基于动感单车发电储能装置的设计构思

基于动感单车发电储能装置的设计构思摘要

随着生活质量的不断提高，给环境带来的损害也日益增加，在日常生活中可以多采用可再生的清洁能源来满足我们的日常生活。针对这种清洁能源考虑到动能发电，并联想出了动感单车这一构思，将运动者在骑行过程中的动能转化为电能储存起来。该动感单车发电系统由改进的动感单车、齿轮带传动系统和发电机组成，采用三角形V带传动，并将产生的电能用于日常生活中，有效减少了对环境的污染,克服了现有技术中电能无法回收的问题，实现了电能的回收利用、促进低碳环保的发展。

关键词：动感单车；动能转化；带传动系统

1. 研究背景与意义

随着各种先进技术的持续改善和人民生活水平的不断提高，很多人也将动感单车作为平时运动必备的一项有氧运动。针对这两种情况，设计研制出的一套发电的装置，将人们身体在骑行锻炼过程中所产生的一部分能量转化为电能，将所储存出的电能转化用于日常的生活需要，动感单车传动的部分功能器材通过利用新技术而不断改造及升级，具有极其广阔良好的经济发展前景，从而起到节能和环保的作用。

动感单车发电装置主要是运动者通过机械运动将机械能传输给发电机，发电机通过储能设备将产生的电储存起来。可以将储存起来的电能用于日常生活中，能够节约资源保护环境。

2. 国内研究现状

刘佰龙等在减震自行车发电系统设计的研究中提出了从减震系统中回收电能。段波等人（2009）针对自行车发电系统的动态特性，分析了踏板转速与发电机转子转速关系，交直流

输出电压等关系，计算得出输出功率约为150瓦，达到了预期的效果，从而验证了单车发电

系统的可行性。

3. 设计的思路

目前在市场使用上最为常见的动感单车发电装置，通常也都是通过利用与动

感单车的链条之间以及传动齿轮之间，发生的机械摩擦现象来进行驱动进行发电。动感单车发电装置主要是指通过让原本固定安装在电动自行车辐条上的超强电磁

铁芯借助于骑行过程，而能产生巨大的磁动力从而做出类似切割金属磁感线之类

的机械运动效果，这种运动的方式可以产生负载的电流,从而直接满足了各种电

子设备之间的直流供电的需求。

虽然说在现在已经快实现可以借助动感单车来进行发电的这一特殊功能，但

是在实际应用的普及推广等应用问题中还存在有很多问题。近年来随着人们环保

意识要求的日益不断地提高，动感单车发电装置越来越受到人们的关注,目前市

场上的动感单车发电装置需要固定在车架上才能够适应，所以要使动感单车发电

装置持续性运行必须要有好的传动方式和发电的装置。能够实现便携发电并实时

显示在智能显示屏上，在人们现在的物质生活中已经远远离不开节能和智能化的

时代。

4. 传动机构设计

现如今单车使用的最主要的传动方式是齿轮带式传动和链轮式传动这两种，

而该动感单车选择使用齿轮带的传动及连接方式。其齿轮传动联接方式相对比链

轮连接方式相对容易简单而且精确稳定，且传动与连接的效率就相对于更高。

由于考虑其自身材质问题，带式齿轮传动与连接部件更关键的主要特点：是

它要确保能够更适合于在高速、高温或潮湿环境等一系列极高恶劣的工作和环境

状况条件下运行。虽然自制的带轮自动已经完全能够让电机与自动电机轴自动相

互进行匹配，但却仍远远无法保证直接可以将它们能够可靠的固定焊接在一起，

因此考虑到利用有限焊接工具的数量，将带轮轴直接与自动电机轴自动通过固定

焊接连接的方式固定的联接在了一起。

5. 固定支架设计

固定支架是动感单车的支撑部件也是最基础的部件，综合考虑发电及控制等

装置部件的方便安装和底座稳固的两个主要应用目的，设计研发出这样一套固定

装置支架。由于带传动上固定螺钉的带长度可做到大致的固定，但是由于当带传

动电机连接螺丝到位固定后很可能会再次出现带的松动,所以通过使用符合该螺

丝设计尺寸的固定支架就能够可以随意地调节固定皮带传动电机高度,从而保证

无需手动改变固定时皮带传动电机连接的固定螺丝松紧程度。

该支架结构还主要包括了自由调节改变电机皮带与动感单车前后轮轴之间相

对应的平面位置，而且人们在骑动感单车经常会站立骑行，从而保证了单车的稳固，也能够做到直接与驱动电机的各级电机后的齿轮轴线相垂直平行的连接，从

而可以有效的达到自由调节前后齿轮变速比和电机带轮，可以直接实现与动感单

车的齿轮轴相对垂直平行运动这双重的效果。能够有效确保驱动电机皮带轮套在

电动助力动感单车上，即使被使用者连续且长时间固定地骑行及使用状况下，仍

能够始终保持稳定且不会有打滑与松脱的情况，不至于因此影响了其他使用者长

时间骑乘后舒适的体验感。

6. 发电原理分析

首先动感单车的齿轮传动系统通过皮带轮与蜗杆相连接，蜗杆与蜗轮相咬合，蜗轮的中心处套有第一转轴，第一转轴通过齿轮与发电装置相咬合，第一转轴的

两端通过轴承与支撑架相连接；该动感单车发电系统，通过运动单车将动能转换

为电能，发电装置采用压电悬臂梁发电的原理，通过极性相同的磁铁之间相互切割，产生电能，即产生电压效应进而发电；合理的将运动和能源相结合，进而能

源利用率会不断提高，同时也提高了经济效益。

动感单车发电系统的特征在于，其包括动感单车、传动装置、传动装置控制

系统、电动机、电源模块、储电器、pwm控制器、动力调节模块、变压器、整流器、直流稳压器，电动机实现能量的转换，需要有一个直流磁场，而产生这个磁

场的直流电流，称为发电机的励磁电流，凡是从其它电源获得励磁电流的发电机，称为他励发电机，从发电机本身获得励磁电源的，则称为自励发电机，变压器能

够调整交流电源的电压比，让其与电动机保持一致，整流器能够降低交流信号的

波动范围，然后通过滤波器将交流信号变为直流信号，最后通过直流稳压器将这

股直流信号稳定下来传输给电动机，更具电生磁原理，电机会产生一个顺时针的

磁场，磁场会带动电机进行工作，产生相应的电流。

7.动感单车发电装置的整体结构

动感单车发电装置的运行和整体结构主要是传动系统和发电机以及动感单车，那么在发电装置设计的过程中离不开每一个部件，因为每一个部件都有它的重要

作用的功能。运动者骑行动感单车时，首先是根据自身的体重和身高调节自身最

适合、最舒适的座位身高，这样不仅有利于运动者的正确骑行姿势，而且有利于

发电装置的匀速发电；然后再就是本文设计的发电装置的变速系统即变速器，它

不仅可以保证运动者的骑行速度和发电稳定性，而且可以避免骑行过程中的空转

现象，可以确保运动者的骑行安全；在运动者骑行动感单车过程中，动感单车的

发电装置主要通过运动者踩踏蹬板来控制发电装置发电

8. 结论与展望

本文的设计确定了局部和整体的动感单车发电装置设计方案。并且分析了永

磁发电机发电的方式和各个部位的传动方式，需要哪些相配合的传动机构，并且

将动感单车的发电装置分为执行的系统、控制的系统和驱动的系统三个部分。

随着人们健康意识的加强，根据我国近几年的发展和现状，人们对于大气的

污染和资源的缺乏有了一定的认识，时代的不断进步，人们也对环保卫生、节能

减排也慢慢的重视，从这几点出发，本次的设计动感单车发电装置也不断的被人

们所接受。未来动感单车发电也会越来越先进、便捷、智能化，既可以让人们的

身体得到锻炼，又可以起到环保和机械能的再次利用的作用。

参考文献

[1] 刘佰龙. 减震自行车发电系统设计的研究[D]. 内蒙古工业大学, 2015.

[2] 段波, 蔡明明, 陈圣吉, 等. 自行车发电系统的动态分析[J]. 科技创

新导报, 2009(4): 1-4.