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1、第二十四届“冯如杯”学生创意大赛基于电磁感应原理设计的可发电自行车减震器i摘 要本项目为基于法拉第电磁感应原理而设想的可发电自行车减震器。本创意的灵感来自于手压式手电筒。手压式手电筒是一种内置应用法拉第电磁感应原理的微型发电系统，将动能转化为了电能。本项目利用手压式手电筒的工作原理将人在骑行自行车的过程中因与自行车纵向的相互作用而浪费的能量转化为电能，已供使用，来达到环保与节能的目的。关键词：电磁感应，自行车，环保节能，能量转换iiAbstractThis project is based on Faradays electromagnetic induction principle and
2、idea generation bicycle shock absorbers can be. The idea was inspired by the hand pressure flashlight. Hand pressure flashlight is a built-in application of Faradays electromagnetic induction principle micro generation system, kinetic energy is converted to electrical energy. The project uses hand p
3、ressure flashlight works will be riding a bicycle in the process due to the interaction of bikes and vertical wasted energy into electricity, has been available for use, to achieve environmental protection and energy saving.Keyword：electromagnetic induction, bicycle, green energy, energy conversion
4、iii目 录摘 要 .IABSTRACT.II目 录 .III1 引 言 .11.1 项目背景 .11.2 创意来源简介 .21.3 特色与创新点 .32 创意具体介绍 .42.1 设计思路 .42.1.1 手压式手电筒工作原理 .42.1.2 自行车减震器与手压式手电筒有机结合的设想 .42.1.3 设计方案 .62.2 创意可行性分析 .72.3 创意应用前景 .8结 论 .9参考文献 .10北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品11 引 言1.1 项目背景“节能减排”一直是近年来科学家们研究的重要课题，最近几十年来，人们越来越意识到“节能减排”的作用，在这些年来也涌现了
5、一大批针对“节约能量，保护环境”而设计出的发明。目前国家发电的方式主要还是火力发电，这样不仅不利于环境的保护，还消耗着大量的煤炭等不可再生资源，所以火力发电并不是长久之计。而风力发电，势能发电等环保型发电方式的兴起，打开了生产电能的另一条前途光明的道路。自行车作为一种由人自身产生动力而驱使运动的交通工具，本身就很具有环保的价值，因为目前国家比较严重的雾霾天气与机动车的尾气排放有很大的关系，而如何让自行车变得更加环保，额成为国内外很多科学家研究的命题。目前世界上有很多种环保型的自行车。其中有一种环保型自行车是应用了手摇式发电机的原理，将其利用于自行车的踏板上；还有诸如自行车链条式发电机等等。这些
6、都是比较巧妙的发明，生产了电能，达到了节约电能的目的，如 图 1 和 图 2 所示。图 1 自行车上的发电装置一北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品2图 2 自行车上的发电装置二但是这种设计有一个缺点，那就是较大的增加了自行车的负重，给人在正常的骑行中增加了不少负担。虽然这种“自行车发电机”是项很伟大的发明，能够产生很多电能，但是却给人一种很笨重的感觉，可能并不是太适用于人们日常的骑行。另外，这种“自行车发电机”本身造价比较昂贵，也不太利于广泛的应用于市场。所以我觉得市场上需要一种方便快捷，不会额外增加太多负担，价格低廉，又具有环保功能的自行车。1.2 创意来源简介本创意是
7、基于电磁感应原理而设计的环保型自行车减震器。人在骑行自行车的过程中会对自行车有一个向下挤压的过程，也就是说，人的身体是有上下的振动频率的。而在自行车上为了阻碍这种纵向的振动，会有减震器来吸收能量。自行车的减震器基本都是弹簧，而弹簧与自行车车体和骑行的人构成的整体却将这些能量全部释放了。而我发现在用手压向手压式手电筒产生电能的过程中，其内部的横向的弹簧本身也可以起到减震的作用。所以我想的是，利用弹簧与手压式手电筒内部的结构，构成一个全新的减震器。使这种减震器既能够起到减震的作用，又能够起到发电的作用。北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品31.3 特色与创新点众所周知，市场上的
8、手压式手电筒价格比较低廉，而且比较小巧，因为它不需要手摇式发电机那样比较大型的工具，而将其利用于自行车中，既不会造成自行车的笨重，也会因为其造价的低廉而不会有过高的价格，从而比较会受到人们的欢迎，既达到了储存电能的目的，又避免了“自行车发电机”的种种缺点。该创意的储存电能的方式不同于“自行车发电机” ，因为“自行车发电机”依靠的是车轮的转动，多多少少阻碍了自行车的前行。而这种做设计方法把人在纵向上释放的能量用于转化为电能，没有起到阻碍作用，这也是另一大优点。北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品42 创意具体介绍2.1 设计思路2.1.1 手压式手电筒工作原理在手压式手电筒中
9、，有一个小型发电机，结构如 图 3 所示。这个发电机是非常简略的，由定子和转子组成。当手压手电筒时，便有一个力的作用，使转子转动，这个转子就是一个涡轮，涡轮上的金属片就做切割磁感线运动，产生电流，在手压式手电筒里，有三颗纽扣电池来储存电能。当手灯发暗时，就用手按动来充电。棘轮固定在微型发电机上，齿轮来回转动，带动棘轮与发电机的永磁体一起转动，棘轮在此的作用下是通过齿轮的转动使它转动发电，并且只是在受压手柄齿条使齿轮正转的情况下转动发电，松手反转情况下棘轮不会反转。原理是运用法拉第电磁感应原理，通过棘轮机构单向旋转，使线圈与磁铁产生相对运动，产生感应电流。其原理简单，机构简练，而使得该手压式手电
10、筒设计已经投入批量生产，并已经在市场上占据一定份额。图 3 手摇式手电筒内部发电机结构2.1.2 自行车减震器与手压式手电筒有机结合的设想图 4、 图 5 与 图 6 是三种安装在自行车上的“弹簧” ，也就是减震器。北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品5图 4 减震器一图 5 减震器二北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品6图 6 减震器三不同的自行车根据其自身构造、质量会有弹性系数不同的弹簧作为减震器。而如图 7 中“1” 是在手压式手电筒中的弹簧，在人用手压杆时起到缓冲的作用，而如果将其利用到自行车中，毫无疑问其一样具有减震的作用。图 7 减震器工作原理如果要将自行车的减震器与手压式手电筒结合，就要对两者的弹簧弹性系数均做出调整，使二者的结合与原来单有自行车的普通减震器减震效果相同。2.1.3 设计方案自行车在骑行过程中人一定会在蹬踏脚踏板的过程中对自行车有向下变化的力，而使自行车的减震器发生形变。这种形变根据胡克定律的公式北京航空航天大学第二十四届“冯如杯”学生创意大赛参赛作品7Fkx可知，减震器在纵向上多多少少会有形变。利用齿轮的作
