尹凌鵬 方坤禮 徐建亮 鄧玉娟 周建鋒

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 衢州 324000）

基于超市購物推車的自發(fā)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

尹凌鵬 方坤禮 徐建亮 鄧玉娟 周建鋒

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)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(shí)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(yīng)的發(fā)電設(shè)施，在車輪轉(zhuǎn)動時(shí)帶動發(fā)電裝置，發(fā)出的電能存儲于蓄電池中，待使用時(shí)再取出，實(shí)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(shí)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(shè)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(dá)國家已經(jīng)開始應(yīng)用，而在我國該技術(shù)尚未推廣。

1 總體方案及要點(diǎn)

1.1 整體機(jī)構(gòu)優(yōu)化分為兩部分：發(fā)電部分機(jī)構(gòu)優(yōu)化和傳電部分機(jī)構(gòu)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(jī)500～2 000轉(zhuǎn)／分鐘的轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)，必須通過相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)要保證機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性及長效性。

傳電部分，購物車在設(shè)計(jì)時(shí)為了適應(yīng)顧客購物時(shí)的舒適性，輪子的設(shè)計(jì)為萬向輪，在運(yùn)行過程中，輪子的轉(zhuǎn)向完全隨機(jī)。所以需要設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)才能滿足可靠傳電的功能。

1.2 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，電路從整流、濾波、穩(wěn)壓幾個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)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(guān)鍵技術(shù)和主要技術(shù)指標(biāo)

該實(shí)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(jìn)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(jī)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(yùn)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(jié)構(gòu)圖

3 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)過程中就需要更多地考慮系統(tǒng)運(yùn)行的連貫性，保證整個(gè)系統(tǒng)放電的效率。這是在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制電路設(shè)計(jì)過程中都要注意的問題。同時(shí)配合一些電機(jī)檢測設(shè)備，通過發(fā)電機(jī)低速乃至零速均能穩(wěn)定加載，能夠十分準(zhǔn)確地檢測出發(fā)電機(jī)的效率[2]。

3.2 電路。因齒輪轉(zhuǎn)動速度及方向變化的隨機(jī)性，故發(fā)電機(jī)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(shí)的電壓還會隨負(fù)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(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。

3.3 使用壽命。電機(jī)的轉(zhuǎn)速約1 500 r／h，在高速運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生熱量、噪音與摩擦力，這勢必影響電機(jī)及整個(gè)機(jī)構(gòu)的使用壽命，在測試過程中應(yīng)予以考慮，使用優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)算，根據(jù)計(jì)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(gè)大型超市每天大約有200～500輛購物車同時(shí)運(yùn)行，每輛購物車以5W功率發(fā)電，以400輛每天10小時(shí)計(jì)算，每年工作1 825小時(shí)，超市購物車發(fā)電較其他自然力發(fā)電（如風(fēng)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(jié)

本項(xiàng)目通過企業(yè)、學(xué)校相結(jié)合，以低碳節(jié)能科學(xué)環(huán)保為設(shè)計(jì)目標(biāo)，應(yīng)用于實(shí)際生活，能夠產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會價(jià)值。該技術(shù)的應(yīng)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(xué)學(xué)報(bào)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，346.

[3]才家剛.電機(jī)試驗(yàn)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(jì)劃項(xiàng)目（20121056）。

尹凌鵬（1983-），男，碩士研究生，講師，研究方向：機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)電系統(tǒng)控制。