電動自行車再生制動發(fā)電裝置說明書終結版

電動自行車再生制動發(fā)電裝置設計說明書設計者：王銀鴿、楊碩、王波（西南交通大學電氣工程學院，成都，611756）【摘要】電動自行車在制動的過程中，采用橡膠摩擦達到目的，這樣將動能轉化成熱能，造成能量熵的增大，使其利用性變低，從另一方面說也是一種能量的浪費，我們就設想將這部分能量利用起來，轉化為電能達到節(jié)能的目的。我們基于法拉第電磁感應定律，設計了電動自行車制動發(fā)電裝置。該裝置能夠將剎車時需要舍去的動能轉化為電能，利用蓄電池，進一步將電能轉化為化學能儲存起來，方便再次供電動自行車使用。該裝置分兩大部分：機械傳動系統(tǒng)與發(fā)電充電系統(tǒng)。機械傳動部分是將車輪的慣性轉動依次經齒輪嚙合，常開摩擦離合器，具有無極變速的帶傳動組傳遞到發(fā)電機。該傳動系統(tǒng)的控制開關是剎車把的張合，只有進行剎車制動時才工作。當制動力小于一定數值時，傳動系統(tǒng)工作，進而帶動發(fā)電機發(fā)電，發(fā)電機的阻力產生一定的制動效果。當制動力大于這個數值時，剎車把的張合程度會達到第二階段，為確保制動安全，開始采用自帶橡膠摩擦制動和發(fā)電機阻力制動二者的混合制動。兩者的組合既能夠達到能源的回收再利用又保障制動的安全性。發(fā)電充電部分由小型發(fā)電機、穩(wěn)壓電路與蓄電池構成。本設計能夠有效的再生制動，到達節(jié)能的作用。由于現在的大部分電力由火電廠燃煤產生，與此同時會排放大量污染氣體，該設計制動產生的能源能夠以電能的形式重新被利用，進一步說到達了減排的作用。關鍵詞：無級變速制動發(fā)電混合制動發(fā)電機法拉第電磁感應定律聯系人：殷悅358033426@作品背景及意義1.1作品背景隨著煤炭資源的日益困乏，節(jié)約用電和尋找可替代資源或者技術發(fā)電，已經成為人們亟待解決的問題。同時，由于我們國家人口眾多，人均資源擁有水平低，人均GDP不高，所以汽車擁有量相對于發(fā)達國家就較少。而由于電動自行車操作簡單、占用空間小、行駛速度可控、行駛自動省人力、利用電能來驅動等優(yōu)點，極大填補了這方面的不足，受到廣大國民的喜愛。對建立節(jié)約型和諧社會，有著非常重大的意義。據統(tǒng)計現在中國電動自行車擁有量已經突破2億輛，占據我國巨大的交通工具市場。1.2市場上現有電動自行車的發(fā)電裝置摩擦發(fā)電照明燈腳踩發(fā)電機1.3本設計的優(yōu)點隨著節(jié)能減排被人們接受并積極響應，電動自行車的設計者們逐步增加或者改進裝置，來起到節(jié)能減排的目的，同時方便消費者。例如：摩擦發(fā)電照明燈、電動車腳踩充電。但是摩擦發(fā)電的轉化率低，而腳踩充電又消耗人力，我們就想對這部分進行改進，采取齒輪嚙合制動發(fā)電，既達到了提高能源收集再利用的效率，又節(jié)省人力，同時起到節(jié)能減排的作用。設計方案2.1系統(tǒng)工作原理本設計主要分兩個部分：再生制動與輔助制動。

開始開始系統(tǒng)整體安裝：圖3系統(tǒng)整體安裝大致安裝如上圖所示，第一個齒輪與車輪的輪轂固定，與其配合的齒輪及同軸的離合器和帶輪固定在下邊的車架上。第二個帶輪，帶輪軸及齒輪安裝在上邊車架上。發(fā)電機及其齒輪安裝在下面車架上。所有的安裝位置，視齒輪配合中心距和帶輪中心距而定。盡量將裝置整體向車體后部安置，使其不影響腳踏板的轉動。同時盡量將裝置安裝成后座腳支撐板的姿態(tài)，并設計外殼，將其轉化為支撐板，以此優(yōu)化外觀。三、可行性分析設計一個產品時，需驗證其原理的科學性與使用的經濟性，下面對本系統(tǒng)的可行性進行分析。我們著重分析了本系統(tǒng)的技術可行性與經濟可行性。3.1經濟可行性分析3.1.1發(fā)電量分析計算結合調查結果和實際情況，按每戶平均使用電動車的頻率為每兩天天一次。采用本系統(tǒng)后，每次剎車時可發(fā)電112J，平均每次出行可以發(fā)電560J。就成都而言，以最少400萬臺電動車計算，每年就可發(fā)電113515度。以成都市現行居民生活電價每度0.56元計算，本系統(tǒng)每年可為成都市居民節(jié)約人民幣6.3萬元。折算成燃煤量為37838kg，減少C排放量94330.134kg。3.1.2成本核算在成本核算部分，我們主要計算了購買材料及加工費用。家庭安裝費用折算在了加工費中，其中大部分的材料價格采納自淘寶網。人工費參考了08版《建設工程定額與概預算》。成本核算見下表：項目單位成本（元）機械部分電氣部分材料成本原料20045輔助原料83加工費用動力55人工2010合計23363根據上表，計算出總成本為233+63=296元。這是單位成本，考慮規(guī)模效應，隨著大規(guī)模生產這套系統(tǒng)，人工費和材料購置費會下降很多。其中尤其是如果在電動車出場前就安裝這套系統(tǒng)，利用生產工廠里的機械和人力，費用就更為低。按照30%的折減來計算，則成本為267.2元。3.2技術可行性分析3.2.1技術理論分析發(fā)電機部分：主要計算在一次急剎時可發(fā)的電量：解：由直流發(fā)電機轉矩平衡方程組：其中，為原動機的拖動轉矩，為空載轉矩，為電磁轉矩當電動車急剎時，后輪對發(fā)電機的輸入轉矩約為9600,直流電機的空載轉矩為300，則直流電機的電磁轉矩為9300。當發(fā)電機輸入轉矩為9300時，因為，可以求得發(fā)電機的轉速約為3000rad/min。大于電動機起動的最小輸入轉速，故發(fā)電機可以用來發(fā)電。計算完畢。穩(wěn)壓部分:由永磁發(fā)電機發(fā)出的三相電經過三相全波整流電路(如圖一)變換為帶諧波分量的直流量(如圖二)圖4三相全波整流電路圖5三相全波整流波形經過整流后的電流進入穩(wěn)壓電路(如圖三)進行穩(wěn)壓圖6基于LM2596的48V穩(wěn)壓電路該電路先過濾掉三相全波整流輸出的諧波分量，再通過LM2596將輸入電壓(11-60V)降壓并穩(wěn)壓，有效避免了交流發(fā)電機輸出電壓不穩(wěn)對充電電池的影響。經過LM2596穩(wěn)壓后的輸出電壓經過反饋回路通過R2反饋給LM2596，從而實現了對輸出電壓的反饋控制，最終實現輸出給充電電池兩端的電壓為48V的額定充電電壓。3.2.2技術實驗分析一、實驗目的1、驗證剎車發(fā)電的可行性。2、獲得發(fā)電機輸出電壓的實驗值。二、實驗設備測壓表頭、小型電動機、手搖發(fā)電機、電壓表各一個三、實驗內容用電動機拖動發(fā)電機，測量發(fā)電機的輸出電壓和電流。四、實驗歩驟調節(jié)電動機的輸入電壓，使輸出轉矩約等于電動車剎車時對發(fā)動機的輸入的轉矩，用電動機拖動發(fā)電機，測量發(fā)電機的輸出電壓，輸出電流。五、實驗數據輸入轉矩輸出電壓輸出電流930054.4V18.9A六、實驗結論綜上所述，實際實驗值與理論值在誤差范圍內一致，故技術可行性在理論與實驗兩方面得到論證，方案可行。四、創(chuàng)新點及推廣應用4.1產品創(chuàng)新點1．與現有的專利相比，此裝置將要廢棄的能量重新利用，延長了電瓶的使用時間，減少充電次數，做到了真正的節(jié)能。2．適用于生活中常見的電動車，適用于各大中小城市及城鎮(zhèn)農村地區(qū)，本設計采用較成熟的制造工藝，經濟成本低，有較高的性價比。3.結構簡單，機械結構布置簡單，便于安裝和維護。4.充分結合力學、機械、電氣學科的基礎知識，實現了跨學科結合。4.2推廣應用在全國各大中小城市，電動車使用者的數量很大，此作品將駕駛過程中廢棄的能力儲存起來以備使用，即方便了駕駛者，又達到了節(jié)能減排的目的。同時該作品還可用于自行車，電動汽車。地鐵平均時速35km/h，若地鐵每公里停靠站一次，那么地鐵每小時?？空?5次，根據經驗，地鐵再生制動產生的能量除了一定的比例被其他相鄰列車吸收利用外，剩余部分將主要被列車的吸收電阻以發(fā)熱的發(fā)熱的方式消耗掉或被線路上吸收裝置吸收，若將此能量回收，則會節(jié)省大量的資源，我們的理念也可以適用于地鐵的再生制動。此作品性能優(yōu)良，應用前景廣闊。節(jié)能減排從生活細節(jié)做起，地球的明天將會更加美好。五、心得體會4個月前，我們來自電氣學院的3個同學組成了一個團隊，還記得，從剛開始項目選題到現在，我們都堅持著一個理念，就是追本溯源，不能讓比賽變了味，融于生活，解決實際問題，不空虛，要實用。2014年的1月，我們節(jié)能減排團隊成立；2月初，我們完成了項目的選題和所需的社會調查工作；3，4，5月我們經歷了最具挑戰(zhàn)和意義的作品設計和實驗期，期間高興過、彷徨過也失落過，有想過退縮，也有想過放棄，最終在我們互相之間的鼓勵下走到了現在，而今我們希望廣大群眾能通過我們的作品感覺到節(jié)能減排可以無處不在，節(jié)能減排從身邊做起，相信祖國人民的生活一定會更加美好。參考文獻【1】康立.電動自行車的市場優(yōu)勢.中國自行車