CN110001493B - 公共交通拉手发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公共交通拉手发电装置，包括以转动方式设置在车厢内的传动轴，传动轴的一端连接有发电机，该传动轴上分布有至少一个发电驱动模组，发电驱动模组包括固定安装在车厢内的支撑壳体，支撑壳体通过轴承支承在传动轴上，支撑壳体内转动安装有转轴，该转轴与传动轴之间通过单向传动机构动力连接，该转轴上卷套有拉带，拉带的一端伸出支撑壳体，并连接有拉手，转轴的一端安装有复位部件，以提供转轴沿拉带收回方向转动的驱动力，转轴的另一端安装有止锁组件，在该转轴转动惯量超过预设值时，止锁组件能够限制转轴沿拉带拉出方向转动。本发明的有益效果是：结构简单，发电效率高，车辆急停急起时拉手稳固性好。

Description

公共交通拉手发电装置

技术领域

本发明涉及一种节能装置，具体涉及一种公共交通拉手发电装置。

背景技术

目前，公交、地铁等公共交通工具依旧是大多数城市居民首选的出行工具，在集中式乘客运输过程中，无座乘客须通过手握拉手或吊环并施加向下拉力，才能保证站立的平稳性。

公交车行车中，手握拉手的乘客难免会发生摇摆晃动，在站立乘客晃动时，手部会对拉手施加额外的拉力来维持自身的平衡，在这施力的过程中，部分动能在拉手位置会以摩擦力的形式散出，无形之中造成了能量的浪费。基于此，市面上出现了一些利用乘客手握拉手的拉力来发电，并用于车内供电系统的发电装置。但是这些发电装置普遍存在以下技术缺陷：1、机构过于复杂，不便于装配在车内；2、发电效率低；3、在车辆急停、启动等过程中，拉手的稳固性差，乘客无法保持平衡，存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种公共交通拉手发电装置，以解决传统拉手发电装置结构复杂，发电效率低，以及车辆急停急起时拉手稳固性差等技术问题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种公共交通拉手发电装置，其关键在于：包括以转动方式设置在车厢内的传动轴，传动轴的一端连接有发电机，该传动轴上沿长度方向分布有至少一个发电驱动模组，发电驱动模组包括固相对于所述车厢固定的支撑壳体，支撑壳体通过轴承支承在所述传动轴上，支撑壳体内转动安装有转轴，该转轴与所述传动轴之间通过单向传动机构动力连接，该转轴上卷套有拉带，拉带的一端伸出支撑壳体，所述转轴的一端安装有复位部件，以提供转轴沿拉带收回方向转动的驱动力，转轴的另一端安装有止锁组件，在该转轴转动惯量超过预设值时，止锁组件能够限制转轴沿使拉带向外运动的方向转动。

采用上述结构，拉手发电结构通过齿轮、棘轮等传递运动关系，机构比较简单，易于装配。站立的乘客手持拉手，通过拉带驱动转轴转动，然后动力依次经转轴、单向传动机构、传动轴传递至发电机的输入轴上，从而驱动发电机转动，达到发电的目的，并且发电效率较高。在拉手拉动至极限位置后，复位部件能够让转轴自动复位，由于单向传动机构的设置，在转轴以及拉带复位过程中，传动轴也不会逆向转动，不会影响发电效果。在车辆急停、急起以及颠簸较厉害时，转轴转动惯量会突然增加，所以止锁组件能够限制转轴沿拉带拉出方向继续转动，拉带不在向外伸出，拉手稳固性较好，能够避免乘客倾倒，安全可靠性好。

作为优选：所述单向传动机构包括固定套装在传动轴上的第一齿轮，以及转动套装转轴上的第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮互相啮合，第二齿轮的端面设有棘轮槽，转轴在对应棘轮槽位置转动安装有棘齿。

作为优选：所述转轴上设有安装盘，棘齿转动安装在安装盘上，并通过第一弹性元件支撑在与所述棘轮槽相适应的位置。采用上述结构，在拉动拉手驱动转轴发电时，棘齿与棘轮槽发生啮合关系，从而依次驱动第二齿轮、第一齿轮、传动轴以及发电机转动；在转轴复位过程中，棘齿与棘轮槽不发生啮合关系，保证传动轴不转动，不影响发电效果。

作为优选：所述支撑壳体正对转轴一端端部的侧壁上设有环形阵列分布的止锁槽，所述转轴的端面上设有安装轴，止锁组件包括均转动设置在安装轴上的锁齿和摆锤，其中锁齿的一侧设有驱动槽，摆锤的末端具有撞击球，撞击球位于驱动槽内。采用上述结构，在车辆急停、急起以及颠簸较厉害时，摆锤借助惯性的作用，推动锁齿的端部进入止锁槽内，能够防止转轴转动，确保拉手的稳固性，有利于站立乘客抓紧拉手。

作为优选：所述转轴的端面上还设有第一限位部和第二限位部，所述锁齿转动的上下极限位置分别被第一限位部和第二限位部限制。

作为优选：所述转轴的端面上安装有第二弹性元件，第二弹性元件的远端弹性抵接在所述锁齿上。在锁齿端部脱离止锁槽后，该第二弹性元件使锁齿回位至第二限位部位置。

作为优选：所述复位部件为卷簧，卷簧设置在转轴远离锁齿的一端，且卷簧的两端分别与转轴和支撑壳体固定连接。

作为优选：所述支撑壳体上安装有沿传动轴轴向布置的支撑套筒，所述传动轴通过轴承转动安装在该支撑套筒内。采用上述结构，不仅利于装配，还能将转动的传动轴覆盖起来，起到保护作用。

作为优选：所述传动轴的端部安装有第三齿轮，发电机的输入轴上安装有第四齿轮，该第四齿轮与第三齿轮互相啮合。

作为优选：所述第二齿轮的直径大于第一齿轮的直径，第四齿轮的直径大于第三齿轮的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的公共交通拉手发电装置，拉手发电结构通过齿轮、棘轮等传递运动关系，机构比较简单，易于装配。站立的乘客手持拉手，通过拉带驱动转轴转动，然后动力依次经转轴、单向传动机构、传动轴传递至发电机的输入轴上，从而驱动发电机转动，达到发电的目的，并且发电效率较高。在拉手拉动至极限位置后，复位部件能够让转轴自动复位，由于单向传动机构的设置，在转轴以及拉带复位过程中，传动轴也不会逆向转动，不会影响发电效果。在车辆急停、急起以及颠簸较厉害时，止锁组件能够限制转轴转动，拉手的拉带不会继续向外伸出，拉手稳固性较好，能够避免乘客倾倒，安全可靠性好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图(止锁组件处于锁定状态)；

图3为沿图1中A-A线的剖视图(止锁组件处于非锁定状态)；

图4为锁齿、摆锤的结构示意图；

图5为止锁组件处于非锁定状态时的放大示意图；

图6为本发明的使用状态参考图；

图7为发电装置的总体示意图；

图8为发电装置应用于公交的电气控制原理图；

图9为发电装置应用于地铁的电气控制原理图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1和6所示，一种公共交通拉手发电装置，包括以转动方式设置在车厢1内的传动轴14，传动轴14的端部通过第四齿轮13与第三齿轮12动力连接有发电机4，第三齿轮12固定安装在传动轴14上，第四齿轮13固定安装在发电机4的输入轴上。

传动轴14上安装有至少一个支撑壳体2，支撑壳体2相对车厢1静止，支撑壳体2内转动安装有转轴3，该转轴3与所述传动轴14之间通过单向传动机构5动力连接，该转轴3上卷套有拉带6，拉带6的一端外露于所述支撑壳体2，并在端部连接有拉手7，通过拉带6驱动转轴3转动，然后动力依次经转轴3、单向传动机构5、传动轴14传递至发电机4的输入轴上，从而驱动发电机4转动，达到发电的目的，并且发电效率较高，在拉手7拉动至极限位置后，复位部件8能够让转轴3自动复位，由于单向传动机构5的设置，在转轴3以及拉带6复位过程中，传动轴14也不会逆向转动，不会影响发电效果。本实施例中，支撑壳体2的数量根据车厢1的实际长度而灵活布置。

再如图2所示，进一步的，单向传动机构5的具体结构如下所述：包括固定套装在传动轴14上的第一齿轮5a，以及转动套装在转轴3上的第二齿轮5b，第一齿轮5a与第二齿轮5b互相啮合，第二齿轮5b与转轴3之间设有单向棘轮结构，单向棘轮结构包括棘齿5c，以及设置在第二齿轮5b端面的棘轮槽5d，所述转轴3上设有安装盘3a，棘齿5c转动安装在安装盘3a上，且棘齿5c通过第一弹性元件5e支撑在与棘轮槽5d相适应的位置，在拉动拉手7驱动转轴3发电时，棘齿5c与棘轮槽5d发生啮合关系，从而依次驱动第二齿轮5b、第一齿轮5a、传动轴14以及发电机4转动；在转轴3复位过程中，棘齿5c与棘轮槽5d不发生啮合关系，保证传动轴14不转动，不影响发电效果。

转轴3与支撑壳体2之间设有复位部件8，复位部件8优选的设置为卷簧，卷簧安装在转轴3的端部，且卷簧的两端分别与转轴3和支撑壳体2固定连接，在拉手7拉动至极限位置后，该卷簧能够让转轴3自动复位。

再如图2、3、4、5所示，转轴3与支撑壳体2之间设有止锁组件9，具体结构如下所述：转轴3的端面上设有安装轴9c、第一限位部9d和第二限位部9e，安装轴9c上转动安装有锁齿9a和摆锤9b，锁齿9a靠近转轴3端面的一侧设有驱动槽9g，摆锤9b的一端设有位于驱动槽9g内撞击球9h，支撑壳体2在对应锁齿9a位置设有环形阵列分布的止锁槽2a，在车辆急停、急起以及颠簸较为厉害时，摆锤9b借助自身惯性的作用，在驱动槽9g内运动并撞击驱动槽9g的侧壁，从而使锁齿9a的端部进入止锁槽2a内，又由于锁齿9a转动的上下极限位置分别被第一限位部9d和第二限位部9e限制，所以此时抵接在止锁槽2a内的锁齿9a能够起到限制转轴3转动的作用，确保拉手的稳固性，有利于站立乘客抓紧拉手。

其次，转轴3的端面上还安装有第二弹性元件9f，在锁齿9a端部脱离止锁槽2a后，该第二弹性元件9f能够使锁齿9a回位至第二限位部9e位置。

本实施例中，第一弹性元件5e、第二弹性元件9f均优选的设置为弹簧片，当然也可以采用扭簧、拉簧等弹性部件来替代弹簧片。

再如图1所示，为便于装配，支撑壳体2上安装有沿传动轴14轴向布置的支撑套筒10，所述传动轴14通过轴承11转动安装在该支撑套筒10内，这样设置还能将转动的传动轴14覆盖起来，起到保护作用。

如图2所示，拉带6从支撑壳体2内穿出，位于支撑壳体2内部的拉带6上设有卡块6a，卡块6a能够起到极限限位的作用，支撑壳体2在对应拉带6出口位置设有环状结构的加强凸起6b，以增加极限限位的支撑强度。

第二齿轮5b的直径大于第一齿轮5a的直径，第四齿轮13的直径大于第三齿轮12的直径，如此设计，能够起到增速作用，提高传动效率。

拉手7向下拉动的安全性采用发电机输出控制、安全带卡块6a与止锁组件9三重保证：1)拉手7正常受拉情况下，拉手7向下拉动距离通过内部设置卡块6a限制；2)当拉手7突然受较大拉力冲击情况下，拉手7内部设置的止锁组件9确保拉手7瞬间锁止；3)发电机反拖发电过程中，进行电机转速、扭矩控制，确保拉手7向下位移变化的平稳性。

如图7所示，当乘客向下拉动拉手7时，拉带6拖动转轴3转动，进而依次驱动第二齿轮5b、第一齿轮5a、传动轴14以及发电机4转动，电机转动过程反拖发电，通过电机控制器逆变为高压直流电储存到电池组，电池组通过直流高压-低压(DC-DC)电压转化，给车上12V电瓶充电，减少车载发电机工作频率，从而达到节能减排的作用。

如图8所示，本实施例以公交车吊环发电为例，充电控制原理如下所述：

电机反拖发电过程中，通过电机控制器将交流电转变成直流电，储存到高压电池组中。当充电控制器通过引脚1、2采集高压电池组的储电量信号低于一定阈值时(设定20-30％)，充电控制器通过引脚5、6发出12V信号控制高压继电器IR1吸合，车载发电机发电给车载启动电瓶充电，并供应全车用电，此时，充电控制器3、4引脚无信号，即DC-DC无12V信号不工作，高压电池组不给启动电瓶充电。

当充电控制器通过引脚1、2采集高压电池组的储电量信号达到一定阈值时(设定50-60％)，充电控制器取消引脚5、6提供的12V信号，高压继电器IR1断开，发电机不工作。充电控制器通过3、4引脚提供12V信号，控制DC-DC工作，通过高压电池组给车载电池供电，并供应车厢用电设备用电，如照明、车载视屏等。

通过充电控制器对高压电池组的电量信号采集与判断，通过控制继电器IR1的吸合与断开建立了充电控制器控制扶手发电装置与车载发电机交替应用算法，降低车载发电机工作频率，达到节能减排的作用。

本实施例中，发电机优选采用力矩发电机，其型号为NE-300W三相交流永磁发电机，通过对该发电机设定一个恒定的转速(即传动轴14具有恒定的转速)，能够保证多个发电驱动模组B同时以能量叠加的方式对传动轴14做功。

如图9所示，本实施例再以地铁拉手发电为例，充电控制原理如下所述：

当电源控制器通过引脚5、6采集12V电池组的储电量信号低于一定阈值时(设定20-30％)，电源控制器通过引脚3、4发出12V信号控制高压继电器IR1吸合，原车低压电源系统给车厢用电设备供电，此时，电源控制器1、2引脚无12V信号，高压继电器IR2仍处于断开状态，12V电池组与车厢用电设备回路处于断开状态，12V电池组不参与供电。

当电源控制器通过引脚5、6采集12V电池组的储电量信号达到一定阈值时(设定50-60％)，电源控制器1、2引脚提供12V信号，高压继电器IR2吸合，12V电池组与车厢用电设备回路处于接通状态，随后，电源控制器取消引脚3、4提供的12V信号，高压继电器IR1断开，原车低压电源系统不给车厢用电设备供电，而由12V电池组供电。

选型12V低压直流电机，电机反拖发电通过电机控制器将交流电转变成直流电，直接给12V电池组充电。通过电源控制器对12V电池组的电量信号采集与判断，通过控制继电器IR1、IR2的吸合与断开建立了充电控制器控制扶手发电装置与原车低压电源系统交替应用的算法，实现车厢用电设备的供电电源的交替应用，降低原车低压电源系统供电频率，达到节能减排作用。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种公共交通拉手发电装置，其特征在于：包括以转动方式设置在车厢（1）内的传动轴（14），传动轴（14）的一端连接有发电机（4），该传动轴（14）上沿长度方向分布有至少一个发电驱动模组（B），发电驱动模组（B）包括固相对于所述车厢（1）固定的支撑壳体（2），支撑壳体（2）通过轴承支承在所述传动轴（14）上，支撑壳体（2）内转动安装有转轴（3），该转轴（3）与所述传动轴（14）之间通过单向传动机构（5）动力连接，该转轴（3）上卷套有拉带（6），拉带（6）的一端伸出支撑壳体（2），所述转轴（3）的一端安装有复位部件（8），以提供转轴（3）沿拉带（6）收回方向转动的驱动力，转轴（3）的另一端安装有止锁组件（9），在该转轴（3）转动惯量超过预设值时，止锁组件（9）能够限制转轴（3）沿使拉带（6）向外运动的方向转动；

所述支撑壳体（2）正对转轴（3）一端端部的侧壁上设有环形阵列分布的止锁槽（2a），所述转轴（3）的端面上设有安装轴（9c），止锁组件（9）包括均转动设置在安装轴（9c）上的锁齿（9a）和摆锤（9b），其中锁齿（9a）的一侧设有驱动槽（9g），摆锤（9b）的末端具有撞击球（9h），撞击球（9h）位于驱动槽（9g）内，所述转轴（3）的端面上还设有第一限位部（9d）和第二限位部（9e），所述锁齿（9a）转动的上下极限位置分别被第一限位部（9d）和第二限位部（9e）限制；在车辆急停、急起以及颠簸较为厉害时，摆锤（9b）借助自身惯性的作用，在驱动槽（9g）内运动并撞击驱动槽（9g）的侧壁，从而使锁齿（9a）的端部进入止锁槽（2a）内，又由于锁齿（9a）转动的上下极限位置分别被第一限位部（9d）和第二限位部（9e）限制，所以此时抵接在止锁槽（2a）内的锁齿（9a）能够起到限制转轴（3）转动的作用；

所述支撑壳体（2）上安装有沿传动轴（14）轴向布置的支撑套筒（10），所述传动轴（14）通过轴承（11）转动安装在该支撑套筒（10）内。

2.根据权利要求1所述的公共交通拉手发电装置，其特征在于：所述单向传动机构（5）包括固定套装在传动轴（14）上的第一齿轮（5a），以及转动套装转轴（3）上的第二齿轮（5b），第一齿轮（5a）与第二齿轮（5b）互相啮合，第二齿轮（5b）的端面设有棘轮槽（5d），转轴（3）在对应棘轮槽（5d）位置转动安装有棘齿（5c）。

3.根据权利要求2所述的公共交通拉手发电装置，其特征在于：所述转轴（3）上设有安装盘（3a），棘齿（5c）转动安装在安装盘（3a）上，并通过第一弹性元件（5e）支撑在与所述棘轮槽（5d）相适应的位置。

4.根据权利要求1所述的公共交通拉手发电装置，其特征在于：所述转轴（3）的端面上安装有第二弹性元件（9f），第二弹性元件（9f）的远端弹性抵接在所述锁齿（9a）上。

5.根据权利要求1所述的公共交通拉手发电装置，其特征在于：所述复位部件（8）为卷簧，卷簧设置在转轴（3）远离锁齿（9a）的一端，且卷簧的两端分别与转轴（3）和支撑壳体（2）固定连接。

6.根据权利要求2所述的公共交通拉手发电装置，其特征在于：所述传动轴（14）的端部安装有第三齿轮（12），发电机（4）的输入轴上安装有第四齿轮（13），该第四齿轮（13）与第三齿轮（12）互相啮合。

7.根据权利要求6所述的公共交通拉手发电装置，其特征在于：所述第二齿轮（5b）的直径大于第一齿轮（5a）的直径，第四齿轮（13）的直径大于第三齿轮（12）的直径。