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摘要：現如今世界范圍內大都普及了智能手機，而手機電量始終是用戶所擔心的一大問題。現在用戶主要的解決方法就是使用充電寶，然而很多人出門匆忙會忘記帶在身上，而且充電寶的容量和它的重量成正比，容量越大重量越重。現在社會壓力越來越大，人們都忙于生活都忽略了自己的身體狀況，經常拿身體換時間，健康狀態一路下滑，而且越來越多的私家車也加劇了溫室效應，所以為了減小身體的負擔，應付緊急情況以及達到鍛煉身體、支持綠色出行的目的我們設計研究了高效環保自行車發電裝備。

關鍵字：高效化；環保；時尚；多功能

引言

現如今我國國力強盛，除部分線路無法達到的山區之外，已經解決了各家各戶的電力問題，現在也陸陸續續地出現一些公共的充電設備，比如電動車的充電樁等。各色各樣的充電寶支撐著戶外的手機電量，但這個始終是一個儲存電能的物品，不免會發生一些特殊情況，為了應付一些緊急情況還有改善現在人的身體狀況，設計這個發電裝置，這個發電裝置可以安在自行車上，通過風力帶動發電機轉子轉動產生電能，通過整流橋給手機充電，給手機充電的同時可以達到鍛煉身體的目的，也符合綠色出行的要求。

1設備的總體設計方案

1.1產品硬件設計及原理

裝置主要組成結構：12V發電機、特制的儲電容器、2代穩壓器、半徑為7.5cm彈性塑料扇葉和整流橋等。外殼為特殊設計尺寸的特質高硬度陶瓷，可有效防止漏電，起到防漏電、防水、美觀、抗腐蝕的作用。輸出端為一排USB接口，可搭配LED燈、蜂鳴器等多種配件的使用。

1.2線性穩壓電源模塊

該模塊由整流模塊和穩壓模塊組成，穩壓模塊將交流電穩壓，然后整流模塊將自行車發電機輸出的交流電整流成直流電，最后儲存到儲電容器中。

1.3儲電容器

可分為固定式和可拆裝式。固定式裝置將會與發電機固定在一起，防止被盜丟失，可拆裝式為5000mAH鋰電池充電寶，方便人們拆卸使用。（注：該充電寶可根據需求者自行更換其他容量的充電寶）

1.4配套裝置LED燈、蜂鳴器等。

2工作原理

2.1工作原理

自行車行駛產生氣流帶動扇葉轉動，從而帶動電機轉動，電機另一端通過切割電磁鐵進行發電，時速在每小時8公里以上就可以發出有效的電流，通過穩壓器穩壓之后，在整流橋的作用下，將交流電轉化為直流電輸入存儲到儲電裝置中，用電時通過輸出端USB插排口導出。

2.2工作過程

發電核心組件通過其支持裝置固定于自行車車架上，二者共同構成發電模塊。在自行車行駛時，其后輪帶動接觸輪轉動，進而帶動交流發電機轉動產生電流。所產生的交流電經整流穩壓電路進行調節，并經USB輸出接口儲存于移動電源中或為其他電子設備供電。2.2技術關鍵12V發電機、特制的儲電容器、2代穩壓器和整流橋等元件選擇需要考慮重量和自行車適用條件，在最小影響正常行駛的條件下，選擇合適的規格。

3發電效率檢驗

該裝置采用標準電芯（聚合物和18650），標準電壓為3.7V，然后通過穩壓整流模塊輸出5V電壓，來為手機等數碼產品進行輸電。由于電路轉換損耗、電阻損耗、電壓損耗、自身運轉損耗，真正從發電機至電量存儲輸出手機的效率為62%[1]。而且不同的手機鋰電池在不同充電倍率下的能量往返效率[2]，要考慮不同手機的充電效率、手機使用時間等干擾因素，正常人騎行速度為16km/h~25km/h，所以實驗室模擬以速度20km/h左右的速度進行模擬自行車正常行駛，試驗客觀準確，以下折線圖為同一部手機充電速度的多次的平均值。

4前景分析

我國國內市場上的自行車發電機普遍存在發電效率差、輸出不穩定的缺點，而且存在的最大問題就是不能存儲電能。不是每次騎車都充電，那其中產生的電能就浪費了，所以電能的存儲就成了一種最大的需求。本產品解決了以往裝置不能儲電的缺陷，配備了5000毫安時容量的鋰聚合物電池，可存儲電能。隨著人們環保意識的不斷提高，自行車作為一種綠色、健康的交通工具而受到越來越多人的青睞。而近幾年一些智能設備尤其是智能手機的普及，雖然給人們的生活帶來了方便，但是也存在著耗電快、充電不便的問題。本裝置為了解決騎行時充電不便的問題，同時也為了踐行節能、環保的理念。區別市面上的同類自行車發電裝置，風扇葉片帶動發電裝飾性和實用性好。順應環保節能時代的號召，邊騎邊充，兼容性廣，長期續航。移動電源合二為一，輕松解決旅途中持續供電問題，不添加背包負擔。

5結論

本文將手機充電、照明燈等設備與自行車在發電裝置的作用下有機地整合在一起，是自行車環保領域的一次革新拓展，這款設備發電高效，充分地利用被忽視的能量，本產品電能輸出較其他同類產品高，輸出電壓更加穩定，減小了對其他用電器的電池損害。電量不浪費，順應節能減排低碳的號召，是一款非常實用的低碳產品，并且價格便宜，將會成為大多數低碳環保人士的首選產品，下一步將研究裝置的優化設計和操作智能化。

參考文獻：

[1]蔡琛輝,劉錫寧,閆鑫,周明路,劉孟強,陳曉平.一種新型摩擦輪自行車發電裝置的創新設計研究[J].寧波工程學院學報,2017,29(03):14~19.

[2]任科臣,孫學武,盧高慶.鋰離子電池不同充電倍率下的能量效率研究[J].電子世界,2014(16):325~326.

作者：趙明陽 衛江紅 于濤 張友民 單位：德州學院機電工程學院