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1．1風(fēng)能發(fā)電原理
風(fēng)力發(fā)電是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，由機(jī)械能再轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)電裝置。風(fēng)能發(fā)電的原理為：在風(fēng)力作用下，葉片帶動(dòng)線圈旋轉(zhuǎn)切割磁力線，從而產(chǎn)生電流。風(fēng)能發(fā)電機(jī)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、調(diào)向器、限速安全器和儲(chǔ)能裝置等構(gòu)件組成。風(fēng)能作為可再生的、無(wú)污染的自然能源具有廣泛的使用前景。
1．2LED燈工作原理
LED（LightEmittingDiode）燈被稱為“綠色照明”工具。其核心的部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體所組成的半導(dǎo)體晶片。在PN結(jié)外加上電壓，通過(guò)在P端接正極，N端接負(fù)極，電流便能從P型端流向N型端，空穴和電子都向界面運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，電流可順利通過(guò)。利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕诎雽?dǎo)體晶片的兩極加上正向電壓，半導(dǎo)體中載流子發(fā)生復(fù)合，將多余的能量釋放出來(lái)而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能，光的強(qiáng)弱與電流大小有關(guān)。LED燈作為騎行自行車的主要照明產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。
1．3自行車車載風(fēng)能照明與充電系統(tǒng)可行性分析
風(fēng)能是最普遍的無(wú)污染可再生能源，在使用時(shí)間上限制性不大，未來(lái)有望成為能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。LED光源具有高效、耐用、體積小、安全、環(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于各種照明設(shè)備。設(shè)計(jì)中不僅需要在不同階段協(xié)調(diào)不同用戶的需求與產(chǎn)品之間的關(guān)系，還需要協(xié)調(diào)在不同階段與自然環(huán)境的關(guān)系，確保產(chǎn)品在生產(chǎn)、流通、使用、回收和銷毀的過(guò)程中不對(duì)環(huán)境造成不可逆的影響，最終實(shí)現(xiàn)低碳化。大多數(shù)產(chǎn)品成本、質(zhì)量和可持續(xù)方面（經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境）問(wèn)題是在設(shè)計(jì)過(guò)程中建立的，文中所述設(shè)計(jì)力求將可持續(xù)設(shè)計(jì)思想貫穿于整體設(shè)計(jì)中。
2．1設(shè)計(jì)思路
通過(guò)分析風(fēng)力發(fā)電原理及調(diào)查市場(chǎng)現(xiàn)有可充電式LED自行車照明產(chǎn)品，將該原理與自行車LED照明產(chǎn)品結(jié)合，利用自行車騎行時(shí)產(chǎn)生較大的風(fēng)速轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能并儲(chǔ)存。電能一部分用于夜間自行車騎行照明，另一部分可供小型電子產(chǎn)品充電。與普通可充電自行車燈相比，充分利用了騎行時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)能，從而減少能源浪費(fèi)，產(chǎn)品形式靈活多樣化，達(dá)到便捷、節(jié)能效果。
2．2外觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)自行車燈造型單一，缺乏自身獨(dú)特的造型語(yǔ)言。從外觀設(shè)計(jì)角度實(shí)現(xiàn)自行車燈的低碳環(huán)保體現(xiàn)在：在基本形態(tài)選用上，曲線造型形成的弧形能減少風(fēng)阻，符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，結(jié)構(gòu)邊緣采用圓角過(guò)度，能夠很好地依附于自行車，且實(shí)用產(chǎn)品體量感減小。在結(jié)構(gòu)的組合上方便制造、安裝、檢驗(yàn)、維修以及拆卸、回收再利用。產(chǎn)品材質(zhì)設(shè)計(jì)取決于產(chǎn)品的使用功能，基于產(chǎn)品要與自行車進(jìn)行依附，材料選用橡膠等軟材質(zhì)，有一定彈性及摩擦力。由于產(chǎn)品的使用時(shí)間為自行車騎行階段，因此要充分考慮適用各種環(huán)境因素。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮使用過(guò)程中存在的問(wèn)題：
（1）頂部滑塊及風(fēng)扇蓋設(shè)計(jì)。頂部黃色滑塊可隨著圓弧外殼來(lái)回滑動(dòng)，遮擋USB插口，避免灰塵與雨水進(jìn)入。
（2）凹槽與固定帶設(shè)計(jì)。凹槽采用半徑為15mm的圓弧，以適應(yīng)不同直徑的車把；凹槽處采用軟質(zhì)橡膠（表面規(guī)律性凹凸），增加了與車把之間的摩擦，加上可調(diào)節(jié)固定帶，可使產(chǎn)品很方便地固定在車把上。
（3）指示燈用于提示充電量容量，指示燈亮?xí)r蓄電池充滿。
（4）USB插口可用于用電量小的電子產(chǎn)品充電。此外，產(chǎn)品部件易于拆卸，有利于組裝及維修。當(dāng)某些功能部件損壞時(shí)可方便地更換，避免成套設(shè)備報(bào)廢，使產(chǎn)品的使用壽命延長(zhǎng)。加強(qiáng)產(chǎn)品的耐久性和功能靈活性的設(shè)計(jì)和再設(shè)計(jì)，更注重可持續(xù)發(fā)展。
2．3蓄電池
由于發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電力有限，因此需要蓄電池儲(chǔ)存電能。以夜晚照明時(shí)間為2h（照明燈功率為0．25W的LED燈照明所耗掉的電量約為150mAh）計(jì)算，同時(shí)給小型音樂(lè)播放器充滿電（一般小型電子產(chǎn)品蓄電池的容量約400mAh），需選用總?cè)萘恐辽贋?50mAh的蓄電池。
2．4其他部件
為保證蓄電池、LED燈正常使用，延長(zhǎng)其壽命，裝置必須加以穩(wěn)流器、穩(wěn)壓器、調(diào)節(jié)電壓器、整流電路等小部件。
3結(jié)論
產(chǎn)品設(shè)計(jì)不只是簡(jiǎn)單的造型設(shè)計(jì)，而是一個(gè)創(chuàng)造性的綜合信息處理過(guò)程，是不斷解決各種設(shè)計(jì)因素矛盾沖突的過(guò)程，最終達(dá)到目標(biāo)要求。文中結(jié)合用戶實(shí)際生活需要，利用騎自行車時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的原理，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了車載風(fēng)能照明與充電產(chǎn)品，符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)綠色、節(jié)能、低碳產(chǎn)品的新要求。
作者：殷科 曹小琴 梁土弟 廖振興 單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院機(jī)電學(xué)院 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院何香凝藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院
