CN203114544U - 一种地下车库的压电发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地下车库的压电发电系统，包括设置在地下车库的k个压电发电装置（8），以及分别与k个压电发电装置（8）连接的电能收集装置（9）、与电能收集装置（9）连接的蓄电池（10），其中压电发电装置（8）的安装间距大于或小于汽车轴距，k为大于0的自然数，所述减速带压电发电装置（8）包括减速装置、传动装置、发电装置；其中减速装置包括减速带楔体（1）、减速带平板（2）和弹性部件（3），本实用新型利用汽车碾压减速带，使得减速带的各部件发生相对运动，将动能最终转化成电能，然后通过电能收集装置（9）收集为蓄电池（10）充电，达到压电发电目的。

Description

一种地下车库的压电发电系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用动能转化成重力势能进而转化成电能的压电发电系统，具体涉及一种地下车库减速带的压电发电系统。

背景技术

现有地下停车库中，汽车减速主要靠手动刹车以及汽车与普通减速带之间的碰撞，从而使得汽车动能减小，实现减速，有关减速动能发电的科研热度正在逐步上升，地下车库的照明系统主要采用市电供电，将作用在缓冲减速带冲量转变为电能的技术与停车场环境照明相结合的例子还没有出现。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种地车车库的压电发电系统，通过将汽车在运动过程中产生的动能转化成电能，使汽车运动速度迅速减少，用减速带实现汽车的减速，保证汽车平稳地经过减速带，同时，可作为辅助供电装置，为地下车库的照明系统提供电能，从而实现汽车减速，以及地下车库照明灯的能源供应。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种地下车库的压电发电系统，包括设置在地下车库的k个压电发电装置，以及分别与k个压电发电装置连接的电能收集装置、与电能收集装置连接的蓄电池，其中压电发电装置的安装间距大于或小于汽车轴距，k为大于等于1的自然数；

所述减速带压电发电装置包括减速装置、传动装置、发电装置；其中减速装置包括减速带楔体、减速带平板和弹性部件，所述减速带楔体固定安装在道路表面，所述减速带平板与路面平行安装并且其上表面与减速带楔体的顶端平齐对接，所述弹性部件垂直连接在减速带平板的下表面；所述传动装置与减速带平板下表面连接，所述发电装置与传动装置连接。

所述传动装置包括齿条和齿圈，所述发电装置包括单向离合器和步进电机轴，其中：所述齿条垂直连接在减速带平板的下表面中心，齿条与齿圈噬合，所述齿圈的内表面与单向离合器的外表面连接，单向离合器套接在步进电机轴上。

所述弹性部件由j对对称分布于减速带平板下表面两端的弹簧或弹片组成，j为大于0的自然数。

所述弹性部件为液压装置。

所述减速带楔体的高度小于汽车的最低底盘高度。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：车轮经过减速带楔体时，将汽车动能转化为重力势能；车轮离开减速带楔体并碾压减速带平板时，通过传动装置带动步进电机轴转动，从而重力势能转化为电能，通过电能收集装置收集电能，为蓄电池充电，这样不仅可以使汽车减速，而且可以收集减少的能量用于地下车库的照明。

附图说明

图1是本实用新型系统组成示意图；

图2是本实用新型减速带压电发电装置结构图；

图3是本实用新型减速带压电发电装置的安装示意图；

其中图中的标号：1-减速带楔体；2-减速带平板；3-弹性部件；4-齿条；5-齿圈；6-单向离合器；7-步进电机；8-减速带压电发电装置；9-电能收集装置；10-蓄电池。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型系统结构框图如图1所示，由减速带压电发电装置8、电能收集装置9及蓄电池10依次顺序连接组成，减速带压电发电装置8将汽车动能转化成电能，实现汽车减速，同时通过电能收集装置9收集电能给蓄电池10充电。

减速带压电发电装置结构组成如图2所示，所述减速带压电发电装置包括依次连接的减速装置、传动装置、发电装置，其中减速装置由减速带楔体1、减速带平板2及弹性部件3组成；传动装置由齿条4、齿圈5组成，发电装置由单向离合器6和步进电机轴7组成。

减速带压电发电装置的安装示意图如图3所示，弹性部件3垂直连接在减速带平板2的下表面，减速带平板2与路面平行安装，减速带楔体1固定在道路表面；减速带平板2上表面与减速带楔体1最高点平齐，减速带平板2与减速带楔体1的距离大于等于2厘米且小于5厘米，齿条4垂直连接在减速带平板2的下表面中心，弹性部件3垂直对称连接于减速带平板2的下表面两端；齿条4与齿圈5噬合，齿圈5内表面与单向离合器6外表面紧密连接，单向离合器6套接在步进电机轴7上。本实施例的弹性部件可选择弹簧、弹片等具有弹性系数的装置，单向离合器可选择楔块式单向离合器。

以车辆经过平面上的减速带为例，分析本实用新型的工作过程，车轮经过减速带楔体1时，在无制动情况下，将汽车动能转化为重力势能，车轮离开减速带楔体1并碾压减速带平板2，带动齿条4迅速下移，弹性部件3压缩，齿圈5转动并带动步进电机轴7转动，达到发电的目的。汽车下降过程中，弹性部件3弹力不断增加，使汽车下降速度迅速减少，保证汽车平稳地经过减速带平板2。车轮离开减速带平板2后，弹性部件3储存的势能释放，使减速带平板2复位。同时，单向离合器6的主动与从动部分产生相对运动，主动部分迅速停止运动，从动部分在惯性作用下继续带动步进电机轴转动发电。

本实用新型地下车库的压电发电系统的主要参数分析如下：

假设每个减速带平板2下面安装四对弹簧

（1）弹簧的弹性系数K:弹簧弹力恰好与汽车对减速带平板的压力相同时，弹簧可充分压缩，齿条具有较大的速度带动齿轮转动，假设只有一排车轮碾压减速带，有：

地下停车库斜坡：

地下停车库平地：

其中，Δl为弹簧最大形变量，α为地下停车库斜坡倾角，K₁为斜坡上弹簧的弹性系数，K₂为平地上弹簧的弹性系数，G_汽车为汽车重力。

（2）减速带楔体高度h

减速带楔体高度和减速带平板距离地面的最大距离相同，必须小于汽车底盘与地面的距离，否则会影响汽车行进，造成汽车损伤，同时，减速带平板高度越高，齿条获得的冲量越大，齿轮转动时间越久，即能收集更多的能量，弹簧一端与减速带平板固定，减速带平板的下降引起弹簧形变，当减速带平板被汽车碾压至地面时，弹簧达到最大伸缩量，因此选择减速带平板高度等于弹簧的最大形变量，且小于汽车的最低底盘高度。

（3）减速带平板宽度n

减速带平板宽度为减速带平板平行于车辆行驶方向的边长，车辆经过减速带,要保证车辆充分的碾压减速带平板,以获得足够大的重力势能,临界状态为：车轮刚离开减速带平板，减速带平板恰好达到最大压缩量，所以应满足约束条件:

其中R_轮为车轮的半径，h为减速带平板高度。

（4）减速带楔体宽度m

减速带楔体宽度为减速带楔体与汽车接触的面的宽度，即汽车碾压过得长度，减速带楔体宽度过小，汽车便无法平稳地碾压减速带平板，增大减速带楔体宽度可增加舒适感；同时，根据减速带参数规定，减速带平板和楔体的宽度是相互制约的，有：

max m

s.t.m+n≤b

综上，在减速带参数规定约束下，我们得到以下数学模型：

max h,m

s.t.h≤a

    h≤H_底盘

m+n≤b

$\frac{h}{m+n}\≤c$

其中，H_底盘为汽车底盘高度，a、b、c分别是在减速带参数规定约束下，减速带高度最大值，宽度最大值，高度与宽度尺寸之比最大值，假设a=70mm,b=405mm,c=0.7。

从以上建立的数学模型，归纳出各个参数范围如下：

m={m|m≤b-n,m≥h/c-n}

ｈ、m和n是相互制约的，相互联系的，在这里我们给出一组可行解，如下：

h=70mm

m=100mm

n=300mm

（5）减速带分布密度ρ

假设我们分别在地下停车场斜坡和平地均匀放置N₁，N₂个减速带，其中N₁，N₂为自然数减速带密度分别为：

ρ₁=N₁/L_斜坡

ρ₂=N₂/L_平地

其中，ρ₁、ρ₂分别为减速带在斜坡上和在平地上的分布密度，L_斜坡、L_平地分别为地下停车场斜坡和平地长度。

汽车在经过斜坡和平面时碾压减速带，减速带发电装置采集到的势能为：

W₁=G_汽车·cosα·h·N₁+G_汽车·h·N₂

其中，G_汽车为汽车重力，α为斜坡角度，h为减速带平板高度，平地上的减速带收集能量的效率较高，为节约成本，应使N₂尽量大。

假设汽车速度进入地下停车库的速度为V_进，无制动碾压完所有减速带后速度为V_出，过程中损失的势能和动能大部分被减速带装置转化为电能，损失的能量为：

其中，g为重力常数。

在忽略摩擦的情况，大致有：

W₁=W₂

得到地下停车库斜坡和平地减速带数量N₁，N₂应满足约束条件：

为了增强舒适感，汽车前后轮不能同时碾压减速带，而且，约定汽车前后轮之间最多有一个减速带装置，有约束条件1：

其中，L_轴为汽车轴距。

汽车每经过一次减速带，平面上的减速带装置收集的能量大于斜坡上的装置收集的能量，所以，应使平面上的减速带装置数量尽量大。

从经济方面考虑，在能达到相同效果的情况下，应使减速带数量尽量少。

综上，建立以下数学模型：

max N₂

min N₁+N₂

根据实际情况，给定地下停车场斜坡平地长度以及斜坡倾角，结合已确定的减速带主要参数，便可确定减速带密度。

建立平面直角坐标系，横纵轴分别代表N₁、N₂的可能取值。我们假设N₁、N₂可取小数，则约束条件：

定义了平面上的一条线段，该线段位于第一象限。由以上建立的数学模型得到：

从上式可以看出，欲使N₁+N₂尽量小，令N₂尽量大即可，从而在线段上得到符合要求的一点(N₁′,N₂′)。由于N₁、N₂为自然数，取离该点最近的整数点(N₁′′,N₂′′)，则N₁′′、N₂′′即为N₁、N₂的取值。

Claims (5)

1.一种地下车库的压电发电系统，其特征在于：包括设置在地下车库的k个压电发电装置（8），以及分别与k个压电发电装置（8）连接的电能收集装置（9）、与电能收集装置（9）连接的蓄电池（10），其中压电发电装置（8）的安装间距大于或小于汽车轴距，k为大于等于1的自然数；

所述减速带压电发电装置（8）包括减速装置、传动装置、发电装置；其中减速装置包括减速带楔体（1）、减速带平板（2）和弹性部件（3），所述减速带楔体（1）固定安装在道路表面，所述减速带平板（2）与路面平行安装并且其上表面与减速带楔体（1）的顶端平齐对接，所述弹性部件（3）垂直连接在减速带平板（2）的下表面；所述传动装置与减速带平板（2）下表面连接，所述发电装置与传动装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种地下车库的压电发电系统，其特征在于：所述传动装置包括齿条（4）和齿圈（5），所述发电装置包括单向离合器（6）和步进电机轴（7），其中：所述齿条（4）垂直连接在减速带平板（2）的下表面中心，齿条（4）与齿圈（5）噬合，所述齿圈（5）的内表面与单向离合器（6）的外表面连接，单向离合器（6）套接在步进电机轴（7）上。

3.根据权利要求1所述的一种地下车库的压电发电系统，其特征在于：所述弹性部件（3）由j对对称分布于减速带平板（2）下表面两端的弹簧或弹片组成，j为大于0的自然数。

4.根据权利要求1所述的一种地下车库的压电发电系统，其特征在于：所述弹性部件（3）为液压装置。

5.根据权利要求1所述的一种地下车库的压电发电系统，其特征在于：所述减速带楔体（1）的高度小于汽车的最低底盘高度。

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