基于内外转子差速发电机的发电减速带设计说明书

基于内外转子差速发电机的发电减速带设计说明书 设计者：徐一冰，周志宇，张强波 吕升，俞梦哲，孙浩媛，曾静茹 （西北工业大学 动力与能源学院）

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目录

双转子差速发电机的发电减速带

一、 背景及意义

1.1设计背景意义阐述 .................................... 3 二、 设计方案

2.1工作原理 ............................ 错误！未定义书签。 2.2系统结构原理 ..................................................... 5 2.3机械部分 ............................................................. 7 2.4设计计算 ............................................................ 8 三、设计综述

3.1功能特点 .............................................................. 9 3.2主要创新点及应用 .............................................. 9

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一、研制背景及意义

我国城市的各级道路路口，车辆众多，人口密集，是交通事故的高发地带，设置一条有效的减速带是非常有必要的。而且，路口每天的车流量是非常可观的。长年的、大量的车辆实际上蕴含着巨大的能量，在目前情况下却白白浪费，不能合理地利用。

发电减速带正是基于现状，结合中国城市道路交通车流量大、常常需要强制减速的实际情况，创新地提出了将减速带进行合理改造，在保证交通安全的前提下，将车辆通过道路路口减速带时的重力势能转换成电能，供红绿灯等路段用电器工作的创新性产品设计。

本产品原理成熟，制造成本低廉，有广泛的应用前景。并且，发电减速带的设计开拓了新能源利用的视野，体现了创新，环保的时代精神，符合节能，减排的设计理念。

二、设计方案 1 工作原理

●半程往返式的机构死点克服方法：

我们都知道曲柄连杆的结构存在机构死点，可能会导致机械传动装置再某些位置的卡死，如当连杆恰好通过曲柄中心时，通常我们是借助带轮的惯性来通过死点位置并使带轮转向保持不变，这里我们提出了一种新的机构死点克服方法：

通过控制摇杆的长度，使凸轮只能在其原来的半个周期内转动，既摇杆在转动的起始时刻和终止时刻均不处于凸轮的几何顶点处，并

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且在转动过程中不经过机构死点。这样，凸轮将在一半圆周之内往复摆动，不会出现死点卡死的现象。

●内外转子差速发电机

利用以上的死点克服方法的传动机构，其机械能的利用将不可避免的用到内外转子差速发电机。

所谓内外转子差速发电机，即将一般的感应发电机的转子和定子

通过不同的转轴（内转子转轴和外转子转轴）固定于发电机箱体内，内外转子转轴实现相互反向的定轴转动，通过转向控制机构的束缚，其间将必定存在一定的相对速度，有电磁感应发电的定律可知，内外转子之间的相对转速必然能导致电能的产生。

我们设计的内外转子差速发电机的结构如下：

图2-1：内外双转子差速发电机的结构图示

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2系统结构原理：

基于以上设计原理，系统机构示意图如下：

图2-2 双转子差速发电减速带系统机构示意图

整个装置由 ：

减速带,记忆弹簧,连杆,转轴,增速齿轮箱,蓄电池,稳压器等构成。

在普通减速带下方添加凹槽及记忆弹簧,当汽车驶过时,可将减速带压入凹槽,之后记忆弹簧又使减速带复原。用连杆把减速带与单向转动箱连接,将减速带竖直方向的移动转化为低速轴的转动。增速齿轮箱在低速轴的旁边，它可以将低速轴的转速提高至数十倍，并将高速转动传递给发电机的内外转子。高速轴驱动发电机发电,将所得的电储存在蓄电池中.再通过交流稳压器使电压稳定至红绿灯的额定电压以供其使用。

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图2-3 机械设计流程图

单向转动箱：包含记忆弹簧、缓冲器、连杆、转轴，是减速带发电的

核心装置。 右端是发电机转子，即转子叶片及轴。

转向控制器：控制转子的转动.当弹簧被压缩时,单向齿轮使内转子转

动。当弹簧回复原位时,另一反向的单向齿轮控制外转子转动。

轴心： 转子轴心附着在发电机的低速轴上.

低速轴： 发电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。转子

的转速比较慢,不足以驱动发电机。

增速齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，可以将高速轴的转速提高至低速

轴的50倍。

高速轴：高速轴的转子告诉转动，并驱动发电机。 发电机：电磁感应式内外双转子差速发电机。

变换装置：由于车流量不稳定，故其输出的是变化的交流电，须经充

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电器整流，再对蓄电池充电，使发电机产生的电能变成化学能。

蓄电池：充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为

化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出。

逆变电源：将蓄电池输出的电能转化成能供红绿灯使用的稳定交流

电。

3 机械部分

图3-1 机械机构设计说明图

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图3-2：产品机械结构简图

4 理论设计计算

工作效能计算

首先，我们假设将此套设备安装于一个车流量相对一般的十字路口（日流量设定为一万辆），并且汽车重量取小轿车的重量在1.5吨左右。据资料知红绿灯的功率一般在16~20W之间，我们在下面计算中取20W。另外，我们设计中减速带高出地面3cm，因此车辆经过时产生3cm的压缩形变。我们在每个方向上平行放置四条减速带。 因此，每日此路口收集到汽车对此装置做的总功为：

W=1.5×1000×9.8×0.03×8×10×1000=35280000J

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设定此套装置的能量转换率为35%，因此产生的电能为

E=W×35%=12348000J

一般情况下，一个路口红绿灯个数在8个左右，假设其每日工作时间为20小时，所要消耗电量为

E1=20×8×20×3600=11520000J

根据以上数据可知此套设备可以保障与其相应路口红绿灯的基本工作用电。因此此套方案在应用上有实践意义。

三、 设计综述 1 功能特点

1、控制车辆在十字路口速度，充分发挥减速带的作用，减少交通事故发生。

2、将车辆的重力势能高效地转化成电能。

3、自动供给红绿灯等其他路端用电器电能，节能、环保、高效。

2 主要创新点及应用

1、将重力势能这种难以利用的能量转化成电能，为能量的转化和利用开辟了一条新途径。

2、采用增速齿轮箱，将车辆造成减速带较小的形变有效放大，提高能量的转化率。

3、提出半程往返式的机构死点克服方法。

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4、有效利用转向控制器控制内外转子转动，设计内外双转子差速发电机，高效地利用往返式机构死点克服系统的能量。

5、将发电机与蓄电池连接，确保电能稳定持续的传给路端用电器，保证其正常工作。

参考文献

【1】 郭宏亮，孙志宏 机械原理 北京大学出版社 2011 【2】 陈慧 工业设计技术基础 厦门大学出版社 2003

【3】 王健石 机械通用零部件优选手册 中国电力出版社 2008

【4】 王晶 第二届全国大学生机械创新设计大赛决赛作品集 高等教育出版社 2007

【5】 刘观庆（总主编）江建民（分册主编） 工业设计资料集2 机电能基础知识·材料及加工工艺 中

国建筑工业出版社 2007

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hee7.html