动磁条和从动磁条形成四边框型，所述连杆与驱动磁条和从动磁条铰接；所述从动磁条可相对从动磁条导轨滑动，所述方形永磁铁以磁极交错分布的方式镶嵌固定在驱动磁条上。

7、优选地，所述车轮驱动模块还包括支点轴，所述支点轴设有两个，所述连杆上设有槽，每个所述支点轴穿过对应的槽，所述连杆可绕着支点轴运动。

8、优选地，所述齿轮传动组件包括3组齿轮组，3组齿轮组啮合传动，其中一组齿轮组包括一驱动齿轮，所述驱动齿轮设有永磁体，所述驱动齿轮位于驱动磁条和从动磁条之间，通过所述方形永磁铁和永磁体的相斥作用驱动齿轮旋转，所述旋转磁铁盘与驱动齿轮同轴连接，所述驱动齿轮的转动通过齿轮组传动驱动旋转磁铁盘转动。

9、优选地，所述齿轮传动组件还包括换向齿轮、升频齿轮、传动齿轮、磁铁盘齿轮，所述驱动齿轮和磁铁盘齿轮同轴连接，所述升频齿轮和传动齿轮分别设有两个，每个升频齿轮和一传动齿轮同轴连接，分别位于磁铁盘齿轮的两侧，两个所述传动齿轮分别于磁铁盘齿轮啮合；所述换向齿轮分别与驱动齿轮和一个升频齿轮啮合。

10、优选地，所述齿轮传动组件还包括单向轴承，所述升频齿轮的齿数小于驱动齿轮和换向齿轮的齿数；所述单向轴承安装在传动齿轮内圈，所述传动齿轮单向转动。

11、优选地，所述电磁发电组件还包括圆形永磁体，所述圆形永磁体以磁极交错的环形分布的方式阵列镶嵌安装在旋转磁铁盘上，相邻磁极相反；所述线圈与圆形永磁体对应。

12、优选地，所述驱动齿轮设有方形永磁体，所述方形永磁体以磁极交错分布的方式对称镶嵌安装在驱动齿轮上。

13、优选地，所述驱动磁条上的方形永磁体以非等距的方式排布。

14、本发明提供的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，与现有技术相比，有以下优点：

15、(1)本发明滑动式磁力耦合车路能量采集装置，通过滑动的方式传递车辆的滚压激励，所以装置上表面可以与路面平齐，对车辆正常行驶没有影响，适合在交通环境内高密度布置。

16、(2)本发明滑动式磁力耦合车路能量采集装置，通过磁力传动避免了车轮滚压激励产生的巨大冲击力直接施加在装置传动和发电部分，传动和发电部分可以实现全密封设计，极大的提高了装置在车轮滚压的极端工况下的鲁棒性和对恶劣道路交通环境的适应性。

17、(3)本发明滑动式磁力耦合车路能量采集装置，通过机械整流方式将脉冲式激励转换为旋转磁铁盘的高速单向旋转，显著提高了能量转换效率和输出功率。

技术特征：

1.一种滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述能量采集装置包括车轮驱动模块、传动发电模块和安装支撑模块，所述安装支撑模块安装在路基上，所述车轮驱动模块安装在安装支撑模块上，所述车轮驱动模块用于将车轮的滚压激励转化为车轮驱动模块的滑动；所述传动发电模块安装在安装支撑模块上，所述车轮驱动模块和传动发电模块设有电磁发电组件，所述传动发电模块设有磁力传动组件和齿轮传动组件，所述电磁发电组件包括旋转磁铁盘和线圈，所述磁力传动组件将滑动运动转换为齿轮转动，通过磁力传动、齿轮传动将车轮驱动模块的滑动运动转化为旋转磁铁盘的高速旋转运动，使所述旋转磁铁盘穿过线圈的磁通量发生变化从而发电。

2.根据权利要求1所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述安装支撑模块包括安装壳体、滑轨、复位弹簧，所述滑轨设有两个，对称位于安装壳体内的两边；所述复位弹簧设有四个，每个所述滑轨的两端分别布设一个。

3.根据权利要求2所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述车轮驱动模块包括顶板、直线轴承、从动磁条导轨、驱动磁条、方形永磁铁、连杆、从动磁条，所述顶板位于安装壳体的上方，所述直线轴承设有至少两个，分别滑动设置在两个滑轨上，所述直线轴承的一个端面固定在顶板上；所述复位弹簧设置于直线轴承和安装壳体之间，所述从动磁条导轨、驱动磁条与顶板固定连接，所述连杆设有两个，两个连杆、驱动磁条和从动磁条形成四边框型，所述连杆与驱动磁条和从动磁条铰接；所述从动磁条可相对从动磁条导轨滑动，所述方形永磁铁以磁极交错分布的方式镶嵌固定在驱动磁条上。

4.根据权利要求3所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述车轮驱动模块还包括支点轴，所述支点轴设有两个，所述连杆上设有槽，每个所述支点轴穿过对应的槽，所述连杆可绕着支点轴运动。

5.根据权利要求3所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述齿轮传动组件包括3组齿轮组，3组齿轮组啮合传动，其中一组齿轮组包括一驱动齿轮，所述驱动齿轮设有永磁体，所述驱动齿轮位于驱动磁条和从动磁条之间，通过所述方形永磁铁和永磁体的相斥作用驱动齿轮旋转，所述旋转磁铁盘与驱动齿轮同轴连接，所述驱动齿轮的转动通过齿轮组传动驱动旋转磁铁盘转动。

6.根据权利要求5所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述齿轮传动组件还包括换向齿轮、升频齿轮、传动齿轮、磁铁盘齿轮，所述驱动齿轮和磁铁盘齿轮同轴连接，所述升频齿轮和传动齿轮分别设有两个，每个升频齿轮和一传动齿轮同轴连接，分别位于磁铁盘齿轮的两侧，两个所述传动齿轮分别于磁铁盘齿轮啮合；所述换向齿轮分别与驱动齿轮和一个升频齿轮啮合。

7.根据权利要求6所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述齿轮传动组件还包括单向轴承，所述升频齿轮的齿数小于驱动齿轮和换向齿轮的齿数；所述单向轴承安装在传动齿轮内圈，所述传动齿轮单向转动。

8.根据权利要求5所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述电磁发电组件还包括圆形永磁体，所述圆形永磁体以磁极交错的环形分布的方式阵列镶嵌安装在旋转磁铁盘上，相邻磁极相反；所述线圈与圆形永磁体对应。

9.根据权利要求5所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述驱动齿轮设有方形永磁体，所述方形永磁体以磁极交错分布的方式对称镶嵌安装在驱动齿轮上。

10.根据权利要求9所述的滑动式磁力耦合车路能量采集装置，其特征在于，所述驱动磁条上的方形永磁体以非等距的方式排布。

技术总结
本发明公开了一种滑动式磁力耦合车路能量采集装置，包括车轮驱动模块、传动发电模块和安装支撑模块，安装支撑模块安装在路基上，车轮驱动模块用于将车轮的滚压激励转化为车轮驱动模块的滑动；传动发电模块安装在安装支撑模块上，传动发电模块设有电磁发电组件和齿轮传动组件，电磁发电组件包括旋转磁铁盘和线圈，通过磁力传动、齿轮传动将车轮驱动模块的滑动运动转化为旋转磁铁盘的高速旋转运动，使旋转磁铁盘穿过线圈的磁通量发生变化从而发电。本发明的能量采集装置，通过非接触式的磁力传动机制隔断车轮的滚压冲击，在有较高能量转换效率和较大输出功率的同时，极大的提高了装置在极端工况下的鲁棒性和对恶劣道路交通环境的适应性。

技术研发人员：杜荣华,常思登,肖俊,李享,魏克湘,邹鸿翔
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12