百步梯申請書--能量捕獲及利用裝置

1、項甘編號：華南理工大學(xué)百步梯攀登計劃研究項目申請書課題名稱種自行車剎車能量的捕獲及利用裝置王鑫哲中請者項目形式a 口然類學(xué)術(shù)論文 口社會科學(xué)類學(xué)術(shù)論文和調(diào)查報告申報者學(xué)歷(b)a大專b大學(xué)本科c碩士研究生d博士研究生申請日期2013年 2 月 22 日0c科技發(fā)明制作學(xué)科0a機械控制 b信息技術(shù) e能源化工 h管理 k哲學(xué) c數(shù)理 f經(jīng)濟 i教育門類 d生命科學(xué) g社會j法律學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院華南理工大學(xué)團委二o二年十二月a：申報者情況說明：1必須由中報者本人按要求填寫，中報者情況欄內(nèi)必須填寫個人作品的 第一作者(承擔中報作品60%以上的工作者)或集體作品填寫一位學(xué)歷 最咼的代表；2.木部

2、分中的學(xué)籍管理部門簽章視為對屮報者情況的確認。中報者姓名王鑫哲性別男出生年月19920212情況現(xiàn)學(xué)歷(b ) a大專b大學(xué)木科c碩士研究生d博士研究生學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院專業(yè)機械 工程 及動化年級10學(xué)制4入學(xué) 時間2010申報作品 全稱一種口行車剎車能量的冋收及利用裝置通訊地址華南理工大學(xué)北校區(qū)北八410郵政編碼510641單位電住地 聯(lián)系地址華南理工大學(xué)北校區(qū)北八410郵政編碼510641住宅電作者情況姓名性別年齡學(xué)歷所在院系備注黃奕彬男大學(xué) 本科機械與汽車工程學(xué)院有無合作者請 在此說明0有無張培華男大學(xué) 本科機械與汽乍工程學(xué)院b：研

3、究課題情況研 究 課 題名稱種自行車剎車能量的回收及利用裝置研究方向能量回收及利用研究類別科技起止時間2013年3月至 2014年3月成果形式樣機/論文本課題的研究現(xiàn) 狀及趨勢，研究 木課題的實際意 義和理論意義， 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 分析，附主要參 考資料(1) 課題現(xiàn)狀及趨勢：隨著全球氣候變暖的加劇和石油能源的緊缺，合理開發(fā) 能源，提高能源利用率，實現(xiàn)能源再利用，降低能源的消 耗是現(xiàn)在和未來世界科技發(fā)展的戰(zhàn)略重點。在此背景下， 能量冋收及利用技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。目前，人們?nèi)硕鄬⒛芰炕厥占夹g(shù)應(yīng)用于汽車制動能量的 冋收。如利用飛輪作為制動系統(tǒng)能量儲備元件；通過氣體 加載式的蓄能器實現(xiàn)汽車能量回

4、收制動；以及直接將制動 能量轉(zhuǎn)換為電能的電儲能式汽車能量回收制動系統(tǒng)。對于 人體動能，特別是對普通口行車制動能量的能量捕獲研究 較少。而在全球石汕資源極度緊張和環(huán)境污染已經(jīng)成為了 全球議題的今天，壞保無污染的自行車勢必得到大力的推 廣,如何充分利用自行車剎車能量回收利用將成為一個全新 的熱點問題。(2) 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀：歐美以及口本等發(fā)達國家在能量冋收和利用的研究方 而起步較早，而且在對人體動能的回收及利用方而也取得 了一定的成果。例如日本松下公司與新日本制鐵公司聯(lián)合 開發(fā)出一種新型實用自行車，于2012上半年發(fā)售，該車很好 的利用了剎車時的能量來為自行車提供照明；美國的麻省 理工學(xué)院在20

5、10年推出了一款混合動力自行車，可將剎車 時耗散的能量收集起來，用以驅(qū)動自行車電機以及內(nèi)部的 空氣質(zhì)量監(jiān)測儀等等。雖然國外已經(jīng)有不少可以進行工業(yè)化生產(chǎn)的研究成果， 但是國內(nèi)有關(guān)自行車剎車能量回收系統(tǒng)的研究還剛剛處于 起步階段，尚未有成熟產(chǎn)品大規(guī)模推廣應(yīng)用。而且研究者大 多將車輪能量直接輸入到發(fā)電設(shè)備中，進行機械能與電能 的裝換。由于自行車制動過程十分短暫而輸入功率較大， 實際能量轉(zhuǎn)換效率并不理想。為此我們在借鑒國外內(nèi)在汽車制動能量回收利用領(lǐng)域成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了一種簡單的自行車制動能量 回收及利用裝置。（3）木課的實際意義和理論意義目前自行車在我國城市交通系統(tǒng)中扮演著重要角色。 由于城市交

6、通系統(tǒng)的復(fù)雜性，普通自行車在行駛中需要頻 繁起動與制動，產(chǎn)生數(shù)量可觀的制動能量。國內(nèi)現(xiàn)有的制 動能量回收和利用裝置通常將車輪的機械能直接裝換為電 能，實現(xiàn)制動減速和能量回收。然而這種回收方式由于自 行車制動時間過短，而且輸入能量較大，能量回收效率往 往不夠理想。因此，亟需找到一種有效的能量回收方式， 通過延長能量裝換的時間，來提高能量裝換效率。這在提 倡節(jié)能減排，提高能源利用效率的現(xiàn)代社會有著重要的實 際意義。同吋，本課題也具有一定的理論意義。在能量回收及 利用領(lǐng)域里，如何提高能量轉(zhuǎn)換效率是一個極其重要的問 題。n前能量回收小的能量轉(zhuǎn)換一般通過兩種方式：電磁 感應(yīng)和壓電陶瓷。壓電陶瓷制造困難，

7、成本較高；基于電 磁感應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率乂比較低下。而凡通常還需要利用 蓄電池將轉(zhuǎn)換的電能儲存起來。由于能量轉(zhuǎn)換吋間很短， 輸入功率相對較大，輸出電壓會出現(xiàn)較大波動，這又進一 步降低了能量儲存的效率，從而降低能量冋收率。本課題 利用飛輪和蓄電池的二級緩沖作用，延長了能量轉(zhuǎn)換時間， 降低了輸岀電流，可以提升最終的能量回收效率。主要參考資料：in材料力學(xué)，蘇翼林主編，天津大學(xué)出版社2電路原理（第二版）.周導(dǎo)昌主編，北京:高等教冇出版社,2004 .自行車結(jié)構(gòu)與維修，:蘇劍煒吳文琳，機械工業(yè)出版社， 口行千應(yīng)用的探索與實踐-中國口行車2008年06期 國外新型自行車文敏中外輕功科技2000年第4期電動

8、口行車鋰電池充放電保護方案張軍元電子產(chǎn)品世界 2007第6期7 copenhagen車輪：新型電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)可望于2012年正 式批量推向市場中國自行車2012年笫7期8 液壓混合動力汽車能量回收制動系統(tǒng)的研究；于広超吉林人學(xué)2008本課題的基本內(nèi) 容，研究目標以 及計劃解決的關(guān) 鍵問題基本內(nèi)容:本課題提出了一種自行車剎車能量的捕獲及利用 裝置。當自行車制動時，通過拉動手剎使車輪處的摩擦 輪與匕輪上的摩擦輪相互貼合。車輪減速并傳遞動能到 飛輪上，通過皮帶傳動帶動小型發(fā)電機發(fā)電。由整流電 路將屯機發(fā)出的屯能儲存在鋰屯池中，供夜間警示燈使 用o1、對現(xiàn)用自行車制動器和手剎進行改裝2、設(shè)計摩擦輪

9、，皮帶等零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)3、設(shè)計整流電路和led驅(qū)動電路4、能量傳遞效率和發(fā)電效率的測量與計算研究目標：1, 一款新型的自行車減速剎車器，可安裝于大部分民用 自行車。2, 提供一種較為新穎的能量捕獲方式，可以應(yīng)用到其他 能量捕獲產(chǎn)品的改進上，對于能量捕獲及利用方向的設(shè)計 研究人員有一定參考價值。3, 使該裝置具有良好的擴展性，例如用于電動自行車或 者汽車的制動能量回收利用等。計劃解決的關(guān)鍵問題匕制動器的改裝和安裝問題2, 摩擦輪的能量傳遞效率以及發(fā)電機發(fā)電效率問題3, 蓄電池的充放電效率4, 電路的合理設(shè)計以及器材參數(shù)的選擇系統(tǒng)設(shè)計:翌淋t浚 a用電路連按種可用raff車制動的課題的研究思路 和

10、方法，研究工作 方案。理工類項目 需提供試驗方案 和技術(shù)路線。社科 類項目需提供研 究進度計劃。圖1如圖1所示，該自行車制動能量冋收及利用裝置包扌取 與車輪固連的小摩擦輪，與飛輪連為一體的大摩擦輪，剎 車線，滑塊，皮帶，發(fā)電機，整流濾波電路，莆電池，振 蕩電路，led指示燈，金屈外殼等。1, 摩擦輪嚙合過程：手剎拉動后，滑塊下移，通過一個簡單的連桿滑塊機構(gòu), 讓另一滑塊帶動摩擦輪向左移動，兩個摩擦輪在摩擦力的 作用下一齊滾動。這樣，門行車輪的一部分能量會傳遞到 充當飛輪的大摩擦輪上。當手柄松開之后，由于飛輪冇一 個轉(zhuǎn)動口由度，因此還能繼續(xù)保持高速轉(zhuǎn)動。2, 傳動發(fā)電過程：大摩擦輪與發(fā)電機通過皮

11、帶聯(lián)動，發(fā)電機在摩擦輪的帶 動下轉(zhuǎn)動進行發(fā)電。3, 蓄電池充電過程：如圖2所示,小型發(fā)電機發(fā)出的交變電流經(jīng)過圖2的整 流濾波穩(wěn)壓電路之后，裝換為電壓較為穩(wěn)定的直流屯流， 輸送到蓄電池止負極上。圖24, 電能的利用:自行車上安裝的小功率led燈可在夜間利用蓄電池的電源進行工作，從而降低夜間騎車的危險。項目特色以及創(chuàng) 新之處，社科類項 目需要提供資料 準備情況項目特色及創(chuàng)新之處（1）以新的能量回收方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)自行車的剎車及制動 方式，以提高能量利用率（2）使自行車結(jié)構(gòu)更加簡單合理，安全（3）充分利用剎車能量，節(jié)約能源，綠色環(huán)保預(yù)期的研究進展和成果社科類項目需要 提供調(diào)研計劃（包 括調(diào)研內(nèi)容、調(diào)研

12、周期、調(diào)研報告的 完成吋間及報送 部門和報送時間）第一階段：相關(guān)資料、理念知識收集、儲備，器件的初 步確定。（1個月）第二階段：理論知識深入學(xué)習(xí)（1個月）第三階段：各模塊器件購買與硬件制作、初步調(diào)試。（3 個月第四階段：對實驗結(jié)果進行分析，并根據(jù)實驗結(jié)果對設(shè) 計進行進一步改進，完善設(shè)計。（3個月）第六階段：進行相關(guān)實驗數(shù)據(jù)、結(jié)論的整理（2個丿）第七階段：研究論文、工作報告的編寫（2個月）已經(jīng)具備的試驗 條件，尚缺少的實 驗條件和解決的 措施；擬利用國家 重點實驗室和部 門開放實驗室的 計劃與落實情況（社科類項目可已具備的實驗條件：計算機、三維建模軟件，仿真軟件。尚缺少的實驗條件：硬件方而：le

13、d自行車警示燈，小型發(fā)電機，蓄電池，飛 輪，普通自行車，皮帶輪，相關(guān)集成電路和電子元件，進行 能量裝換效率檢測的一些儀器儀表，各類傳感器，單片機開 發(fā)板軟件方面：學(xué)習(xí)資料。解決措施：集中購買相關(guān)的碩件儀器和學(xué)習(xí)資料、向?qū)W校借用實驗室。以不填此格）研究成果的預(yù)計去向及使用范圍1. 研究成果可作為一款新型的ii行車減速剎車器，安製于大 部分民用自行車。2. 研究成果捕獲并充分利用人體動能，在綠色出行，節(jié)約能 源，提高城市空氣質(zhì)量方面有一定作用。3. 研究成果提供了一種較為新穎的能量捕獲方式，也可以應(yīng) 用到其他能量捕獲產(chǎn)品的改進上，對于能量捕獲及利用方 向的設(shè)計研究人員有一定參考價值。經(jīng)費概算（單位：元）類別單項費用圖書資料費380調(diào)研費200卜機費200成果打印費150樣機加工費900各類電子元件680樣機原材料800合計3310需購置的儀器和設(shè)備名稱數(shù)量