陳祥，曹漢清，魏宇峰，韋麗影

（1.江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.青島大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 青島 266071）

0 引言

隨著資源的枯竭和環(huán)境的惡化，資源的枯竭和科技的進(jìn)步，電力驅(qū)動(dòng)被認(rèn)為是解決該問(wèn)題的一個(gè)方法，電力節(jié)約也成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展一個(gè)熱門話題。楊若雪[1]將海水反滲透淡化中經(jīng)常運(yùn)用到的兩種主要能量回收技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行闡述，并將通過(guò)相應(yīng)能量回收裝置運(yùn)用在海水反滲透淡化工程的整體的能量消耗的成本與其進(jìn)行比較，從而設(shè)計(jì)出海水反滲透淡化系統(tǒng)中的能量回收裝置。孟瑩梅[2]闡述尾氣能量回收發(fā)電裝置在汽車尾氣中應(yīng)用的價(jià)值，利用渦輪裝置充分發(fā)揮汽車尾氣的機(jī)械能，提出一些對(duì)于汽車尾氣能量回收發(fā)電裝置設(shè)計(jì)的建議。佘翔等三人[3]開(kāi)發(fā)一款公交車制動(dòng)排氣降噪及能量回收裝置，為節(jié)省開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間，構(gòu)建基于AMESIM的公交車制動(dòng)排氣降噪及能量回收裝置模型，用于仿真計(jì)算。蘇慧超等三人[4]采用自主研發(fā)的一體式能量回收高壓泵，并優(yōu)化了裝置設(shè)計(jì)，研制的一套適用于海島、海上平臺(tái)、船舶等特殊場(chǎng)合的小型海水淡化裝置。周長(zhǎng)明[5]利用相變換熱原理，迅速將熱源熱量快速搬運(yùn)到冷源，從而達(dá)到傳熱換熱的目的，進(jìn)行復(fù)雜氣體能量回收裝置的優(yōu)化研究。段未等三人[6]提出一種泵驅(qū)動(dòng)回路熱管能量回收裝置，用于回收公共建筑空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)的能量，降低處理新風(fēng)的能耗，并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)試該裝置在兩種工況下的性能，分析工質(zhì)質(zhì)量流量、換熱器換熱面積和換熱器迎面風(fēng)速3種因素對(duì)裝置換熱量、溫度效率和性能系數(shù)的影響，得出質(zhì)量流量、換熱面積和迎面風(fēng)速的最優(yōu)值。中國(guó)機(jī)電工業(yè)[7]由錫柴科技人員提出“能量回收系統(tǒng)”，針對(duì)如何回收各種熱機(jī)沒(méi)有被利用掉的部分能量，以燃機(jī)循環(huán)理論和機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，具有簡(jiǎn)單可靠、高節(jié)能特點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)能量回收設(shè)計(jì)的先河。方輝[8]指出能量計(jì)量通過(guò)三種途徑：優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)先發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)等低碳經(jīng)濟(jì)，降低單位GDP能耗;二是淘汰落后產(chǎn)能，關(guān)停生產(chǎn)工藝和裝備水平落后的高耗能生產(chǎn)能力，降低GDP能耗;三是提高能源利用率，改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高管理水平，通過(guò)節(jié)能降耗，降低單位產(chǎn)品能耗。實(shí)現(xiàn)科學(xué)節(jié)能。

裝置分兩種情況：一種是平時(shí)工作狀態(tài)，剎車時(shí)工作，與碟剎一起運(yùn)動(dòng)，另一種是下坡?tīng)顟B(tài)，設(shè)置成常開(kāi)，分兩個(gè)擋位以收集能量。該裝置利用磁生電模塊輔助剎車，并將產(chǎn)生的電能用于電風(fēng)扇、防盜器等的消耗。該裝置在單車上以是否接入電路來(lái)確保是否作用，下坡時(shí)可自己控制恒定接入，也可在要?jiǎng)x車時(shí)拉動(dòng)剎車把來(lái)接入電路；若電動(dòng)車可以接入電流增強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)達(dá)到強(qiáng)力減速。故電動(dòng)車有兩擋。據(jù)計(jì)算，在單車正常行車一小時(shí)的情況下，可產(chǎn)生3~6KJ左右的能量，可供一部3W的電風(fēng)扇使用約30分鐘或者讓在有大的上下坡的情況下達(dá)1小時(shí)以上。電動(dòng)車則會(huì)更久，若推廣到全國(guó)，估計(jì)每天可以節(jié)省千萬(wàn)以上度電。

1 設(shè)計(jì)方案

自行車一級(jí)剎車系統(tǒng)的電鍵開(kāi)關(guān)和碟剎的剎車手把一起連接，拉動(dòng)車閘，電鍵打開(kāi)，碟片輔助裝置接入電路，形成回路，產(chǎn)生電流并發(fā)揮剎車作用，如圖1所示。

圖1 一級(jí)剎車系統(tǒng)

而電動(dòng)車的二級(jí)剎車系統(tǒng)則在按鍵兩次才啟動(dòng)。按鍵一次時(shí)，作用同自行車的一級(jí)剎車系統(tǒng)，按鍵兩次后，在一級(jí)的基礎(chǔ)上接入電動(dòng)車電源，產(chǎn)生更大的電磁場(chǎng)并產(chǎn)生更大剎車作用，如圖2。

圖2 二級(jí)剎車系統(tǒng)

該裝置通過(guò)固定于車架上的發(fā)電模塊來(lái)獲得不規(guī)則的交變電，通過(guò)整流濾波升壓模塊將其轉(zhuǎn)換成不規(guī)則的直流電，以便給超級(jí)電容供電，當(dāng)超級(jí)電容在降壓模塊的直流輸出電作用下并在充電模塊的環(huán)境中開(kāi)始充電工作之后，若電量已充滿，則過(guò)載保護(hù)模塊上的警示燈將會(huì)提醒使用者該裝置已充滿電，并開(kāi)始自動(dòng)放電。該裝置通過(guò)對(duì)發(fā)電模塊所產(chǎn)生的不規(guī)則交變電進(jìn)行整流濾波升壓成不規(guī)則的直流電，方便對(duì)其利用。所述電力圖如圖3所示。

圖3 整流濾波升壓電路

得到不規(guī)則直流電之后，將其輸入超級(jí)電容，給超級(jí)電容進(jìn)行充電。相關(guān)電路圖如圖4所示。

圖4 降壓充電電路

當(dāng)超級(jí)電容充滿電之后，警示燈會(huì)提醒使用電容儲(chǔ)能已滿，超級(jí)電容將會(huì)自動(dòng)放電，達(dá)到過(guò)載保護(hù)的目的。相關(guān)電路圖如圖5所示。

圖5 電容充電與過(guò)載保護(hù)電路

在自行車車身安裝有夜間照明電路，該裝置通過(guò)固定在車身龍頭位置的按鈕開(kāi)關(guān)來(lái)達(dá)到控制該照明電路的目的。相關(guān)電路圖如圖6所示。

圖6 照明電路

2 結(jié)語(yǔ)

裝置利用磁生電的裝置輔助剎車，減少剎車片的磨損，并將產(chǎn)生的電能用于電風(fēng)扇或手機(jī)充電等。此裝備可廣泛用于利用碟剎為剎車裝置的各類車輛，擁有廣闊的市場(chǎng)。單車的碟剎發(fā)電裝置還可利用充電寶保存，用于騎行時(shí)手機(jī)充電和其他用途，野外照明用電等，必要時(shí)可當(dāng)作應(yīng)急發(fā)電裝置。該裝置具有成本低，安裝及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，并且可將在剎車過(guò)程中損失的能量加以利用，可以增加其續(xù)航力、提高舒適度，使之在市場(chǎng)上更有競(jìng)爭(zhēng)力。可應(yīng)用更強(qiáng)電磁感應(yīng)強(qiáng)度的磁體，在驗(yàn)證的情況下安裝多個(gè)類似的裝置以提升利用率；利用新的電能收集裝置，如利用直流電源變換器或者利用超級(jí)電容器；可以在電動(dòng)車內(nèi)安裝小型的水平儀，利用51單片機(jī)控制在坡度傾斜達(dá)多少角度時(shí)打開(kāi)開(kāi)關(guān)，接入電路；可以利用滑動(dòng)變阻器控制電磁鐵接入電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)精確控制。