文四川省德陽(yáng)中學(xué) 李沅澤

騎自行車(chē)的過(guò)程中存在能量轉(zhuǎn)換，共享單車(chē)作為一種新的出行方式，使用人數(shù)多，可批量生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因此，我想在共享單車(chē)上設(shè)計(jì)一套能回收利用能量的系統(tǒng)，使其物盡所用。

經(jīng)過(guò)探究分析，我找到了兩種適用于共享單車(chē)的綠色能源和一些在騎行時(shí)可能會(huì)用到的功能，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套共享單車(chē)能量回收系統(tǒng)。

一、供能裝置

1.太陽(yáng)能電池板

系統(tǒng)安裝了兩塊采用半柔性單晶硅的太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)能電池板的內(nèi)環(huán)與車(chē)輪中心的非轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定，不僅風(fēng)阻較小，而且能增大受光面積。其安裝位置在后車(chē)輪兩側(cè)，緊貼車(chē)身，既能保持外形美觀，又不影響騎行。

2.自行車(chē)發(fā)電機(jī)

我設(shè)想將自行車(chē)發(fā)電機(jī)置于共享單車(chē)后輪旁的車(chē)桿上，騎行時(shí)，基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能。

借鑒自行車(chē)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，我在此基礎(chǔ)上將固定裝置改為與車(chē)身固定的金屬固定管，USB接口改成導(dǎo)線，在金屬管的中空處連接蓄電池。裝置外殼的材質(zhì)也由塑料改為金屬，頭部的橡膠與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸連成一體，以防掉落。

二、耗能裝置

1.充電裝置

充電裝置位于共享單車(chē)的把手上，騎行者在使用共享單車(chē)時(shí)還能為手機(jī)等小型電子設(shè)備充電。

2.照明燈

將普通照明燈與把手固定，可為夜間騎行的人提供光源。

3.廣告投影

借鑒全息風(fēng)扇廣告機(jī)和Video bike上的廣告投影裝置，將全息風(fēng)扇廣告機(jī)的結(jié)構(gòu)當(dāng)作前車(chē)輪胎里的鋼絲進(jìn)行裝備。當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，LED開(kāi)始運(yùn)作，顯示相應(yīng)的影像。

三、蓄電池

采用帶防過(guò)充保護(hù)板的聚合物鋰電池，并將其置于共享單車(chē)中部的車(chē)桿上，不僅不影響騎行，還能節(jié)省空間。

每個(gè)供能、耗能裝置都與蓄電池單獨(dú)連接，以簡(jiǎn)化電路。為減輕共享單車(chē)的總體質(zhì)量，同時(shí)節(jié)約成本，可選用電池容量為10Ah的蓄電池。

共享單車(chē)能量回收系統(tǒng)圖

共享單車(chē)能量回收系統(tǒng)功能演示模型

四、開(kāi)關(guān)

由導(dǎo)線及金屬?gòu)椈善M成，被安裝在藍(lán)牙鎖內(nèi)部。兩塊金屬?gòu)椈善謩e連接兩根導(dǎo)線，將連接處固定。

藍(lán)牙鎖開(kāi)啟后，車(chē)鎖順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，將兩塊金屬?gòu)椈善瑝涸谝黄?，系統(tǒng)通電；關(guān)閉時(shí)，車(chē)鎖逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，金屬?gòu)椈善毫蠡謴?fù)原狀，系統(tǒng)斷電。藍(lán)牙鎖關(guān)閉后，電能只能輸入而不能輸出，可防止系統(tǒng)被隨意使用。

五、后期設(shè)想

我了解到壓電能也是一種很有潛力的能源，而壓電發(fā)電裝置可以收集這種能量，但由于其性?xún)r(jià)比不高，暫不考慮將其加入作品，此處僅作設(shè)想。

壓電發(fā)電裝置在材料上采用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（PZT）或壓電膜（PVDF），它們是目前應(yīng)用最廣泛的壓電材料之一，有較高的壓電系數(shù)和工作溫度，是相對(duì)理想的材料。