电动自行车再生制动发电装置新版说明书终结版.docx

电动自行车再生制动发电装置设计说明书
设计者：王银鸽、杨硕、王波
（西南交通大学电气工程学院，成全部，611756）
【摘要】
电动自行车在制动过程中，采取橡胶摩擦达成目标，这么将动能转化成热能，造成能量熵增大，使其利用性变低，从其次说也是一个能量浪费，我们就设想将这部分能量利用起来，转化为电能达成节能目标。
我们基于法拉第电磁感应定律，设计了电动自行车制动发电装置。该装置能够将刹车时需要舍去动能转化为电能，利用蓄电池，深入将电能转化为化学能储存起来，方便再次供电动自行车使用。
该装置分两大部分：机械传动系统和发电充电系统。
机械传动部分是将车轮惯性转动依次经齿轮啮合，常开摩擦离合器，含有没有极变速带传动组传输到发电机。该传动系统控制开关是刹车把张合，只有进行刹车制动时才工作。当制动力小于一定数值时，传动系统工作，进而带动发电机发电，发电机阻力产生一定制动效果。当制动力大于这个数值时，刹车把张合程度会达成第二阶段，为确保制动安全，开始采取自带橡胶摩擦制动和发电机阻力制动二者混合制动。二者组合既能够达成能源回收再利用又保障制动安全性。
发电充电部分由小型发电机、稳压电路和蓄电池组成。
本设计能够有效再生制动，抵达节能作用。因为现在大部分电力由火电厂燃煤产生，和此同时会排放大量污染气体，该设计制动产生能源能够以电能形式重新被利用，深入说抵达了减排作用。
关键词：无级变速 制动发电 混合制动 发电机 法拉第电磁感应定律
联络人：殷悦、、
一、 作品背景及意义
1.1 作品背景
伴随煤炭资源日益困乏，节省用电和寻求可替换资源或技术发电，已经成为大家亟待处理问题。同时，因为我们国家人口众多，人均资源拥有水平低，人均GDP不高，所以汽车拥有量相对于发达国家就较少。而因为电动自行车操作简单、占用空间小、行驶速度可控、行驶自动省人力、利用电能来驱动等优点，极大填补了这方面不足，受到广大国民喜爱。对建立节省型友好社会，有着很重大意义。据统计现在中国电动自行车拥有量已经突破2亿辆，占据中国巨大交通工具市场。

1.2 市场上现有电动自行车发电装置
(1) 摩擦发电照明灯
(2) 脚踩发电机
1.3 本设计优点
伴随节能减排被大家接收并主动响应，电动自行车设计者们逐步增加或改善装置，来起到节能减排目标，同时方便消费者。比如：摩擦发电照明灯、电动车脚踩充电。不过摩擦发电转化率低，而脚踩充电又消耗人力，我们就想对这部分进行改善，采取齿轮啮合制动发电，既达成了提升能源搜集再利用效率，又节省人力，同时起到节能减排作用。
二、 设计方案
2.1 系统工作原理
本设计关键分两个部分：再生制动和辅助制动。

开始
工作步骤以下：

驾驶者控制手闸

手闸握力≥设计阈值

是

否

齿轮啮合

橡胶摩擦制动(辅助制动)

变速传送带传送

发电机制动并发电

结束

图1 系统工作步骤图
运行原理：
（一） 工作模式一：再生制动
电动车匀速运行，待需要减速时，驾驶者按下手闸压力小于设定制动阈值时，传动系统开启。传动系统带动变速箱齿轮和车轮轴上齿轮啮合，用车轮动能带动发电机产生电能。发电机工作时对车轮产生制动效果，这么经过变速箱传动达成自行车制动和动能发电目标。
（二） 工作模式二：辅助制动
当碰到紧急情况时，驾驶者按下手闸压力大于设定阈值。此时，传动系统为了确保驾驶者安全，开启刹车片摩擦制动装置。刹车片制动装置和发电机制动同时作用，确保自行车在尽可能短时间内停止下来，充足确保了行车安全。

装置总体结构图：

6
5
4
3
2
1

图2 装置总体结构图
关键结构组成介绍：1.车轴到带轮齿轮组 2.常开离合器 3.变速带轮 4,带轮到发电机齿轮组 5.发电机 6.蓄电池
关键零件设计：
变速带轮设计：每一个带轮由两个圆锥台组成。其中一个固定，另一个可在轴向移动（经过改变两个圆锥台相对距离，实现对带轮直径改变，进而改变传动比）。可移动锥台和一复位弹簧固定，同时经过轴中心和刹车线连接，带轮轴和离合器输出轴连接。

系统整体安装：

图3 系统整体安装
大致安装如上图所表示，第一个齿轮和车轮轮毂固定，和其配合齿轮及同轴离合器和带轮固定在下边车架上。第二个带轮，带轮轴及齿轮安装在上边车架上。发电机及其齿轮安装在下面车架上。全部安装位置，视齿轮配合中心距和带轮中心距而定。尽可能将装置整体向车体后部安置，使其不影响脚踏板转动。同时尽可能将装置安装成后座脚支撑板姿态，并设计外壳，将其转化为支撑板，以此优化外观。
三、可行性分析
设计一个产品时，需验证其原理科学性和使用经济性，下面对本系统可行性进行分析。我们着重分析了本系统技术可行性和经济可行性。
3.1经济可行性分析
3.1.1发电量分析计算
结合调查结果和实际情况，按每户平均使用电动车频率为每两天天一次。采取本系统后，每次刹车时可发电112J，平均每次出行能够发电560J。就成全部而言，以最少400万台电动车计算，每十二个月就可发电113515度。以成城市现行居民生活电价每度0.56元计算，本系统每十二个月可为成城市居民节省人民币6.3万元。折算成燃煤量为37838kg，降低C排放量94330.134kg。
3.1.2成本核实
在成本核实部分，我们关键计算了购置材料及加工费用。家庭安装费用折算在了加工费中，其中大部分材料价格采纳自淘宝网。人工费参考了08版《建设工程定额和概预算》。成本核实见下表：
项目
单位成本（元）
机械部分
电气部分
材料成本
原料
200
45
辅助原料
8
3
加工费用
动力
5
5
人工
20
10
累计
233
63
依据上表，计算出总成本为233+63=296元。这是单位成本，考虑规模效应，伴随大规模生产这套系统，人工费和材料购置费会下降很多。其中尤其是假如在电动车出场前就安装这套系统，利用生产工厂里机械和人力，费用就更为低。根据30%折减来计算，则成本为267.2元。
3.2技术可行性分析
3.2.1技术理论分析
发电机部分：
关键计算在一次急刹时可发电量：
解：由直流发电机转矩平衡方程组：

其中，为原动机拖动转矩，为空载转矩，为电磁转矩
当电动车急刹时，后轮对发电机输入转矩约为9600,直流电机空载转矩为300，则直流电机电磁转矩为9300。
当发电机输入转矩为9300时，因为，能够求得发电机转速约为3000rad/min。大于电动机起动最小输入转速，故发电机能够用来发电。计算完成。
稳压部分:
由永磁发电机发出三相电经过三相全波整流电路(图一)变换为带谐波分量直流量(图二)

图4 三相全波整流电路 图5 三相全波整流波形
经过整流后电流进入稳压电路(图三)进行稳压

图6 基于LM259648V稳压电路
该电路先过滤掉三相全波整流输出谐波分量，再经过LM2596将输入电压(11-60V)降压并稳压，有效避免了交流发电机输出电压不稳对充电电池影响。经过LM2596稳压后输出电压经过反馈回路经过R2反馈给LM2596，从而实现了对输出电压反馈控制，最终实现输出给充电电池两端电压为48V额定充电电压。
3.2.2技术试验分析
一、试验目标
1、验证刹车发电可行性。
2、取得发电机输出电压试验值。
二、试验设备
测压表头、小型电动机、手摇发电机、电压表各一个
三、试验内容
用电动机拖动发电机，测量发电机输出电压和电流。
四、试验歩骤
调整电动机输入电压，使输出转矩约等于电动车刹车时对发动机输入转矩，用电动机拖动发电机，测量发电机输出电压，输出电流。
五、试验数据
输入转矩
输出电压
输出电流
9300
54.4V
18.9A

六、试验结论

总而言之，实际试验值和理论值在误差范围内一致，故技术可行性在理论和试验两方面得到论证，方案可行。
四、创新点及推广应用
4.1产品创新点
1．和现有专利相比，此装置将要废弃能量重新利用，延长了电瓶使用时间，降低充电次数，做到了真正节能。
2．适适用于生活中常见电动车，适适用于各大中小城市及城镇农村地域，本设计采取较成熟制造工艺，经济成本低，有较高性价比。
3.结构简单，机械结构部署简单，便于安装和维护。
4.充足结协力学、机械、电气学科基础知识，实现了跨学科结合。
4.2推广应用
在全国各大中小城市，电动车使用者数量很大，此作品将驾驶过程中废弃能力储存起来以备使用，即方便了驾驶者，又达成了节能减排目标。同时该作品还可用于自行车，电动汽车。地铁平均时速35km/h，若地铁每公里停靠站一次，那么地铁每小时停靠站35次，依据经验，地铁再生制动产生能量除了一定百分比被其它相邻列车吸收利用外，剩下部分将关键被列车吸收电阻以发烧发烧方法消耗掉或被线路上吸收装置吸收，若将此能量回收，则会节省大量资源，我们理念也能够适适用于地铁再生制动。
此作品性能优良，应用前景宽广。节能减排从生活细节做起，地球明天将会愈加美好。
五、心得体会
4个月前，我们来自电气学院3个同学组成了一个团体，还记得，从刚开始项目选题到现在，我们全部坚持着一个理念，就是追本溯源，不能让比赛变了味，融于生活处理实际问题，不空虚，要实用。
1月，我们节能减排团体成立；2月初，我们完成了项目标选题和所需社会调查工作；3，4，5月我们经历了最具挑战和意义作品设计和试验期，期间快乐过、彷徨过也失落过，有想过退缩，也有想过放弃，最终在我们相互之间激励下走到了现在，现在我们期望广大群众能经过我们作品感觉到节能减排能够无处不在，节能减排从身边做起，相信祖国人民生活一定会愈加美好。
参考文件
【1】康立.电动自行车市场优势.中国自行车，,(10).
【2】电动自行车通用技术条件，国家标准GB17761－1999
【3】孙旭东，等.电机学.北京：清华大学出版社【M】，
【4】曾建军，林知明，张建德.地铁制动能量分析及再生技术研究.城市轨道交通，,(06).
【5】何康伟，陈国新.建设工程概预算和决算.上海：同济大学出版社【M】，
【6】任艳君.电机和拖动.北京：机械工业出版社【M】，