物理知識在易裝卸自行車發電中的應用范文

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[摘要]針對目前存在的自行車輻條上安裝磁鐵并利用線圈切割磁感線發電的無摩擦發電裝置進行優化設計，滿足易于裝卸的需求。

[關鍵詞]高中物理；易裝卸自行車發電裝置

1研究目的及意義

分析現有發電裝置的結構與原理，概括與總結現有自行車發電裝置的優勢與局限，重新設計出一款易于裝卸的自行車發電裝置。解決人們的電子設備“耗電快、充電難”的問題和出行的后顧之憂，大幅提升人們的出行質量與工作效率。

2研究現狀分析

2.1無摩擦發電

此裝置可保證裝置較為輕便以及騎乘時阻力較小。但因其線圈組暴露在外，受外界條件干涉較大，且裝置不便于拆卸，因此不適用于日常生活中的使用。

2.2齒輪傳動發電

其局限性在于無法滿足公路或山地自行車在變速后齒輪的重新嚙合，并且其裝置自身缺乏整流及穩壓模塊導致其無法產生穩定的直流電供用電器使用,還無法滿足裝置易于裝卸的需求，同樣不具有普適性。通過對比分析不難看出，“易于裝卸”是目前的自行車發電裝置亟待解決的關鍵點。同時還應重視裝置的保護以及整流、穩壓模塊的使用。

3設計思路

3.1原理分析

基本原理就是電磁感應原理。發電部分由強磁鐵片（條）和線圈組成，當二者發生相對運動時，因車輪不斷旋轉，線圈能切割磁感線而在線圈內產生方向和大小隨時間做周期性變化的交變感應電動勢以及交變電流。

3.2結構設計

將磁鐵固定在自行車車輪輻條上，將線圈固定于自行車車架某處，以達到行駛時二者能夠發生相對運動產生感應電流的目的。

3.2.1流程設計

電流產生后即通過整流、穩壓模塊輸出為穩恒電流，供用電器使用。要使用整流橋把交流電轉換為直流電。通過穩壓模塊后才能給移動電源充電，進而供用電器使用。穩壓模塊是非隔離降壓恒流、恒壓模塊，其中輸入電壓為4～35V，輸出電壓為連續可調（1.25～25V）。

3.2.2部件及模塊設計

磁鐵組設計：使用場強為960GS的銣鐵硼片狀磁鐵，直徑為50mm，厚度5mm。在自行車輻條上距中心軸盡可能遠的地方布置磁體，等間隔地布置一圈磁體作為轉子，且間隔為磁體直徑大小。磁體圓心距離軸心的最大距為R-r(其中R，r分別為輻條半徑、磁體半徑)，其圓心所在圓周的最大周長是2π(R-r)，自行車輻條上最多布置磁體的數目n應該是磁體圓心所在的周長除以磁體的直徑所得數目的一半，即選用20車型即輻條半徑為330mm，安置磁體圓心到軸心的距離R＇為300mm。為了提高磁場強度，選用兩片磁鐵疊在一起當做一個使用，共用10個磁體，固定在自行車輻條上，同一而極性相同。線圈設計：線圈模板參數如下：模板內徑15mm，模板外徑25mm，模板高度10mm。在線圈與磁體間距為10mm處，車輪速度25km/h的情況下，4種線徑不同的線圈的感應電動勢在5.4V～25.2V范圍內。選用線徑為0.45mm的線圈。本設計選擇了10個線圈，采用兩兩串連共5組再并聯的方式，組裝成線圈組，固定在前叉模板上。前叉模板設計：通過對SolidWorks軟件的學習加之對自行車軸承以及前叉部分的真實數據的測量。

4展望

筆者將著手解決以下幾點：設計出整流、穩壓模塊的固定位置、方式以及保護措施，并繼續進行細節設計，完善模板、輻條上的固定結構，完成磁鐵片、前叉模板安裝方法的優化。

【參考文獻】

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[4]戴聘聘，陳琦，楊彥青.一種易裝卸的自行車發電裝置的設計[J].汽車電子，2016：246.

作者:史恩瑞 單位:北京市昌平區第二中學