微型自行车风力发电机手机充电器设计论文_张洪华

（佛山科学技术学院 环境与化学工程学院 广东佛山）

摘要：本文主要是设计了一款由微型风力发电机、单车导航支架等主要零件组装的充电器，工作原理如下：自行车在行驶的时候出现的风经导流罩促进风能产生，风轮把自行车行驶过程中的风能收集起来，通过传动机进行发电，产生的电流通过稳流器后，给放在单车支架上的手机充电。经过理论验证与实际检验两个环节，证明了该产品的可行性与实用性。

关键词：风力；发电机；自行车；手机充电器

现如今，大家均在提倡低碳生活，城市共享自行车也出现在了各个角落。考虑到怎么样借助自行车行驶在行驶的过程里出现的风能和大家习惯于使用导航app会较快消耗手机电量的问题，本文研究出来了一款新的产品，借助风轮化风能为机械能，借助转轴传递机械能到发电机上进行发电，电流经过稳压器能够稳定地输出直流电压（5V），并将此储存至电容器里面，在大家需要之时再将电能释放出来给手机充电。风力发电机整个组合和手机支架有机组合，是整体模型，此设计既普及了绿色出行的环保理念，又避免了导航高耗能的困境。

一、产品总体设计以及相关计算

借助风能产生的动力促进发动机放电，一方面能够借助充电器对蓄电池进行充电，然后再使用蓄电池对手机进行充电（稳压）。另一方面，电能流经稳流器可以直接给手机充电。本款设计的框架如图1：

途径一：

这个产品设计主要包括两个部分，风扇发电和充电部分是能够拆分的。一部分主要是前端的风力发电，这部分组成部分包括：直流永磁电机、风扇和稳压电路；另外一部分组成包括：充电器和蓄电池。单车在行驶过程中，因为行驶速度是伴随时间改变的矢量，而且在不同地段的风力速度是没法控制的，速度的快慢一直在变化，所产生的电流也及其不稳定，严重的话可能会缩短手机的使用寿命。本产品在设计的时候首先要借助风力发电机将风能转化成电能，之后再把电流流经稳压器，并储存在蓄电池中，最后再由蓄电池输出稳定的电压供电给手机。因为风力发电机部分与蓄电池部分不在一起，所以能够把蓄电池拿到家里供手机充电，这一款产品用的是永磁发电机，蓄电池的规格标准是6V，4.5AH.

发电机工作原理 微型永磁直流电机是本设计中用到的电机，该电机用永磁材料来替代励磁绕组，从而产生出励磁磁场，转子在不断转动的时候，转自绕组切割磁场线在转自绕组里面出现感应电势，同时还会介入外电路，进而开始发电，产品的发电设备主要是在电机转轴上面安的个四扇风叶（d=10cm），自行车行驶的过程中产生风力，促进电机运动，化风能为电能存于蓄电池，以下是发电机风能产生的相关计算：

风功率，具体指单位时间内流过垂直于截面积的风能。

由实验结果可以得知，当自行车的行驶速度为35km/h 的时候，发电机产生的平均电压为6V.由E=U*I可得I=E/U=0.7091A，因此行驶速度大于35km/h的时候，风力发电机能够对蓄电池进行蓄电。

二、充电电路工作原理

发电机所产生的电能主要保存在蓄电池里面，蓄电池是借助产品的充电电路给手机电池充电，具体的充电电路如图2。

恒压电路：考虑到手机锂电池对充电电源有苛刻的条件，所以由A1 、D4、R3-R6 等组成在电路中的恒压输出方式。 R5的分压电阻也是A1的取样端，取样点的组成部分包括：电压参数和电路节点。在K端形成的恒压经D4括流后再经过D4的e极输出到充电用的恒压源。因为充电电压必须由C1、C2、C3、C4 提供。因此Q3的e级电压比标准值的手机3.6锂电池充电电压稍微高一点。

电池极性自检充电电路：本产品设计的充电器的充电输出在金属A、B上面，在充电的时候将手机电池夹在上方，D4的正极电压是充电电压的主要来源。充电电流产生于自动极性检测电路当中，假如池上的正负极一一对应着充电夹的A、B极，由D4极上正电压再加由C3e-b结经加在A-B所加的的电池正负极性电压，让C1与C3管进入导通状态，此时，充电电流就由回路加到了充电夹上，保持充电夹与电池的极性一致，进而确保电池可以正常充电。

参考文献：

1.华成英 董诗白 模拟电子技术基础【M】北京：高等教育出版社

2.吕宗枢 电机学【M】北京：高等教育出版社

3.汤蕴缪 电机学【M】北京：机械工业出版社

4.阎石 数字电子技术基础【M】北京：高等教育出版社

5.刘泽远 陈毅 唐章彪 微型风力发电机手机充电器设计【A】云南：中国知网

作者简介：张洪华，1997.09，男，汉，广东，本科，学生，目前就读环境工程专业。

论文作者:张洪华

论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期

论文发表时间:2018/12/12

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