Study on generation performance of a dual-speed bump energy harvester based on half-wave mechanical rectifier

LI Jing; ZHOU He

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Study on generation performance of a dual-speed bump energy harvester based on half-wave mechanical rectifier

·Experimental Research·Testing Technology· | 更新时间：2025-04-03

- Study on generation performance of a dual-speed bump energy harvester based on half-wave mechanical rectifier
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 3, Pages: 23-31(2025)
- 作者机构：
  
  扬州大学机械工程学院，扬州 225127
- 作者简介：
  
  LI Jing, E-mail: yzlijing@yzu.edu.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52005433);Natural Science Foundation of Jiangsu Higher Institutions(20KJB460001);Special Cooperation Foundation for Yangzhou and YZU(YZU202102);International Cooperation Foundation of Yangzhou(YZ2022202)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.003
  CLC： U491.5
- Received：08 August 2023，
  
  Revised：07 September 2023，
  
  Published：15 March 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
李竞，周贺. 基于半波机械整流器的双减速带馈能装置发电性能研究［J］. 机械强度，2025，47（3）：23-31.

LI Jing，ZHOU He. Study on generation performance of a dual-speed bump energy harvester based on half-wave mechanical rectifier［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：23-31.
李竞，周贺. 基于半波机械整流器的双减速带馈能装置发电性能研究［J］. 机械强度，2025，47（3）：23-31. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.003.

LI Jing，ZHOU He. Study on generation performance of a dual-speed bump energy harvester based on half-wave mechanical rectifier［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（3）：23-31. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.03.003.

摘要

为了消除含全波机械整流器减速带馈能装置的发电量和系统可靠性受到复位弹簧刚度的约束，提出了一种基于半波机械整流器的双减速带馈能装置（Dual-speed Bump Energy Harvester

DBEH）。该装置利用机械传动模块将两条减速带在车轮驱动下的向下线性运动转换成单个发电机轴的单向旋转运动，将机械能转换成电能。单向的运动转换降低了对复位弹簧载荷的要求。建立了车轮激励以及减速带动力学理论模型并通过了道路试验的验证。基于理论模型的数值仿真研究了双馈能减速带的发电性能。研究结果表明，系统的均方根（Root Mean Square

RMS）功率与输出电能随着外部激励幅值的增加，以及弹簧刚度的减小而增加；当负载电阻阻值为7~9 Ω时，系统的输出性能最优；与减小小齿轮半径相比，增大齿轮箱的增速比对系统输出的提升影响更明显；小惯量的飞轮更能有效提高系统对机械能的捕获与机械能到电能的转化率。

Abstract

In order to eliminate the restriction of the return spring stiffness on the power generation and system reliability of the energy harvesting speed bump with the full wave mechanical rectifier

a dual-speed bump energy harvester (DBEH)based on the half-wave mechanical rectifier was proposed. The device utilized a mechanical transmission module to convert the downward linear movement of two speed bumps

driven by wheels

into the one-way rotary movement of a single generator shaft

thereby converting mechanical energy into electrical energy. The unidirectional motion conversion reduced the demand for the load of the return spring. The theoretical model of the wheel excitation and speed bump dynamics was established and verified by road tests. Based on the theoretical model

the power generation performance of DBEH was studied by numerical simulation. The research results indicate that the root mean square (RMS) power and output electrical energy of the system increase with the increase of external excitation amplitude and the decrease of the spring stiffness. When the load resistance value is 7-9 Ω

the output performance of the system is optimal. Compared to reducing the gear radius

increasing the speed of the gearbox has a more significant impact on the improvement of system output. A small inertia flywheel can effectively improve the system’s capture of the mechanical energy and the conversion rate from the mechanical energy to the electrical energy.

关键词

Keywords

references

王世明，骆锐东，董超，等 . 新型悬浮式双向潮流发电装置的设计与研究［J］. 机械强度， 2021 ， 43 （ 4 ）： 881 - 887 .

WANG Shiming ， LUO Ruidong ， DONG Chao ， et al . Design and research of new suspending bidirectional tidal current energy generation device ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2021 ， 43 （ 4 ）： 881 - 887 . （In Chinese）

崔孝冬，刘佳豪，任双江，等 . 一种基于减速带构成的振动能量回收装置［J］. 电子测试， 2021 （ 21 ）： 13 - 15 .

CUI Xiaodong ， LIU Jiahao ， REN Shuangjiang ， et al . A vibration energy recovery device based on deceleration belt ［J］. Electronic Test ， 2021 （ 21 ）： 13 - 15 . （In Chinese）

HEO D ， CHUNG J ， KIM B ， et al . Triboelectric speed bump as a self-powered automobile warning and velocity sensor ［J］. Nano Energy ， 2020 ， 72 ： 104719 .

郭炎，何仁，陶伟 . 液压缸非线性刚度约束下的换能器振动特性及控制［J］. 江苏大学学报（自然科学版）， 2022 ， 43 （ 3 ）： 263 - 269 .

GUO Yan ， HE Ren ， TAO Wei . Vibration characteristics and control of transducer under constraint of nonlinear stiffness of hydraulic cylinder ［J］. Journal of Jiangsu University （Natural Science Edition）， 2022 ， 43 （ 3 ）： 263 - 269 . （In Chinese）

吴子英，严涵，李永越，等 . 一种双稳态减速带振动俘能装置发电性能研究［J］. 工程科学与技术， 2022 ， 54 （ 2 ）： 205 - 212 .

WU Ziying ， YAN Han ， LI Yongyue ， et al . Study on generation performance of a bistable speed bump vibration energy harvester ［J］. Advanced Engineering Sciences ， 2022 ， 54 （ 2 ）： 205 - 212 . （In Chinese）

ZHANG Z T ， ZHANG X T ， RASIM Y ， et al . Design，modelling and practical tests on a high-voltage kinetic energy harvesting （EH）system for a renewable road tunnel based on linear alternators ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 164 ： 152 - 161 .

LIU M Y ， LIN R ， ZHOU S X ， et al . Design，simulation and experiment of a novel high efficiency energy harvesting paver ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 212 ： 966 - 975 .

GUAN D ， CONG X J ， LI J ， et al . Theoretical modeling and optimal matching on the damping property of mechatronic shock absorber with low speed and heavy load capacity ［J］. Journal of Sound and Vibration ， 2022 ， 535 ： 117113 .

ABDELKAREEM M A A ， ZHANG R ， JING X J ， et al . Characterization and implementation of a double-sided arm-toothed indirect-drive rotary electromagnetic energy-harvesting shock absorber in a full semi-trailer truck suspension platform ［J］. Energy ， 2022 ， 239 ： 121976 .

AZAM A ， AHMED A ， HAYAT N ， et al . Design，fabrication，modelling and analyses of a movable speed bump-based mechanical energy harvester （MEH）for application on road ［J ］. Energy ， 2021 ， 214 ： 118894 .

LI Z J ， ZUO L ， KUANG J ， et al . Energy-harvesting shock absorber with a mechanical motion rectifier ［J］. Smart Materials and Structures ， 2013 ， 22 （ 2 ）： 025008 .

WANG L R ， TODARIA P ， PANDE A ， et al . An electromagnetic speed bump energy harvester and its interactions with vehicles ［J］. ASME Transactions on Mechatronics ， 2016 ， 21 （ 4 ）： 1985 - 1994 .

LI N ， JIA C Y ， FANG Z ， et al . A U-shaped kinetic energy harvester for application in a near-zero energy parking system ［J］. Sustainable Cities and Society ， 2022 ， 81 ： 103866 .

SUN M D ， WANG W ， ZHENG P ， et al . A novel road energy harvesting system based on a spatial double V-shaped mechanism for near-zero-energy toll stations on expressways ［J］. Sensors and Actuators A： Physical ， 2021 ， 323 ： 112648 .

PAN Y ， ZUO L ， AHMADIAN M . A half-wave electromagnetic energy-harvesting tie towards safe and intelligent rail transportation ［J］. Applied Energy ， 2022 ， 313 ： 118844 .

万志国，李锁斌，窦益华，等 . 齿轮传动系统的参数稳定性及振动特性分析［J］. 机械强度， 2019 ， 41 （ 5 ）： 1211 - 1216 .

WAN Zhiguo ， LI Suobin ， DOU Yihua ， et al . Parameter stability and vibration characteristics analysis of gear transmission system ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2019 ， 41 （ 5 ）： 1211 - 1216 . （In Chinese）

周贺，李竞，姜惠文，等 . 一种柔性减速带车速检测装置及测速方法： CN116400095A ［P］. 2023-07-07 .

ZHOU He ， LI Jing ， JIANG Huiwen ， et al . A flexible speed bump speed detection device and method ： CN116400095A ［P］. 2023-07-07 . （In Chinese）

吴子英，位强 . 随机激励下减速带振动能量捕获器的发电性能研究［J］. 机械科学与技术， 2020 ， 39 （ 10 ）： 1511 - 1519 .

WU Ziying ， WEI Qiang . Research on power generation perfor-mance of speed bump vibration energy harvester under random excitation ［J］. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering ， 2020 ， 39 （ 10 ）： 1511 - 1519 . （In Chinese）

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

⁰