羅 韜 王玉勤* 楊 帆 徐潤芳 張博文

（巢湖學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 巢湖238000）

隨著機(jī)動(dòng)車的增加，尾氣排放造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)峻[1]。為倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的理念，自行車已成為我國城鄉(xiāng)居民健康出行的首選交通工具，自行車以其環(huán)保和便捷的特性倍受人們喜愛。目前市場(chǎng)上的自行車主要是借助于人力或者電池供電進(jìn)行行駛[2]。人力或者電池中的電能在自行車行駛途中不斷地被消耗，在這個(gè)過程中，大部分的能量尚未被使用就流失，造成能量浪費(fèi)[3]。本文設(shè)計(jì)的新型花鼓發(fā)電裝置從能源循環(huán)利用的方面考慮，通過騎行自行車時(shí)車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，能充分有效的利用能源，起到了節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境的作用。

1 新型花鼓發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介及工作原理

新型花鼓發(fā)電裝置，包括有花鼓桶、花鼓、穩(wěn)壓裝置、發(fā)電裝置等裝置，如圖1 所示。穩(wěn)壓裝置所包括的固定外殼內(nèi)側(cè)壁上鑲嵌有電刷片，導(dǎo)電后通過導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行穩(wěn)壓從而提供穩(wěn)定的電流[4]。

花鼓桶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)從摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)主摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)繞組線圈固定盤也會(huì)跟隨主摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得繞組線圈做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置利用導(dǎo)線與電刷進(jìn)行工作，通過調(diào)節(jié)繞組線圈產(chǎn)生的電流實(shí)現(xiàn)電能的輸出。

2 發(fā)電花鼓發(fā)電部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

花鼓主要由花鼓桶、車輪主軸、主軸軸承、花鼓桶軸承和發(fā)電裝置組成[5]?；ü耐暗膬?nèi)壁上鑲嵌有呈環(huán)形排列的若干個(gè)弧形磁鐵，其兩端安裝有兩個(gè)環(huán)形的輻條耳片，輻條耳片上設(shè)有用于安裝輻條的若干個(gè)安裝孔。主軸軸承套安裝在車輪主軸上，花鼓桶的桶底以及固定外殼的中心處均開設(shè)有軸孔，軸孔內(nèi)安裝有軸承。主軸的兩端分別穿過兩個(gè)軸承，因此車輪主軸的兩端安裝在前叉底部。由于花鼓桶軸承套安裝在主軸軸承上并位于花鼓桶內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)花鼓桶隨著車輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。

發(fā)電裝置主要由轉(zhuǎn)筒、行星摩擦輪固定盤、繞組線圈、固定盤、主摩擦輪和兩個(gè)從摩擦輪組成。主摩擦輪、繞組線圈固定盤分別安裝在轉(zhuǎn)筒的兩端，如圖2 所示。在主摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，由于轉(zhuǎn)筒套安裝在花鼓桶軸承上，轉(zhuǎn)筒會(huì)隨著主摩擦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)繞組線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，繞組線圈固定盤也會(huì)同步跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，繞組線圈位于主摩擦輪、繞組線圈固定盤之間。

圖2 發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖

由于行星摩擦輪固定盤固定在主軸軸承上，當(dāng)主軸軸承帶動(dòng)行星摩擦輪固定盤轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)從摩擦輪均安裝在行星摩擦輪固定盤上，主摩擦輪位于兩個(gè)從摩擦輪之間并與兩個(gè)從摩擦輪接觸，如圖3 所示。當(dāng)從摩擦輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)主摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從摩擦輪位于若干個(gè)弧形磁鐵的一側(cè)并與花鼓桶的內(nèi)壁接觸。當(dāng)花鼓桶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過摩擦帶動(dòng)從摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)主摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與花鼓桶轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是異向的。流會(huì)通過導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。由于繞組線圈固定盤上開設(shè)有三個(gè)通孔，通孔內(nèi)均安裝有電刷，三根導(dǎo)線分別與三個(gè)電刷電連接。當(dāng)繞組線圈固定盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，三個(gè)電刷分別與三個(gè)電刷片接觸并轉(zhuǎn)動(dòng)。電刷片與導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置電性連接，導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置將繞組線圈產(chǎn)生的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)并對(duì)外輸出到自行車蓄電裝置中。

圖3 從摩擦輪與主摩擦輪的結(jié)構(gòu)示意圖繞組線圈作為發(fā)電的核心部件，在若干個(gè)弧形磁鐵內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。繞組線圈外接有三根導(dǎo)線，繞組線圈產(chǎn)生的電

3 穩(wěn)壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

穩(wěn)壓裝置主要由固定在前叉上的固定外殼和外側(cè)壁上的導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置組成。固定外殼的內(nèi)側(cè)壁上鑲嵌有三圈半徑不同且為圓形斷開的電刷片，并開設(shè)有三個(gè)穿孔。三個(gè)電刷片通過三根電線分別穿過三個(gè)穿孔后與導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置連接。電刷片導(dǎo)電后通過導(dǎo)電調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行穩(wěn)壓，從而提供穩(wěn)定的電流。

4 結(jié)論

4.1 本文設(shè)計(jì)的新型發(fā)電自行車花鼓通過自行車車軸驅(qū)動(dòng)來達(dá)到發(fā)電的效果，提高了車輪轉(zhuǎn)動(dòng)能量的利用率，減少了能源損耗，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。

4.2 所設(shè)計(jì)的新型發(fā)電自行車花鼓，可以應(yīng)用于各種不同型號(hào)的自行車和電單車上，其所轉(zhuǎn)化的電能，可以高效的儲(chǔ)存在普通的電能存儲(chǔ)器內(nèi)，也可以直接輸出利用。同時(shí)，自行車自帶的各種車載電子器件可以直接利用這部分電能進(jìn)行工作，使得有限的能源能夠最大限度的得到利用。