復(fù)合式自發(fā)電自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計初步構(gòu)思

張港　石文太　胡宇泓　章羽

摘 要 當(dāng)今，全社會積極倡導(dǎo)節(jié)能減排，提升環(huán)保理念，做低碳生活的引領(lǐng)者。文章闡述了復(fù)合式自發(fā)電自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對傳統(tǒng)自行車結(jié)構(gòu)加以改造，充分利用騎行過程中產(chǎn)生的能量及戶外光伏資源，既能為車載用電設(shè)備提供電能，又能儲存電能作為備用電源。因而，騎行愛好者在實現(xiàn)綠色環(huán)保出行的同時，可以極大的提高用戶體驗，未來市場發(fā)展前景廣闊。

關(guān)鍵詞 復(fù)合式自發(fā)電自行車 節(jié)能減排 綠色環(huán)保

中圖分類號：U484文獻標(biāo)識碼：A

0引言

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，以哈羅單車、ofo 為代表的共享單車以其便捷性備受關(guān)注，快速興起?，F(xiàn)在市面上的自行車功能較為單一，僅供大家外出騎行，無法帶給大家更多的幫助。然而，自行車騎行時產(chǎn)生的大量機械能在提供行駛動力的同時，是否還能轉(zhuǎn)化為其他形式的能力來利用呢？例如，將部分機械能轉(zhuǎn)化為電能為出行時提供電力保障，解決手機、充電寶、便攜音樂設(shè)備等小型電器用電問題和前后車燈的夜間照明用電，或者將轉(zhuǎn)化來的電能儲存起來用于實際生活中，充分利用能源，減少能量的浪費。

1背景及意義

近年來，隨著全球氣候極端多變、生存環(huán)境日益惡化，全社會積極倡導(dǎo)節(jié)能減排，提升環(huán)保理念。自行車可謂是既環(huán)保又安全的交通工具，可以給自行車自行車裝一個自發(fā)電裝置，在騎車的同時又能獲得電能，不需要額外供電，降低對環(huán)境的污染，實現(xiàn)綠色出行。

目前市場上存在自發(fā)電自行車，但技術(shù)不夠成熟，沒有大規(guī)模的推廣，還需要一些改進，有很大的發(fā)展空間。本文響應(yīng)國家節(jié)能減排的號召，在生活點滴中做到低碳環(huán)保，對傳統(tǒng)自行車結(jié)構(gòu)加以改造，設(shè)計復(fù)合式自發(fā)電自行車結(jié)構(gòu)。

2整體設(shè)計思路

復(fù)合式自發(fā)電自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計思路源于三點：

（1）騎行時，部分結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的壓力沒有得到充分利用。故而，可將此部分壓力利用起來轉(zhuǎn)換成電能，比如：座板的壓力、踏板的壓力以及輪胎騎行中內(nèi)胎對鋼圈擠壓產(chǎn)生的壓力;

（2）騎行時多處于露天狀態(tài)，可將太陽能光伏發(fā)電利用起來;

（3）騎行時，利用花鼓的旋轉(zhuǎn)切割磁感線發(fā)電，儲存電能。

復(fù)合式自發(fā)電自行車產(chǎn)生的電能為車載用電設(shè)備供電，比如：車頭的儀表盤、隨行抓拍器、前照燈等，從而為騎行過程中提共便利。

本項目的創(chuàng)新點：

（1）自行車騎行過程充分利用壓電元件、太陽能光伏發(fā)電及花鼓發(fā)電機，產(chǎn)生電能并儲存。

（2）自行車新增了功能設(shè)備，為騎行者提供了更為安全、方便與舒適的體驗。

3整車結(jié)構(gòu)設(shè)計

復(fù)合式自發(fā)電自行車結(jié)構(gòu)如圖1所示。

分析圖1中復(fù)合式自發(fā)電自行車結(jié)構(gòu)，可見其發(fā)電儲能部分如下：

3.1壓電能量轉(zhuǎn)換裝置

本設(shè)計在座板、腳踏板以及輪胎的內(nèi)外胎之間安裝壓電片，實現(xiàn)壓力與電能的轉(zhuǎn)換。座板表面的海綿墊能防止壓電片在人體與電壓板之間因受力不均而碎裂，也能增加騎行者的舒適度。而內(nèi)胎具有彈性，能夠在輪胎內(nèi)胎與鋼圈之間起到緩沖作用，二者之間的壓電片會將連續(xù)不斷的壓力轉(zhuǎn)化為電能。

3.2太陽能光伏發(fā)電裝置

在車尾擋泥板上安裝太陽能電池板，將接收到的光能轉(zhuǎn)化為電能，為車載設(shè)備供電。也可以在白天如果不用自行車的時候，將其放置在陽光下充電儲能備用。

3.3花鼓發(fā)電裝置

在自行車前輪安裝花鼓發(fā)電裝置，利用法拉第電磁感應(yīng)定律，車輪轉(zhuǎn)動時帶動花鼓發(fā)電，以達(dá)到在蓄電池中儲存電量為車載用電設(shè)備供電的目的。

3.4蓄電池（含整流器、逆變器）

車載蓄電池可以車架內(nèi)部，不占用車身空間。蓄電池與車載用電設(shè)備均有電線連接，并預(yù)留USB接線口，供各種小型用電設(shè)備實用。車載用電設(shè)備與蓄電池的導(dǎo)線亦安裝在自行車管道內(nèi)，不影響騎行。

此外，復(fù)合式自發(fā)電自行車加裝車載用電設(shè)備，極大改善常規(guī)自行車的用戶體驗。

（1）安裝顯示屏，用于顯示車行實時速度、行駛里程、騎行時長時間、熱量消耗等相關(guān)信息;

（2）安裝LED節(jié)能燈，夜間行駛時提供照明，亦能夠提醒路人及時避讓;

（3）安裝距離感應(yīng)器，騎行時若有車輛靠近能夠及時報警提醒;

（4）安裝“隨行抓拍器”，可以為旅行愛好者隨時抓拍記錄美好瞬間。

4結(jié)語

復(fù)合式自發(fā)電自行車對傳統(tǒng)自行車結(jié)構(gòu)加以改造，充分利用騎行過程中產(chǎn)生的能量及戶外光伏資源，既能為車載用電設(shè)備提供電能，又能作為備用電源儲存。因而，騎行愛好者在實現(xiàn)綠色環(huán)保出行的同時，極大的提高了用戶體驗，未來市場發(fā)展前景廣闊。

基金項目：本文系2019年度湖北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目“復(fù)合式自發(fā)電自行車”的研究成果，項目編號：S201911798031。

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