基于超市購物推車的自發(fā)電結構設計

尹凌鵬 方坤禮 徐建亮 鄧玉娟 周建鋒

（衢州職業(yè)技術學院，浙江 衢州 324000）

基于超市購物推車的自發(fā)電結構設計

尹凌鵬 方坤禮 徐建亮 鄧玉娟 周建鋒

（衢州職業(yè)技術學院，浙江 衢州 324000）

提出了一種基于超市人力推車的人力發(fā)電購物車車輪。該車輪需要外界推力，從而通過推力轉(zhuǎn)化能量，實現(xiàn)購物過程發(fā)電的目的。本裝置通過在購物車車輪中安裝相應的發(fā)電設施，在車輪轉(zhuǎn)動時帶動發(fā)電裝置，發(fā)出的電能存儲于蓄電池中，待使用時再取出，實現(xiàn)了綠色、環(huán)保、節(jié)能的目的。

購物車；發(fā)電；推車；車輪；綠色

大多數(shù)顧客在大型超市購物時都需要推著一輛購物車，如果給超市購物車安裝發(fā)電部件，就能將購物車移動過程中產(chǎn)生的一部分動能轉(zhuǎn)化為電能，并將其儲存起來，再將儲存的能量通過傳輸設備，轉(zhuǎn)移到超市供電中心，為超市用電提供支持。

用購物車發(fā)電，存儲電的蓄能方式在歐美等發(fā)達國家已經(jīng)開始應用，而在我國該技術尚未推廣。

1 總體方案及要點

1.1 整體機構優(yōu)化分為兩部分：發(fā)電部分機構優(yōu)化和傳電部分機構優(yōu)化。

發(fā)電部分，為了使購物車輪子轉(zhuǎn)動速度能夠符合發(fā)電機500～2 000轉(zhuǎn)／分鐘的轉(zhuǎn)速標準，必須通過相應的傳動機構實現(xiàn)。同時要保證機構運行時的平穩(wěn)性及長效性。

傳電部分，購物車在設計時為了適應顧客購物時的舒適性，輪子的設計為萬向輪，在運行過程中，輪子的轉(zhuǎn)向完全隨機。所以需要設計合理的機構才能滿足可靠傳電的功能。

1.2 轉(zhuǎn)換電路設計，電路從整流、濾波、穩(wěn)壓幾個部分進行設計優(yōu)化。

整流電路的作用是將交流電變換成直流電；濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波；穩(wěn)壓電路用于維持輸出電壓穩(wěn)定。

圖 1 發(fā)電超市購物車整體方案圖

2 關鍵技術和主要技術指標

該實用新型發(fā)電購物車，包括車體、車籃、放電電路、蓄電池、電刷、萬向旋轉(zhuǎn)裝置和發(fā)電輪；它的工作過程是:該購物車在行進過程中通過安裝在車輪上的發(fā)電裝置發(fā)電。車輪轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機發(fā)電，電能由發(fā)電裝置發(fā)出，經(jīng)過傳電裝置，發(fā)出電能傳輸至蓄電池存儲。待到工作人員將購物車運送到指定位置，打開放電電路，將電能統(tǒng)一存儲。

圖 2 自發(fā)電購物車結構圖

3 設計中的問題及分析

3.1 放電的效率。為了保證顧客在購物過程的舒適度，設計過程中就需要更多地考慮系統(tǒng)運行的連貫性，保證整個系統(tǒng)放電的效率。這是在機械結構設計和控制電路設計過程中都要注意的問題。同時配合一些電機檢測設備，通過發(fā)電機低速乃至零速均能穩(wěn)定加載，能夠十分準確地檢測出發(fā)電機的效率[2]。

3.2 電路。因齒輪轉(zhuǎn)動速度及方向變化的隨機性，故發(fā)電機輸出的是交流電，須通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓，由于此脈動的直流電壓還含有較大的波紋，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓，這時的電壓還會隨負載和溫度的變化而變化，所以還需接穩(wěn)壓電路，維持輸出電壓穩(wěn)定，再對蓄電池充電，使發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。

3.3 使用壽命。電機的轉(zhuǎn)速約1 500 r／h，在高速運行狀態(tài)下產(chǎn)生熱量、噪音與摩擦力，這勢必影響電機及整個機構的使用壽命，在測試過程中應予以考慮，使用優(yōu)化設計或使用耐磨材料等方式予以解決。

3.4 功率。購物車能夠發(fā)出5～6W功率，而這部分能量由人力（顧客）推動購物車來獲得。以購物車為研究對象，如以購物車平均速度1m／s計算，根據(jù)計算P=F×v，F(xiàn)力為5～6N，即顧客輸出約0.5 kg的力。

3.5 發(fā)電量。一個大型超市每天大約有200～500輛購物車同時運行，每輛購物車以5W功率發(fā)電，以400輛每天10小時計算，每年工作1 825小時，超市購物車發(fā)電較其他自然力發(fā)電（如風力發(fā)電）較穩(wěn)定，如果大面積推廣，將是一筆巨大的能源。

4 小結

本項目通過企業(yè)、學校相結合，以低碳節(jié)能科學環(huán)保為設計目標，應用于實際生活，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益及社會價值。該技術的應用具有廣泛的市場空間。

[1]Kitae Pak&Inyong Jung.YANKO DESIGN[EB/OL].http:// www.yankodesig-n.com/2009/12／08/current-cart.2009-12.

[2]江澤民.上海交通大學學報[J].上海交通大學學報，2008，346.

[3]才家剛.電機試驗手冊[M].北京：中國電力出版社，1998.

TB472

A

1671-0037（2014）04-75-1

衢州市科技計劃項目（20121056）。

尹凌鵬（1983-），男，碩士研究生，講師，研究方向：機構設計及機電系統(tǒng)控制。