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高效环保自行车发电装置研究

2019/12/25 阅读:

摘要:现如今世界范围内大都普及了智能手机,而手机电量始终是用户所担心的一大问题。现在用户主要的解决方法就是使用充电宝,然而很多人出门匆忙会忘记带在身上,而且充电宝的容量和它的重量成正比,容量越大重量越重。现在社会压力越来越大,人们都忙于生活都忽略了自己的身体状况,经常拿身体换时间,健康状态一路下滑,而且越来越多的私家车也加剧了温室效应,所以为了减小身体的负担,应付紧急情况以及达到锻炼身体、支持绿色出行的目的我们设计研究了高效环保自行车发电装备。

关键字:高效化;环保;时尚;多功能

引言

现如今我国国力强盛,除部分线路无法达到的山区之外,已经解决了各家各户的电力问题,现在也陆陆续续地出现一些公共的充电设备,比如电动车的充电桩等。各色各样的充电宝支撑着户外的手机电量,但这个始终是一个储存电能的物品,不免会发生一些特殊情况,为了应付一些紧急情况还有改善现在人的身体状况,设计这个发电装置,这个发电装置可以安在自行车上,通过风力带动发电机转子转动产生电能,通过整流桥给手机充电,给手机充电的同时可以达到锻炼身体的目的,也符合绿色出行的要求。

1设备的总体设计方案

1.1产品硬件设计及原理

装置主要组成结构:12V发电机、特制的储电容器、2代稳压器、半径为7.5cm弹性塑料扇叶和整流桥等。外壳为特殊设计尺寸的特质高硬度陶瓷,可有效防止漏电,起到防漏电、防水、美观、抗腐蚀的作用。输出端为一排USB接口,可搭配LED灯、蜂鸣器等多种配件的使用。

1.2线性稳压电源模块

该模块由整流模块和稳压模块组成,稳压模块将交流电稳压,然后整流模块将自行车发电机输出的交流电整流成直流电,最后储存到储电容器中。

1.3储电容器

可分为固定式和可拆装式。固定式装置将会与发电机固定在一起,防止被盗丢失,可拆装式为5000mAH锂电池充电宝,方便人们拆卸使用。(注:该充电宝可根据需求者自行更换其他容量的充电宝)

1.4配套装置LED灯、蜂鸣器等。

2工作原理

2.1工作原理

自行车行驶产生气流带动扇叶转动,从而带动电机转动,电机另一端通过切割电磁铁进行发电,时速在每小时8公里以上就可以发出有效的电流,通过稳压器稳压之后,在整流桥的作用下,将交流电转化为直流电输入存储到储电装置中,用电时通过输出端USB插排口导出。

2.2工作过程

发电核心组件通过其支持装置固定于自行车车架上,二者共同构成发电模块。在自行车行驶时,其后轮带动接触轮转动,进而带动交流发电机转动产生电流。所产生的交流电经整流稳压电路进行调节,并经USB输出接口储存于移动电源中或为其他电子设备供电。2.2技术关键12V发电机、特制的储电容器、2代稳压器和整流桥等元件选择需要考虑重量和自行车适用条件,在最小影响正常行驶的条件下,选择合适的规格。

3发电效率检验

该装置采用标准电芯(聚合物和18650),标准电压为3.7V,然后通过稳压整流模块输出5V电压,来为手机等数码产品进行输电。由于电路转换损耗、电阻损耗、电压损耗、自身运转损耗,真正从发电机至电量存储输出手机的效率为62%[1]。而且不同的手机锂电池在不同充电倍率下的能量往返效率[2],要考虑不同手机的充电效率、手机使用时间等干扰因素,正常人骑行速度为16km/h~25km/h,所以实验室模拟以速度20km/h左右的速度进行模拟自行车正常行驶,试验客观准确,以下折线图为同一部手机充电速度的多次的平均值。

4前景分析

我国国内市场上的自行车发电机普遍存在发电效率差、输出不稳定的缺点,而且存在的最大问题就是不能存储电能。不是每次骑车都充电,那其中产生的电能就浪费了,所以电能的存储就成了一种最大的需求。本产品解决了以往装置不能储电的缺陷,配备了5000毫安时容量的锂聚合物电池,可存储电能。随着人们环保意识的不断提高,自行车作为一种绿色、健康的交通工具而受到越来越多人的青睐。而近几年一些智能设备尤其是智能手机的普及,虽然给人们的生活带来了方便,但是也存在着耗电快、充电不便的问题。本装置为了解决骑行时充电不便的问题,同时也为了践行节能、环保的理念。区别市面上的同类自行车发电装置,风扇叶片带动发电装饰性和实用性好。顺应环保节能时代的号召,边骑边充,兼容性广,长期续航。移动电源合二为一,轻松解决旅途中持续供电问题,不添加背包负担。

5结论

本文将手机充电、照明灯等设备与自行车在发电装置的作用下有机地整合在一起,是自行车环保领域的一次革新拓展,这款设备发电高效,充分地利用被忽视的能量,本产品电能输出较其他同类产品高,输出电压更加稳定,减小了对其他用电器的电池损害。电量不浪费,顺应节能减排低碳的号召,是一款非常实用的低碳产品,并且价格便宜,将会成为大多数低碳环保人士的首选产品,下一步将研究装置的优化设计和操作智能化。

参考文献:

[1]蔡琛辉,刘锡宁,闫鑫,周明路,刘孟强,陈晓平.一种新型摩擦轮自行车发电装置的创新设计研究[J].宁波工程学院学报,2017,29(03):14~19.

[2]任科臣,孙学武,卢高庆.锂离子电池不同充电倍率下的能量效率研究[J].电子世界,2014(16):325~326.

作者:赵明阳 卫江红 于涛 张友民 单位:德州学院机电工程学院

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