[摘要]基于创新教学方法，指导学生设计了一种新型风力发电充电宝。该充电宝把多种功能融合与一体，且具有持续续航和无需使用插座的优点，具有供电、风扇和照明的功能。该课题获批安徽省大学生创新训练项目，并申请专利2项。这种创新教学方法既能培训学生的创新能力，也为培养新时代大学生提供借鉴。
[关键词]风力充电宝；可再生能源；教学
随着《可再生能源法》的颁布，中国也已把开发风能放到重要的位置，风能的有效利用可以大大减少不可再生能源消耗和环境污染。2009年我国的风力发电装机容量已超过欧洲各国，名列世界第二；2010年新增18927MW，超越美国，成为世界第一[1-2]。但是，现有的风力发电装置要么体型过于庞大，要么仅仅是将风扇和发电机草草相连，都不便于携带，只适用于地方上的大规模发电或科教展示，无法运用到人们的日常生活中。而作为现代人出行必备的一件工具，目前市面上已有的充电宝往往只能利用插座充电。笔者通过创新思想，对风力发电机和充电宝进行研究，申报获批安徽省大学生创新训练项目，基于现有的技术缺点，设计一种集中风力发电机功能、充电宝和手电功能于一体的风力发电充电宝，并于2018年和2019年分别申请实用新型专利两项[3-4]。对于相关专业的教学和科研提供借鉴。
1风力发电充电宝概述
1.1设计前景
本装置主要适用对象是自行车、电动车使用群体，根据前瞻产业研究院报道，据不完全统计，我国拥有的自行车总数达4.5亿辆，78%的家庭拥有自行车，近年来自行车运动也呈现出迅猛发展的态势；截止到2017年我国电动自行车保有量达2.82亿辆。此外，近年来共享经济的发展也把共享单车、共享电动车引入了人们的视线：以广州市为例，共享单车的评估容量为60~80万辆，全国的使用量高达1000万人次以上。如此巨大的市场，再加上尚未有设备专门针对骑行过程所产生的风能进行利用，根据这一特点，笔者将风力发电机与充电宝结合，从而满足人们对于充电宝可以持久续航、无需使用插座充电的要求。
1.2设计原理和思路
利用风力发电机的发电装置，将机械能转化为电能；利用风扇原理将电能转化为机械能；利用手电装置将电能转化为光能；另外，本设计优化设计方案，把风力发电装置、风扇、手电与充电宝四合一，集合于一身，从而构成风力发电充电宝。
1.3设计方案
为了满足广大用户对于使用便利的需求，在充电宝的一侧，设计了一款扣环，使充电宝在风力发电的时候可以被固定在几乎任何类似于自行车龙头的柱状机构上，大大扩展了它的适用范围。同时，和现有很多充电宝一样，此设备上加装了LED灯作照明使用，在扣环的固定作用下，可以作为车灯安装在自行车上，为夜晚骑行的人们提供安全上的保障。发电机与电动机所运用的原理相同，结构相似，最大的区别就在于它们使用原理的方式。发电机是通过外力带动转子上的线圈切割作为定子的永磁铁所产生的磁感线发电，而电动机则是通过给转子上的线圈通电，用通电导线在磁场中产生的洛伦兹力带动转子转动。由于关键部件上的相似性，直流发电机和直流电动机两者可以通过同一个结构来实现各自的功能。正因如此，在设计风力充电宝的时候，又给它加上了风扇的功能。此外，为了使充电宝本身更便于携带，在扇叶和充电宝主体衔接的部分，我们仿造圆珠笔的结构，设计出一款可伸缩的连接转轴结构，使扇叶部分在平时不用的时候可以被收进充电宝上的凹槽中。当伸展时，十字伸缩轴下压，轴上的凸起推动锯齿卡槽从凸块处下压至下方锯齿卡槽处，且锯齿卡槽会随着下方锯齿卡槽上锯齿的坡度转动45度，此时锯齿卡槽上的凹槽正好与凸块对应，十字伸缩轴、锯齿卡槽便会在下方弹簧的作用下穿过凸块，直至被套管顶部挡住为止。当收缩时，十字伸缩轴上凸起将会推动锯齿卡槽沿着十字伸缩轴原路返回经过凸块处。之后，在下方锯齿卡槽的锯齿坡度的作用下，锯齿卡槽将会旋转45度，如图2左侧剖面图至图3左侧剖面图的变化所示。如图2左图所示，此时锯齿卡槽上的凹槽正好与凸块错开45度，使得凸块可以挡住锯齿卡槽，让它不随弹簧的作用回弹；由于十字伸缩轴上凸起的影响，十字伸缩轴也会被锯齿卡槽挡住，使得整体能够安全地缩进凹槽处不会松动弹出[4]。
2创新科学性与先进性
风力发电充电宝充分将风能转化为电能储存在蓄电池中，当需要时可转换为机械能或光能。本新型充电宝集多功能于一身，可作为照明和风扇工具，也可作为移动电源，其还具有持续续航的能量，不用担心充电宝中的电量不够，不用担心炎热的夏天没有风驱热；夜间行走、骑车时可以充分的照亮前行的道路。
3结语
风能是一种可无限循环使用的一种清洁能源，有效利用风能具有重要意义。笔者通过创新思维方式，将风力发电机运用到充电宝中，不仅使充电宝能满足持久续航、无需使用插座，方便出行者的需求，而且切合实际的将可再生能源在生活中得到推广。另外，通过这种创新教学方法，既培养了学生深层次掌握专业知识能力，又培养了学生发现问题和解决问题的能力。
参考文献
[1]陈永祥，方征．中国风电发展现状、趋势及建议[J]．装备机械，2010(04)：14-19．
[2]张明锋，邓凯，陈波，等．中国风电产业现状与发展[J]．机电工程，2010，27(01)：1-3+14．
[3]肖厚标，杜明燃，等．风力充电宝-风扇[P]．中国专利：201821708888.4，2018-10-19．
[4]肖厚标，杜明燃，等．一种连接转轴结构[P]．中国专利：201920379682.X，2019-03-25．
作者:杜明燃 肖厚标 许致凌 罗思程 单位:安徽理工大学化学工程学院
