CN109098940A - 机械储能式公路减速带发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械储能式公路减速带发电装置，包括机械传动部分和蓄能发电部分；机械传动部分主要包括减速带，支撑架，金属条，依次铰接的第一曲柄、第二曲柄和主动摆杆，第一曲柄一端铰接在金属条上，另一端与第二曲柄共同铰接于滑块上，滑块安装在支撑板上的导槽中，回位弹簧安装在导槽中滑块下方，棘轮结构的主动棘爪与主动摆杆固定，转轴上分别固接联动方向相反的第一单向离合器和第二单向离合器，第一单向离合器外圈上固接棘轮；蓄能发电部分包括发电机和发条式弹性储能器，发电机轴上设有安装齿轮，安装齿轮与第二单向离合器外圈的外齿轮啮合。本发明设置了多级变速，用最小的空间尽可能大的实现高传动比，安装方便，发电量大。

Description

机械储能式公路减速带发电装置

技术领域

本发明涉及发电装置技术领域，具体涉及一种机械储能式公路减速带发电装置。

背景技术

目前为了限制车辆速度，确保行车安全，很多公路上都安装了公路减速带。在车辆驶过减速带时，会产生巨大的冲击力，给乘客带来了不适也损失了一部分能量。若能在公路减速带上安装本发明发电装置，则可以将能量回收利用，并且提高乘车舒适度，带来一定的社会和经济价值。

考虑到公路减速带装置安装位置的特殊性，一旦安装完毕就难以频繁更换，所设计装置应不易损坏，使用寿命长，且考虑到如要大规模推广使用，所设计装置应制作简便，成本较低。综上考虑，目前类似的减速带发电装置主要存在以下缺点：(1)机构过于复杂，如在一套装置里设置调速阀，单向阀，电磁换向阀等多种阀门，采用液压马达等零部件过于复杂的装置。(2)装置生产成本高且不易维修。(3)容易损坏且不易维修。(4)能量输出不稳定，不利于发电。(5)用于收集形变的部件所需的形变量较大，在现实生活中要么无法满足要求，要么满足相应的形变会导致车辆行驶中断，因此实用性较差。(6)所利用的换向装置回转半径较大，占用较多体积，违背了减速带结构上精简的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单，实用性强、成本低廉，维护性好，安装方便，储能容量、发电量大的公路减速带装置，将汽车驶过减速带时损失的能量收集起来转换为可供人类利用的电能，同时利用本装置的缓冲作用提高行车过程的舒适度，带来一定的社会与经济效益。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机械储能式公路减速带发电装置，包括机械传动部分和蓄能发电部分；

所述机械传动部分包括固定在路面的减速带，设置在减速带侧面的支撑架，固定在减速带下表面的金属条，铰接在金属条上的第一曲柄，所述第一曲柄和第二曲柄及主动摆杆依次铰接，所述第一曲柄与第二曲柄共同铰接于滑块上，减速带箱体内部设有支撑板，支撑板上设有导槽，所述滑块安装在导槽中可在导槽中上下滑动，回位弹簧安装在导槽中，两端分别固定在滑块下方和导槽下端，主动棘爪固定在主动摆杆上，转轴上分别固接联动方向相反的第一单向离合器和第二单向离合器，所述第一单向离合器外圈上固接棘轮，棘轮与主动棘爪啮合，所述第二单向离合器外圈上设有外齿轮；

所述蓄能发电部分包括发电机、发条式弹性储能器，所述发条式弹性储能器安装在转轴上并设于所述第一单向离合器和第二单向离合器之间，所述发电机轴上设有安装齿轮，所述安装齿轮与外齿轮啮合。

进一步，所述发条式弹性储能器包括底座、可拆卸式外壳和发条，底座与底面整体固联，可拆卸式外壳与底座通过螺钉固联，发条两端分别与转轴和底座固联。

进一步，所述棘轮上还设有止动棘爪，所述止动棘爪通过支撑座固定于底面。

进一步，所述第一单向离合器和第二单向离合器的内圈通过平键与转轴固定连接。

进一步，所述金属条的强度极限大于700Mpa,弹性模量不小于198Gpa，且不大于240Gpa。

进一步，所述转轴的端部通过基座支撑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明装置结构简单，主要由曲柄滑块机构，棘轮机构，单向离合器，发条储能器及支撑装置构成，结构简单明了的同时实现储能发电，便于安装与维护；

2.相较于现有技术中通过齿轮齿条将竖直方向的运动转换为齿轮的旋转，本装置采用的曲柄滑块结构承载力高，便于润滑，磨损轻，寿命长，免去了频繁更换零部件的麻烦，此外曲柄滑块制造简便，易于获得较高的制造精度，传递动力大，可以灵活调整曲柄与摆杆的长度比例将传送带的小位移放大，可以通过调整各杆的长度来实现较大的传动比，将减速带表面的微小形变实现放大；

3.本装置采用单棘轮机构实现运动位移的单向积累，相较于现有的双轮棘轮机构，空间得以缩小，与此同时，本装置采用的单向离合器，相较于现有单向控制装置，简单的结构形成较小的体积，复合减速带的结构要求，在汽车驶过压下滑块时带动发条卷紧储能，驶离时滑块向上移动，此时棘轮机构的主动摆杆和主动棘爪向反方向转动，棘轮不转动，即单向离合器外圈不转动时，不影响发条的储能放能，在车流量大的时候也能很好地收集储存能量，实现能量的回收利用，相较于现有的设置两个开关来控制涡卷弹簧储能放能的装置，本装置采用的发条储能能及时储放能量，在车流高峰期也能连续工作，而设置了开关的涡卷弹簧则在车流量高峰期频繁转换开关，容易损坏，且一旦损坏，难以维修；

4.本装置采用发条储能，将汽车驶过减速带时不稳定的冲击力转换为稳定的能量输出，有利于发电机的工作，并且采用的强度较高的发条可以实现大容量储能，另外，发条装置型号固定便于更换，维护性好，成本也较低；

5.本发明在力求结构简单的同时，还设置多级变速，如曲柄滑块机构、棘轮机构、齿轮机构，用最小的空间尽可能大的实现高传动比，因此主转轴转速较高，在传递功率相同的情况下，转轴的扭矩减小，轴的载荷小，轴的设计直径小，间接减小了体积，较高的传动比使得本装置相较于其他现有装置的能量传递效率有显著提高；

6.轴两端分别安装两个指定联动方向相反的单向离合器，最终实现发电机主轴单方向转动，改善了发电机的电压波形，保证了电能质量；

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明棘轮机构示意图；

图3为本发明单向离合器示意图；

图4为本发明发条式弹性储能器结构示意图；

图5为本发明曲柄滑块机构安装示意图；

其中，1-减速带、2-支撑架、3-金属条、4-第一曲柄、5-第二曲柄、6-主动摆杆、7-滑块、8-支撑板、9-导槽、10-回位弹簧、11-主动棘爪、12-转轴、13-第一单向离合器、14-第二单向离合器、15-棘轮、16-外齿轮、17-发电机、18-发条式弹性储能器、18.1-底座、18.2-可拆卸式外壳、18.3-发条、19-安装齿轮、20-止动棘爪、21-支撑座、22-基座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明为一种机械储能式公路减速带发电装置，如图1-5所示，本发明包括机械传动部分和蓄能发电部分；

所述机械传动部分包括固定在路面的减速带1，设置在减速带侧面的支撑架2，固定在减速带下表面的金属条3，铰接在金属条3上的第一曲柄4，所述第一曲柄4和第二曲柄5及主动摆杆6依次铰接，所述第一曲柄4与第二曲柄5共同铰接于滑块7上，减速带箱体内部设有支撑板8，支撑板8上设有导槽9，所述滑块7安装在导槽9中可在导槽9中上下滑动，回位弹簧10安装在导槽9中，两端分别固定在滑块7下方和导槽9下端，主动棘爪11固定在主动摆杆6上，转轴12上分别固接联动方向相反的第一单向离合器13和第二单向离合器14，第一单向离合器13和第二单向离合器14的内圈通过平键与转轴12固定连接。转轴12的端部通过基座22支撑，所述第一单向离合器13外圈上固接棘轮15，棘轮15与主动棘爪11啮合，所述第二单向离合器14外圈上设有外齿轮16；

所述蓄能发电部分包括发电机17和发条式弹性储能器18，所述发条式弹性储能器18安装在转轴12上并设于所述第一单向离合器13和第二单向离合器14之间，所述发电机轴上设有安装齿轮19，所述安装齿轮19与外齿轮16啮合。

如图4所示，所述发条式弹性储能器18包括底座18.1、可拆卸式外壳18.2和发条18.3，底座18.1与底面整体固联，可拆卸式外壳18.2与底座18.1通过螺钉固联，发条18.3两端分别与转轴12和底座18.1固联。

如图3所示，所述棘轮15上还设有止动棘爪20，所述止动棘爪20通过支撑座21固定于底面。

在上述实施例中，所述金属条3的强度极限大于700Mpa,弹性模量不小于198Gpa，且不大于240Gpa，其弹性限度较大，能更充分的收集能量，且其强度较大，能承受较大的冲击力，保证了其使用寿命，不用频繁更换，便于维护。金属条3与第一曲柄4铰接，当汽车冲击减速带时，金属形变条产生的合形变包括水平分量和竖直分量，铰链可以吸收其水平分量，避免其对滑块产生水平冲击力。

棘轮15分别与主动棘爪11和止动棘爪20相啮合，其中棘轮15只能单方向转动，确保了当滑块7向上运动过程中发条运动的独立性，所述棘轮15与第一单向离合器13的外圈螺栓连接固定，实现同步转动。转轴12中部装有发条式弹性储能器18，发条式弹性储能器18更有利于能量的稳定输出，有利于发电机更好的工作。所述第一单向离合器13以外圈驱动，第二单向离合器以内圈驱动，指定联动方向相反，单向离合器当外圈(或者内圈)沿指定联动方向转动时，均会带动另外一个实现同向转动，即外圈和内圈同向转动；当外圈(或者内圈)沿与指定联动方向相反方向转动时，则另外一个保持静止，即外圈或者内圈单独转动，这样可以在车流量大的时候连续工作，源源不断的将能量回收利用。发电机17的安装齿轮19与第二单向离合器14通过一对齿轮连接，实现较大传动比，提高发电机转轴转速。

当汽车轧过减速带1的表面时，引起减速带1表面和金属条3发生形变，导致第一曲柄4驱动滑块7向下移动，曲柄滑块机构带动棘轮机构的主动摆杆6转动，从而驱动棘轮15产生单方向的转动，棘轮15又带动第一单向离合器13的外圈产生单向转动，在此方向上，第一单向离合器13外圈带动内圈产生同方向的转动，进而带动转轴12产生同方向的转动，使弹性储能器内的发条18.1卷紧实现储能。

此时，由于第二单向离合器14的内圈转动方向与其联动方向不同，所以其外圈不能转动，发电机4此时不发电。

当车轮离开减速带1表面，金属条3形变量减少时，导致第一曲柄4驱动滑块7向上移动，此时棘轮机构的主动摆杆6和主动棘爪11向反方向转动，但棘轮15不转动，即第一单向离合器外圈不转动。

转轴上储能器发条18.1开始恢复原状，释放能量，转轴12开始沿反方向转动，对于第一单向离合器13，其转动方向与指定联动方向相反，故第一单向离合器的外圈不转动，对于第二单向离合器14，其转动方向与指定联动方向相同，故第二单向离合器14的外圈转动，驱动发电机17转轴转动，发电机发电，并通过蓄电池将电能储存起来。

本发明的主要采用曲柄滑块机构把竖直的振动转换为棘轮的转动，并且通过两个联动方向相反的单向离合器的使用保证了装置沿指定方向联动，使得发条左右部分保持一定的相对独立性，使得整个装置更能有条不紊的工作。

为了保证发电机更好地运行，本发明采用了发条储能装置，将车辆路过驶过传送带时不稳定的机械能收集起来，转换为稳定的能量输出，同时采用了一对齿轮将发电机17与第二单向离合器14相连，实现较大的传动比，能提高发电机转轴转速。

本发明结构简单，易于安装使用，没有采用其他的复杂的结构，易于维护维修，且制作成本低，便于广泛推广使用，在将能量回收利用的同时，也通过本装置具有的缓冲作用，减少车辆对路面的冲击与破坏，也减少了车所受到的冲击，提高了行车的舒适度，同时带来经济和社会效益。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.机械储能式公路减速带发电装置，其特征在于：包括机械传动部分和蓄能发电部分；

所述机械传动部分包括固定在路面的减速带(1)，设置在减速带侧面的支撑架(2)，固定在减速带下表面的金属条(3)，铰接在金属条(3)上的第一曲柄(4)，所述第一曲柄(4)和第二曲柄(5)及主动摆杆(6)依次铰接，所述第一曲柄(4)与第二曲柄(5)共同铰接于滑块(7)上，减速带箱体内部设有支撑板(8)，支撑板(8)上设有导槽(9)，所述滑块(7)安装在导槽(9)中可在导槽(9)中上下滑动，回位弹簧(10)安装在导槽(9)中，两端分别固定在滑块(7)下方和导槽(9)下端，主动棘爪(11)固定在主动摆杆(6)上，转轴(12)上分别固接联动方向相反的第一单向离合器(13)和第二单向离合器(14)，所述第一单向离合器(13)外圈上固接棘轮(15)，棘轮(15)与主动棘爪(11)啮合，所述第二单向离合器(14)外圈上设有外齿轮(16)；

所述蓄能发电部分包括发电机(17)和发条式弹性储能器(18)，所述发条式弹性储能器(18)安装在转轴(12)上并设于所述第一单向离合器(13)和第二单向离合器(14)之间，所述发电机轴上设有安装齿轮(19)，所述安装齿轮(19)与外齿轮(16)啮合。

2.根据权利要求1所述的机械储能式公路减速带发电装置，其特征在于：所述发条式弹性储能器(18)包括底座(18.1)、可拆卸式外壳(18.2)和发条(18.3)，底座(18.1)与底面整体固联，可拆卸式外壳(18.2)与底座(18.1)通过螺钉固联，发条(18.3)两端分别与转轴(12)和底座(18.1)固联。

3.根据权利要求1所述的机械储能式公路减速带发电装置，其特征在于：所述棘轮(15)上还设有止动棘爪(20)，所述止动棘爪(20)通过支撑座(21)固定于底面。

4.根据权利要求1所述的机械储能式公路减速带发电装置，其特征在于：所述第一单向离合器(13)和第二单向离合器(14)的内圈通过平键与转轴(12)固定连接。

5.根据权利要求1所述的机械储能式公路减速带发电装置，其特征在于：所述金属条(3)的强度极限大于700Mpa,弹性模量不小于198Gpa，且不大于240Gpa。

6.根据权利要求1所述的机械储能式公路减速带发电装置，其特征在于：所述转轴(12)的端部通过基座(22)支撑。