专利摘要

一种用于道路系统的机械能收集装置，涉及道路建设领域，为了解决能源危机的问题。顶盖与套筒外壳的顶部紧密固定，底座的上表面环形阵列式设有多根立柱，每根立柱上均套有1个弹簧，立柱的长度与套筒外壳的高度相同，底座与套筒外壳的底部紧密固定；下极板基底上设有多个圆形通孔，多个圆形通孔与多根立柱一一对应，弹簧和立柱通过圆形通孔穿过下极板基底，下极板固定在下极板基底的上表面，弹簧支撑上极板基底，多根立柱均穿过上极板基底，上极板固定在上极板基底的下表面，上极板基底的上表面设有传力杆，传力杆穿过顶盖；套筒外壳的内径在下极板基底的上表面处突变，实现限制下极板基底上移。本发明适用于收集道路系统的机械能。

权利要求

1.一种用于道路系统的机械能收集装置，其特征在于，包括防水外壳和发电主体；

防水外壳包括顶盖(3)、套筒外壳(7)、底座(11)和弹簧(8)；

套筒外壳(7)为圆筒形，顶盖(3)将套筒外壳(7)的一端密封，顶盖(3)的中央开有通孔，顶盖(3)将套筒外壳(7)的另一端密封，底座(11)的上表面环形阵列式设有多根立柱，多根立柱均垂直于底座(11)表面、且均位于套筒外壳(7)内部，每根立柱上均套有1个弹簧(8)，立柱的高度与套筒外壳(7)的高度相同；

发电主体包括上极板基底(4)、上极板(5)、下极板(6)和下极板基底(9)；

下极板基底(9)上设有多个圆形通孔，多个圆形通孔与多根立柱一一对应，每根立柱的顶端分别穿过与其对应的圆形通孔，下极板(6)固定在下极板基底(9)的上表面，弹簧(8)支撑上极板基底(4)，多根立柱均穿过上极板基底(4)，上极板(5)固定在上极板基底(4)的下表面，上极板基底(4)的上表面设有传力杆，传力杆穿过顶盖(3)；套筒外壳(7)内圆周处设有限位台阶，该台阶的内径小于下极板基底(9)的外径；

上极板(5)的下表面和下极板(6)的上表面均为进行过表面纳米化处理的电极层，2个电极层的正负极性相反；

所述发电主体还包括缓冲胶垫(10)；

缓冲胶垫(10)位于下极板基底(9)和底座(11)之间，弹簧(8)和立柱穿过缓冲胶垫(10)；

套筒外壳(7)的内直径在距底部一定距离处发生突变，突变处的内径小于下极板基底(9)的直径，发生突变的位置距底部的距离为缓冲胶垫(10)和下极板基底(9)的厚度之和；

所述装置还包括辅助加压件；

辅助加压件包括受压顶板(1)和防水泡棉(2)；

防水泡棉(2)紧贴顶盖(3)的上表面固定，受压顶板(1)紧贴防水泡棉(2)的上表面固定，防水泡棉(2)的中央开有通孔，传力杆穿过防水泡棉(2)，受压顶板(1)的底部设有与传力杆的顶面相吻合的球形凹槽，传力杆的顶面位于球形凹槽内

当行车荷载等于弹簧的设计荷载时，行车荷载撤去之后，在弹簧作用下，上极板(5)和下极板(6)分开，上极板恢复原位，完成一个作用周期；

当行车荷载稍大于所设计荷载时，行车荷载撤去之后，在弹簧作用下向上运动，由于下极板(6)在内径突变处卡住，无法继续向上运动，而上极板(5)在弹簧作用下继续向上运动，上极板(5)和下极板(6)分离；

当行车荷载过大时，由于防水泡棉(2)不能无限压缩，防水泡棉(2)的最大变形量即为弹簧的最大压缩量。

2.根据权利要求1所述的一种用于道路系统的机械能收集装置，其特征在于，正极电极层为铜层或铝层，负极电极层为聚四氟乙烯层或聚二甲基硅氧烷层。

3.根据权利要求1所述的一种用于道路系统的机械能收集装置，其特征在于，所述传力杆为圆柱杆，圆柱杆的顶面为球面。

4.根据权利要求1所述的一种用于道路系统的机械能收集装置，其特征在于，所述下极板基底(9)上圆形通孔的直径大于弹簧(8)的最大外径。

5.根据权利要求1所述的一种用于道路系统的机械能收集装置，其特征在于，所述下极板基底(9)的上表面中央刻有定位下极板(6)的划痕，上极板基底(4)的下表面中央刻有定位上极板(5)的划痕。

6.根据权利要求1所述的一种用于道路系统的机械能收集装置，其特征在于，所述套筒外壳(7)的侧壁设有小孔，上极板(5)和下极板(6)的导线由小孔穿出。

说明书

技术领域

本发明涉及道路建设领域，具体涉及用于道路系统的机械能收集技术。

背景技术

近年来，我国面临严峻的能源危机问题，以石油为例，2017年我国原油表观消费量为5.88亿吨，但原油产量仅为1.92亿吨，对外依存度达到67.4％，发展新能源来应对能源危机问题已经刻不容缓。路面是机械能富集的区域，当前我国公路总里程、机动车保有量均处于世界前列，庞大的公路里程、汽车数量及车流量决定了路面机械能总量的巨大。对路面机械能进行收集再利用，对于应对能源危机问题有十分积极的意义，具有很好的应用前景。摩擦纳米发电技术是近年来兴起的一种能够将机械能转化为电能的新能源技术，其发电原理简单、制作成本低廉、已经被广泛用于多种环境微弱机械能的收集且取得了很好的电学性能输出，因此，利用摩擦纳米发电技术进行道路系统机械能收集是一条很好的思路。但是，由于道路系统十分复杂，存在着水、灰尘等多种能够影响电学性能输出的因素，且行车荷载也远大于目前已有研究所采用的荷载值，无法保证摩擦纳米发电机的使用寿命。因此，如何保证摩擦纳米发电机在道路系统中顺利进行能量收集以及如何保证装置的耐久性成为制约摩擦纳米发电技术在道路系统进行能量收集应用的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决能源危机的问题，从而提供一种用于道路系统的机械能收集装置。

本发明所述的一种用于道路系统的机械能收集装置，包括防水外壳和发电主体；

防水外壳包括顶盖3、套筒外壳7、底座11和弹簧8；

套筒外壳7为圆筒形，顶盖3将套筒外壳7的一端密封，顶盖3的中央开有通孔，顶盖3将套筒外壳7的另一端密封，底座11的上表面环形阵列式设有多根立柱，多根立柱均垂直于底座11表面、且均位于套筒外壳7内部，每根立柱上均套有1个弹簧8，立柱的高度与套筒外壳7的高度相同；

发电主体包括上极板基底4、上极板5、下极板6和下极板基底9；

下极板基底9上设有多个圆形通孔，多个圆形通孔与多根立柱一一对应，每根立柱的顶端分别穿过与其对应的圆形通孔，下极板6固定在下极板基底9的上表面，弹簧8支撑上极板基底4，多根立柱均穿过上极板基底4，上极板5固定在上极板基底4的下表面，上极板基底4的上表面设有传力杆，传力杆穿过顶盖3；套筒外壳7内圆周处设有限位台阶，该台阶的内径小于下极板基底9的外径；

上极板5的下表面和下极板6的上表面均为进行过表面纳米化处理的电极层，2个电极层的正负极性相反。

优选的是，正极电极层为铜层或铝层，负极电极层为聚四氟乙烯层或聚二甲基硅氧烷层。

优选的是，传力杆为圆柱杆，圆柱杆的顶面为球面。

优选的是，下极板基底9上圆形通孔的直径大于弹簧8的最大外径。

优选的是，下极板基底9的上表面中央刻有定位下极板6的划痕，上极板基底4的下表面中央刻有定位上极板5的划痕。

优选的是，该装置还包括辅助加压件；

辅助加压件包括受压顶板1和防水泡棉2；

防水泡棉2紧贴顶盖3的上表面固定，受压顶板1紧贴防水泡棉2的上表面固定，防水泡棉2的中央开有通孔，传力杆穿过防水泡棉2，受压顶板1的底部设有与传力杆的顶面相吻合的球形凹槽，传力杆的顶面位于球形凹槽内。

优选的是，发电主体还包括缓冲胶垫10；

缓冲胶垫10位于下极板基底9和底座11之间，弹簧8和立柱穿过缓冲胶垫10。

优选的是，套筒外壳7的侧壁设有小孔，上极板5和下极板6的导线由小孔穿出。

本发明的一种用于道路系统的机械能收集装置，将路面机械能转化为电能，能够有效解决摩擦纳米发电技术难以应用在道路系统的问题，保证摩擦纳米发电机在行车荷载的条件下正常工作且不受环境中水、灰尘等的影响，对于解决能源危机问题具有十分重要的积极意义，因而具有很好的环保效益和社会经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种用于道路系统的机械能收集装置的各部件离散开的结构示意图；

图2是套有弹簧的底座的结构示意图；

图3是顶盖的结构示意图；

图4是套筒外壳的结构示意图；

图5是上极板基底的结构示意图；

图6是下极板基底的结构示意图；

图7是受压顶板的结构示意图；

图8是防水泡棉的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明的一种用于道路系统的机械能收集装置，包括防水外壳、发电主体和辅助加压件；

(1)防水外壳

防水外壳包括顶盖3、套筒外壳7、底座11和弹簧8；

顶盖3是一块中央开挖圆形通孔的圆形钢板，边缘处设置螺栓孔，呈圆周阵列分布，便于和套筒外壳7的顶部紧密固定，成为整体；

底座11由多根立柱和一块圆形钢板构成，钢板边缘处同样设有螺栓孔，呈圆周阵列分布，钢板的上表面环形阵列式设有多根立柱，每根立柱上均套有1个弹簧8，为上极板5和下极板6的分离提供支撑力，立柱的高度与套筒外壳7的高度相同，底座11与套筒外壳7的底部紧密固定；弹簧8的劲度系数需根据实际的荷载进行确定；

套筒外壳7是一个圆柱形空筒，其内直径在距底部一定距离处发生突变，发生突变的位置距底部的距离为缓冲胶垫10和下极板基底9的厚度之和。在套筒外壳7顶部与底部均设有螺栓孔，其位置与顶盖3和底座11的螺栓孔为一一对应关系，便于与上部顶盖3和下部底座11进行连接，形成整体。套筒外壳7侧壁开有小孔，便于导线从中穿出。

(2)发电主体

发电主体包括上极板基底4、上极板5、下极板6、下极板基底9和缓冲胶垫10；

下极板基底9是一块圆形钢板，直径与套筒外壳7较大内径相匹配，钢板上开挖多个圆形通孔，多个圆形通孔与多根立柱一一对应，通孔直径较弹簧8最大外径略大，便于弹簧工作过程中不受干扰，下极板基底9的上表面中央刻有定位下极板6的正方形划痕，便于确定下极板6粘贴位置，而且使粘贴更加牢固；

上极板基底4为一块圆形钢板和一个顶部为球形的实心类圆柱传力杆形成的整体，传力杆直径大小与防水外壳顶盖3中部圆形通孔直径相匹配。钢板直径与套筒外壳7较小内径相匹配，钢板开挖多个圆形通孔，与底座11的立柱成一一对应关系，便于工作时从中无障碍穿出。上极板基底4下表面中央刻有不同边长的正方形划痕，与下极板基底9划痕位置一一对应，便于确定上极板5粘贴位置，而且使粘贴更加牢固。

上极板5的下表面和下极板6的上表面为粘贴有进行过表面纳米化处理的电负性不同的电极层的有机玻璃板，负极电极层材料可选择聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷等材料，正极电极层材料可选择铜或铝等材料。

缓冲胶垫10的形状为圆柱体，其上开挖多个圆形通孔，与下极板基底9所开圆孔为一一对应关系，其目的是为下极板基底9提供缓冲作用，防止下极板6被破坏。

(3)辅助加压件

辅助加压件包括受压顶板1和防水泡棉2；

受压顶板1为一块圆形钢板，底部中心位置开挖与传力杆的顶面相吻合的球形凹槽。

防水泡棉2为中部开挖圆形通孔的圆柱形，通孔直径与传力杆直径相同，便于传力杆从中穿出，其上下表面涂布胶水，可将受压顶板1和套筒顶盖3粘结成为一个整体。

装置的工作过程说明：

在实际使用过程中，车辆从受压顶板1一侧驶过，受压顶板1受到行车荷载的作用，将力通过传力杆向下传递，推动上极板基底4向下运动，同时上极板基底4将压力传递至弹簧8，弹簧8在压力作用下开始变形，由于弹簧8是经过设计的，随着车辆荷载的逐渐增大，装置经历分为三个阶段：

首先，当荷载等于弹簧的设计荷载时，上极板5和下极板6刚好接触进行摩擦，且此时弹簧与行车荷载刚好达到平衡，当行车荷载撤去之后，在弹簧作用下，上极板5和下极板6分开，上极板恢复原位，完成一个作用周期。

然后，当行车荷载稍大于所设计荷载时，上极板5和下极板6接触之后，尚未达到受力平衡，此时上极板5和下极板6继续向下运动直至平衡为止，而后，撤去行车荷载，上极板5和下极板6在弹簧作用下向上运动，由于下极板6在内径突变处卡住，无法继续向上运动，而上极板5在弹簧作用下继续向上运动，上极板5和下极板6分离，从而保证装置正常工作。

最后，当行车荷载过大时，由于防水泡棉2不能无限压缩，防水泡棉2的最大变形量即为弹簧的最大压缩量，此时整个装置承担行车荷载的作用。

该装置的设计可以最大限度保证整个装置不被压坏，保证其使用寿命。

弹簧的设计：

弹簧为装置的正常工作提供回复力，对应于不同的荷载，所选择的弹簧不同，具体需进行计算确定。

弹簧的设计过程如下所示：

假设选择n个弹簧为装置提供回复力，所承受的最小荷载为F₀，刚好接触时弹簧的形变量x。

依据胡克定律，则每根弹簧所承受的荷载大小为

依据弹簧劲度系数计算公式完成弹簧的设计：

其中，k为劲度系数(N/mm)

G为剪切弹性模量(MPa)

d为线径(mm)

N为有效圈数

D为中径(mm)。

整个装置的安装及性能测试流程是：

首先，将上极板5和下极板6分别固定在上极板基底4和下极板基底9的中心位置处；

然后，将弹簧8套在底座11相应的立柱上，再将缓冲胶垫10和下极板基底9依次套在立柱上，而后将套筒外壳7套在底座11上，并将下极板6的导线从套筒外壳7的小孔处穿出，再将整个装置倒转过来并用螺栓12旋紧，此时下极板6将卡在套筒外壳7内径变化处；

再然后，将上极板5导线从套筒外壳7的小孔处穿出，并将上极板基底4穿在立柱上；

接下来，将顶盖3用螺栓固定，依次安放防水泡棉2和受压顶板1，完成装置的安装。

最后，将装置置于道面内或加载平台上，将导线连接到储能装置或者接入测量电路，在外部加载条件下进行能量的收集或者性能的测量。

一种用于道路系统的机械能收集装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。