负泊松比多级放大刚柔耦合能量采集减速带

本发明属于车路能量收集，具体为负泊松比多级放大刚柔耦合能量采集减速带。

背景技术：

1、在道路中布置无线传感器使其成为智慧道路，可以提高交通流畅性和安全性，促进社会经济发展，为人们构建更加美好的生活。如何为传感器供电成为制约智慧交通发展和广泛应用的瓶颈难题。目前供电主要有电缆输送、电池供电。但是电缆建设成本高，缺乏改造的灵活性；电池供电不可持续，大量的维护更换困难。利用交通环境中本身存在的能源可以克服上述技术问题，比如太阳能和机械能。太阳能供能电池板易损坏、易受天气影响供电不稳定。车辆滚压路面可以产生大量的机械能量，基于车辆滚压激励的机械能量采集技术在能量采集的可靠性方面具备更大的潜力。但是，目前车路能量采集还存在一些难题：车辆滚压激励复杂且伴随重载、强冲击；大部分的能量采集装置安装需要破坏路基，使得安装成本增加；车路能量采集装置的能量转换效率和输出功率低等。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种负泊松比多级放大刚柔耦合能量采集减速带，车辆滚压激励与关键发电系统之间采用柔性传动，滚压弹性体作为负泊松比多级放大柔顺弹性体的柔顺变形和柔性驱动绳的松弛-张紧可以过滤车辆滚压激励伴随的强冲击，从而不会破坏精密刚性绳驱动发电组件；通过负泊松比多级放大结构提高了激励放大倍数，提高了输出功率；所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元一体化集成于减速带，使得安装无需破坏路基，减少安装成本以及对交通系统的影响。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、负泊松比多级放大刚柔耦合能量采集减速带，包括多个负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元，多个所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元呈直线型排列并依次连接形成所述减速带，所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元包括滚压弹性体、基座、柔性驱动绳、绳驱动发电组件，滚压弹性体包括凹六边形弹性框架和具有内部空腔且空腔截面为凸六边形的支撑本体，支撑本体被车辆滚压伸展变形，带动凹六边形弹性框架在与支撑本体伸展变形垂直的方向上以负泊松比伸展变形，绳驱动发电组件通过柔性驱动绳的连接将凹六边形弹性框架的机械能转变为电能。

4、作为上述技术方案的进一步改进：

5、支撑本体的凸六边形的空腔横截面垂直于多个所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元的排列方向。

6、凹六边形弹性框架所在平面垂直于所述凸六边形。

7、凹六边形弹性框架有两个相对的内角为优角，凹六边形弹性框架为轴对称和中心对称，所述凹六边形弹性框架顶部和底部的内角都大于45°且小于90°，即所述凹六边形弹性框架的为锐角的内角都大于45°且小于90°。

8、凹六边形弹性框架位于支撑本体的内部空腔内、连接在所述空腔的内壁中部，凹六边形弹性框架的两个所述优角的顶点不接触支撑本体空腔的内壁。

9、所述凸六边形顶部和底部的内角都大于90°且小于100°。

10、基座固定于地面，基座设有两个，滚压弹性体位于两个基座之间。

11、绳驱动发电组件包括发电组件顶盖可和发电组件底盖，发电组件顶盖可和发电组件底盖盖合，盖合后形成的壳体具有内部空腔，绳驱动发电组件的其它部件放置在所述壳体内部空腔中，发电组件顶盖、发电组件底盖以及两者盖合后的整体都为“8”字形，形成双盘结构，位于支撑本体的内部空间内。

12、绳驱动发电组件还包括升频齿轮、传动齿轮一、单向轴承一、传动齿轮二、单向轴承二、永磁体盘组件一、永磁体盘组件二，升频齿轮可转动地安装在所述壳体内，柔性驱动绳缠绕于升频齿轮上，升频齿轮带动齿数比升频齿轮少的传动齿轮一和传动齿轮二转动，传动齿轮一通过单向轴承一连接永磁体盘组件一，传动齿轮二通过单向轴承二连接永磁体盘组件二，永磁体盘组件一和永磁体盘组件二结构相同，都包括多个环形阵列布置且磁极交错布置的永磁体。

13、绳驱动发电组件还包括多个顶部线圈组和多个底部线圈组，多个顶部线圈组可分为两套，多个底部线圈组也可分为两套，永磁体盘组件一位于一套顶部线圈组和一套底部线圈组之间，永磁体盘组件二位于另一套顶部线圈组和另一套底部线圈组之间。

14、本发明的有益效果是：

15、(1)车辆滚压激励与关键发电系统(即绳驱动发电组件)之间采用柔性传动，滚压弹性体作为负泊松比多级放大柔顺弹性体的柔顺变形和柔性驱动绳的松弛-张紧可以过滤车辆滚压激励伴随的强冲击，从而不会破坏精密刚性绳驱动发电组件；

16、(2)通过负泊松比多级放大结构提高了激励放大倍数，提高了输出功率；通过车辆滚压使支撑本体伸展变形，带动内凹六边形弹性框架在与凸六边形弹性框架伸展变形的垂直方向上以负泊松比伸展变形；

17、(3)关键发电系统内部采用精密刚性传动，提高了机电转换效率，发电组件采用双永磁体盘，充分利用了空间，并可以磁力耦合联动，提高输出功率密度和输出电能品质，永磁体盘组件一和永磁体盘组件二中的永磁体磁极交错布置，且位置与顶部线圈组、底部线圈组对应，可以提高磁通量变化率，由于圆周阵列多个永磁体，使得永磁体盘组件一和永磁体盘组件二旋转一周可以产生多个磁激励，具有升频作用；

18、(4)所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元一体化集成于减速带，使得安装无需破坏路基，减少安装成本以及对交通系统的影响。

技术特征：

1.负泊松比多级放大刚柔耦合能量采集减速带，其特征在于，包括多个负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元，多个所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元呈直线型排列并依次连接形成所述减速带，所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元包括滚压弹性体(1)、基座(2)、柔性驱动绳(6)、绳驱动发电组件(7)，滚压弹性体(1)包括凹六边形弹性框架(4)和具有内部空腔且空腔截面为凸六边形的支撑本体(3)，支撑本体(3)被车辆滚压伸展变形，带动凹六边形弹性框架(4)在与支撑本体(3)伸展变形垂直的方向上以负泊松比伸展变形，绳驱动发电组件(7)通过柔性驱动绳(6)的连接将凹六边形弹性框架(4)的机械能转变为电能。

2.根据权利要求1所述的减速带，其特征在于：支撑本体(3)的凸六边形的空腔横截面垂直于多个所述负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元的排列方向。

3.根据权利要求1所述的减速带，其特征在于：凹六边形弹性框架(4)所在平面垂直于所述凸六边形。

4.根据权利要求1所述的减速带，其特征在于：凹六边形弹性框架(4)有两个相对的内角为优角，凹六边形弹性框架(4)为轴对称和中心对称，凹六边形弹性框架(4)的为锐角的内角都大于45°且小于90°。

5.根据权利要求4所述的减速带，其特征在于：凹六边形弹性框架(4)位于支撑本体(3)的内部空腔内、连接在所述空腔的内壁中部，凹六边形弹性框架(4)的两个所述优角的顶点不接触支撑本体(3)空腔的内壁。

6.根据权利要求1所述的减速带，其特征在于：所述凸六边形顶部和底部的内角都大于90°且小于100°。

7.根据权利要求1～6任一所述的减速带，其特征在于：基座(2)固定于地面，基座(2)设有两个，滚压弹性体(1)位于两个基座(2)之间。

8.根据权利要求1～6任一所述的减速带，其特征在于：绳驱动发电组件(7)包括发电组件顶盖(27)可和发电组件底盖(26)，发电组件顶盖(27)可和发电组件底盖(26)盖合，盖合后形成的壳体具有内部空腔，绳驱动发电组件(7)的其它部件放置在所述壳体内部空腔中，发电组件顶盖(27)、发电组件底盖(26)以及两者盖合后的整体都为“8”字形，形成双盘结构，位于支撑本体(3)的内部空间内。

9.根据权利要求8所述的减速带，其特征在于：绳驱动发电组件(7)还包括升频齿轮(8)、传动齿轮一(13)、单向轴承一(14)、传动齿轮二(17)、单向轴承二(18)、永磁体盘组件一(20)、永磁体盘组件二(21)，升频齿轮(8)可转动地安装在所述壳体内，柔性驱动绳(6)缠绕于升频齿轮(8)上，升频齿轮(8)带动齿数比升频齿轮(8)少的传动齿轮一(13)和传动齿轮二(17)转动，传动齿轮一(13)通过单向轴承一(14)连接永磁体盘组件一(20)，传动齿轮二(17)通过单向轴承二(18)连接永磁体盘组件二(21)，永磁体盘组件一(20)和永磁体盘组件二(21)结构相同，都包括多个环形阵列布置且磁极交错布置的永磁体(23)。

10.根据权利要求9所述的减速带，其特征在于：绳驱动发电组件(7)还包括多个顶部线圈组(24)和多个底部线圈组(30)，多个顶部线圈组(24)可分为两套，多个底部线圈组(30)也可分为两套，永磁体盘组件一(20)位于一套顶部线圈组(24)和一套底部线圈组(30)之间，永磁体盘组件二(21)位于另一套顶部线圈组(24)和另一套底部线圈组(30)之间。

技术总结本发明公开了一种负泊松比多级放大刚柔耦合能量采集减速带，包括多个呈直线型排列并依次连接的负泊松比多级放大柔顺滚压发电单元，所述发电单元包括滚压弹性体、基座、柔性驱动绳、绳驱动发电组件，滚压弹性体包括凹六边形弹性框架和具有内部空腔且空腔截面为凸六边形的支撑本体，支撑本体被车辆滚压伸展变形，带动凹六边形弹性框架在与支撑本体伸展变形垂直的方向上以负泊松比伸展变形，绳驱动发电组件通过柔性驱动绳的连接将凹六边形弹性框架的机械能转变为电能。本发明负泊松比多级放大柔顺弹性体的柔顺变形和柔性驱动绳的松弛‑张紧可以过滤车辆滚压激励伴随的强冲击；通过负泊松比多级放大结构提高了激励放大倍数，提高了输出功率。技术研发人员：黄嘉青,贺嘉怡,邹鸿翔,沈文雄,黄星月,王金行,魏克湘,郎利丽受保护的技术使用者：湖南工程学院技术研发日：技术公布日：2024/6/11