具体实施方式

图1示出了根据一个实施例的自推进滚式表面压实机10的截面图。表面压实机10(在本文中也可以称为振动压实机)包括车身底盘结构14和在车身底盘结构14的前部和后部处的可旋转滚筒18。如图所示，车身底盘结构14可以包括设有座椅20和转向机构22(例如方向盘)的驾驶员站，以提供对表面压实机10的驾驶员控制。此外，每个滚筒18可以使用相应的轭架24、26联接到车身底盘结构14。滚筒18中的一个或两个可以由驱动马达(未示出)驱动以推进该表面压实机10。滚筒18具有圆柱形外表面，该圆柱形外表面形成压实表面，用于压实下方的基材30，例如沥青、砾石、土壤等。然而，本领域普通技术人员将会理解，也可以想到其他类型的表面压实机，例如具有单个滚筒的表面压实机，或者例如其他类型的表面压实机和利用定向振动能量的其他设备。

本领域普通技术人员将会理解，滚筒18中的一个或两个包括偏心振动系统32，该偏心振动系统32设有轴234和偏心质量235，如图2所示，该轴234和偏心质量235旋转以生成振动能量。所生成的振动能量通常从轴的旋转轴线233径向向外指向。如图2所示，偏心振动系统32可以布置成在固定偏心系统壳体236内旋转。

本领域普通技术人员将会理解，为了生成振动，轴234和偏心质量235围绕旋转轴线233旋转，该旋转轴线233通常与滚筒18的旋转轴线基本同轴。由于偏心质量235和轴234具有从轴234的旋转轴线233径向偏移的质心，所以该旋转生成从旋转轴线233在所有径向方向260上指向的振动。

本领域普通技术人员将会理解，所述振动能量的一个分量在竖直径向方向262(例如，沿y轴)上指向并且正弦振荡。类似地，该振动能量的一个分量在水平径向方向264(例如，沿x轴)上指向并且也正弦振荡(与竖直分量异相90度)。

根据需要，轴234和偏心质量235通常以不同的速度一起旋转以产生不同的振动频率。在一些实施例中，偏心振动系统32可以产生在1Hz至100Hz的范围内的振动频率。具体频率或频率范围可以基于表面压实机的类型和/或被压实的基材的类型(例如，土壤、沥青等)，而现有的表面压实机通常具有约15Hz至20Hz的较低范围。

由于仅振动能量的竖直分量有助于压实，所以有利地，在本实施例中，振动能量转换器组件12被设置成吸收由偏心振动系统32生成的振动能量的水平分量并将其转换成电能。在图2的示例中，振动能量转换器组件12联接到偏心系统壳体236，使得所期望的振动能量(即，在本示例中，在竖直径向方向262上指向的振动能量)被传递到基材30以帮助压实。同时，非期望的振动能量(即，在本示例中，在水平径向方向264上指向的振动能量)被振动能量转换器组件12捕获以转换成电能，同时减少由于非期望的振动能量引起的该压实机的过度磨损和/或操作员疲劳。对于在具有竖直分量268和水平分量270二者的在其他方向266(即，倾斜角度)上指向的振动能量，该振动能量的所期望的竖直分量268被传递到基材30以用于压实，同时，该振动能量的非期望的水平分量270被传递到振动能量转换器组件12以转换成电能。

在本示例中，偏心系统壳体236相对于表面压实机的车身底盘结构保持基本静止，其中滚筒18例如经由在偏心系统壳体236与滚筒18之间的轴承组件(未示出)围绕偏心系统壳体236旋转。在本示例中，每个振动能量转换器组件12固定地联接到偏心系统壳体236并且相对于偏心振动系统32和表面压实机的车身底盘结构保持基本水平。本领域普通技术人员还将理解，图2等中所示的各种部件的比例可能根据需要修改。例如，本实施例中的偏心系统壳体236被示出得相对较大，以更好地示出由偏心振动系统32产生的振动能量的不同方向的分量。本领域普通技术人员将会理解，可能希望减小偏心系统壳体236的尺寸，使得振动能量转换器组件12尽可能靠近振动源(例如，在本示例中是轴234和偏心质量235)。

每个振动能量转换器组件12包括转换器壳体242，该转换器壳体242具有联接到偏心系统壳体236的第一端240。转换器壳体242从偏心系统壳体236径向延伸远离偏心振动系统32。转换器壳体242承载致动器244，该致动器244具有相对于转换器壳体242的平移运动自由度。在本示例中，该平移运动自由度是基本水平的并且基本平行于水平分量270，使得由偏心振动系统32和/或振动压实机的其他部件引起的转换器壳体242的振动导致该致动器244相对于转换器壳体242在基本平行于水平分量270的水平运动方向252上运动。如下文将更详细地讨论的，发电机组件将由水平分量270的机械振动能量导致的致动器244的运动转换成电能。

在本实施例中，弹性元件246、248可以将致动器244机械连接到转换器壳体242。在本示例中，第一弹性元件246包括：第一部分246A，该第一部分246A固定地附接到转换器壳体242的第一端240附近；以及第二部分246B，该第二部分246B具有相对于转换器壳体242的运动自由度并且该第二部分246B靠近致动器244。在一些实施例中，第二部分246B可以固定地联接到致动器244，并且在一些实施例中，该第二部分246B可操作成偏压所述转换器壳体242内的致动器244。

在本实施例中，第二弹性元件248包括：第一部分248A，该第一部分248A固定地附接到转换器壳体242的第二端241附近；以及第二部分248B，该第二部分248B具有相对于转换器壳体242的运动自由度，并且该第二部分248B靠近致动器244且与第一弹性元件246的第二部分246B相对。类似于第一弹性元件246，在一些实施例中，第二弹性元件248的第二部分248B可以固定地联接到致动器244，并且在一些实施例中，该第二部分248B可操作成偏压所述转换器壳体242内的致动器244。在本实施例中，例如，第一弹性元件246和第二弹性元件248是偏压元件(例如，弹簧)，它们将致动器244朝向中立位置250偏压并且允许该致动器在致动器壳体242内在水平运动方向252上振荡，该水平运动方向252基本平行于上文所讨论的水平径向方向264。

在本示例中，转换器壳体242还包括基本平行于水平运动方向252延伸的导杆254。环形轴承256联接到致动器244并且围绕导杆254，以防止致动器244在致动器244沿水平运动方向252行进时的旋转。在本示例中，致动器244是不将旋转能量转换成电能的线性致动器。因此，通过防止振动能量导致所述致动器244的旋转，附加的振动能量可用于导致致动器244的线性运动以转换成电能。

如上文所讨论的，振动能量转换器组件12可以相对于表面压实机的车身底盘结构保持基本静止，其中每个振动能量转换器组件12的水平运动方向252相对于偏心振动系统32和表面压实机的车身底盘结构保持基本水平，使得致动器244的运动捕获所述振动的非期望的(即，水平)分量而不干扰所期望的(即，竖直)分量。如图2中的237所示，在一些实施例中，偏心系统壳体236可以相对于偏心振动系统32选择性地旋转(或者反之亦然)，以重新定向振动能量转换器组件12的角度。根据需要，这种选择性旋转可以响应于车身底盘结构的角度变化而将振动能量转换器组件12相对于车身底盘结构维持为预定角度，或者可以将振动能量转换器组件12相对于车身底盘结构重新定向为不同的预定角度。例如，可以通过选择性地使振动能量转换器组件12旋转成基本平行于斜坡而将压实机构重新定向成在非竖直角度下(例如，在山坡或斜坡的情况下)进行压实，从而允许垂直于所述斜坡的振动帮助压实，同时吸收无助于压实的振动。在另一示例中，偏心系统壳体236可以固定地联接到滚筒18并且可以与滚筒18一起旋转，其中，振动能量转换器组件12可经由在振动能量转换器组件12与偏心系统壳体236之间的轴承组件(未示出)选择性地围绕偏心系统壳体236旋转，例如，以维持相对于车身底盘结构或基材30的预定角度。

现在参考图3A和图3B，根据一些实施例，示出了类似于图1和图2的振动能量转换器组件12的另一振动能量转换器组件312。振动能量转换器组件312包括转换器壳体342，该转换器壳体342承载致动器344并具有第一端340和第二端341，该第一端340联接到偏心振动系统的偏心系统壳体336，该第二端341与第一端340相反。致动器344联接在两个弹性元件346、348(例如，弹簧)之间，这两个弹性元件将所述致动器在转换器壳体342内朝向中立位置350偏压并且传递通过偏心系统壳体336接收的振动能量以使致动器344在转换器壳体342内在水平运动方向352上运动。

在本示例中，致动器344包括发电机子组件372，该发电机子组件372响应于致动器344在水平运动方向352上的运动而由驱动杆374驱动。驱动杆374固定在转换器壳体342内并且基本平行于水平运动方向352延伸。当致动器344相对于驱动杆374在水平运动方向352上运动时，联接到转换器壳体的导杆354和联接到致动器344的导杆轴承356防止致动器344相对于转换器壳体342旋转。

驱动杆374经由机械联动装置378联接到致动器244内的发电机376。如图3B所示，机械联动装置378可以包括：滚珠丝杠380，该滚珠丝杠380响应于致动器344和/或驱动杆374的线性运动而旋转；以及齿轮组件382，该齿轮组件382由滚珠丝杠380的旋转来驱动，以驱动发电机376并生成电力。例如，所生成的电力可以被存储或可以用于驱动其他部件。

本领域普通技术人员将会理解，也可以使用其他类型的发电机组件。在这方面，图4示出了根据实施例的适合与图1和图2的实施例一起使用的另一振动能量转换器组件412的截面图。类似于图3A和图3B的振动能量转换器组件312，图4的振动能量转换器组件412包括转换器壳体442，该转换器壳体442承载致动器444并具有第一端440和第二端441，该第一端440联接到偏心振动系统的偏心系统壳体336，该第二端441与第一端440相反。致动器444联接在两个弹性元件446、448(例如，弹簧)之间，这两个弹性元件446、448将所述致动器在转换器壳体442内朝向中立位置450偏压并且传递通过偏心系统壳体436接收的振动能量，以使致动器444在转换器壳体442内在水平运动方向452上运动。

在本示例中，致动器444包括磁性元件484，并且发电机子组件472包括相对于转换器壳体442固定的金属线圈486。在本示例中，转换器壳体442是管488，该管488完全包封致动器444，其中金属线圈486缠绕在管488的围绕致动器444的路径的部分内，在金属线圈486与致动器444之间具有气隙489。在本示例中，导杆454还引导致动器444以防止致动器444在转换器壳体442内下垂和/或接触金属线圈486。然而，本领域普通技术人员将会理解，可以使用其他类型的结构来定位金属线圈486并引导致动器444。当致动器444相对于转换器壳体442在基本平行于水平分量270的水平运动方向452上运动时，磁性元件484运动穿过由金属线圈486限定的内部容积，并且在金属线圈486内感应出电流。例如，由这种感应电流生成的电力可以用于驱动其他部件，或者可以通过电源电路进行整流并存储。

在另一实施例中，图5A和图5B示出了具有转换器壳体542的振动能量转换器组件512，该转换器壳体542承载致动器544并具有第一端540和第二端541，该第一端540联接到偏心振动系统的偏心系统壳体336，该第二端541与第一端540相反。如图5A所示，致动器544联接在两个弹性元件546、548(例如，弹簧)之间，这两个弹性元件546、548将所述致动器在转换器壳体542内朝向中立位置550偏压并传递通过偏心系统壳体536接收的振动能量，以使致动器544在转换器壳体542内在基本平行于水平分量的水平运动方向552上运动。

在本实施例中，磁性元件584经由一对杆590固定地联接到转换器壳体542。磁性元件584相对于转换器壳体542固定，并且金属线圈586相对于致动器544固定，其中，金属线圈586在该金属线圈586与磁性元件584之间限定有气隙589。在本示例中，磁性元件584被悬挂在导向管588内，其中致动器544和弹性元件546、548围绕导向管588，使得致动器544在致动器544的水平运动期间由导向管588支撑，并且使得气隙589被维持。如图5B所示，致动器544相对于转换器壳体542的运动导致金属线圈586相对于固定的磁性元件584运动，从而导致磁性元件584相对于金属线圈586在金属线圈586的内部容积内的相对运动。磁性元件584在金属线圈586的内部容积中的相对运动在金属线圈586内感应出电流。

通常，使振动能量转换器组件尽可能靠近振动源定位可能是有利的，以提高效率和/或减少车身底盘结构中的其他位置的不想要的振动量。例如，在图1中，振动能量转换器组件12被联接到偏心振动系统32，该偏心振动系统32是表面压实机10中的持续振动的主要来源，但本领域普通技术人员将会理解，根据需要，类似的振动能量转换器组件可以定位在表面压实机10中或上的任何位置。在此方面，图6示出了类似于图1的表面压实机10的另一表面压实机610，该表面压实机610具有处于不同位置和定向的多个振动能量转换器组件612、613。

在本实施例中，振动能量转换器组件612位于车身底盘结构14上，相对靠近偏心振动系统32并且被大致水平定向，以吸收来自偏心振动系统32的不想要的水平振动。本实施例中的滚子压实机610还包括较小的振动能量转换器组件613，该振动能量转换器组件613被定位并定向在表面压实机610的座椅20附近，以减少座椅20中的振动并将不想要的振动转换成电能。因为在本实施例中由偏心振动系统32引起的持续振动在车身底盘结构14内可能明显较小，所以不同振动能量转换器组件612、613的应用可以基于被转换的振动能量的量而变化。例如，由振动能量转换器组件612、613生成的相对少量的电能可以用于为表面压实机610的低能量设备或部件(例如微电子和/或自供电传感器(未示出))供电。

本领域普通技术人员还将理解，不同类型的车辆可能经受不同类型的振动，这可能改变振动能量转换器组件的最佳位置和定向。例如，被设计成在崎岖地形(未示出)上运动的车辆可能在其车身底盘结构中经受比图1和图6的滚子压实机10、610的车身底盘结构14中的振动大得多的振动。在这些和其他实施例中，可以基于确定车辆内的最大振动的位置和定向来优化车辆上的振动能量转换器组件的位置和定向。

当一个元件被称为“连接”、“联接”、“响应”、“安装”(或这些用语的变体)到另一元件时，该元件可以直接连接、联接、响应或安装到其他元件或可能存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”、“直接联接”、“直接响应”、“直接安装”(或这些用语的变体)到另一元件时，则不存在中间元件。相同的附图标记始终指代相同的元件。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。为了简洁和/或清楚起见，可能未详细描述众所周知的功能或构造。术语“和/或”及其缩写“/”包括一个或多个相关所列项目的任意组合及所有组合。

应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件/操作，但这些元件/操作不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件/操作与另一个元件/操作区分开。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，一些实施例中的第一元件/操作在其他实施例中可以被称为第二元件/操作。在整个说明书中，相同的附图标记或相同的附图图标表示相同或相似的元件。

如本文所使用的，术语“包括”、“包涵”、“含有”、“包含”、“包罗”、“囊括”、“具有”、“具备”、“拥有”或其变体是开放式的，并且包括一个或多个所阐明的特征、整数、元件、步骤、部件或功能，但并不排除一个或多个其他特征、整数、元件、步骤、部件、功能或其组的存在或添加。此外，如本文所使用的，源自拉丁语短语“exempli gratia”的常用缩写“e.g.”可以用于介绍或指定先前提及的项目的一个或多个一般示例，并且不旨在限制这样的项目。源自拉丁语短语“id est”的常用缩写“i.e.”可以用于从更一般的陈述中指定特定项目。

本领域技术人员将认识到，上述实施例的某些元件可以以各种方式组合或消除以产生进一步的实施例，并且这种进一步的实施例落入本发明构思的范围和教导内。对于本领域普通技术人员显而易见的是，上述实施例可以全部或部分地组合以在本发明构思的范围和教导内产生附加的实施例。因此，尽管本文中出于说明的目的描述了本发明构思的特定实施例和示例，但如相关领域技术人员将认识到的，在本发明构思的范围内，各种等效修改都是可能的。因此，本发明构思的范围由所附权利要求书及其等同物决定。