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一种基于减速带构成的发电装置

李珂，魏巍涛，杨辰涛，张幸芝

（华北电力大学，河北保定071000）

量回收利用已成为节能减排所需考虑的问题.这套装置就是针对这种能量浪费的现象，将此部 摘要：近几年，汽车数量迅速增加，汽车通过减速带时会浪费不少能量，如何将这部分能分能量通过一种基于减速带的发电装置转化为电能，重新利用.

关键词：减速带：发电：节能减拾

中图分类号：TP271.4文献标志码：B文章编号：1009-3230（2013）01-0011-05

Electrical GeneratorApparatusBased onaDeceleration Zone

LI Ke WEI Wei-tao YANC Chen-tao ZHANC Xing-zhi(North China Electric Power University Baoding 07100 China)

Abstract; In reent years the number of cars increasing rapidly while the car through thedeceleration zonc als waste a lot of energy，andhow these need to consider issues ofenergyconservation has bee a part of the energy recyeling. Faced with the phenomenon of this energywasted. This device can change those energy into electrical energy. Re-use of energy can be achieved.

Key words: deceleration zone; power generation; Energy reeycling

小、供电紧张的时候，可以补偿电能，进面保证了 能储存在蓄电池里，作为补充电源，当车流量较电能的可靠供给-.方便可靠，节能减排.

0引言

这套装置是一种基于减速带构成的发电装置.将汽车通过减速带时的重力势能转化为电能并得以有效利用，节能环保.当汽车通过减速带时，挤压减速带下的弹簧，弹簧发生弹性形变并且储能，通过曲柄滑块将能量传送到具有三级变速 功能的齿轮组中，带动齿轮转动并且使末端的齿轮速度提高，进面与发电机端口的齿轮哈合，带动发电机旋转，切割磁感线发电.则得到电枢电动势，将输出的电枢电势进行整流，变压后就可以供给用电装置，比如减速带附近的路灯，广告牌，红绿灯，移动电源以及供给收费站的工作用电都是可行的.当车流量较大时，可以将部分过剩的电

1研制背景及意义

如表1（近期北京部分高速公路车流量统计数据）所示，在社会经济日益发展的今天，汽车作为运输和代步工具，其数量也日益增加.汽车在经过减速带时，由于减速带高于地面，所以汽车的一部分动能会转化成车身的重力势能，而这部分汽车的重力势能往往被浪费掉了-).如何让将这部分能量加以利用，是一个值得研究的问题.

以往的发明装置存在明显的不足和局限之处，如：能量转化效率不高，整个系统结构单一，可实现性不大.这些不足都限制了减速带发电装置的利用和推广并且降低了能量的转化效率.

装置以此作为切人点，寻找设计一种基于汽

车减速过程中的能量转换装置，将这部分能量转化为电能，实现能量的循环利用，达到绿色能源的目的，也符合21世纪节能减排的主导思想(3].

2 设计方案

2.1装置结构和工作原理

当汽车通过减速带时，挤压减速带，进而使与减速带相连的弹簧发生弹性形变产生弹性势能.弹簧发生形变后，带动曲柄滑块，进而块带动具有三级变速功能的齿轮组做圆周运动，齿轮组的末端就会得到较高的转速，与驱动电机转子旋转的轴的外端的齿轮喷合后，使发电机的转子旋转做切割磁感线工作，从而得到电枢电动势.装置结构如图，所示.

表1近期北京部分高速公路车流量统计数据

序号 高连路名称 日平均流量1 2 八达岭商速 京石高速 94 184 142 9223 京沈高速 39 3625 4 京哈高道 京开高速 28 744 40 9656 六环高速 61 3107 8 京承高進（一期） 机场北线高速 63 463 12 5369 10 京通快速路 机场高速 1L001 153 00011 京津塘高速（北京段） 60 000

图1减速带发电装置机械原理图

2.2整体工作过程

具体工作过程为：汽车通过减速带1时，弹簧2发生弹性形变，曲柄滑块3工作带动主动齿轮4做圆周运动，齿轮4与同轴齿轮组5的小齿轮啮合，带动其做圆周运动，进面同轴的大齿轮运动，再带动齿轮组6工作，最后带动末端齿轮，末端就得到较高的转速，与驱动电机转子旋转的轴的外端齿轮咽合后，使发电机的转子旋转做切割磁感线工作，从面得到电枢电动势.

图2弹赞受力形变

2.3.2曲柄滑块

曲柄滑块机构中包含有作往复运动的滑块和作复合运动的连杆和作转动的曲柄，将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动.

2.3分部结构原理及工作过程

2.3.1弹簧形变过程

对曲柄滑块进行力学分析，如图，所示，（其中p=T/（s√2r/（s-1)）.

汽车挤压减速带，减速带挤压与之相连的弹如图，所示. 簧，弹簧发生形变并且产生弹性势能.受力分析

曲柄滑块的运动学特性如图，所示.

X2=2mn，则n=n ，由于x>x，则n>n，至X此，第一从动轮得以加速.

其余齿轮加速原同上.

2.3.4电机动传动过程

当末端齿轮得到一个较高的速度时，将速度传递给与之啮合的电机外端的齿轮，将转速传递给发电机带动转子旋转的轴，进而带动电机转子切割磁感线，产生电枢电势，输出电能.得到电枢PN电枢回路中会有电流流过.发电机运行时，就会带动用电设备工作.

图3曲柄滑块力学分析

图4由柄滑块运动学分析

2.3.5输出的电枢电枢分析

速度和加速度的表达式：

发电转转动后，将切割磁感线产生电势，将电势经过变压后供给用电设备.理论电路模型如图所示.

2.3.3三级变速齿轮组

设发电机输出的电势为电枢电势（不考虑各种损失）即E=E，变压器的变比为k= N 则N E=E. .N N 让此能供给用电设备.

以主动轮和第一从动轮为例，如图，所示.

利用齿轮传动与变速原理，可以将原始的直线运动转化为圆周运动，进面带动齿轮组和电机轴旋转做功.在此结构中，设输人主动轮的齿数为x，半径为r，角速度为∞，第一从动轮齿数为x，半径为r，角速度为，则由于主动轮与第一从动轮线速度相等，则在齿轮结构中由于周长比等于半径比也等于齿轮数之比，即：

图6整流变压装量处理原电能的理论电路图

2.4整体效率计算

略车速很慢而带来的较小横向冲击，忽略齿轮间 当一辆重2000kg的汽车通过此装置时，忽的摩擦力，以弹簧的刚度为20kg/mm为例，汽车驶过时弹簧的压缩量为10cm为例（减速带质量为8kg)

图5第一从动轮组合装置

0.998 m/s T ==0.20sa

a

0. 975

式中：E为电动机电动势；S为线圈面积；N为线圈距数；B为磁场强度；R为线圈阻值（20Ω）.

据统计全国收费站车流量为800辆/d，以北量.北京车流量见表1，日均车流量为平均车流 京的几条高速公路车流量计算收费站减速带发电量72473辆日.

单次发电量=Px电×（TT）=0.0175度，北京一条主要高速公路每一天的总的发电量为w=pn=1268.2775kwh，所以一年的发电量为46.29万kwh.所以，此装置的应用是可观的.

3创新点及应用

3.1创新点

（1）弹簧与曲柄滑块的配合，以及三级放大

3.2应用前景

4结束语

作用的齿轮组，符合机械原理，可靠稳定.

（2）该装置能够将汽车的动能转化为电能，符合绿色能源的思想，实现节能减排.

（3）结构简单可行，经济高效，加以蓄电池的配合，保证电能的可靠性.

装置可应用于具有减速带且车流量大的场所，如收费站、停车场等.利用该装置可以给收费站等场所附近的用电设备，如，路灯、广告牌、红绿灯等用电设备供电.也可以设计为移动电源供路上的旅客给手机，锂电池或者电动车充电，方便出行.其次还可以给收费站的生活和工作进行供电.

在经济飞速发展、车流量迅速增加的当今社会，应用此装置可以将汽车通过减速带时的潜在能量重复利用，节能减排，有效的促进了低碳环保事业.装置结构精简，机械原理强，工作可靠效率高，可实施性强，具有较强的研究性和发展前景.希望对减速带发电装置的的发展带来帮助，也为环保事业做出贡献.

参考文献

[1]许本堂，赵堂，一种公路收费站减速带能量因收发电系统探析[J].工程技术，电力科技，[2]孙担，机械原理[M].北京：高等教育出版社.2008.[3]王长贵，崔容强，周量.新能源发电技术[M].北京：，2003.[4]何海波，郑燕萍，蒋元广，并联混合动力轻型客车控49. 制策略改进设计[J].森林工程 2010 26（2）：46-[5]胡度生，胡敏强，电机学[M].北京：，2010.