收集能量的輸送機(jī)皮帶及方法

專利名稱：收集能量的輸送機(jī)皮帶及方法
收集能量的輸送機(jī)皮帶及方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及電動(dòng)輸送機(jī)并且更具體來說涉及儀表化的輸送機(jī)皮帶，這些儀表化的輸送機(jī)皮帶具有通過從周圍來源中收集的能量來供電的機(jī)載式裝置。更多時(shí)候，傳感器、指示器、發(fā)射器、接收器以及其他電氣和機(jī)電裝置被安裝在輸送機(jī)皮帶中。這些裝置中的大多數(shù)需要電力來運(yùn)行。同樣被安裝在皮帶中的單獨(dú)的電池或電池組為這些裝置供電。然而，這些電池組需要定期監(jiān)測并且最終需要人工干預(yù)來安裝新的更換物。發(fā)明概述這個(gè)缺點(diǎn)通過一種體現(xiàn)了本發(fā)明特征的輸送機(jī)皮帶來克服。這種輸送機(jī)皮帶包括一個(gè)皮帶本體，該皮帶本體具有布置在該皮帶本體之中或之上的一個(gè)能量收集裝置。耦合到該能量收集裝置上的一個(gè)能量儲(chǔ)存裝置(如電容器或電池組)儲(chǔ)存由該能量收集裝置收集的能量。布置在該皮帶本體之中或之上的一個(gè)電氣裝置(如傳感器和發(fā)射器)由儲(chǔ)存在該能量儲(chǔ)存裝置中的能量供電。體現(xiàn)了本發(fā)明特征的輸送機(jī)皮帶的另一個(gè)版本包括一個(gè)皮帶本體，該皮帶本體具有一個(gè)外表面和一個(gè)內(nèi)芯。連接到該皮帶本體上的一個(gè)熱電發(fā)電機(jī)被安排成用于測量該內(nèi)芯與該外表面外部的環(huán)境之間的溫度差并且產(chǎn)生與該溫度差成比例的一個(gè)電壓。在本發(fā)明的另一方面，一種用于注塑模制一個(gè)具有p-n結(jié)的輸送機(jī)皮帶模塊的方法包括:(a)將正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電材料注入一個(gè)模具中以便從外部填充該模具并且圍繞一個(gè)內(nèi)孔洞形成一種外部材料，該模具具有一個(gè)呈輸送機(jī)皮帶模塊的形狀的空腔；(b)隨后將與該第一材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電材料注入該模具中，以便填充該孔洞并形成一種內(nèi)部材料并且在這些內(nèi)部材料與外部材料的交界處形成一個(gè)p-n結(jié)；(c)向該模具施加熱量和壓力以便形成一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊；并且(d)將一個(gè)電極安裝成與該內(nèi)部材料處于電氣連接。在本發(fā)明的又一方面，一種用于共模制一個(gè)具有p-n結(jié)的輸送機(jī)皮帶模塊的方法包括:(a)將正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電材料注入一個(gè)第一模具中，該第一模具具有由一個(gè)下半部模具和一個(gè)第一上半部模具、以一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的基層的形狀形成的一個(gè)空腔；(b)向該第一模具施加熱量和壓力，以便形成一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的基底；(c)從該下半部模具中去除該第一上半部模具；(d)將一個(gè)第二上半部模具關(guān)閉到該下半部模具上以便形成一個(gè)第二模具，該第二上半部模具具有一個(gè)空腔，該空腔是以一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的上層的形狀形成的；(e)將與該第一材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電材料注入該第二上半部模具中的空腔中；并且(f)向該第二模具施加熱量和壓力，以便將一個(gè)上層共模制到該基層上并在該基層和上層的交界處形成一個(gè)P-n結(jié)。在本發(fā)明的另一方面，一種用于制作具有嵌入式電容器的一個(gè)注塑模制的輸送機(jī)皮帶的方法包括:(a)將一種非導(dǎo)電材料注入一個(gè)用于輸送機(jī)皮帶模塊的模具中的一個(gè)空腔中，以便形成一個(gè)外絕緣層，該外絕緣層具有環(huán)繞一個(gè)第一內(nèi)孔洞的一個(gè)內(nèi)部表面；(b)將一種導(dǎo)電材料注入該第一內(nèi)孔洞中以便形成一個(gè)導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層涂布了該外絕緣層的內(nèi)部表面并且限定了一個(gè)較小的第二內(nèi)孔洞；(C)將一種介電材料注入該第二內(nèi)孔洞中以便形成一個(gè)介電層，該介電層涂布了該導(dǎo)電層并且限定了小于該第二內(nèi)孔洞的一個(gè)第三內(nèi)孔洞；(d)注入該導(dǎo)電材料以便填充該第三內(nèi)孔洞并在該輸送機(jī)皮帶模塊的內(nèi)部形成一個(gè)導(dǎo)電板，該導(dǎo)電板形成一個(gè)電容器，其中該導(dǎo)電層通過該介電層而與該導(dǎo)電板分離；并且(f)向該模具施加熱量和壓力，以便形成嵌有該電容器的一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊。并且在本發(fā)明的再一方面中，一種用于增強(qiáng)能量收集以便為一個(gè)鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶中的裝置供電的方法包括:(a)運(yùn)行一個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)，該輸送機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)前進(jìn)的鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶，該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶具有一個(gè)振動(dòng)敏感性的能量收集裝置，該振動(dòng)敏感性的能量收集裝置對皮帶振動(dòng)具有頻率響應(yīng)，其中該頻率響應(yīng)在一個(gè)共振頻率下具有峰值并且在該共振頻率周圍具有一個(gè)帶寬；并且(b)使由該輸送機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)操作參數(shù)引起的該皮帶振動(dòng)的頻譜與該能量收集裝置的頻率響應(yīng)相匹配，以便將更多的振動(dòng)能量耦合到該能量收集裝置中。附圖簡要說明本發(fā)明的這些特征和方面、連同其優(yōu)點(diǎn)通過參考以下說明、所附權(quán)利要求以及附圖可以得到更好的理解，在附圖中:

圖1是體現(xiàn)了本發(fā)明特征的具有一個(gè)儀表化的輸送機(jī)皮帶的一種輸送機(jī)系統(tǒng)的等軸視圖；圖2是圖1的輸送機(jī)皮帶的一個(gè)儀表化部分的框圖；圖3是具有對振動(dòng)能量敏感的一個(gè)壓電式能量收集裝置的如圖1中所示輸送機(jī)皮帶的側(cè)視圖；圖4是在如圖1中所示輸送機(jī)皮帶中的一個(gè)具有熱電發(fā)電機(jī)的輸送機(jī)皮帶模塊的示意圖；圖5A至圖5C是在如圖1中所示輸送機(jī)皮帶中可用的多個(gè)模塊式輸送機(jī)皮帶鏈節(jié)中嵌入作為應(yīng)變發(fā)電機(jī)(strain generator)的多個(gè)壓電裝置的三個(gè)版本的側(cè)視圖；圖6是用于注塑模制一個(gè)模塊式輸送機(jī)皮帶鏈節(jié)的一個(gè)模具的側(cè)視圖，該模塊式輸送機(jī)皮帶鏈節(jié)具有用于如圖1中所示輸送機(jī)皮帶中的一個(gè)熱電偶P-n結(jié)；圖7A和圖7B是用于共模制一個(gè)模塊式輸送機(jī)皮帶鏈節(jié)的一個(gè)模制過程的側(cè)視圖，該模塊式輸送機(jī)皮帶鏈節(jié)具有用于如圖1中所示輸送機(jī)皮帶中的一個(gè)P-n熱電偶結(jié)；圖8是如圖1中所示輸送機(jī)皮帶的具有一個(gè)直線發(fā)電機(jī)的部分的側(cè)視圖；圖9是如圖1中所示輸送機(jī)皮帶的具有一個(gè)感應(yīng)耦合發(fā)電機(jī)的部分的側(cè)視圖；圖10是如圖1中所示輸送機(jī)皮帶的具有一個(gè)射頻能量收集器的部分的側(cè)視圖；圖11是如圖1中所示輸送機(jī)皮帶的具有一個(gè)光電能量收集器的部分的側(cè)視圖；并且圖12是具有在如圖1中所示輸送機(jī)皮帶中可用的一個(gè)嵌入式能量儲(chǔ)存電容器的一個(gè)注塑模制的模塊式皮帶鏈節(jié)的側(cè)視圖。詳細(xì)說明在圖1和圖3中示出了體系本發(fā)明特征的輸送機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)版本。輸送機(jī)(在此實(shí)例中示出為支撐在一個(gè)運(yùn)送路徑12上的一個(gè)輸送機(jī)皮帶10)沿該皮帶的循環(huán)輸送機(jī)路徑的一個(gè)運(yùn)送路徑區(qū)段18在一個(gè)外輸送表面16上在一個(gè)輸送方向14上運(yùn)輸物品。在該運(yùn)送路徑的盡頭，物品被輸送離開該輸送機(jī)皮帶。在繞過了驅(qū)動(dòng)鏈輪20后，輸送機(jī)皮帶10在其圍繞空轉(zhuǎn)鏈輪21回到運(yùn)送路徑區(qū)段18的路徑上經(jīng)過一個(gè)返回區(qū)段19。驅(qū)動(dòng)鏈輪和空轉(zhuǎn)鏈輪兩者都被安裝在可旋轉(zhuǎn)的軸22上。將一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)24偶聯(lián)到驅(qū)動(dòng)軸上，以便在輸送方向14上驅(qū)動(dòng)皮帶。在返回路徑區(qū)段19中，皮帶被支撐在一對間隔開的滾輪26、27或蹄形板(shoe)之間，以便吸收在這些滾輪之間所形成的懸鏈線28中的下垂。如圖1中所示，輸送機(jī)皮帶10通過布置在輸送機(jī)皮帶之上或之中的一個(gè)電子部件包30來儀表化。如圖2中所示，包括在電子部件包中的是一個(gè)能量收集裝置32、一個(gè)整流器33、一個(gè)能量儲(chǔ)存裝置34、一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器35、一個(gè)傳感器36以及一個(gè)發(fā)射器38。傳感器36可以感測溫度、濕度、大氣壓力或某個(gè)其他本地條件，產(chǎn)生該本地條件的測量值，以這些測量值為條件，并且通過一條數(shù)據(jù)線42向一個(gè)處理器40發(fā)送這些測量值。處理器40在通過一條數(shù)據(jù)線43向發(fā)射器38發(fā)送這些傳感器測量值之前，將這些傳感器測量值進(jìn)行緩沖、定標(biāo)(seal ing)、過濾或格式化。然后，發(fā)射器38通過天線44遠(yuǎn)程地?zé)o線發(fā)射這些測量值。在電力線46上由能量儲(chǔ)存裝置34通過電壓調(diào)節(jié)器35提供用于操作電氣裝置45 (包括傳感器、發(fā)射器、處理器以及其他輔助電路)的電力，該能量儲(chǔ)存裝置可以是電容器或電池或電池組。能量收集裝置32從耦合到輸送機(jī)皮帶上的外源中提取能量。所提取的能量產(chǎn)生一個(gè)變化的電壓，該變化的電壓被整流以便為該能量儲(chǔ)存裝置充電，該能量儲(chǔ)存裝置供應(yīng)了該電氣裝置45所需的能量。機(jī)械振動(dòng)在輸送機(jī)系統(tǒng)中是普遍存在的。在許多工業(yè)應(yīng)用中，輸送機(jī)運(yùn)行的環(huán)境存在振動(dòng)。在輸送機(jī)本身內(nèi)，驅(qū)動(dòng)鏈輪的弦線脈動(dòng)、返回段中懸鏈線的振動(dòng)以及皮帶的浪涌脈沖均被傳遞經(jīng)過該輸送機(jī)皮帶。這些僅僅是可以被收集以便為嵌入在輸送機(jī)皮帶中的電氣裝置或機(jī)電裝置提供動(dòng)力的振動(dòng)能量類型的一些實(shí)例。壓電裝置48尤其適于充當(dāng)一個(gè)能量收集裝置來收集輸送機(jī)皮帶中的振動(dòng)能量，如圖3中所示。當(dāng)壓電材料變形時(shí)，壓電裝置48產(chǎn)生電荷。皮帶中的循環(huán)式振動(dòng)導(dǎo)致該壓電裝置變形并產(chǎn)生可以用于為能量儲(chǔ)存裝置34充電的電壓。壓電裝置48可以例如由晶體(如石英)、磁致伸縮材料或壓電陶瓷制成，并且被布置在輸送機(jī)皮帶10之中或之上。增強(qiáng)振動(dòng)能量的收集的一個(gè)方式是調(diào)諧該壓電驅(qū)動(dòng)器對皮帶振動(dòng)的頻譜的頻率響應(yīng)，以便使所收集的能量的量最大化。壓電裝置的頻率響應(yīng)在中心處或在共振頻率下具有峰值并且在峰值的各側(cè)上減少，從而限定了在窄的頻率范圍上的一個(gè)帶寬，該裝置對該窄的頻率范圍尤其敏感。通過選擇其帶寬覆蓋了預(yù)期皮帶振動(dòng)頻率的一個(gè)壓電裝置，能量收集得到增強(qiáng)。與扁平皮帶(其由滑輪進(jìn)行摩擦地驅(qū)動(dòng))不同，模塊式塑料輸送機(jī)皮帶(其由一系列多行的節(jié)距固定的皮帶模塊或鏈節(jié)構(gòu)造而成)是由鏈輪強(qiáng)制性驅(qū)動(dòng)的。因此，與電力鏈相同，模塊式塑料輸送機(jī)皮帶經(jīng)受弦線作用(chordal action)或多邊形效應(yīng)，因?yàn)樵摴?jié)距固定的皮帶是由鏈輪驅(qū)動(dòng)的。弦線作用的頻率等于皮帶的線速度與皮帶節(jié)距的比。如果該壓電裝置的共振頻率等于在皮帶中由弦線作用引起的線速度脈動(dòng)的頻率，那么振動(dòng)能量收集的效率提高。實(shí)現(xiàn)高效率收集的一個(gè)方式是調(diào)諧或選擇該壓電裝置的共振頻率，以便與皮帶振動(dòng)的頻率密切地相匹配。另一個(gè)方式是通過(例如)調(diào)整皮帶的線速度來調(diào)諧振動(dòng)，以便與壓電裝置的共振頻率相匹配?？商娲?，可供用于收集的振動(dòng)能量的量可以通過使用具有較少齒的較小直徑鏈輪而增加弦線作用的幅值來增加。
如圖3中所示，輸送機(jī)皮帶10在返回路徑區(qū)段19中的張力較低。因此，皮帶在支撐滾輪26、27之間形成一個(gè)懸鏈線28。該懸鏈線具有一個(gè)共振頻率，該共振頻率是皮帶節(jié)距、懸鏈線深度、皮帶重量、皮帶彈簧常量以及懸鏈線的兩個(gè)支撐點(diǎn)之間的距離(即，返回蹄形板或滾輪26、27之間的間距)的函數(shù)。當(dāng)皮帶振動(dòng)的頻率等于懸鏈線的共振頻率時(shí)，懸鏈線激烈地振動(dòng)，如箭頭50所指示。因此，通常使皮帶以在懸鏈線的共振頻率下不會(huì)在皮帶中引起顯著振動(dòng)頻率的速度來運(yùn)行。但是，為了使更多的振動(dòng)能量可供收集，可以對皮帶速度或其他皮帶變量之一進(jìn)行調(diào)整以弓丨起懸鏈線共振并將更多的能量耦合到壓電裝置上。浪涌是節(jié)距固定的皮帶中的共振的另一個(gè)來源。皮帶的共振壓縮和膨脹，即浪涌，通常在皮帶路徑的運(yùn)送路徑區(qū)段18上出現(xiàn)，如箭頭51所指示。該共振頻率是皮帶節(jié)距、彈簧常量以及皮帶線速度的函數(shù)。通過針對一個(gè)特定應(yīng)用來調(diào)整這些量以便引起共振而增強(qiáng)能量收集。取代用于收集振動(dòng)的皮帶的動(dòng)能的壓電裝置，可以使用一個(gè)靜電裝置。靜電能量收集裝置包括一個(gè)帶電的可變電容器或變抗器，它們的電容根據(jù)皮帶振動(dòng)而發(fā)生變化。因振動(dòng)引起的電容變化導(dǎo)致在變抗器的板上的電壓變化。這個(gè)變化的電壓為該能量儲(chǔ)存裝置充電。變抗器(被設(shè)計(jì)成在共振下工作)被選擇為使其共振頻率盡可能地接近預(yù)期存在的振動(dòng)頻率。因此，振動(dòng)敏感性的變抗器可以用作布置在輸送機(jī)皮帶10之中或之上的一個(gè)能量收集裝置。在圖4中示出了能量收集裝置的又一個(gè)版本。熱電發(fā)電機(jī)(TEG)52在一個(gè)層中包括正摻雜的(P型)和負(fù)摻雜的(n型)半導(dǎo)體材料54,該層形成了夾在一個(gè)第一熱交換器56與一個(gè)第二熱交換器57之間的p-n結(jié)。TEG52被嵌入在輸送機(jī)皮帶10中，其中它的第一熱交換器56 (與半導(dǎo)體材料之一相接觸)被布置在皮帶的外表面16上，以用于暴露于皮帶前進(jìn)通過的這種處理的溫度下。第二熱交換器57 (與其他半導(dǎo)體材料相接觸)被布置在輸送機(jī)皮帶的內(nèi)芯中。通過澤貝克效應(yīng)(Seebeck effect),當(dāng)跨越兩個(gè)半導(dǎo)體材料層建立了溫度梯度時(shí)，產(chǎn)生電壓。這樣，當(dāng)輸送機(jī)皮帶前進(jìn)通過其溫度發(fā)生變化的一種處理時(shí)，弱導(dǎo)電性皮帶的芯與該處理的溫度之間的溫度滯差在這兩個(gè)熱交換器56、57之間建立了溫度差，該溫度差在被連接用于這些半導(dǎo)體材料的兩根電線58、59上產(chǎn)生電壓充電。這兩根電線被連接到嵌入的電氣裝置60上，該電氣裝置包括該整流器、能量儲(chǔ)存裝置以及由所收集的熱電能量供電的其他電子裝置?？商娲?，TEG可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)熱電偶，該熱電偶包括焊接在一起的兩根金屬合金線:一個(gè)是P型、另一個(gè)是n型。這些線是串聯(lián)電連接和并聯(lián)熱連接的。當(dāng)一側(cè)加熱而另一側(cè)冷卻時(shí)，產(chǎn)生電壓。這個(gè)變化的電壓被整流并且為能量儲(chǔ)存裝置充電?？梢酝ㄟ^將多個(gè)P-n結(jié)串聯(lián)連接并且將多個(gè)系列的結(jié)并聯(lián)連接以形成熱電電池組，來收集更多的能量。因此，TEG對于在用于用于加熱或冷卻處理中的輸送機(jī)皮帶中收集能量是尤其有效的，在該處理中，塑料或其他低傳導(dǎo)率的皮帶經(jīng)受變化的溫度。當(dāng)圖1中的輸送機(jī)皮帶10沿運(yùn)送路徑12運(yùn)輸物品時(shí)，皮帶和物品的重量通過皮帶底部與運(yùn)送路徑表面之間的摩擦因子起作用，對皮帶運(yùn)動(dòng)形成了一個(gè)阻力，該阻力本身展現(xiàn)為皮帶張力。這個(gè)張力從運(yùn)送路徑的入料端到出料端增加。該輸送機(jī)皮帶具有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的彈簧常量，該彈簧常量描述了皮帶在張力下的應(yīng)變。皮帶應(yīng)變在低張力的皮帶返回區(qū)段19中是松弛的。如圖5A中所示，壓電裝置62被嵌入在一個(gè)模塊式輸送機(jī)皮帶鏈節(jié)64中。當(dāng)包含鏈節(jié)的皮帶在其沿運(yùn)送路徑的前進(jìn)過程中拉緊時(shí)，裝置62中的壓電材料被拉緊，并且產(chǎn)生了電壓。與其他能量收集裝置一樣，電壓被整流以便為能量儲(chǔ)存裝置充電。取代被模制到皮帶鏈節(jié)64中(如圖5A中所示)，壓電式應(yīng)變發(fā)電機(jī)62'可以被機(jī)械地緊固或結(jié)合到一個(gè)模塊式鏈節(jié)64'上，如圖5B中所示。作為另一個(gè)替代方案，在鏈節(jié)64"的注塑模制過程中，將壓電纖維66與基礎(chǔ)聚合物共同注入，如圖5C中所示。在纖維對齊并且適當(dāng)?shù)碾姌O68、69被附接以便將電壓路由到一個(gè)能量儲(chǔ)存裝置上時(shí)，模塊式鏈節(jié)64"充當(dāng)了這些纖維的一個(gè)支撐矩陣。當(dāng)該鏈節(jié)拉緊時(shí)，這些纖維被拉緊并且產(chǎn)生電壓，該電壓用于為能量儲(chǔ)存裝置充電。取代對于由沿運(yùn)送路徑的皮帶張力所引起的應(yīng)變進(jìn)行測量，壓電式能量收集裝置可以用于對鏈輪齒70的驅(qū)動(dòng)力作出響應(yīng)，該驅(qū)動(dòng)力抵靠該皮帶模塊中的驅(qū)動(dòng)袋(drive pocket) 71進(jìn)行推動(dòng),如圖5B中所示。在此實(shí)例中，當(dāng)該鏈輪在箭頭74的方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，靠近該驅(qū)動(dòng)袋71定位的一個(gè)壓電裝置62"對于齒70作用于該驅(qū)動(dòng)表面72上的力作出響應(yīng)。這個(gè)力在該驅(qū)動(dòng)鏈輪的齒與驅(qū)動(dòng)袋在上死點(diǎn)處相接合時(shí)是最大的、并且在該模塊式鏈節(jié)64'繞過該鏈輪通向出口點(diǎn)時(shí)減少。TEG可以是如前所述的嵌入在一個(gè)輸送機(jī)皮帶或模塊式鏈節(jié)中或附接到其上的一個(gè)單獨(dú)的裝置，或者可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)定制的模塊式鏈節(jié)。圖6示出了包括兩個(gè)模具半部78、79的一個(gè)模具76，這兩個(gè)模具半部在被壓在一起時(shí)形成了用于模制模塊式塑料皮帶鏈節(jié)的一個(gè)空腔80。首先，將正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電材料通過注射端口 82注入模具空腔80中。該第一材料從外部填充空腔并且圍繞一個(gè)內(nèi)孔洞86形成一個(gè)外部材料涂層84。然后將與該第一材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電材料注入該空腔中，以便作為一種內(nèi)部材料85填充該孔洞并且與第一外部材料沿它們的交界形成一個(gè)P-n結(jié)。向這些模具半部施加熱量和壓力，以便模制出該輸送機(jī)皮帶模塊。在將這些模具半部開并且該模塊彈出后，形成與該內(nèi)部材料85的電極連接(未示出)。具有一體p-n結(jié)的一個(gè)皮帶模塊可以可替代地在一個(gè)共模制過程中制造而成，如圖7A和圖7B中所示。首先，將該第一導(dǎo)電材料84注入一個(gè)兩部分式模具90中的一個(gè)基底空腔88中，該模具由一個(gè)下半部92和一個(gè)上半部93組成。向該模具施加熱量和壓力，以便形成一個(gè)模塊基底94。將該模具的上半部93去除并換上一個(gè)第二上半部95，該第二上半部在下半部92和基底94上關(guān)閉。第二上半部95在基底94的上表面98上具有一個(gè)空腔附屬物96。將該第二導(dǎo)電材料85注入該空腔附屬物96中以填充該附屬物。向這些關(guān)閉的模具半部施加熱量和壓力，以便在相反摻雜的基底層94上形成一個(gè)上層99。這兩個(gè)層之間的交界形成一個(gè)P-n結(jié)?？梢栽谝粋€(gè)次級(jí)制造步驟中添加多個(gè)電極。因此，可以通過這些注塑模制工藝中的任一種來制作帶有作為TEG運(yùn)行的、模制在內(nèi)的p-n結(jié)的一種皮帶模塊。圖8示出了借助于一個(gè)直線發(fā)電機(jī)進(jìn)行的能量收集，該直線發(fā)電機(jī)從皮帶的直線運(yùn)動(dòng)中提取能量。橫穿該輸送機(jī)皮帶102的固定磁場100是由電磁體或永磁體104沿該皮帶輸送路徑的一個(gè)或多個(gè)部分產(chǎn)生的。該皮帶在輸送方向14上穿過磁場的運(yùn)動(dòng)跨越多個(gè)嵌在該輸送機(jī)皮帶102中的線圈108的端子106感應(yīng)出了電壓。這個(gè)感應(yīng)電壓被整流并且為一個(gè)本地能量儲(chǔ)存裝置充電。如圖9中所示，一個(gè)變壓器110用于將能量耦合到一個(gè)輸送機(jī)皮帶112上。該變壓器包括一個(gè)初級(jí)繞組114，該初級(jí)繞組沿皮帶的路徑被安裝在一個(gè)固定位置處。皮帶112中的一個(gè)線圈116充當(dāng)該變壓器的次級(jí)繞組。當(dāng)該初級(jí)繞組由一個(gè)交流電源120通電時(shí)，通過變壓器作用在該次級(jí)繞組(即，線圈116)中感應(yīng)出交流電壓。該交流電壓在一個(gè)整流器122中被整流并且為安裝在輸送機(jī)皮帶112之中或之上的一個(gè)能量儲(chǔ)存裝置124 (如電容器或電池組)充電。該變壓器允許在皮帶靜止上對該能量儲(chǔ)存裝置進(jìn)行充電，其中線圈116停止在由初級(jí)繞組114的位置所限定的充電站處?？商娲?，沿輸送路徑的長度的一個(gè)或多個(gè)充電站可以用于在輸送機(jī)皮帶前進(jìn)或靜止時(shí)為能量儲(chǔ)存裝置充電?？梢匝剌斔蜋C(jī)皮帶的路徑定位其他充電站。在圖10中示出了另一種能量收集技術(shù)。輸送機(jī)皮帶126具有連接到如圖9中所示的一個(gè)整流器和能量儲(chǔ)存裝置上的天線線圈128。將一個(gè)外部射頻(RF)發(fā)射器130耦合到發(fā)射天線(如定向天線132)上，以便引導(dǎo)該輸送機(jī)皮帶處的RF能量并限制散射。皮帶負(fù)載式(belt-borne)天線線圈128接收所產(chǎn)生的RF信號(hào)并且向一個(gè)整流器和能量儲(chǔ)存裝置發(fā)送該信號(hào)，如圖9中所示，以便由布置在皮帶之中或之上的其他電氣部件所使用。圖11示出了一個(gè)輸送機(jī)皮帶134，該輸送機(jī)皮帶具有安裝在該皮帶的外表面如上表面138上的光電裝置136。這些光電裝置將入射輻射(如可見光)轉(zhuǎn)化成電壓，該電壓被整流并用于為一個(gè)本地能量儲(chǔ)存裝置充電。以此方式，人造光或太陽光可以被收集以便為輸送機(jī)皮帶上的電子裝置供電。所描述的可以用于輸送機(jī)皮帶中的能量儲(chǔ)存裝置之一是電容器，該電容器可以是附接到皮帶上或模制到皮帶中的一個(gè)單獨(dú)的裝置。然而，儲(chǔ)存電容器也可以在一個(gè)注塑模制過程中與皮帶一起形成，如圖12中所示。首先，將一種非導(dǎo)電聚合物材料注入一個(gè)模具空腔中，以便形成一個(gè)模塊式皮帶鏈節(jié)142的一個(gè)外絕緣層140，該外絕緣層環(huán)繞一個(gè)第一內(nèi)孔洞144。然后，將一種導(dǎo)電聚合物材料注入該第一內(nèi)孔洞中，以便形成一個(gè)導(dǎo)電層146，該導(dǎo)電層涂布了界定該第一內(nèi)孔洞144的這個(gè)內(nèi)部表面148。然后，將一種介電聚合物注入一個(gè)較小的第二內(nèi)孔洞150中，以便形成一個(gè)介電層152，該介電層涂布了該導(dǎo)電層146的內(nèi)表面154并且環(huán)繞一個(gè)更小的第三內(nèi)孔洞156。接下來，將該導(dǎo)電材料注入該第三內(nèi)孔洞中，以便填充該第三內(nèi)孔洞并且在模塊式鏈節(jié)的芯中形成一個(gè)導(dǎo)電板158。向該模具施加熱量和壓力，以便形成具有一體模制的電容器的該輸送機(jī)皮帶模塊142，其中導(dǎo)電板158通過介電層152而與導(dǎo)電層146分離?？梢栽谝粋€(gè)次級(jí)制造步驟中將電極160、161連接到導(dǎo)電板158和導(dǎo)電層146中的每一個(gè)上，以便形成電容器的端子，這些端子可以被接入以用于通過一個(gè)能量收集裝置充電并且用于為機(jī)載式電氣部件或機(jī)電部件供電。雖然已經(jīng)對能量收集裝置和能量儲(chǔ)存裝置的各種版本進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其他版本也是可能的。例如，當(dāng)被機(jī)械地拉緊時(shí)，隨著所施加的電壓而改變形狀的電活性聚合物將相反地產(chǎn)生電壓。因此，由一種電活性聚合物模制而成的模塊式皮帶鏈節(jié)可用于以一種與靜電材料相似的方式收集能量。
權(quán)利要求
1.一種輸送機(jī)皮帶，包括: 一個(gè)皮帶本體； 一個(gè)能量收集裝置，該能量收集裝置被布置在該皮帶本體之中或之上； 一個(gè)能量儲(chǔ)存裝置，該能量儲(chǔ)存裝置被布置在該皮帶本體之中或之上并被耦合到該能量收集裝置上，以便儲(chǔ)存由該能量收集裝置收集的能量； 一個(gè)電氣裝置，該電氣裝置被布置在該皮帶本體之中或之上并由儲(chǔ)存在該能量儲(chǔ)存裝置中的能量供電。
2.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該電氣裝置包括一個(gè)傳感器，該傳感器產(chǎn)生多個(gè)傳感器測量值；和一個(gè)發(fā)射器，該發(fā)射器遠(yuǎn)程地發(fā)射這些傳感器測量值。
3.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置是選自下組，該組由以下各項(xiàng)組成:壓電裝置、靜電裝置、熱電發(fā)電機(jī)、電活性聚合物裝置、感應(yīng)耦合裝置、射頻接收器以及光電裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置從皮帶振動(dòng)中收集能量。
5.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置從皮帶應(yīng)變中收集能量。
6.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置從該輸送機(jī)皮帶與環(huán)境之間的溫度梯度中收集能量。
7.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置收集從一個(gè)外部電源感應(yīng)耦合出的能量。
8.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置從一個(gè)外部射頻源收集能量。
9.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量收集裝置從一個(gè)外部輻射源收集能量。
10.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，其中該能量儲(chǔ)存裝置是一個(gè)電容器。
11.如權(quán)利要求1所述的輸送機(jī)皮帶，進(jìn)一步包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器被電耦合到該能量儲(chǔ)存裝置和該傳感器上，以便調(diào)節(jié)該傳感器上的電壓。
12.—種輸送機(jī)皮帶,包括: 一個(gè)皮帶本體，該皮帶本體具有一個(gè)外表面和一個(gè)內(nèi)芯； 一個(gè)熱電發(fā)電機(jī)，該熱電發(fā)電機(jī)被連接到該皮帶本體上并被安排成用于測量該內(nèi)芯與該外表面外部的環(huán)境之間的溫度差并且產(chǎn)生與該溫度差成比例的一個(gè)電壓。
13.如權(quán)利要求12所述的輸送機(jī)皮帶,進(jìn)一步包括一個(gè)儲(chǔ)存元件,該儲(chǔ)存元件被連接到該熱電發(fā)電機(jī)上，其中該電壓為該儲(chǔ)存元件充電。
14.如權(quán)利要求12所述的輸送機(jī)皮帶，其中該熱電發(fā)電機(jī)包括多個(gè)熱電偶，這些熱電偶在一個(gè)陣列中串聯(lián)和并聯(lián)連接，以便形成一個(gè)熱電偶電池組。
15.如權(quán)利要求12所述的輸送機(jī)皮帶,其中該內(nèi)芯是由正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電聚合物材料制成，并且其中該外表面是由與該第一聚合物材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電聚合物材料制成，以便與該第一聚合物材料形成一個(gè)p-n結(jié)，從而用于該熱電發(fā)電機(jī)。
16.如權(quán)利要求12所述的輸送機(jī)皮帶，其中該皮帶本體包括:一個(gè)第一層，該第一層是由正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電聚合物材料制成；和一個(gè)第二層，該第二層被布置在該第一層上，該第二層是由與該第一 聚合物材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電聚合物材料制成，以便與該第一聚合物材料形成一個(gè)p-n結(jié)，從而用于該熱電發(fā)電機(jī)。
17.一種用于在輸送機(jī)皮帶模塊中注塑模制一個(gè)p-n結(jié)的方法，該方法包括: 將正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電材料注入一個(gè)模具中，以便從外部填充該模具并且圍繞一個(gè)內(nèi)孔洞形成一種外部材料，該模具具有呈一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的形狀的一個(gè)空腔； 隨后將與該第一材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電材料注入該模具中，以便填充該孔洞并形成一種內(nèi)部材料并且在這些內(nèi)部材料與外部材料的交界處形成一個(gè)P-n結(jié)； 向該模具施加熱量和壓力，以便形成一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊； 將一個(gè)電極安裝成與該內(nèi)部材料處于電氣連接。
18.一種用于在輸送機(jī)皮帶模塊中共模制一個(gè)p-n結(jié)的方法，該方法包括: 將正或負(fù)摻雜的一種第一導(dǎo)電材料注入一個(gè)模具中，該模具具有由一個(gè)下半部模具和一個(gè)第一上半部模具、以一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的基層的形狀形成的一個(gè)空腔； 向該模具施加熱量和壓力，以便形成一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的基底； 從該下半部模具上去除該第一上半部模具； 將一個(gè)第二上半部模具關(guān)閉到該下半部模具上以便形成一個(gè)第二模具，該第二上半部模具具有一個(gè)空腔，該空腔是以一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊的上層的形狀形成的； 將與該第一材料相反摻雜的一種第二導(dǎo)電材料注入該第二上半部模具中的空腔中； 向該第二模具施加熱量和 壓力，以便將一個(gè)上層共模制到該基層上并在該基層和上層的交界處形成一個(gè)p-n結(jié)。
19.一種用于制作具有嵌入式電容器的一個(gè)注塑模制的輸送機(jī)皮帶模塊的方法，該方法包括: 將一種非導(dǎo)電材料注入一個(gè)用于輸送機(jī)皮帶模塊的模具中的一個(gè)空腔中，以便形成一個(gè)外絕緣層，該外絕緣層具有環(huán)繞一個(gè)第一內(nèi)孔洞的一個(gè)內(nèi)部表面； 將一種導(dǎo)電材料注入該第一內(nèi)孔洞中，以便形成一個(gè)導(dǎo)電層，該導(dǎo)電層涂布了該外絕緣層的該內(nèi)部表面并且限定了一個(gè)較小的第二內(nèi)孔洞； 將一種介電材料注入該第二內(nèi)孔洞中以便形成一個(gè)介電層，該介電層涂布了該導(dǎo)電層并且限定了小于該第二內(nèi)孔洞的一個(gè)第三內(nèi)孔洞； 注入該導(dǎo)電材料以便填充該第三內(nèi)孔洞并在該輸送機(jī)皮帶模塊的內(nèi)部形成一個(gè)導(dǎo)電板，該導(dǎo)電板形成一個(gè)電容器，其中該導(dǎo)電層通過該介電層而與該導(dǎo)電板分離；并且向該模具施加熱量和壓力，以便形成嵌有該電容器的一個(gè)輸送機(jī)皮帶模塊。
20.如權(quán)利要求19所述的方法,進(jìn)一步包括:將一個(gè)第一電極的第一端連接到該導(dǎo)電層上并將一個(gè)第二電極的第一端連接到該導(dǎo)電板上，并且使得該第一電極和第二電極的相反的第二端延伸穿過該外絕緣層。
21.一種用于增強(qiáng)能量收集以便為一個(gè)鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶中的裝置供電的方法，該方法包括: 運(yùn)行一個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)，該輸送機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶，該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶沿一個(gè)運(yùn)送路徑前進(jìn)并沿一個(gè)返回路徑返回并且具有一個(gè)振動(dòng)敏感性的能量收集裝置，該振動(dòng)敏感性的能量收集裝置對皮帶振動(dòng)具有頻率響應(yīng)，其中該頻率響應(yīng)在一個(gè)共振頻率下具有峰值并且在該共振頻率周圍具有一個(gè)帶寬； 使得由該輸送機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)操作參數(shù)引起的該皮帶振動(dòng)的頻譜與該能量收集裝置的頻率響應(yīng)相匹配，以便將更多的振動(dòng)能量耦合到該能量收集裝置中。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中這種匹配是通過調(diào)整該能量收集裝置的頻率響應(yīng)的共振頻率來實(shí)現(xiàn)的。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中這種匹配是通過調(diào)整該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的一個(gè)操作參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該操作參數(shù)是該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的速度。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該操作參數(shù)是該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的、在沿該返回路徑的一對彼此間隔開的返回路徑支撐件之間所形成的懸鏈線中的懸鏈線共振。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該懸鏈線共振是通過改變以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來調(diào)整的:該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的節(jié)距、該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的重量、該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的彈簧常量、該返回路 徑上的懸鏈線的深度以及這些返回路徑支撐件之間的距離。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該懸鏈線共振是通過調(diào)整該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的速度來調(diào)整的。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該操作參數(shù)是該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶沿該運(yùn)送路徑的浪涌共振。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該浪涌共振是通過改變以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來調(diào)整的:該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的節(jié)距和該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的彈簧常量。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該浪涌共振是通過調(diào)整該鏈節(jié)式輸送機(jī)皮帶的速度來調(diào)整的。
31.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括:通過使用具有數(shù)量減少的驅(qū)動(dòng)齒的一個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈輪而增加弦線作用來增加該皮帶振動(dòng)的幅值。
32.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該能量收集裝置包括一種壓電材料。
33.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該能量收集裝置包括一個(gè)變抗器，該變抗器的電容隨皮帶振動(dòng)而變化。
全文摘要
輸送機(jī)皮帶中的能量收集裝置和儲(chǔ)存裝置和用于將這些裝置整體地模制到模塊式皮帶鏈節(jié)中并且用于通過共振調(diào)諧增強(qiáng)能量收集的方法。壓電材料、電活性聚合物、熱電發(fā)電機(jī)、RF接收器、光電裝置、直線感應(yīng)發(fā)電機(jī)以及感應(yīng)變壓器耦合用于收集能量，以便為皮帶機(jī)載裝置供電。
文檔編號(hào)B65G15/00GK103209910SQ201180053739
公開日2013年7月17日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
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