CN102852100B - 一种自发电能量反馈道闸装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自发电能量反馈道闸装置，它包括至少一个动力装置、发电装置、储能装置以及道闸装置；其中所述动力装置安装在车道内，它包括转动总成，前行的汽车车轮带动转动总成的转轴装置转动，转轴装置则通过同步装置带动发电装置发电，发电装置与储能装置连接，储能装置与道闸装置连接；所述发电装置中的发电机后增加了电压调节器，用于保持发电机输出的直流电压的稳定。本发明具有车辆通过减速带上升和下降两个方向发电，自动化程度高，能量利用和转换效率高；车辆碾压减速带产生的电能储存在蓄电池中作为道闸装置的反馈能源形成闭环系统，避免了道闸装置外接电源由于断电事故导致道闸装置无法正常工作现象的发生的优点。

Description

一种自发电能量反馈道闸装置

技术领域

本发明涉及一种机械装置，尤其涉及一种自发电能量反馈道闸装置。

背景技术

当今世界环境污染问题尤为突出，世界各国已经达成保护环境、珍惜资源的共识。节能减排，可持续发展，保护有限的不可再生资源尤为迫切。目前已将公路两旁的照明路灯，换成了太阳能路灯或太阳能风能互补路灯，利用白天的太阳光照或者平时的风力来发电储能，晚上需要亮灯的时候就将蓄电池中的电能释放出来给路灯供电，就是一个很好的节能减排的例证。但目前还没有将可再生能源完全利用和开发出来。“十二五”规划期间，我国将加快高速公路建设和乡村道路系统建设，截止到目前数据统计，中国公路收费站已接近十万座，而学校、企事业单位、居民小区、停车场、检查站、车站、码头以及特殊路段等，减速带数量保守估算是收费站的100倍。那么如此之多的公路减速带，每天受到车辆的碾压，减速带不停地重复上下震动位移，其势能的损耗其实完全可以利用起来，而不必白白浪费。现有的利用车辆通过减速带来发电的装置功能单一，有的只能利用车辆碾压减速带上升或者下降的势能变化来单一方向发电，效率和能量转换低，不经济；有的利用碾压发电将产生的电能储存在蓄电池中用于照明等生活用电，没有将产生的电能反馈给道闸装置形成闭环系统，可靠性差。

通过检索发现，目前还没有在同一装置上，既能实现车辆通过减速带上升和下降两个方向发电，又能实现车辆碾压减速带产生的电能储存在蓄电池中作为道闸装置的反馈能源形成闭环系统，而且道闸装置采用减速机构和转动导杆机构的一种自发电能量反馈道闸装置。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种自发电能量反馈道闸装置，它具有车辆通过减速带上升和下降两个方向发电，自动化程度高，能量利用和转换效率高；车辆碾压减速带产生的电能储存在蓄电池中作为道闸装置的反馈能源形成闭环系统，避免了道闸装置外接电源由于突然停电或者其它断电事故导致道闸装置无法正常工作现象的发生，可靠性高；道闸装置由减速机构和转动导杆机构构成，传动比大，结构紧凑，传动平稳，冲击载荷小，噪音低，可靠性好，生产成本低、大大提高道闸装置的自动化程度的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自发电能量反馈道闸装置，包括至少一个动力装置、发电装置、储能装置以及道闸装置；其中所述动力装置安装在车道内，它包括转动总成，前行的汽车车轮带动转动总成的转轴装置转动，转轴装置则通过同步装置带动发电装置发电，发电装置与储能装置连接，储能装置与道闸装置连接。

所述动力装置包括第一动力装置和第二动力装置，两个动力装置之间通过第一动力装置的第二轴上的第一齿轮和第二动力装置的第四轴上的第二齿轮之间的啮合来连接，所述动力装置还包括减速板和防反弹装置，所述转轴装置包括两个通过传动装置连接的轴，每个传动装置的轴都安装在对应的轴承座上，所述第一动力装置的第一轴连接第一减速板，第一减速板下移带动第一轴转动，所述第二动力装置的第三轴连接第二减速板，第二减速板下移带动第三轴转动，所述减速板通过球铰链和压缩弹簧连接地基；所述防反弹装置安装在车道两侧的地基上；当减速板碰到地基上的平台时，弹簧的中轴线正好与地面垂直；当减速板复位时，弹簧的中轴线与地面是倾斜的；第一减速板、第二减速板沿车道方向最外侧边缘之间的距离小于汽车前后轮之间的距离。

所述球铰链包括球销、球座挡板和球销座；球座挡板和球销座固连在一起，球销的一端为球形，球销的球形端被约束在球销座和球座挡板所形成的球窝中，球销转动时球心不动；球销的E处为圆环面，压缩弹簧的一端面与此圆环面接触，球销的圆柱部分则作为导杆插入压缩弹簧里；球铰链对称固定安装在地基上，压缩弹簧的受力方向始终通过球铰链的球心。

所述防反弹装置由前挡板、后座、上导杆、压缩弹簧和导板组成；前挡板通过螺栓固定在后座上，后座通过螺栓固定在车道边缘的地基上，导板靠在后座的空腔下部凸缘上，导板在空腔内上下滑动；导板的上端和下端各有一段圆柱体，上端的圆柱体作为下导杆，下导杆与通过螺纹连接固定在后座内空腔上方的上导杆相对应，压缩弹簧装在这两上下导杆之间，导板的下端圆柱与减速板最外侧边缘突出的部分接触，减速板从最低端恢复时，通过压缩弹簧的弹力使导板的下端圆柱与减速板边缘突出部分接触、碰撞，最终使减速板稳定在水平位置。

所述同步装置包括同步带、同步小带轮、螺母，同步带通过同步带内表面上等距分布的横向齿和同步小带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动，同步大带轮的左、右两端分别利用轴肩和套筒来限制它的轴向移动；同步小带轮靠螺母和轴肩固定其轴向位置；所述同步大带轮的直径大于同步小带轮的直径。

所述传动装置包括半联轴器和超越离合器，所述超越离合器主要由大端盖、小端盖、外环、楔块装配组件、内环、螺钉、轴承、密封圈组成，装在内环上的2个轴承托持着外环，在轴承的外侧设有密封圈，外环通过螺钉与大端盖、小端盖紧固在一起，内环工作面与外环之间是楔块装配组件，其与内环连在一起，半联轴器通过套有弹性套的柱销与超越离合器固定在一起，第一轴和第二轴之间通过键分别与半联轴器、超越离合器相连。

所述储能装置包括电压调节器、蓄电池和逆变器，发电机产生的电能通过电压调节器存储到蓄电池中，蓄电池的电能通过逆变器传输给道闸装置。

所述道闸装置包括主要由固定安装在地基上的箱体、固定于箱体输出轴上的闸杆和设置于箱体内部的传动机构组成；所述传动机构主要包括减速机构和转动导杆机构两部分；所述闸杆的转动有水平和垂直两个位置，连接摇杆和闸杆的轴上固定安装限位挡块，当闸杆转动到水平或垂直位置时，限位挡块碰触限位开关，限位开关控制电机停转，闸杆也停止转动；所述闸杆处于水平位置，电机停转，闸杆停转，此时摇杆的中心线与连杆的中心线垂直，摇杆中心线与连接摇杆和闸杆的轴、蜗轮轴的横截面中心连线呈45°，摇杆的中心线、连杆的中心线以及两轴横截面中心的垂直连线构成等腰直角三角形，同理，当电机带动闸杆逆时针旋转90°到垂直位置时，限位挡块碰触限位开关，电机停转，闸杆停止转动；此时摇杆也逆时针旋转90°，摇杆、滑块、连杆的位置正好跟闸杆处于水平状态时它们的位置对称，摇杆的中心线与连杆的中心线垂直，传动机构实现自锁，闸杆便牢牢锁定在垂直位置。

所述减速机构主要由电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、轴承座组成，电机固定在安装平台上，安装平台固定在箱体上；蜗杆通过轴承安装在轴承座上，轴承座固定在安装平台上；联轴器把电机的输出轴和蜗杆连接起来，蜗轮固定在蜗轮轴上。

所述转动导杆机构主要由摇杆、滑块、轴承铰链、连杆、方形销组成，摇杆固定在第五轴上，第五轴通过轴承安装在对应的轴承座上，其轴线与第六轴的轴线处于同一垂直平面内，闸杆也固连在第五轴上，摇杆的摆动通过第五轴传递到闸杆上，从而带动闸杆升起、落下，轴承座固定在箱体上；摇杆内部具有滑槽，滑块安装在此滑槽里，其与滑槽一起摆动的同时也沿槽的方向移动；滑块与连杆通过轴承铰链连接在一起，两者相对转动；连杆的另一端通过方形销与蜗轮固定在一起，连杆随蜗轮一同转动而不能相对旋转；电机的转动通过蜗杆、蜗轮、连杆、滑块、摇杆传递到第五轴上，由第五轴带动闸杆转动；闸杆的上升、下落是通过控制电机的正反转实现的。

本发明的有益效果是：

1 在同一装置上，既能实现车辆通过减速带上升和下降两个方向发电，又能实现车辆碾压减速带产生的电能储存在蓄电池中作为道闸装置的反馈能源形成闭环系统，而且道闸装置采用减速机构和转动导杆机构，传动比大，结构紧凑，传动平稳，冲击载荷小，噪音低，可靠性好，大大提高道闸装置的自动化程度。也就是在同一台装置上实现发电、储能、道闸工作于一身的一种自发电能量反馈道闸装置及其实现的工作过程。

2 本发明中第一超越离合器和第二超越离合器传递的转矩方向相反，故安装时第一轴先连接第一半联轴器，通过第一半联轴器与第一超越离合器相接，这样使第一超越离合器的外环为主动件，内环为从动件，而第三轴先连接第二超越离合器，再接第二半联轴器，使超越离合器的内环为主动件，外环为从动件，通过这样安装，可以实现第一、第二超越离合器传递相反的转矩。

3 本发明在第一轴和第二轴之间增加了半联轴器，也在第三轴和第四轴之间增加了半联轴器，用于补偿两传动轴之间的位移误差，使旋转运动顺利传递。

4 本发明在发电机后增加了电压调节器，用于保持发电机输出的直流电压的稳定。

5 本发明在车道两边增设了防反弹装置，可以防止汽车车轮离开减速板后，减速板会在压缩弹簧的弹力下反弹至超出水平位置以上。

6 本发明同步大带轮的直径大于同步小带轮的直径，这样经过增速传动后可提高发电机的转子速度，进而提高交流发电机的三相绕组产生的相电动势，以便对蓄电池进行充电。

7 与现有技术相比，不仅自动化程度高，能量利用和转换效率高；避免了道闸装置外接电源由于突然停电或者其它断电事故导致道闸装置无法正常工作现象的发生，可靠性高；集成化程度高、生产成本低、而且大大提高了道闸装置工作的可靠性，对于用先进技术提升交通设施意义重大。

附图说明

图1为自发电能量反馈道闸装置俯视图；

图2为沿车道中心线的垂直剖面图；

图3为球铰链结构图；

图4为防反弹装置半剖视图；

图5为同步小带轮传动示意图；

图6为半联轴器、超越离合器的结构及安装示意图；

图7为外搭铁型电压调节器基本电路图；

图8为道闸装置主剖视图；

图9为道闸装置侧剖视图；

图10为摇杆向视图。

其中，1-第一轴承座，2-第一防反弹装置，3-第一减速板，4-第二防反弹装置，5-第二轴承座，6-第一半联轴器，7-第一超越离合器，8-第三轴承座，9-第一套筒，10-第一齿轮，11-第四轴承座，12-第三防反弹装置，13-第二减速板，14-第四防反弹装置，15-第五轴承座，16-第二超越离合器，17-第二半联轴器，18-第六轴承座，19-第二套筒，20-第二齿轮，21-第七轴承座，22-第三套筒，23-第八轴承座，24-同步大带轮，25-同步带，26-同步小带轮，27-发电机，28-第一电线，29-电压调节器，30-蓄电池，31-第二电线，32-逆变器，33-第三电线，34-道闸装置，35-地基，36-第一球铰链，37-第一压缩弹簧，38-第二球铰链，39-第三球铰链，40-第二压缩弹簧，41-第四球铰链，42-球销，43-球座挡板，44-球销座，45-前挡板，46-后座，47-上导杆，48-第三压缩弹簧，49-导板，50-螺母，51-大端盖，52-楔块装配组件，53-外环，54-小端盖，55-内环，56-摇杆，57-滑块，58-连杆，59-方形销，60-蜗轮，61-第九轴承座，62-蜗杆，63-第十轴承座，64-联轴器，65-安装平台，66-电机，67-第四套筒，68-箱体，69-限位挡块，70-闸杆，71-轴承铰链，72-第十一轴承座，73-第十二轴承座，74-第十三轴承座，75-第十四轴承座，76-第一轴，77-第二轴，78-第三轴，79-第四轴，80-第五轴，81-第六轴。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种自发电能量反馈道闸装置，包括至少一个动力装置、发电装置、储能装置以及道闸装置34；其中所述动力装置安装在车道内，它包括转动总成，前行的汽车车轮带动转动总成的转轴装置转动，转轴装置则通过同步装置带动发电装置发电，发电装置与储能装置连接，储能装置与道闸装置34连接。

所述动力装置包括第一动力装置和第二动力装置，两个动力装置之间通过第一动力装置的第二轴77上的第一齿轮10和第二动力装置的第四轴79上的第二齿轮20之间的啮合来连接，所述动力装置还包括减速板和防反弹装置，所述转轴装置包括两个通过传动装置连接的轴，每个传动装置的轴都安装在对应的轴承座上，所述第一动力装置的第一轴76连接第一减速板3，第一减速板3下移带动第一轴76转动，所述第二动力装置的第三轴78连接第二减速板13，第二减速板13下移带动第三轴78转动，所述减速板通过球铰链和压缩弹簧连接地基35；所述防反弹装置安装在车道两侧的地基35上；当减速板碰到地基35上的平台时，弹簧的中轴线正好与地面垂直；当减速板复位时，弹簧的中轴线与地面是倾斜的；第一减速板3、第二减速板13沿车道方向最外侧边缘之间的距离小于汽车前后轮之间的距离。

图1中，所述动力装置主要包括第一轴承座1、第二轴承座5、第四轴承座11、第五轴承座15，第一防反弹装置2、第二防反弹装置4、第三防反弹装置12、第四防反弹装置14，第一减速板3、第二减速板13，第一超越离合器7、第二超越离合器16，第一半联轴器6、第二半联轴器17，第三轴承座8、第八轴承座23、第六轴承座18、第七轴承座21，第一套筒9、第三套筒22、第二套筒19，第一齿轮10、第二齿轮20，第一轴76、第二轴77、第三轴78、第四轴79；所述发电装置包括发电机27；所述同步装置包括同步大带轮24，同步小带轮26，同步带25；所述动力装置的第一半联轴器6和第一超越离合器7组成了传动装置，第一轴76两端通过轴承安装在第一轴承座1、第二轴承座5上，第一轴承座1、第二轴承座5通过螺栓固定在地基35上；第一轴76与第二轴77通过第一半联轴器6、第一超越离合器7相连；第二轴77通过轴承安装在第三轴承座8、第八轴承座23上，第三轴承座8、第八轴承座23通过螺栓固定在地基35上；第一齿轮10与第二轴77固连，第一齿轮10的左、右两端分别利用第一套筒9和轴肩来限制它的轴向移动。零部件1～5、第一轴76与零部件11～15、第三轴78关于中心线L对称布置，这两部分的连接方式相同，即第三轴78两端通过轴承安装在第四轴承座11、第五轴承座15上，第四轴承座11、第五轴承座15通过螺栓固定在地基35上。第三轴78与第四轴79通过第二超越离合器16、第二半联轴器17相连；第四轴79通过轴承安装在第六轴承座18、第七轴承座21上，第六轴承座18、第七轴承座21通过螺栓固定在地基35上；第二齿轮20与第四轴79固连，第二齿轮20的左、右两端分别利用第二套筒19和轴环来限制它的轴向移动。第一齿轮10与第二齿轮20啮合传动，它们的模数、齿数等参数完全相同。同步大带轮24与第二轴77固连，同步大带轮24的左、右两端分别利用轴肩和第三套筒22来限制它的轴向移动。同步小带轮26与发电机27的转子轴固连，同步大带轮24与同步小带轮26通过同步带25连接传动。同步小带轮26与同步带25的连接情况如图5所示，它通过同步带25内表面上等距分布的横向齿和同步小带轮26上的相应齿槽的啮合来传递运动，同步小带轮26靠螺母50和轴肩固定其轴向位置。发电机27发的电最终储存到蓄电池30中，而只有当发电机27的输出电压大于蓄电池30的电压时，发电机27才能给蓄电池30充电。由交流发电机的工作原理知道，交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值。

这里为每相电动势的有效值，Ce为发电机27的结构常数，n为转子转速，Ф为转子的磁极磁通，V为电压单位伏特。也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。同步大带轮24的直径大于同步小带轮26的直径，这样经过增速传动后可提高发电机27的转子速度n，进而提高交流发电机的三相绕组产生的相电动势以便对蓄电池30进行充电。

发电机27正常发电时，其转子须沿同一个方向旋转，而第一减速板3、第二减速板13在落下、升起时，第一轴76、第三轴78的旋转方向相反，有两种不同转向，为解决这一问题，增设了第一超越离合器7、第二超越离合器16，它们分别与第一半联轴器6、第二半联轴器17通过套有弹性套的柱销固定在一块。

当汽车车轮压到第一减速板3时，第一轴76的旋转运动经第一半联轴器6、第一超越离合器7传给第二轴77，第二轴77带动同步大带轮24经同步带25把旋转运动传递到发电机27转子轴，使发电机27发电；与此同时，第二轴77也带动第一齿轮10与第二齿轮20啮合传动，其旋转运动经第四轴79、第二半联轴器17传递到第二超越离合器16的外环53，此时从动第四轴79的速度超越了主动第三轴78的速度，第二超越离合器16分离，使第四轴79的旋转运动不能传递到第三轴78上，第二减速板13仍然保持水平状态。当车轮离开第一减速板3，走到第一轴76与第三轴78之间的地基35上时，第一减速板3受其底部第一压缩弹簧37的作用从最低位置向上翻转，带动第一轴76反方向转动，由于第一超越离合器7的作用，使此时第一轴76的旋转运动不能传递到第二轴77上，第一轴76空转至第一减速板3到水平位置。同理，当汽车车轮压到第二减速板13时，第三轴78的旋转运动经第二超越离合器16、第二半联轴器17传给第四轴79，第四轴79带动第二齿轮20与第一齿轮10啮合传动，其旋转运动经第二轴77、同步大带轮24、同步带25传递到发电机27的转子轴上，使发电机27发电；同时，第二轴77的旋转运动也传递到第一超越离合器7的内环55上，此时从动第二轴77的速度超越了主动第一轴76的速度，第一超越离合器7分离，使第二轴77的旋转运动不能传递到第一轴76上，第一减速板3仍然保持水平状态。当车轮离开第二减速板13时，第二减速板13受其底部第二压缩弹簧40的作用从最低位置向上翻转，带动第三轴78反方向转动，由于第二超越离合器16的作用，使此时第三轴78的旋转运动不能传递到第四轴79上，第三轴78空转至第二减速板13到水平位置。

第一轴76、第二轴77通过轴承分别安装在第一轴承座1、第二轴承座5和第三轴承座8、第八轴承座23上，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响，很难保证第一轴76和第二轴77的严格对中，达不到应有同轴度的使用要求，影响第一轴76和第二轴77之间旋转运动的传递，鉴于此，在第一轴76与第二轴77之间增加了第一半联轴器6，以补偿两传动轴之间的位移误差，使旋转运动顺利的传递。同样的道理，在第三轴78和第四轴79之间增加了第二半联轴器17。

所述储能装置主要由第一电线28、电压调节器29、蓄电池30、第二电线31、逆变器32和第三电线33组成，第一电线28把发电机27的输出接线端子、电压调节器29和蓄电池30连接起来，组成一套充电电路，给蓄电池30充电，蓄电池30和逆变器32通过第二电线31连在一起，逆变器32通过第三电线33向道闸装置34供给220V交流电。

如图2所示，第一减速板3与第一轴76固连、第二减速板13与第三轴78固连。第一减速板3底部沿剖切平面对称固定安装有两个第一球铰链36，两个第一球铰链36分别连接两个第一压缩弹簧37，两个第一压缩弹簧37分别连接两个第二球铰链38，两个第二球铰链38固定在地基35上；同样的，第二减速板13底部沿剖切平面对称固定安装有两个第四球铰链41，两个第四球铰链41分别连接两个第二压缩弹簧40，两个第二压缩弹簧40分别连接两个第三球铰链39，两个第三球铰链39也固定在地基35上，第一防反弹装置2的下表面固定在车道两旁的地基35上，第一防反弹装置2用于挡住第一减速板3，防止第一减速板3弹出地面，复位后的第一减速板3的上表面处于地平线的位置，第三防反弹装置12的下表面也固定在车道两旁的地基35上，第三防反弹装置12用于挡住第二减速板13，防止第二减速板13弹出地面，复位后的第二减速板13的上表面也处于地平线的位置。

第一减速板3处于被车轮压住的位置，而第二减速板13处于水平位置。当第一减速板3落到地基35平台C上或第二减速板13落到地基35平台D上时，压缩弹簧处于与水平线垂直状态，当第一减速板3和第二减速板13都恢复到水平位置时，第一压缩弹簧37和第二压缩弹簧40都处于倾斜状态。减速板通过球铰链与压缩弹簧连接，使球铰链中的球销42根据压缩弹簧的受力情况自动调整其位置，即使两相对球铰链没有安装在同一垂直平面内。第一减速板3有两个作用，一是带动第一轴76旋转，作为动力源；二是充当减速带的作用，汽车通过时形成的有一定角度的斜坡可使汽车减速，第二减速板13也有两个作用，一是带动第三轴78旋转，作为动力源；二是充当减速带的作用，汽车通过时形成的有一定角度的斜坡可使汽车减速；汽车车轮离开减速板后，减速板会在压缩弹簧的弹力下反弹至超出水平位置以上，基于这一考虑，在车道两边增设了第一防反弹装置2、第二防反弹装置4、第三防反弹装置12、第四防反弹装置14。

如图3所示，球铰链包括球销座44、球座挡板43和球销42，球座挡板43和球销座44固连在一起，球销42的一端为球形，球销42的球形端被约束在球销座44和球座挡板43所形成的球窝中，球销42转动时球心不动。球销42的E处为圆环面，压缩弹簧37的一端面与此圆环面接触，球销42的圆柱部分则作为导杆插入第一压缩弹簧37里；两个第二球铰链38也沿剖切平面对称固定安装在地基35上，与两个第一球铰链36相对应，第一压缩弹簧37与第二球铰链38的连接方式和第一压缩弹簧37与第一球铰链36的连接方式相同。第一压缩弹簧37的受力方向始终通过第一球铰链36和第二球铰链38的球心。第二减速板13、第四球铰链41、第二压缩弹簧40以及第三球铰链39之间连接方式和第一减速板3、第一球铰链36、第一压缩弹簧37以及第二球铰链38之间的连接方式相同。第一压缩弹簧37的作用是当汽车车轮压到第一减速板3时，第一减速板3慢慢的向下旋转，最后第一减速板3底部的斜面落在地基35平台C上，当车轮离开第一减速板3后，第一减速板3靠第一压缩弹簧37的弹力恢复到水平位置，同理，第二压缩弹簧40的作用与第一压缩弹簧37的作用一样。

如图4所示，防反弹装置的半剖视图。防反弹装置主要由前挡板45、后座46、上导杆47、第三压缩弹簧48和导板49组成。前挡板45通过螺栓固定在后座46上，后座46通过螺栓固定在车道边缘的地基35上，导板49靠在后座46的空腔下部凸缘上，导板49可在空腔内上下滑动。导板49的上端和下端各有一段圆柱体，上端的圆柱体作为下导杆，下导杆与通过螺纹连接固定在后座46内空腔上方的上导杆47相对应，第三压缩弹簧48就装在这两上下导杆之间，导板49的下端圆柱与第一减速板3、第二减速板13最外侧边缘突出的部分接触，如图1、2所示，减速板从最低端恢复时，通过第三压缩弹簧48的弹力使导板49的下端圆柱与减速板边缘突出部分接触、碰撞，最终使减速板稳定在水平位置。

如图5所示，同步带25内侧的齿槽卡在同步小带轮26外围的轮齿上，同步带25在同步小带轮26的带动下运转，同步小带轮26的中心通过螺母50固定。

如图6所示，半联轴器、超越离合器的结构及安装示意图，从图中可以看出第一超越离合器7主要由大端盖51、小端盖54、外环53、楔块装配组件52、内环55、螺钉、轴承、密封圈等组成，装在内环55上的2个轴承托持着外环53，在轴承的外侧设有密封圈，外环53通过螺钉与大端盖51、小端盖54紧固在一起，内环55工作面与外环53之间是楔块装配组件52，其与内环55连在一起，第一半联轴器6通过套有弹性套的柱销与第一超越离合器7固定在一起，第一轴76和第二轴77通过键分别与第一半联轴器6、第一超越离合器7相连，轴与孔的配合关系为过渡配合。第一超越离合器7、第二超越离合器16的作用是只传递单向转矩，即只传递第一减速板3、第二减速板13落下时第一轴76、第三轴78的旋转运动，从动第二轴77和第四轴79的转向如图1所示，当第一减速板3、第二减速板13升起时，主动第一轴76、第三轴78反转，第一超越离合器7、第二超越离合器16分离，使此时主动第一轴76、第三轴78的旋转运动不能传递给从动第二轴77、第四轴79。第一超越离合器7和第二超越离合器16传递的转矩方向相反，故安装时第一轴76先连接第一半联轴器6，通过第一半联轴器6与第一超越离合器7相接，这样使第一超越离合器7的外环53为主动件，内环55为从动件，而第三轴78先连接第二超越离合器16，再连接第二半联轴器17，使第二超越离合器16的内环55为主动件，外环53为从动件，通过这样安装，可以实现第一超越离合器7、第二超越离合器16传递相反的转矩。超越离合器除了具有传递单向转矩的作用外，它还能使从动轴的速度超越主动轴的速度。

如图7所示，电压调节器29与交流发电机连接，发电机27与蓄电池30和负载连接。所用发电机27是三相交流发电机，其内部含有整流器，发电机27的定子三相绕组发出的交流电经整流器整流后转变为直流电输出，其电路图如图7所示。

发电机27输出的直流电电压并不稳定，电压调节器29的作用就是使发电机27输出的直流电压基本保持恒定，以利于对蓄电池30充电。由交流发电机的三相绕组产生的相电动势的有效值，

其中Ce为发电机27的结构常数，n为转子转速，Ф为转子的磁极磁通，也就是说交流发电机所产生的感应电动势与转子转速和磁极磁通成正比。当转速升高时，增大，输出端电压U_B升高，当转速升高到一定值时，输出端电压达到极限，要想使发电机27的输出电压U_B不再随转速的升高而上升，只能通过减小磁通Ф来实现。又磁极磁通Ф与励磁电流I_f成正比，减小磁通Ф也就是减小励磁电流I_f。所以，交流发电机调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机27的励磁电流I_f来减小磁通Ф，使发电机27的输出电压U_B保持不变。

图7为外搭铁型电压调节器的基本电路：基本电路是由三只电阻R₁、R₂、R₃，两只三极管VT₁、VT₂，一只稳压二极管VS和一只二极管VD组成。电阻R₃既是VT₁的分压电阻，又是VT₂的负载电阻；电阻R₁和R₂组成一个分压器，分压器R₁、R₂两端的电压为发电机27电压U_B；VT₂是大功率三极管（NPN型），和发电机27的磁场绕组串联，起开关作用，用来接通与切断发电机27的励磁电路；VT₁是小功率三极管（NPN型），用来放大控制信号；VD是续流二极管，磁场绕组由接通转为断开状态时（F端为+，B端为-），经二极管VD构成放电回路，防止三极管VT₂被击穿损坏；稳压管VS是感受元件，串联在VT₁的基极电路中，并通过VT₁的发射结并联于分压电阻R₁的两端，以感受发电机27的输出电压；U_R1电压加在稳压管VS上，R₁的阻值是这样确定的，当发电机27输出电压U_B达到规定的调整值时，U_R1电压正好等于稳压管VS的反向击穿电压。

外搭铁式电压调节器的工作原理如下：

（1）开关SW接通，发电机27电压U_B＜蓄电池30电动势时，蓄电池30电压加在分压器R₁、R₂上，此时因U_R1较低不能使稳压管VS反向击穿，VT₁截止，VT₂导通，蓄电池30直接供电到磁场绕组。磁场绕组电路为：蓄电池30正极→磁场绕组→调节器Ｆ接柱→三极管VT₂→调节器Ｅ接柱→搭铁→蓄电池30负极。发电机27电压随转速升高而升高，发电机27他励。

（2）发电机27电压虽然升高，但如果蓄电池30电动势＜发电机27输出电压U_B<调节上限时,VT₁继续截止，VT₂继续导通，发电机27自励且开始对外供电。磁场绕组电路为：发电机27正极→磁场绕组→调节器Ｆ接柱→三极管VT₂→调节器Ｅ→搭铁→发电机27负极。发电机27电压随转速升高而继续升高。

（3）当发电机27电压升高到调节上限U₂时，调节器开始工作。此时VS导通，VT₁导通，VT₂截止，磁场电路被切断，发电机27输出电压迅速下降。

（4）当发电机27电压下降到等于调节下限U₁时，VS截止，VT₁截止，VT₂重新导通，磁场电路重新被接通，发电机27电压上升。发电机27电压升到调节上限时，VT₂就截止，磁场电路被切断，输出电压下降；降到等于调节下限U₁时，磁场电路被接通，发电机27电压上升，周而复始，发电机27输出电压被控制在一定范围内。

配装电压调节器29的发电机27的输出电压上限U₂和下限U₁的差值很小，所以发电机27的输出电压波动非常小，再加上电容的滤波，所以发电机27的输出电压很稳定。

逆变器32的作用是把蓄电池30中的直流电直接转换为220V交流电，再通过第三电线33给道闸装置34供电。

如图8所示，闸杆70处于水平位置，电机66立即停转，闸杆70停转，此时摇杆56的中心线与连杆58的中心线垂直，与第五轴80、第六轴81的横截面中心连线即垂线呈45°，换言之，摇杆56的中心线、连杆58的中心线以及两轴横截面中心的垂直连线构成一等腰直角三角形，闸杆70因自身重量及外力产生的力矩通过第五轴80、摇杆56、滑块57、轴承铰链71传递到连杆58上，其力的方向与连杆58的中心线重合且通过第六轴81横截面的圆心，最终力通过第六轴81传给了箱体68，这样等腰直角三角形的设计使此传动机构实现了自锁，闸杆70可牢牢地固定在此位置。同样的道理，当电机66带动闸杆70逆时针旋转90°到垂直位置时，限位挡块69碰触限位开关，电机66立即停转，闸杆70停止转动。此时摇杆56也逆时针旋转90°，摇杆56、滑块57、连杆58的位置正好跟闸杆70处于水平状态时它们的位置对称，摇杆56的中心线与连杆58的中心线垂直，传动机构实现自锁，闸杆70便牢牢锁定在垂直位置。

本道闸装置34所使用的电源主要包括两部分，一部分是外接交流220V电源，一部分是通过发电装置储存到蓄电池30中的电源，当用电压表测量蓄电池30两端的电压达到或超过某一限定值时，采用蓄电池30供电，否则用外接电源供电。

如图8、9所示，道闸装置34，主要由固定安装在地基35上的箱体68、固定于箱体68输出轴上的闸杆70和设置于箱体68内部的传动机构部分组成。

传动机构主要包括减速机构和转动导杆机构两部分。

减速机构主要由电机66、联轴器64、蜗杆62、蜗轮60以及第九轴承座61、第十轴承座63等组成，电机66固定在安装平台65上，安装平台65固定在箱体68上；蜗杆62通过轴承安装在第九轴承座61、第十轴承座63上，第九轴承座61、第十轴承座63固定在安装平台65上；联轴器64把电机66的输出轴和蜗杆62连接起来，同时也补偿两轴之间的位移误差；蜗轮60固定在第六轴81上（图9），其左右两端分别靠轴环和第四套筒67限制它的轴向位置，第六轴81通过轴承安装在第十一轴承座72、第十二轴承座73上；第十一轴承座72、第十二轴承座73固连在箱体68上；蜗轮60与蜗杆62啮合传动，其传动比较大，结构紧凑，传动平稳，冲击载荷小，噪音低；电机66转动时，通过联轴器64、蜗杆62、蜗轮60传动，使第六轴81的转速大大低于电机66转速，实现了此减速机构减速的目的。

转动导杆机构主要由摇杆56、滑块57、轴承铰链71、连杆58、方形销59等组成，摇杆56固定在第五轴80上，第五轴80通过轴承安装在第十三轴承座74、第十四轴承座75上，其轴线与第六轴81的轴线处于同一垂直平面内，闸杆70也固连在第五轴80上（图9），摇杆56的摆动通过第五轴80传递到闸杆70上，从而带动闸杆70升起、落下，第十三轴承座74、第十四轴承座75固定在箱体68上；摇杆56内部具有滑槽，滑槽的结构如图10所示，滑块57安装在此滑槽里，其与滑槽一起摆动的同时也可沿槽的方向移动；滑块57与连杆58通过轴承铰链71联结在一起，两者可以相对转动；连杆58的另一端通过方形销59与蜗轮60固定在一起，连杆58随蜗轮60一同转动而不能相对旋转；如图8所示，电机66的转动通过蜗杆62、蜗轮60、连杆58、滑块57、摇杆56传递到第五轴80上，由第五轴80带动闸杆70转动。闸杆70的上升、下落是通过控制电机66的正反转实现的。

在传动机构中，闸杆70的转动有水平和垂直两个极限位置，为了控制闸杆70的转动位置，在第五轴80上固定安装了限位挡块69，当闸杆70转动到水平或垂直位置时，限位挡块69碰触限位开关，由限位开关控制电机66立即停转，从而使闸杆70也停止转动。

如图10所示，摇杆向视图。

本自发电能量反馈道闸装置的工作过程如下：

如图1所示，第一减速板3、第二减速板13沿车道方向最外侧边缘之间的距离小于汽车前后轮之间的距离，即汽车前轮通过第二减速板13后，其后轮才压到第一减速板3。汽车从车道入口进入减速板区域，当汽车车轮压到第一减速板3时，第一轴76的旋转运动经第一半联轴器6、第一超越离合器7传给第二轴77，第二轴77带动同步大带轮24经同步带25把旋转运动传递到发电机27转子轴上，使发电机27发电，发电机27输出的直流电经电压调节器29调压后对蓄电池30充电；与此同时，第二轴77也带动第一齿轮10与第二齿轮20啮合传动，其旋转运动经第四轴79、第二半联轴器17传递到第二超越离合器16的外环53上，此时从动第四轴79的速度超越了主动第三轴78的速度，第二超越离合器16分离，使第四轴79的旋转运动不能传递到第三轴78上，第二减速板13仍然保持水平状态。当车轮离开第一减速板3，走到第一轴76与第三轴78之间的地基35上时，第一减速板3受其底部第一压缩弹簧37的作用从最低位置向上翻转，带动第一轴76反方向转动，由于第一超越离合器7的作用，使此时第一轴76的旋转运动不能传递到第二轴77上，第一轴76空转至第一减速板3到水平位置。同理，当汽车车轮压到第二减速板13时，第三轴78的旋转运动经第二超越离合器16、第二半联轴器17传给第四轴79，第四轴79带动第二齿轮20与第一齿轮10啮合传动，其旋转运动经第二轴77、同步大带轮24、同步带25传递到发电机27的转子轴上，使发电机27发电，发电机27输出的直流电经电压调节器29调压后对蓄电池30充电；同时，第二轴77的旋转运动也传递到第一超越离合器7的内环55上，此时从动第二轴77的速度超越了主动第一轴76的速度，第一超越离合器7分离，使第二轴77的旋转运动不能传递到第一轴76上，第一减速板3仍然保持水平状态。当车轮离开第二减速板13时，第二减速板13受其底部第二压缩弹簧40的作用从最低位置向上翻转，带动第三轴78反方向转动，由于第二超越离合器16的作用，使此时第三轴78的旋转运动不能传递到第四轴79上，第三轴78空转至第二减速板13到水平位置。当汽车离开减速板区域，来到道闸旁时，值班人员按下道闸开启按钮，如图8所示，电机66的转动通过蜗杆62、蜗轮60、连杆58、滑块57、摇杆56传递到第五轴80上，由第五轴80带动闸杆70从水平位置旋转到垂直位置，此时限位挡块69碰触行程开关，行程开关控制电机66立即停转，闸杆70也停止转动，同时传动机构处于自锁状态，闸杆70便处于垂直位置固定不动，汽车通过后，由控制系统控制电机66反转，使闸杆70自动落下至水平位置，此时限位挡块69碰触行程开关，行程开关控制电机66立即停转，闸杆70也停转，同时传动机构处于自锁状态，闸杆70便位于水平位置固定不动。当用电压表检测到蓄电池30电压达到或超过某一设定值时，由蓄电池30通过逆变器32把直流电转变为220V交流电后给道闸装置34供电，否则用外接交流220V电源供电。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，它包括至少一个动力装置、发电装置、储能装置以及道闸装置；其中所述动力装置安装在车道内，它包括转动总成，前行的汽车车轮带动转动总成的转轴装置转动，转轴装置则通过同步装置带动发电装置发电，发电装置与储能装置连接，储能装置与道闸装置连接；

所述动力装置包括第一动力装置和第二动力装置，两个动力装置之间通过第一动力装置的第二轴上的第一齿轮和第二动力装置的第四轴上的第二齿轮之间的啮合来连接，所述动力装置还包括减速板和防反弹装置，所述转轴装置包括两个通过传动装置连接的轴，每个传动装置的轴都安装在对应的轴承座上，所述第一动力装置的第一轴连接第一减速板，第一减速板下移带动第一轴转动，所述第二动力装置的第三轴连接第二减速板，第二减速板下移带动第三轴转动，所述减速板通过球铰链和压缩弹簧连接地基；所述防反弹装置安装在车道两侧的地基上；当减速板碰到地基上的平台时，弹簧的中轴线正好与地面垂直；当减速板复位时，弹簧的中轴线与地面是倾斜的；第一减速板、第二减速板沿车道方向最外侧边缘之间的距离小于汽车前后轮之间的距离；

所述同步装置包括同步带、同步小带轮、螺母，同步带通过同步带内表面上等距分布的横向齿和同步小带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动，同步大带轮的左、右两端分别利用轴肩和套筒来限制它的轴向移动；同步小带轮靠螺母和轴肩固定其轴向位置；所述同步大带轮的直径大于同步小带轮的直径。

2.如权利要求1所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述球铰链包括球销、球座挡板和球销座；球座挡板和球销座固连在一起，球销的一端为球形，球销的球形端被约束在球销座和球座挡板所形成的球窝中，球销转动时球心不动；球销的另一端为圆柱形，圆柱形与球形接触的地方形成圆环面，压缩弹簧的一端面与此圆环面接触，球销的圆柱部分则作为导杆插入压缩弹簧里；球铰链对称固定安装在地基上，压缩弹簧的受力方向始终通过球铰链的球心。

3.如权利要求1所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述防反弹装置由前挡板、后座、上导杆、压缩弹簧和导板组成；前挡板通过螺栓固定在后座上，后座通过螺栓固定在车道边缘的地基上，导板靠在后座的空腔下部凸缘上，导板在空腔内上下滑动；导板的上端和下端各有一段圆柱体，上端的圆柱体作为下导杆，下导杆与通过螺纹连接固定在后座内空腔上方的上导杆相对应，压缩弹簧装在这两上下导杆之间，导板的下端圆柱与减速板最外侧边缘突出的部分接触，减速板从最低端恢复时，通过压缩弹簧的弹力使导板的下端圆柱与减速板边缘突出部分接触、碰撞，最终使减速板稳定在水平位置。

4.如权利要求1所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述传动装置包括半联轴器和超越离合器，所述超越离合器主要由大端盖、小端盖、外环、楔块装配组件、内环、螺钉、轴承、密封圈组成，装在内环上的2个轴承托持着外环，在轴承的外侧设有密封圈，外环通过螺钉与大端盖、小端盖紧固在一起，内环工作面与外环之间是楔块装配组件，其与内环连在一起，半联轴器通过套有弹性套的柱销与超越离合器固定在一起，第一轴和第二轴之间通过键分别与半联轴器、超越离合器相连。

5.如权利要求1所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述储能装置包括电压调节器、蓄电池和逆变器，发电机产生的电能通过电压调节器存储到蓄电池中，蓄电池的电能通过逆变器传输给道闸装置。

6.如权利要求1所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述道闸装置包括主要由固定安装在地基上的箱体、固定于箱体输出轴上的闸杆和设置于箱体内部的传动机构组成；所述传动机构主要包括减速机构和转动导杆机构两部分；所述闸杆的转动有水平和垂直两个位置，连接摇杆和闸杆的轴上固定安装限位挡块，当闸杆转动到水平或垂直位置时，限位挡块碰触限位开关，限位开关控制电机停转，闸杆也停止转动；所述闸杆处于水平位置，电机停转，闸杆停转，此时摇杆的中心线与连杆的中心线垂直，摇杆中心线与连接摇杆和闸杆的轴、蜗轮轴的横截面中心连线呈45°，摇杆的中心线、连杆的中心线以及两轴横截面中心的垂直连线构成等腰直角三角形，同理，当电机带动闸杆逆时针旋转90°到垂直位置时，限位挡块碰触限位开关，电机停转，闸杆停止转动；此时摇杆也逆时针旋转90°，摇杆、滑块、连杆的位置正好跟闸杆处于水平状态时它们的位置对称，摇杆内部具有滑槽，滑块安装在此滑槽里，其与滑槽一起摆动的同时也沿槽的方向移动；滑块与连杆通过轴承铰链连接在一起，两者相对转动；摇杆的中心线与连杆的中心线垂直，传动机构实现自锁，闸杆便牢牢锁定在垂直位置。

7.如权利要求6所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述减速机构主要由电机、联轴器、蜗杆、蜗轮、轴承座组成，电机固定在安装平台上，安装平台固定在箱体上；蜗杆通过轴承安装在轴承座上，轴承座固定在安装平台上；联轴器把电机的输出轴和蜗杆连接起来，蜗轮固定在蜗轮轴上。

8.如权利要求6所述的一种自发电能量反馈道闸装置，其特征是，所述转动导杆机构主要由摇杆、滑块、轴承铰链、连杆、方形销组成，摇杆固定在第五轴上，第五轴通过轴承安装在对应的轴承座上，其轴线与第六轴的轴线处于同一垂直平面内，闸杆也固连在第五轴上，摇杆的摆动通过第五轴传递到闸杆上，从而带动闸杆升起、落下，轴承座固定在箱体上；连杆的另一端通过方形销与蜗轮固定在一起，蜗轮固定在第六轴上，第六轴通过轴承安装在对应的轴承座上，连杆随蜗轮一同转动而不能相对旋转；电机的转动通过蜗杆、蜗轮、连杆、滑块、摇杆传递到第五轴上，由第五轴带动闸杆转动；闸杆的上升、下落是通过控制电机的正反转实现的。