单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带
阅读说明：本技术 单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带 (One-way impact-resistant friction and electromagnetic composite energy recovery deceleration strip ) 是由 邹鸿翔 李猛 魏克湘 杜荣华 廖思华 陈泽文 郭丁华 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带,包括单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元,若干单元嵌装于安装路基内,该单元包括固定架、驱动组件、安装框架、封板和旋转轮,固定架固定连接在安装框架前端顶部,固定架与安装路基固定连接,安装框架内装设有旋转轮,旋转轮与驱动组件相连接,并在驱动组件的带动下转动,旋转轮一侧设有摩擦电极阵列,另一侧设有发电电极阵列以及永磁体圆周阵列,安装框架侧面的封板内侧设置有得电子摩擦架、失电子摩擦架以及感应线圈圆周阵列,得电子摩擦架与失电子摩擦架对称布置；本发明能够将冲压的能量转换为机械机构的高速旋转,既有较好的抗冲击性,延长了使用寿命,又能收集更多的冲压能量。(The invention relates to a one-way impact-resistant friction and electromagnetic composite energy recovery deceleration strip which comprises a one-way impact-resistant friction and electromagnetic composite energy recovery unit, wherein a plurality of units are embedded in an installation roadbed, each unit comprises a fixing frame, a driving component, an installation frame, a sealing plate and a rotating wheel, the fixing frame is fixedly connected to the top of the front end of the installation frame, the fixing frame is fixedly connected with the installation roadbed, the installation frame is internally provided with the rotating wheel, the rotating wheel is connected with the driving component and rotates under the driving of the driving component, one side of the rotating wheel is provided with a friction electrode array, the other side of the rotating wheel is provided with a power generation electrode array and a permanent magnet circumferential array, the inner side of the sealing plate on the side surface of the installation frame is provided with an electron-obtaining friction frame; the invention can convert the stamping energy into the high-speed rotation of the mechanical mechanism, has better impact resistance, prolongs the service life and can collect more stamping energy.)
[技术领域]
本发明涉及车路能量收集技术领域，具体地说是一种单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带。
[背景技术]
随着社会和经济的发展，交通系统越来越发达，人们对交通系统也提出了更高的要求。多功能化、智慧化是未来交通系统的发展方向。通过在道路布置无线传感器等小型机电系统，从而实现实时交通状况监测、交通系统远程或自动化管控、交通设施健康状态监测等，使交通系统更加安全、有序、高效地运行，可以促进社会经济发展和提升人们生活的幸福感。但是，如何为这些小型机电系统供能？电池供能面临着寿命短、不易维护、环境污染等问题；有线输送成本高、实施难、占用空间影响环境。因此，发展环保、便捷、可持续的供能技术具有重要意义。
尽管太阳能是一种丰富的自然能源，但是受昼夜天气变化影响比较大。值得注意的是，车辆经过减速带可以产生大量的机械能量。尤其随着汽车数量的增加和道路基础设施建设的发展，这种可以利用的机械能量更加丰富，且分布更广，其潜在应用不只局限于交通系统。汽车行驶经过减速带会对其产生冲击和滚压。然而，目前车道上应用的路面能量采集装置并对此现象进行针对性设计，具有输出功率低、可靠性低等缺点。
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发明内容
]本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带，能够将冲压的能量转换为机械机构的高速旋转，既有较好的抗冲击性，延长了使用寿命，又能收集更多的冲压能量。
为实现上述目的设计一种单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带，包括单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1，若干单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1嵌装于安装路基2内，所述单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1包括固定架3、驱动组件4、安装框架6、封板7和旋转轮8，所述固定架3固定连接在安装框架6前端顶部，所述固定架3与安装路基2固定连接，所述安装框架6内装设有旋转轮8，所述旋转轮8与驱动组件4相连接，并在驱动组件4的带动下转动，所述旋转轮8一侧设有摩擦电极阵列9，所述旋转轮8另一侧设有发电电极阵列10以及永磁体圆周阵列11，所述安装框架6侧面封装有封板7，所述封板7内侧设置有得电子摩擦架12、失电子摩擦架13以及感应线圈圆周阵列14，所述得电子摩擦架12与失电子摩擦架13对称布置。
进一步地，所述驱动组件4上部设有保护架5，所述保护架5为矩形框架结构，所述保护架5安装在固定架3、安装框架6顶端，所述驱动组件4顶部设于保护架5的矩形框内。
进一步地，所述驱动组件4包括冲压板15、冲压作动轮17、升频齿轮20、单向驱动轮22、棘轮26，所述冲压板15为前高后低的倾斜式布置，所述冲压板15凸出于保护架5顶面，所述冲压板15前部底端设置有复位弹簧16，所述冲压板15后部固定连接有冲压作动轮17，所述冲压作动轮17末端设置有啮合齿并通过啮合齿与升频齿轮20啮合连接，所述升频齿轮20与单向驱动轮22啮合连接，所述单向驱动轮22上安装有棘爪25，所述棘爪25与棘轮26啮合，所述棘轮26与旋转轮8固定连接，并带动旋转轮8单向高速转动。
进一步地，所述冲压作动轮17安装在轴一18上，所述单向驱动轮22安装在轴二24上，所述轴一18、轴二24固定于安装框架6上，所述升频齿轮20、单向驱动轮22、棘轮26分别通过轴承一21、轴承二23、轴承三27安装在封板7上，所述棘轮26固定连接永磁体安装盘28。
进一步地，所述安装框架6顶部开设有与冲压作动轮17配合连接的U形槽，所述冲压作动轮17与U形槽之间设置有柔顺密封套19。
进一步地，所述安装框架6内部与得电子摩擦架12、失电子摩擦架13对应的位置设有导通桥29，所述安装框架6内部与导通桥29垂直方向对称设有正电极30和负电极31。
进一步地，所述得电子摩擦架12、失电子摩擦架13表面分别粘贴易得电子材料、易失电子材料，所述易得电子材料为聚四氟乙烯、聚氯乙烯或聚酰亚胺，所述易失电子材料为聚甲醛、聚酰胺或铝。
进一步地，所述永磁体圆周阵列11沿圆周阵列多个永磁体，且磁极交错布置。
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明采用冲压式驱动，不仅可以收集更多冲压能量，而且能够有效降低冲击造成的器件损伤；
(2)本发明设计了升频和单向旋转机构，可以有效提高机电转换效率，避免了目前车路能量采集系统输出功率低、可靠性低等缺点；
(3)本发明采用摩擦发电和电磁发电复合机电转换机制，能够提高输出功率以及电能使用的灵活度；
(4)本发明将冲压的能量转换为机械机构的高速旋转，既有较好的抗冲击性，延长了使用寿命，又能收集更多的冲压能量；
(5)本发明可以用于高速公路等单向行驶路段，且如果应用于进出分离的门口，既是一个方向的减速带，也可阻碍车辆逆行，值得推广应用。
[附图说明]
图1为本发明的总体结构示意图；
图2为本发明中的单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元结构示意图；
图3为图2的***结构示意图；
图4为图3中A处局部放大示意图；
图5为图2去除保护架的结构示意图；
图6为图2的内部结构示意图；
图7为图2中的安装框架结构示意图；
图8为图2中的旋转轮结构示意图；
图9为图2中的单元永磁体布置示意图；
图中：1、单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元 2、安装路基 3、固定架 4、驱动组件 5、保护架 6、安装框架 7、封板 8、旋转轮 9、摩擦电极阵列 10、发电电极阵列 11、永磁体圆周阵列 12、得电子摩擦架 13、失电子摩擦架 14、感应线圈圆周阵列 15、冲压板16、复位弹簧 17、冲压作动轮 18、轴一 19、柔顺密封套 20、升频齿轮 21、轴承一 22、单向驱动轮 23、轴承二 24、轴二 25、棘爪 26、棘轮 27、轴承三 28、永磁体安装盘 29、导通桥30、正电极 31、负电极。
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具体实施方式
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下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
本发明提供了一种单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收减速带，包括单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1，若干单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1嵌装于安装路基2内，如附图1所示。
如附图2至附图8所示，单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1包括固定架3、驱动组件4、安装框架6、封板7和旋转轮8，固定架3固定连接在安装框架6前端顶部，固定架3与安装路基2固定连接，安装框架6内装设有旋转轮8，旋转轮8与驱动组件4相连接，并在驱动组件4的带动下转动，旋转轮8一侧设有摩擦电极阵列9，旋转轮8另一侧设有发电电极阵列10，旋转轮8还布置有永磁体圆周阵列11，安装框架6侧面封装有封板7，封板7内侧固定设置有得电子摩擦架12、失电子摩擦架13以及感应线圈圆周阵列14，得电子摩擦架12与失电子摩擦架13对称布置；驱动组件4上部设有保护架5，保护架5为矩形框架结构，保护架5安装在固定架3、安装框架6顶端，驱动组件4顶部设于保护架5的矩形框内；安装框架6内部与得电子摩擦架12、失电子摩擦架13对应的位置设有导通桥29，安装框架6内部与导通桥29垂直方向对称设有正电极30和负电极31；得电子摩擦架12、失电子摩擦架13表面分别粘贴易得电子材料、易失电子材料，易得电子材料为聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺等，易失电子材料为聚甲醛、聚酰胺、铝等。
其中，驱动组件4包括冲压板15、冲压作动轮17、升频齿轮20、单向驱动轮22、棘轮26，冲压板15为前高后低的倾斜式布置，冲压板15凸出于保护架5顶面，冲压板15前部底端设置有复位弹簧16，冲压板15后部固定连接有冲压作动轮17，冲压作动轮17安装在轴一18上，冲压作动轮17末端设置有啮合齿并通过啮合齿与升频齿轮20啮合连接，升频齿轮20通过轴承一21安装在封板7上，升频齿轮20与单向驱动轮22啮合连接，单向驱动轮22通过轴承二23安装在封板7上，单向驱动轮22安装在轴二24上，轴一18、轴二24固定于安装框架6上，单向驱动轮22上还安装有棘爪25，棘爪25与棘轮26啮合，棘轮26通过轴承三27安装在封板7上，棘轮26固定连接永磁体安装盘28，永磁体圆周阵列11通过永磁体安装盘28布置于旋转轮8上，即棘轮26与旋转轮8固定连接，从而带动旋转轮8单向高速转动；安装框架6顶部开设有与冲压作动轮17配合连接的U形槽，冲压作动轮17与U形槽之间设置有柔顺密封套19。
如附图9所示，永磁体圆周阵列11沿圆周阵列多个永磁体，且磁极交错布置。
本发明实施的工作原理为：当汽车行驶经过单向抗冲击摩擦和电磁复合能量回收单元1，会对冲压板15造成冲击和滚压，从而使冲压作动轮17顺时针旋转(如附图4视角，后同)；冲压作动轮17顺时针旋转带动升频齿轮20逆时针旋转，升频齿轮20逆时针旋转带动单向驱动轮22顺时针旋转，单向驱动轮22顺时针旋转驱动棘轮26顺时针旋转；当汽车行驶离开，通过复位弹簧66使冲压板15向上运动复位，冲压作动轮17、冲压作动轮17、升频齿轮20、单向驱动轮22旋转方向均与上述方向相反，单向驱动轮22的棘齿滑过棘轮26不工作。当棘轮26单向高速旋转时，棘轮26也会带动与之刚性连接的旋转轮8单向高速转动，使摩擦电极阵列9上的电极板与得电子摩擦架12和失电子摩擦架13发生摩擦，从而因为摩擦产生电荷转移，使得得电子摩擦板12带负电，失电子摩擦板13带正电，在旋转的过程中，导通桥29可以使与得电子摩擦板12与失电子摩擦板13靠近的的两个电极板导通，从而因为静电感应，使得接近得电子摩擦板12的电极板带正电荷，接近失电子摩擦板13的电极板带负电荷；当这两个电极板继续旋转90度，分别接触到正电极30和负电极31，则可以在负载中产生电流；与此同时，棘轮26也会带动永磁体圆周阵列11进行单向高速转动，与感应线圈圆周阵列14产生相对运动，通过电磁感应发电。
而永磁体圆周阵列11磁极交错布置，可以提高磁通量变化率，有利于电磁感应发电；且由于圆周阵列多个永磁体，使得永磁体圆周阵列11旋转一周可以产生多个磁激励，因此也具有升频效果。
本发明采用冲压式驱动，不仅可以收集更多冲压能量，而且有效降低冲击造成的器件损伤；且由于设计了升频和单向旋转机构，可以有效提高机电转换效率；通过采用摩擦发电和电磁发电复合机电转换机制提高输出功率以及电能使用的灵活度；能够避免目前车路能量采集系统输出功率低、可靠性低等缺点。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。