CN105134520A - 一种公路减速带的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种公路减速带的发电装置，包括减速带、与减速带连接的第一直杆、与第一直杆铰接的第二直杆、第一轴、第二轴、第三轴、液压缸、蓄能器、压力传感器、电磁流量控制阀及液压油箱，第二轴上依次设有第一棘轮、第一齿轮、第二棘爪、第二棘轮，第一轴上有与第一棘轮内啮合的第一棘爪、与第一齿轮外啮合的第二齿轮；第二轴与第三轴间有离合器，第三轴上有平面涡卷弹簧、单向齿轮、转速传感器；单向齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮与发电机连接；压力传感器、转速传感器与离合器电联接，转速传感器与电磁流量控制阀电联接。本发明运用棘轮单向传动特性将减速带能量双向回收，同时使用液压系统控制涡卷弹簧能量释放时间，达到节约能源的目的。

Description

一种公路减速带的发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用汽车振动能量的发电装置，特别是一种公路减速带的发电装置。

背景技术

目前，在车辆运行相对集中的路段和地方，为了减少交通事故，限制车辆速度，路面上大多设置若干个减速带来降低车辆行驶速度。普通的减速带都是固定在路面上，虽然车辆在通过减速带的时候可以达到减速的目的，但是却消耗了汽车部分额外能量，带来了不必要的能量浪费。

为了利用减速带回收汽车的振动能量，目前有一些道路减速带发电装置的发明专利。例如公开号CN101285455，一种道路减速带发电装置，包括上压板、上底板、下底板和发电机构，减速带固定安装在上压板上，上底板安装在道路上，上压板四方安装在四根导杆上，在导杆外套装弹簧，导杆下端位于上底板的通孔中，弹簧的下端位于通孔上，发电机构位于上底板和下底板之间，齿条安装在上压板的底部，齿条呈竖直布置，齿条下部与主动齿轮啮合，主动齿轮安装在主轴的一端，主轴的另一端安装下从动齿轮，下从动齿轮与下左单向飞轮机构、下右单向飞轮机构连接，上左单向飞轮机构、上右单向飞轮机构与上从动齿轮连接，上从动齿轮安装在上传动轴上，上传动轴与电机轴联接。

专利公开号CN03470459A涉及一种利用减速带的能量回收装置，包括能量收集部分和能量稳定释放部分，所述能量收集部分包括通过弹簧安装在路面上的减速带，所述减速带下方镂空装配一长条气囊，所述减速带与所述气囊之间通过一对压板连接传动，所述压板通过铰链与地面连接；所述气囊两端各连接一气动单向阀，出气一侧的单向阀连接所述能量稳定释放部分。

目前类似减速带发电装置主要存在以下不足之处:(1)现有专利没有将“充分利用减速带上升和下降两个过程中产生的能量以及将车辆经过减速带的能量储存收集，在适当的时候释放”这两个问题协调解决，造成了发电效率的低下。(2)对于发电机，当转速低于发电机的最低转速时，此时继续收集能量，一方面影响下次能量回收过程的开启，另一方面由于转速过低影响了发电机效率。综合这两个方面因素，发电机转速过慢会引起能量收集密度下降，蓄电池充电效率降低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种公路减速带的发电装置，能充分利用减速带压板上升、下降能量，且能通过积蓄能量使得能量能够稳定释放，使系统工作更加稳定。

为了实现以上目的，本发明采取了以下技术方案：

一种公路减速带发电装置包括机械传动部分和液压控制部分，

机械传动部分包括固定在路面上的减速带，一端与减速带下表面固定连接的第一直杆，一端与第一直杆中部铰接的第二直杆，第一轴、第二轴、第三轴，第二轴上依次设置有第一棘轮、第一齿轮、第二棘爪、第二棘轮，第一棘轮为内啮合棘轮，第一棘轮固定在第二轴的末端，所述第一齿轮的左半部分为齿轮结构、右半部分为内啮合棘轮结构，所述第一齿轮轴向固定在第二轴上、且能够绕第二轴转动，第一齿轮的左端面与第二直杆另一端固定连接，第二棘爪固定在第二轴上第二轴、且与第一齿轮的内啮合棘轮内啮合；第二棘轮固定在第二轴上、第二棘轮与固定在地面上的第三棘爪配合；所述第一轴的末端固定有与第一棘轮内啮合的第一棘爪，第一轴上还固定有与第一齿轮外啮合的第二齿轮；在第二轴与第三轴之间设有离合器，第三轴上固定有平面涡卷弹簧、单向齿轮，第三轴的末端设置转速传感器；单向齿轮与第三齿轮啮合，第三齿轮通过第四轴与发电机连接，发电机通过导线与蓄电池连接；第一齿轮的内啮合棘轮、第一棘轮、第二棘轮传递转矩的方向相同，且与单向齿轮传递转矩方向相反；

液压控制部分包括液压缸、蓄能器、压力传感器、电磁流量控制阀以及液压油箱，所述液压缸内装有回位弹簧，第一直杆的下端与所述液压缸的活塞杆连接，液压缸与蓄能器连通，蓄能器与液压油箱连通，液压缸与蓄能器之间安装有第二单向阀，蓄能器与液压油箱之间装有压力传感器电磁流量控制阀；电磁流量控制阀与蓄能器之间安装有第一单向阀；压力传感器、转速传感器与离合器电联接，转速传感器与电磁流量控制阀电联接。

优选地，所述第一直杆与液压缸的活塞杆一体成型。

优选地，所述第一直杆的中部设置圆柱突起，第二直杆的端部设置长圆孔，所述圆柱突起穿入所述长圆孔中。

优选地，所述平面涡卷弹簧、单向齿轮通过花键固定在第三轴上。

优选地，第一棘轮通过花键固定在第二轴的末端。

由减速带、第一直杆、第二直杆、液压缸以及置于第二轴上的第一齿轮，在汽车压下减速带时能将运动传递给后方装置，在汽车离开减速带时能够依靠液压缸中的回位弹簧将减速带回归到初始位置的同时带动后方装置运动传递能量，实现了能量的双向回收。

系统将运动产生的机械能以弹性势能的方式储存在平面涡卷弹簧中，而不是直接将机械能用来驱动发电机，在适当的时候平面涡卷弹簧释放能量，这大大减少了发电机的工作频率，延长了系统的寿命增加了系统的稳定性。

由系统中的液压控制部分与机械部分的转速传感器、离合器的协调运作使得系统可以灵敏的控制机械系统的能量传输通断，回避了转速过小时产生的电能生成能力低下，使得发电机工作时处于高效率发电状态，有足够的电压和电流，使得蓄电池充电效率升高。

本发明由于采用了以上技术方案，其具有以下优点：

(1)使用棘轮机构将减速带压板上升下降两个过程中的能量都进行了回收，提高了效率。

(2)使用平面涡卷弹簧收集能量之后集中释放，这大大减少了发电机的工作频率，延长了系统的寿命增加了系统的稳定性。

(3)采用液压系统发出的电信号控制能量回收装置的动作，灵敏的控制机械系统使得发电机工作时处于高效率发电状态，有足够的电压和电流，使得蓄电池充电效率升高。

附图说明

图1是本发明所述发电装置的结构示意图。

图2是本发明所述液压控制部分的原理图。

图中：

1-减速带，2-第一棘轮，3-第一棘爪，4-第一轴，5-第二直杆，6-第一直杆，7-第三棘爪，8-液压缸，9-第二棘爪，10-蓄能器，11-压力传感器，12-电磁流量控制阀，13-液压油箱，14-蓄电池，15-导线，16-发电机，17-第三齿轮，18-第四轴，19-转速传感器，20-单向齿轮，21-第三轴，22-平面涡卷弹簧，23-离合器，24-第二轴，25-第二棘轮，26-第二齿轮，27-第一齿轮，28-第一单向阀，29-第二单向阀，30-回位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种公路减速带发电装置，其特征在于，包括机械传动部分和液压控制部分。所述机械传动部分包括固定在路面上的减速带1，一端与减速带1下表面固定连接的第一直杆6，一端与第一直杆6中部铰接的第二直杆5，第二轴24、第一轴4、第三轴21。具体地，本实施例中所述第一直杆6的中部设置圆柱突起，第二直杆5的端部设置长圆孔，所述圆柱突起穿入所述长圆孔中。第二轴24上依次设置有第一棘轮2、第一齿轮27、第二棘爪9、第二棘轮25，第一棘轮2为内啮合棘轮，第一棘轮2通过花键固定在第二轴24的末端。所述第一齿轮27的左半部分为齿轮结构、右半部分为内啮合棘轮结构，所述第一齿轮27轴向固定在第二轴24上、且能够绕第二轴24周向转动，第一齿轮27的左端面与第二直杆5另一端固定连接，第二棘爪9固定在第二轴24上、且与第一齿轮27的内啮合棘轮内啮合；第二棘轮25固定在第二轴24上、第二棘轮25与固定在地面上的第三棘爪7配合；所述第一轴4的末端固定有与第一棘轮2内啮合的第一棘爪3，第一轴4上还固定有与第一齿轮27外啮合的第二齿轮26；在第二轴24与第三轴21之间设有离合器23，第三轴21上固定有平面涡卷弹簧22、单向齿轮20，所述平面涡卷弹簧22、单向齿轮20通过花键固定在第三轴21上。第三轴21的末端设置转速传感器19；单向齿轮20与第三齿轮17啮合，第三齿轮17通过第四轴18与发电机16连接，发电机16通过导线15与蓄电池14连接；第一齿轮27的内啮合棘轮、第一棘轮2、第二棘轮25传递转矩的方向相同，且与单向齿轮20传递转矩方向相反。

如图1、图2所示，所述液压控制部分包括液压缸8、蓄能器10、压力传感器11、电磁流量控制阀12以及液压油箱13，所述液压缸8内装有回位弹簧30，第一直杆6的下端与所述液压缸8的活塞杆连接，较佳地，所述第一直杆6与液压缸8的活塞杆一体成型。液压缸8与蓄能器10连通，蓄能器10与液压油箱13连通，液压缸8与蓄能器10之间安装有第二单向阀29，蓄能器10与液压油箱13之间装有压力传感器11电磁流量控制阀12；电磁流量控制阀12与蓄能器10之间安装有第一单向阀28；压力传感器11、转速传感器19与离合器23电联接，转速传感器19与电磁流量控制阀12电联接。

在投入使用之前，本发明首先需要对蓄能器，压力传感器参数和流量控制阀开度范围进行选择。具体方法为：通过实验获得当平面涡卷弹簧达到预定的最大转矩时蓄能器对应的压力p1，此设定为蓄能器的最高工作压力。根据发电机确定平面涡卷弹簧所在的第三轴21的最低转速。通过实验测量平面涡卷弹簧释放能量过程中转速变化，当低于最低转速时设定此时电磁流量控制阀关闭，同时测量蓄能器此时对应的压力p0，此设定为蓄能器的最低工作压力。转速传感器还通过收集转动方向信号与压力传感器发出信号共同控制离合器23，具体方式为：转速传感器设定平面涡卷弹簧释放能量时第三轴21的转向为输出信号，其余时刻不输出。离合器23在没接收到转速传感器的信号时，若接受到压力传感器的显示此时蓄能器中最大压力大于p1，则做出动作分离两轴；接收到转速传感器信号的离合器23同时接受压力传感器传来的压力信号，如果此时的压力信号大于蓄能器最小压力p0小于最大压力p1，则做出动作分离两轴，除以上两种情况之外均使得两轴处于结合状态。

本发明所述公路减速带发电装置的工作原理为：当有车辆经过减速带1时，使得第一直杆6向下运动带动第二直杆5逆时针转动，第二直杆5又带动第一齿轮27逆时针转动，第一齿轮27可以在第二轴24上相对第二轴24自由转动，不可以轴向运动。所述第一齿轮27不能直接将转矩传递于第二轴24，第二棘爪9用花键固定在第二轴24，通过第一齿轮27与第二棘爪9组成的棘轮机构将扭矩传递给第二轴24而后将转矩传递给平面涡卷弹簧22，与此同时第二齿轮26顺时针转动，内啮合第一棘轮2逆时针转动，第一棘轮2、第一棘爪3构成的内啮合棘轮机构空转。液压缸将高压液体充入蓄能器中，由于此时转速传感器控制流量阀关闭，则蓄能器中的压力增高。在液压缸中的回位弹簧30的作用下，第一直杆6向上运动，第一直杆6带动第二直杆5并且第二直杆5带动第一齿轮27顺时针转动，第二齿轮26此时逆时针转动，内啮合的第一棘轮2在第一棘爪3的带动下逆时针转动，此时第一齿轮27右侧的棘轮机构空转，再次将转矩传递给平面涡卷弹簧22，每一次轴转动后都通过棘轮机构25使得第二轴24无法顺时针转动，保证平面涡卷弹簧能量得以储存。多次重复以上过程，当蓄能器中的压力大于p1时，离合器23使得第二轴24与第三轴21分离，平面涡卷弹簧顺时针转动释放能量。液压缸8内装有回位弹簧30，液压缸8与蓄能器之间安装有第二单向阀29。电磁流量控制阀后安装有第一单向阀28提供适当背压。电磁流量控制阀接收到信号开始打开泄油，蓄能器中压力下降，平面涡卷弹簧带动单向齿轮20，单向齿轮通过之后的齿轮17带动发电机15发电，发电机将能量存储在蓄电池14中。当蓄能器中压力下降到小于最低压力p0时，离合器23再次将两轴接合，此时电磁流量控制阀也关闭了，由此进行下一轮发电的准备。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种公路减速带发电装置，其特征在于，包括机械传动部分和液压控制部分，所述机械传动部分包括固定在路面上的减速带(1)，一端与减速带(1)下表面固定连接的第一直杆(6)，一端与第一直杆(6)中部铰接的第二直杆(5)，第二轴(24)、第一轴(4)、第三轴(21)，第二轴(24)上依次设置有第一棘轮(2)、第一齿轮(27)、第二棘爪(9)、第二棘轮(25)，第一棘轮(2)为内啮合棘轮，第一棘轮(2)固定在第二轴(24)的末端，所述第一齿轮(27)的左半部分为齿轮结构、右半部分为内啮合棘轮结构，所述第一齿轮(27)轴向固定在第二轴(24)上、且能够绕第二轴(24)周向转动，第一齿轮(27)的左端面与第二直杆(5)另一端固定连接，第二棘爪(9)固定在第二轴(24)上、且与第一齿轮(27)的内棘轮结构内啮合；第二棘轮(25)固定在第二轴24上、第二棘轮(25)与固定在地面上的第三棘爪(7)配合；所述第一轴(4)的末端固定有与第一棘轮(2)内啮合的第一棘爪(3)，第一轴(4)上还固定有与第一齿轮(27)外啮合的第二齿轮(26)；在第二轴(24)与第三轴(21)之间设有离合器(23)，第三轴(21)上固定有平面涡卷弹簧(22)、单向齿轮(20)，第三轴(21)的末端设置转速传感器(19)；单向齿轮(20)与第三齿轮(17)啮合，第三齿轮(17)通过第四轴(18)与发电机(16)连接，发电机(16)通过导线(15)与蓄电池(14)连接；第一齿轮(27)的内棘轮结构、第一棘轮(2)、第二棘轮(25)传递转矩的方向相同，且与单向齿轮(20)传递转矩方向相反；

液压控制部分包括液压缸(8)、蓄能器(10)、压力传感器(11)、电磁流量控制阀(12)以及液压油箱(13)，所述液压缸(8)内装有回位弹簧(30)，第一直杆(6)的下端与所述液压缸(8)的活塞杆连接，液压缸(8)与蓄能器(10)连通，蓄能器(10)与液压油箱(13)连通，液压缸(8)与蓄能器(10)之间安装有第二单向阀(29)，蓄能器(10)与液压油箱(13)之间装有压力传感器(11)电磁流量控制阀(12)；电磁流量控制阀(12)与蓄能器(10)之间安装有第一单向阀(28)；压力传感器(11)、转速传感器(19)与离合器(23)电联接，转速传感器(19)与电磁流量控制阀(12)电联接。

2.根据权利要求1所述的公路减速带发电装置，其特征在于，所述第一直杆(6)与液压缸(8)的活塞杆一体成型。

3.根据权利要求1所述的公路减速带发电装置，其特征在于，所述第一直杆(6)的中部设置圆柱突起，第二直杆(5)的端部设置长圆孔，所述圆柱突起穿入所述长圆孔中。

4.根据权利要求1所述的公路减速带发电装置，其特征在于，所述平面涡卷弹簧(22)、单向齿轮(20)通过花键固定在第三轴(21)上。

5.根据权利要求1所述的公路减速带发电装置，其特征在于，第一棘轮(2)通过花键固定在第二轴(24)的末端。