本技術(shù)涉及能量回收與利用，特別是指一種基于雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著中國城市化進(jìn)程不斷加快，公路在我國交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展中越來越起著決定性作用。數(shù)據(jù)顯示，2023年我國公路總里程達(dá)到544.1萬公里，其中高速公路為18.4萬公里，高速公路收費(fèi)站共有972個。而收費(fèi)站作為高速公路的瓶頸，對混合交通流的能耗有著重要影響。通常收費(fèi)站都布置有大量的減速帶，當(dāng)車輛駛過減速帶時會產(chǎn)生大量的機(jī)械能，但這些能量通常都是被浪費(fèi)掉的。這種浪費(fèi)不僅增加了能源成本，還會對環(huán)境造成負(fù)面影響。因此，開發(fā)一種能夠?qū)④囕v通過減速帶時產(chǎn)生的機(jī)械振動能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能儲存和運(yùn)用于高速公路收費(fèi)站的電子器件的能量再生系統(tǒng)，具有重要的節(jié)能和環(huán)保意義。

2、根據(jù)目前減速帶能量再生技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，設(shè)計(jì)新的減速帶能量回收裝置，應(yīng)考慮的因素有：(1)目前的減速帶能量再生裝置主要有液壓式、壓電式和機(jī)械電磁式，其中液壓式和壓電式由于安裝維護(hù)成本較高，技術(shù)不成熟等因素，多處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室階段，并未投入生產(chǎn)使用，因此設(shè)計(jì)裝置時必須考慮其實(shí)用性；(2)現(xiàn)有裝置主要以回收車輛駛過減速帶過程中由于減速帶被下壓而產(chǎn)生的機(jī)械能為主，而忽略了對于減速帶回彈過程中產(chǎn)生機(jī)械能的回收利用，使得裝置的能量回收效率不高。需要設(shè)計(jì)一種可以進(jìn)行雙向能量回收的裝置來解決此問題；(3)減速帶能量再生系統(tǒng)的路面部分應(yīng)盡可能減小對駕駛員和車輛的影響。減速帶能量再生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，避免在運(yùn)行過程中出現(xiàn)卡死、損壞等現(xiàn)象，提高裝置的使用壽命，同時也可減少維護(hù)成本；(4)由于減速帶能量再生系統(tǒng)的目標(biāo)是為收費(fèi)站電子配件供電，為增加減速帶能量再生系統(tǒng)的實(shí)用性，應(yīng)盡可能提高能量回收效率?？梢酝ㄟ^優(yōu)化傳動機(jī)構(gòu)使得能量傳遞和轉(zhuǎn)換的效率提高；(5)由于收費(fèi)站車輛的通過情況具有很大的不確定性，裝置發(fā)電的時間，發(fā)出電量的多少都有變數(shù)，應(yīng)在系統(tǒng)中增加合適的儲能裝置。

3、基于以上問題，本團(tuán)隊(duì)提出了一種基于雙向機(jī)械整流的高速公路收費(fèi)站減速帶能量回收系統(tǒng)，利用雙向機(jī)械整流裝置中單向軸承正轉(zhuǎn)使軸空載，反轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)的特性，實(shí)現(xiàn)了對減速壓板上下位移的機(jī)械整流，使電機(jī)輸出軸始終為單向轉(zhuǎn)動，對機(jī)械能進(jìn)行充分的利用，提高了裝置的能量回收效率，為高速公路收費(fèi)站的節(jié)能運(yùn)營提供一種新的途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型為解決傳統(tǒng)減速帶能量回收利用不足、回收效率不高等問題，提供了一種雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置。

2、該裝置為組合結(jié)構(gòu)，由緩沖模塊、傳動模塊、發(fā)電模塊和儲能模塊構(gòu)成，其中，

3、緩沖模塊包括減速壓板、抗壓桿以及四個減震彈簧；

4、傳動模塊主要包括曲柄座、曲柄、滑軌、軸支架、傳動軸、齒輪、齒條、一對錐齒輪以及雙向機(jī)械整流裝置；

5、發(fā)電模塊包括無刷直流電機(jī)；

6、儲能模塊包括整流電路、穩(wěn)壓器、超級電容；

7、減速壓板由下方抗壓桿和減震彈簧支撐，同時連接兩個曲柄座，曲柄座分別通過曲柄連接滑軌，滑軌上安裝齒條，由齒條嚙合上方錐齒輪，錐齒輪間由傳動軸串聯(lián)；

8、雙向機(jī)械整流裝置由裝于傳動軸一端上的齒輪驅(qū)動，另一端連接電機(jī)驅(qū)動軸，采用無刷直流電機(jī)作為發(fā)電裝置，輸出電路接入整流電路和穩(wěn)壓器，電流傳入超級電容。

9、可選的，其特征在于：所述傳動模塊，能夠壓縮齒輪行程，其中，減速壓板垂直壓縮行程為6cm，曲柄旋轉(zhuǎn)角為45°。

10、可選的，減速壓板由均勻安裝在其四角的減震彈簧、兩個曲柄座及中部的抗壓桿支撐。

11、可選的，所述雙向機(jī)械整流裝置，兩側(cè)嚙合齒數(shù)不同，兩個方向均能作為動力輸出，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械運(yùn)動的雙向整流。

12、可選的，當(dāng)所述傳動軸設(shè)置為單向軸承，與電機(jī)輸出端連接的電機(jī)輸出軸始終單向轉(zhuǎn)動。

13、可選的，所述無刷直流電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：7.84n·cm，額定電流：0.625a，額定功率為：15w，空載電流：0.1a，重量：0.26kg。

14、可選的，所述儲能模塊采用整流電路和穩(wěn)壓器以穩(wěn)定輸出電壓，采用超級電容儲能。

15、本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

16、(1)本裝置利用棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理，將連續(xù)轉(zhuǎn)動或往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成單向步進(jìn)運(yùn)動；

17、(2)本裝置設(shè)計(jì)雙向整流部件，下壓逐級傳動上升直接傳動，實(shí)現(xiàn)在反方向能量高效轉(zhuǎn)化；

18、(3)本裝置使用緩沖傳動結(jié)構(gòu)，改變受力狀態(tài)壓縮齒輪行程，優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)精確化小型化；

19、(4)本裝置整合智能模塊系統(tǒng)，傳動軸聯(lián)動串聯(lián)輸出端接口，能量儲存與協(xié)同發(fā)電一體化；

20、(5)本裝置與同類型裝置相比，發(fā)電效率高、安裝成本低、維修保護(hù)容易

技術(shù)特征：

1.一種雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于，由緩沖模塊、傳動模塊、發(fā)電模塊和儲能模塊構(gòu)成，其中

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于：所述傳動模塊，能夠壓縮齒輪行程，其中，減速壓板垂直壓縮行程為6cm，曲柄旋轉(zhuǎn)角為45°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于：減速壓板由均勻安裝在其四角的減震彈簧、兩個曲柄座及中部的抗壓桿支撐。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于：所述雙向機(jī)械整流裝置，兩側(cè)嚙合齒數(shù)不同，兩個方向均能作為動力輸出，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械運(yùn)動的雙向整流。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于：當(dāng)所述傳動軸設(shè)置為單向軸承，與電機(jī)輸出端連接的電機(jī)輸出軸始終單向轉(zhuǎn)動。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于：所述無刷直流電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：7.84n·cm，額定電流：0.625a，額定功率為：15w，空載電流：0.1a，重量：0.26kg。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，其特征在于：所述儲能模塊采用整流電路和穩(wěn)壓器以穩(wěn)定輸出電壓，采用超級電容儲能。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)提供一種雙向機(jī)械整流減速帶能量回收裝置，由緩沖結(jié)構(gòu)模塊、傳動模塊結(jié)構(gòu)、發(fā)電模塊結(jié)構(gòu)和儲能結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成，其中緩沖模塊包括減速壓板、抗壓桿以及四個減震彈簧；傳動模塊主要包括曲柄座、曲柄、滑軌、軸支架、傳動軸、齒輪、齒條、一對錐齒輪以及雙向機(jī)械整流裝置；儲能模塊包括整流電路、穩(wěn)壓器、超級電容；減速壓板由下方抗壓桿和減震彈簧支撐，同時連接兩個曲柄座，曲柄座分別通過曲柄連接滑軌，滑軌上安裝齒條，由齒條嚙合上方錐齒輪，錐齒輪間由傳動軸串聯(lián)。該裝置實(shí)現(xiàn)車輛減速的同時回收能量,為高速公路收費(fèi)站電子元件供電，減少高速公路收費(fèi)站的能耗。

技術(shù)研發(fā)人員：劉浩旭,李天悅,申澤龍,李子豪,曾文杰,杜金禺,張培昆
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240826
技術(shù)公布日：2025/5/15