百步梯申请书--能量捕获及利用装置汇总

1、项目编号：华南理工大学百步梯攀登计划研究项目申请书课 题 名 称 一种自行车刹车能量的捕获及利用装置王鑫哲A自然类学术论文B 社会科学类学术论文和调查报告申报者学历C科技发明制作A机械控制 B信息技术C数理学科门类D生命科学 E能源化工F 经济G 社会 H 管理I 教育J法律 K 哲学学院机械与汽车工程学院B)A 大专 B 大学本科 C 硕士研究生 D 博士研究生申请日期2013 年 2 月 22 日华南理工大学团委二一二年十二月A：申报者情况说明： 1必须由申报者本人按要求填写，申报者情况栏内必须填写个人作品的 第一作者（承担申报作品 60%以上的工作者）或集体作品填写一位学历 最高的代表；

2、2本部分中的学籍管理部门签章视为对申报者情况的确认。申 报 者姓名王鑫哲性别男出生年月19920212情 况现学历（B ）A 大专 B 大学本科 C 硕士研究生 D 博士研究生学院机械与汽车工程学院专业机械 工程 及自 动化年级10学制4入学 时间2010申报作品 全称一种自行车刹车能量的回收及利用装置通讯地址华南理工大学北校区北八 410邮政编码510641单位电住地 联系地址华南理工大学北校区北八 410邮政编码510641住宅电 作 者 情 况姓名性别年龄学历所在院系备注黄奕彬男大学 本科机械与汽车工程学院有无合作者请 在此说明有无张培

3、华男大学 本科机械与汽车工程学院B：研究课题情况研 究 课 题名称一种自行车刹车能量的回收及利用装置研究方向能量回收及利用研究类别科技起止时间2013 年 3 月至 2014 年 3 月成果形式样机/论文本课题的研究现 状及趋势，研究 本课题的实际意 义和理论意义， 国内外研究现状 分析，附主要参 考资料（1）课题现状及趋势：随着全球气候变暖的加剧和石油能源的紧缺 ,合理开发 能源，提高能源利用率，实现能源再利用，降低能源的消 耗是现在和未来世界科技发展的战略重点。在此背景下， 能量回收及利用技术受到越来越多的关注。目前，人们大多将能量回收技术应用于汽车制动能量的 回收。如利用飞轮作为制动系统

4、能量储备元件；通过气体 加载式的蓄能器实现汽车能量回收制动；以及直接将制动 能量转换为电能的电储能式汽车能量回收制动系统。对于 人体动能，特别是对普通自行车制动能量的能量捕获研究 较少。而在全球石油资源极度紧张和环境污染已经成为了 全球议题的今天，环保无污染的自行车势必得到大力的推 广,如何充分利用自行车刹车能量回收利用将成为一个全新 的热点问题。（2）国内外研究的现状：欧美以及日本等发达国家在能量回收和利用的研究方 面起步较早，而且在对人体动能的回收及利用方面也取得 了一定的成果。例如日本松下公司与新日本制铁公司联合 开发出一种新型实用自行车 ,于2012上半年发售 ,该车很好 的利用了刹车

5、时的能量来为自行车提供照明；美国的麻省 理工学院在 2010 年推出了一款混合动力自行车， 可将刹车 时耗散的能量收集起来，用以驱动自行车电机以及内部的 空气质量监测仪等等。虽然国外已经有不少可以进行工业化生产的研究成果， 但是国内有关自行车刹车能量回收系统的研究还刚刚处于 起步阶段 , 尚未有成熟产品大规模推广应用。 而且研究者大 多将车轮能量直接输入到发电设备中，进行机械能与电能 的装换。由于自行车制动过程十分短暂而输入功率较大， 实际能量转换效率并不理想。为此我们在借鉴国外内在汽车制动能量回收利用领域成功经验的基础上，提出了一种简单的自行车制动能量 回收及利用装置。（3）本课的实际意义和

6、理论意义目前自行车在我国城市交通系统中扮演着重要角色。 由于城市交通系统的复杂性，普通自行车在行驶中需要频 繁起动与制动，产生数量可观的制动能量。国内现有的制 动能量回收和利用装置通常将车轮的机械能直接装换为电 能，实现制动减速和能量回收。然而这种回收方式由于自 行车制动时间过短，而且输入能量较大，能量回收效率往 往不够理想。因此，亟需找到一种有效的能量回收方式， 通过延长能量装换的时间，来提高能量装换效率。这在提 倡节能减排，提高能源利用效率的现代社会有着重要的实 际意义。同时，本课题也具有一定的理论意义。在能量回收及 利用领域里，如何提高能量转换效率是一个极其重要的问 题。目前能量回收中的

7、能量转换一般通过两种方式：电磁 感应和压电陶瓷。压电陶瓷制造困难，成本较高；基于电 磁感应的能量转换效率又比较低下。而且通常还需要利用 蓄电池将转换的电能储存起来。由于能量转换时间很短， 输入功率相对较大，输出电压会出现较大波动，这又进一 步降低了能量储存的效率，从而降低能量回收率。本课题 利用飞轮和蓄电池的二级缓冲作用， 延长了能量转换时间， 降低了输出电流，可以提升最终的能量回收效率。主要参考资料：1 材料力学 ,苏翼林主编 ,天津大学出版社2电路原理 （第二版 ）. 周守昌主编 ,北京:高等教育出版社 ,2004 3. 自行车结构与维修 ,:苏剑炜 吴文琳 ,机械工业出版社 , 4 自行

8、车应用的探索与实践 -中国自行车 2008 年 06 期 5国外新型自行车 文敏 中外轻功科技 2000年第 4 期 6 电动自行车锂电池充放电保护方案张军元 电子产品世界 2007 第 6 期7COPENHAGEN车轮：新型电动自行车驱动系统可望于 2012 年正 式批量推向市场中国自行车 2012 年 第 7 期8 液压混合动力汽车能量回收制动系统的研究 ; 于宏超 吉林大学 2008本课题的基本内 容，研究目标以 及计划解决的关 键问题基本内容： 本课题提出了一种自行车刹车能量的捕获及利用 装置。当自行车制动时， 通过拉动手刹使车轮处的摩擦 轮与飞轮上的摩擦轮相互贴合。 车轮减速并传递动

9、能到 飞轮上，通过皮带传动带动小型发电机发电。 由整流电 路将电机发出的电能储存在锂电池中， 供夜间警示灯使 用。1、对现用自行车制动器和手刹进行改装 2、设计摩擦轮，皮带等零件的结构参数 3、设计整流电路和 LED 驱动电路 4、能量传递效率和发电效率的测量与计算研究目标：1, 一款新型的自行车减速刹车器， 可安装于大部分民用 自行车。2, 提供一种较为新颖的能量捕获方式， 可以应用到其他 能量捕获产品的改进上，对于能量捕获及利用方向的设计 研究人员有一定参考价值。3. 使该装置具有良好的扩展性 ,例如用于电动自行车或 者汽车的制动能量回收利用等。计划解决的关键问题1,制动器的改装和安装问题

10、 2,摩擦轮的能量传递效率以及发电机发电效率问题 3,蓄电池的充放电效率4,电路的合理设计以及器材参数的选择课题的研究思路 和方法，研究工作 方案。理工类项目 需提供试验方案 和技术路线。 社科 类项目需提供研 究进度计划。系统设计 ：图1如图 1 所示，该自行车制动能量回收及利用装置包括： 与车轮固连的小摩擦轮，与飞轮连为一体的大摩擦轮，刹 车线，滑块，皮带，发电机，整流滤波电路，蓄电池，振 荡电路， LED指示灯，金属外壳等。1，摩擦轮啮合过程：手刹拉动后，滑块下移，通过一个简单的连杆滑块机构， 让另一滑块带动摩擦轮向左移动，两个摩擦轮在摩擦力的 作用下一齐滚动。这样，自行车轮的一部分能量

11、会传递到 充当飞轮的大摩擦轮上。当手柄松开之后，由于飞轮有一 个转动自由度，因此还能继续保持高速转动。2，传动发电过程： 大摩擦轮与发电机通过皮带联动， 发电机在摩擦轮的带 动下转动进行发电。3，蓄电池充电过程：如图 2 所示，小型发电机发出的交变电流经过图 2 的整 流滤波稳压电路之后，装换为电压较为稳定的直流电流， 输送到蓄电池正负极上。图24，电能的利用： 自行车上安装的小功率 LED 灯可在夜间利用蓄电池的 电源进行工作，从而降低夜间骑车的危险。项目特色以及创 新之处，社科类项 目需要提供资料 准备情况项目特色及创新之处（1）以新的能量回收方式代替传统自行车的刹车及制动 方式，以提高能

12、量利用率（2） 使自行车结构更加简单合理，安全（3）充分利用刹车能量 ,节约能源 ,绿色环保预期的研究进展和成果社科类项目需要 提供调研计划 （包 括调研内容、 调研 周期、调研报告的 完成时间及报送 部门和报送时间）第一阶段：相关资料、理念知识收集、储备，器件的初步确定。（1 个月）第二阶段：理论知识深入学习（ 1 个月）第三阶段： 各模块器件购买与硬件制作、 初步调试。（3 个月第四阶段 : 对实验结果进行分析， 并根据实验结果对设 计进行进一步改进，完善设计。 （3 个月）第六阶段：进行相关实验数据、结论的整理（ 2 个月）第七阶段：研究论文、工作报告的编写（ 2 个月）已经具备的试验

13、条件，尚缺少的实 验条件和解决的 措施；拟利用国家 重点实验室和部 门开放实验室的 计划与落实情况（社科类项目可 以不填此格）已具备的实验条件 ：计算机、三维建模软件，仿真软件。尚缺少的实验条件 ：硬件方面： LED 自行车警示灯，小型发电机，蓄电池，飞 轮，普通自行车，皮带轮，相关集成电路和电子元件，进行 能量装换效率检测的一些仪器仪表，各类传感器，单片机开 发板软件方面：学习资料。解决措施： 集中购买相关的硬件仪器和学习资料、向学校借 用实验室。研究成果的预计去向及使用范围1.研究成果可作为一款新型的自行车减速刹车器， 安装于大 部分民用自行车。2.研究成果捕获并充分利用人体动能， 在绿色出行， 节约能 源，提高城市空气质量方面有一定作用。3.研究成果提供了一种较为新颖的能量捕获方式， 也可以应 用到其他能量捕获产品的改进上，对于能量捕获及利用方 向的设计研究人员有一定参考价值。经费概算（单位：元）类别单项费用图书资料费380调研费200上机费200成果打印费150样机加工费900各类电子元件680样机原材料800合计3310需购置的仪器和设备