物理知识在易装卸自行车发电中的应用范文

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[摘要]针对目前存在的自行车辐条上安装磁铁并利用线圈切割磁感线发电的无摩擦发电装置进行优化设计，满足易于装卸的需求。

[关键词]高中物理；易装卸自行车发电装置

1研究目的及意义

分析现有发电装置的结构与原理，概括与总结现有自行车发电装置的优势与局限，重新设计出一款易于装卸的自行车发电装置。解决人们的电子设备“耗电快、充电难”的问题和出行的后顾之忧，大幅提升人们的出行质量与工作效率。

2研究现状分析

2.1无摩擦发电

此装置可保证装置较为轻便以及骑乘时阻力较小。但因其线圈组暴露在外，受外界条件干涉较大，且装置不便于拆卸，因此不适用于日常生活中的使用。

2.2齿轮传动发电

其局限性在于无法满足公路或山地自行车在变速后齿轮的重新啮合，并且其装置自身缺乏整流及稳压模块导致其无法产生稳定的直流电供用电器使用,还无法满足装置易于装卸的需求，同样不具有普适性。通过对比分析不难看出，“易于装卸”是目前的自行车发电装置亟待解决的关键点。同时还应重视装置的保护以及整流、稳压模块的使用。

3设计思路

3.1原理分析

基本原理就是电磁感应原理。发电部分由强磁铁片（条）和线圈组成，当二者发生相对运动时，因车轮不断旋转，线圈能切割磁感线而在线圈内产生方向和大小随时间做周期性变化的交变感应电动势以及交变电流。

3.2结构设计

将磁铁固定在自行车车轮辐条上，将线圈固定于自行车车架某处，以达到行驶时二者能够发生相对运动产生感应电流的目的。

3.2.1流程设计

电流产生后即通过整流、稳压模块输出为稳恒电流，供用电器使用。要使用整流桥把交流电转换为直流电。通过稳压模块后才能给移动电源充电，进而供用电器使用。稳压模块是非隔离降压恒流、恒压模块，其中输入电压为4～35V，输出电压为连续可调（1.25～25V）。

3.2.2部件及模块设计

磁铁组设计：使用场强为960GS的铷铁硼片状磁铁，直径为50mm，厚度5mm。在自行车辐条上距中心轴尽可能远的地方布置磁体，等间隔地布置一圈磁体作为转子，且间隔为磁体直径大小。磁体圆心距离轴心的最大距为R-r(其中R，r分别为辐条半径、磁体半径)，其圆心所在圆周的最大周长是2π(R-r)，自行车辐条上最多布置磁体的数目n应该是磁体圆心所在的周长除以磁体的直径所得数目的一半，即选用20车型即辐条半径为330mm，安置磁体圆心到轴心的距离R＇为300mm。为了提高磁场强度，选用两片磁铁叠在一起当做一个使用，共用10个磁体，固定在自行车辐条上，同一而极性相同。线圈设计：线圈模板参数如下：模板内径15mm，模板外径25mm，模板高度10mm。在线圈与磁体间距为10mm处，车轮速度25km/h的情况下，4种线径不同的线圈的感应电动势在5.4V～25.2V范围内。选用线径为0.45mm的线圈。本设计选择了10个线圈，采用两两串连共5组再并联的方式，组装成线圈组，固定在前叉模板上。前叉模板设计：通过对SolidWorks软件的学习加之对自行车轴承以及前叉部分的真实数据的测量。

4展望

笔者将着手解决以下几点：设计出整流、稳压模块的固定位置、方式以及保护措施，并继续进行细节设计，完善模板、辐条上的固定结构，完成磁铁片、前叉模板安装方法的优化。

【参考文献】

[1]王博，麻友良，舒国全，等.一种易装卸的自行车发电装置的设计[J].武汉科技大学汽车与交通工程学院，2016.

[2]邓丽敏，管声启，武永桥.发电自行车发电装置的设计[J].西安工程大学，2017：3-4.

[3]闫俊伢.一种基于切割磁感线的自行车发电装置设计[J].内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)，2015，44（3）：617-619.

[4]戴聘聘，陈琦，杨彦青.一种易装卸的自行车发电装置的设计[J].汽车电子，2016：246.

作者:史恩瑞 单位:北京市昌平区第二中学