CN104454405A - 公交拉环发电系统 - Google Patents

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刘兆颖
孙青松
林泳辰
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G5/00—Devices for producing mechanical power from muscle energy
    • F03G5/06—Devices for producing mechanical power from muscle energy other than of endless-walk type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种公交拉环发电系统，包含若干拉环发电装置和蓄电池,拉环发电装置包含壳体、立轴、转动装置、飞轮和直流发电机,壳体固定在公交拉环旁,立轴固定在所述壳体的内壁上,转动装置包含转动外壳和涡卷弹簧，其中，涡卷弹簧内侧的一端固定在立轴上、另外一端固定在转动外壳上，转动外壳能够绕立轴旋转,拉绳的一端固定在转动外壳上、另一端固定在公交拉环上,飞轮的外轮与转动外壳固定连接、内轮与直流发电机的输入轴固定连接,直流发电机的输出端与蓄电池连接。本发明结构简单，使用方便，且价格低廉，节能环保，能够节约汽车发动机燃油，性价比高。

Description

公交拉环发电系统
技术领域
本发明涉及节能领域，尤其涉及一种公交拉环发电系统。
背景技术
目前现有对公交车手拉环进行改造的专利有CN203727227U，主要目的在于对公共交通工具空间的合理优化，其技术就是在机械结构方面进行优化，效果是可以使一个拉环同时被两个人使用，其缺点是仅仅优化了空间问题，并未收集拉环上的大量的震动能量加以利用。
而目前在公交车上设计能源机构并提供人性化电力服务（例如充电、照明）的专利有CN203747449U，其主要目的利用太阳能收集装置转化为电能为乘客手机充电，其技术利用了太阳能发电原理，效果是能够解决公交车上应急用电问题，其缺点是太阳能发电装置成本高，而且车体晃动有可能减少装置寿命，并未充分利用公交车本身的特点。
我国公交车、地铁等公共交通工具数量及客运量将持续迅速增长。由于车辆启停、转弯，乘客在这些公共交通工具上时，将使用手拉环约500万次/天，从总量上看这部分微小间歇性做功能量将十分可观。但是现有的拉环并没有充分利用这些能量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种公交拉环发电系统。 
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
公交拉环发电系统，包含若干拉环发电装置和蓄电池；
所述拉环发电装置包含壳体、立轴、转动装置、飞轮和直流发电机；
所述壳体固定在公交拉环旁；
所述立轴固定在所述壳体的内壁上；
所述转动装置包含转动外壳和涡卷弹簧，其中，涡卷弹簧内侧的一端固定在立轴上、另外一端固定在转动外壳上，所述转动外壳能够绕立轴旋转；
所述拉绳的一端固定在转动外壳上、另一端固定在公交拉环上；
所述飞轮的外轮与所述转动外壳固定连接、内轮与所述直流发电机的输入轴固定连接；
所述直流发电机的输出端与所述蓄电池连接。
作为本发明公交拉环发电系统进一步的优化方案，所述直流发电机采用RS-555型直流发电机。
作为本发明公交拉环发电系统进一步的优化方案，所述直流发电机上设有齿轮减速器。
作为本发明公交拉环发电系统进一步的优化方案，所述齿轮减速器的减速比为100:1。
作为本发明公交拉环发电系统进一步的优化方案，所述蓄电池采用6V4.5AH/20HR铅蓄电池。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明中拉环的制作成本为50元/个，蓄电池为14元/个，由于拉环装置结构简单，安装简易，主要在电路铺设会产生成本，预计平均到每个装置为6元/个,而由于装置寿命与原手拉环更换周期相近，所以忽略其使用成本，如果按南京市6000辆公交车计算得该装置在南京公交系统普及的成本为6.804*106元。
而该装置的普及可以减少燃油消耗，还可以将电能用于公交LED广告牌。在寿命期内，该装置共能产生14.24*740*365*5=19231120KWh，而汽车的电主要靠发动机燃烧汽油来供电，而通过燃烧汽油提供一度电的成本为2.47元/KW*h,所以这种方式的一年的发电成本为2.47*3846224=9500173.28元≈9.5*106元，五年内的发电收益为2.47*19231120=47500866.4元≈4.75*107元，一个寿命周期内的净效益为4.142*107元，。另外据公交收费标准，一辆车一天电子广告费为2元。经过计算预计6个月即可回收成本。
附图说明
图1是公交车拉环发电系统的整体图；
图2是拉环发电装置静止状态时的示意图；
图3是拉环发电装置工作状态时的示意图。
图中，1-拉环发电装置，2-公交拉环，3-铅蓄电池，4-公交车横杆，5-USB接口，6-4G网络发射源，7-拉绳，8-涡卷弹簧，9-飞轮，10-直流发电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种公交拉环发电系统，包含若干拉环发电装置和蓄电池；
所述拉环发电装置包含壳体、立轴、转动装置、飞轮和直流发电机；
所述壳体固定在公交拉环旁；
所述立轴固定在所述壳体的内壁上；
所述转动装置包含转动外壳和涡卷弹簧，其中，涡卷弹簧内侧的一端固定在立轴上、另外一端固定在转动外壳上，所述转动外壳能够绕立轴旋转；
所述拉绳的一端固定在转动外壳上、另一端固定在公交拉环上；
所述飞轮的外轮与所述转动外壳固定连接、内轮与所述直流发电机的输入轴固定连接；
所述直流发电机的输出端与所述蓄电池连接。
所述直流发电机采用RS-555型直流发电机。
所述直流发电机上设有齿轮减速器。
所述齿轮减速器的减速比为100:1。
所述蓄电池采用6V4.5AH/20HR铅蓄电池。
由于装置多，导线多，故将导线埋在公交车横杆内部，并一直连到6V4.5AH/20HR铅蓄电池上，蓄电池放在车头工具箱内部，并接入公交车电网中，设置多个USB接口分布在各个座位旁侧，同时设置4G网络发射源接在蓄电池旁侧，将USB接口和发射源都接入公交车电网中，实现供电。
如图1所示，系统拉环发电装置安装在原公交拉环旁侧，其产生的电流通过横杆内部的导线引到铅蓄电池中并储存，将铅蓄电池中储存的电能接入公交车电网中，USB接口安装在作为旁侧，4G网络信号发射源安装在蓄电池旁边，并通过公交车的电网供电。
如图2所示,拉环会带动与装置中的涡卷弹簧固定的拉绳，拉绳另一端固定在涡卷弹簧和飞轮结构共用的壳体上，使得这个壳体沿一个方向转动，同时由定轴带动发电机的转子转动从而产生电能。
如图3所示, 当乘客上车后拉下拉环，该装置即工作一次，在公交车行驶的过程中，由于晃动，拉环会左右上下摆动，间歇性工作，当乘客松开拉环，由于蜗卷弹簧的自动回位功能，拉环将自动上升，为下一次工作做准备。
当无人拉手拉环时，手拉环在能量传递装置中蜗卷弹簧的作用下，紧贴着公交车横杆下方，手拉环原有的尼龙布带处于松弛状态。
当有人拉手拉环时，手拉环向下运动，带动手拉环动滑轮上的绳子，从而带动能量传递装置正向转动，带动发电机转动发出电能，储存于蓄电池中。
装置每被拉下一次，可以伸长40mm，由于装置中的动滑轮结构，实际带动动轴的长度为80mm，而内置弹簧片最外圈直径为30mm，根据周长公式：s=2πr可计算得其外圈周长大约为94mm。
根据公式可转圈数n=L/s可计算大约能使得转子旋转0.85圈，拉力停止后由于惯性发电机转子继续旋转，实际旋转圈数约为1.23圈；每个微型发电机每转大约能产生12V/18W的电流，平均每次拉伸时间为1.9s；因此每个装置被使用一次可收集34.2J的电量。
整个装置中，在收集模块由于利用了蜗卷弹簧的自动回位原理，而收集的能量在蜗卷弹簧中的损失大约为30%，根据RS-555型直流发电机参数可知，其内部齿轮的减速比为100：1，电机本身发电效率为90%，而蓄电池的蓄电损耗不超过5%。所以人做功的能量大约有60%能够被收集并利用。
汽车平稳行驶的时候，人对拉环的力很小，并不足以把拉环拉下，但当车处于启动、制动、转弯及剧烈颠簸时，人对拉环的力会突然增大，拉环被缓慢拉下，不仅缓冲了普通拉环对乘客突然增大的冲力，而且这种伸缩过程会带动发电机发电。
通过对南京市1路、13路、16路等公交站点数为24的公交线路的多次实地考察，收集分析数据得到：平均每两站之间每个装置会由于起停、转弯、颠簸、红绿灯等原因伸缩10.3次。
通过对以上公交车样本各个时间段内乘客对手拉环的使用率，并且对工作日和节假日分别作了调查，通过数据分析，直接根据每项数据乘以其百分比，相加可得平均值，最终算的一辆车每个时间段的平均手拉环使用个数为15个。
以16路公交车为例，其起点站发车时间为5:00-23:40,终点站发车时间为4:30-23:00,发车时间间隔为5min,因此16路公交车一天发车班次为448次,共经过10752个站台,即经过10304个两站之间的单元程。
所以，根据E1=E0*n1*n2一辆车在两站之间的路程大约能产生4974.9J的能量，在一天内一条公交线路能够产生14.24KWh。南京市到目前为止共有740条公交线路,6000辆公交车，假设每条线路以以上公交样本为标准，则全南京市公交车每天共经过10304*740=7624960个单元程，在装置使用寿命内4807780kg的汽油,会产生1.526*107kgCO2的排放、968233.5kg的CO的排放,所以该装置的普及可以在一定程度上节省了能源，同时降低汽车尾气对环境的污染。
对该装置做简单受力分析可知，由于人对手拉环的力大部分被原有手拉环结构承受，只有数值基本固定的一部分能量会被装置收集并利用，所以该装置的承力结构主要是原有拉环，而拉环一般能够承受500-800N左右的力。所以保证了装置的安全性能和其使用年限。
以上只是对本发明的优选实施方式进行了描述。对该技术领域的普通技术人员来说，根据以上实施方式可以很容易地联想到其它的优点和变形。因此，本发明并不局限于上述实施方式，其仅仅作为例子对本发明的一种形态进行详细、示范性的说明。在不背离本发明宗旨的范围内，本领域普通技术人员在本发明技术的方案范围内进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.公交拉环发电系统，其特征在于，包含若干拉环发电装置和蓄电池；
所述拉环发电装置包含壳体、立轴、转动装置、飞轮和直流发电机；
所述壳体固定在公交拉环旁；
所述立轴固定在所述壳体的内壁上；
所述转动装置包含转动外壳和涡卷弹簧，其中，涡卷 弹簧内侧的一端固定在立轴上、另外一端固定在转动外壳上，所述转动外壳能够绕立轴旋转；
所述拉绳的一端固定在转动外壳上、另一端固定在公交拉环上；
所述飞轮的外轮与所述转动外壳固定连接、内轮与所述直流发电机的输入轴固定连接；
所述直流发电机的输出端与所述蓄电池连接。
2.根据权利要求1所述的公交拉环发电系统，其特征在于，所述直流发电机采用RS-555型直流发电机。
3.根据权利要求1所述的公交拉环发电系统，其特征在于，所述直流发电机上设有齿轮减速器。
4.根据权利要求3所述的公交拉环发电系统，其特征在于，所述齿轮减速器的减速比为100:1。
5.根据权利要求1所述的公交拉环发电系统，其特征在于，所述蓄电池采用6V4.5AH/20HR铅蓄电池。
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