CN101224770B - 用于给自行车电气装置增加电力的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种自行车电力装置，包括发电机、电气装置、电源和开关。所述电气装置电连接到所述发电机上。所述电源与所述电气装置并联地电连接到所述发电机上，并且构造成可充电地连接到所述发电机上。所述开关与所述电源串联，并且构造成将所述电源可控制地连接到所述发电机上，使所述发电机本身不发电，使得当所述开关关闭时，所述电源给所述发电机充电，当所述开关打开时，所述发电机给所述自行车电气装置提供增加电压。

Description

用于给自行车电气装置增加电力的方法和设备

技术领域

本发明总体地涉及用于使用自行车发电机增加电压的方法和设备。更具体地，本发明涉及使用发电机线圈增加电压以提高直流电源的电压的设备。

背景技术

自行车成为越来越流行的娱乐形式和交通工具。此外，自行车已经成为业余爱好者和职业运动员越来越流行的竞技运动。无论自行车是用于娱乐、交通还是竞技，自行车厂都不断地改进自行车的各种部件。已经广泛重新设计的一种部件是自行车前灯和电气系统。

近来，已经有使用发光二极管作为自行车淘汰以减小自行车灯的体积和重量。这种发光二极管重量轻，当几个二极管组合在一起提供单一光源时可提供足够的亮度。自行车通常配备有发电机。自行车运动时发电机发电，产生足以点亮二极管的电压，但是只在自行车运动时才行。当自行车停止时，需要单独的电压来点亮二极管。但是，这种二极管需要能够照明的最小电压水平。通常，由于具有足以点亮二极管的电压的电池会增加自行车的重量，所以不希望将这种电池使用在自行车上。类似地，可设置电路元件，如变压器，以便将小电池的电压升压，从而提供足以点亮二极管的电压。但是，由于这种电路元件也会增加自行车的重量，所以不需要使用。

考虑到上述情况，对于本发明所属领域的技术人员，显然存在提供一种能够增加电源如小电池的电压却不增加自行车重量的改进型电力系统的需求。本发明致力于本领域中的该需求及其它需求，这些从本发明对于本领域的技术人员是显而易见的。

发明内容

本发明的目的是无需增加系统的质量就可提高自行车照明系统的性能。

本发明的另一个目的是使用自行车现有部件辅助静止电源如小电池的电压以点亮发光二极管。

上述目的主要通过提供一种具有发电机、电气装置、电源和开关的自行车电力装置实现。所述电气装置电连接到所述发电机上。所述电源与所述电气装置并联地电连接到所述发电机上，并且构造成可充电地连接到所述发电机上。所述开关与所述电源串联，并且构造成将所述电源可控制地连接到所述发电机上，使所述发电机本身不发电，使得当所述开关关闭时，所述电源给所述发电机充电，当所述开关打开时，所述发电机给所述自行车电气装置提供增加电压。

结合附图，根据下面公开了本发明优选实施例的描述，本领域的普通技术人员能够清楚本发明的这些及其它目的、特征、方面和优点。

附图说明

现在参考形成原始公开一部分的附图。

图1为包括根据本发明的电力装置的自行车的侧视图；

图2为根据本发明第一实施例的电力装置的示意性电路图，包括发电机、电源(电容)、电压检测电路、开关和发光二极管的，所示开关处于打开位置；

图3为类似于图2的根据本发明第一实施例的电力装置的示意性电路图，示出了电压检测电路关闭开关；

图4为类似于图2和图3的根据本发明第一实施例的电力装置的示意性电路图，示出了开关处于关闭位置，允许电源给发电机的线圈充电；

图5为类似于图2、3和4的根据本发明第一实施例的电力装置的示意性电路图，示出了电压检测电路打开开关。

图6为类似于图2-5的根据本发明第一实施例的电力装置的示意性电路图，示出了开关处于打开位置，使得发电机充电的线圈给发光二极管供电；

图7为根据本发明第一实施例的电压检测电路运行步骤的流程图；

图8为根据本发明第二实施例的电力装置的示意性电路图，包括发电机、电源(可充电电池)、电压检测电路、开关和发光二极管；

图9为根据本发明第三实施例的电力装置的示意性电路图，包括两套发光二极管；

图10为根据本发明第四实施例的电力装置的示意性电路图，包括电容和电机。

具体实施方式

现在参考附图对本发明所选的实施例进行描述。本领域的技术人员从本发明应当理解，下面本发明实施例的描述仅仅是示意性质的，而不是限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明。

首先参考图1，示出了具有根据本发明第一实施例的电力装置12的自行车10。

自行车10连同其它部件一起主要包括车架14、包括轮毂18的前轮16、前拨链器20、后拨链器22、车链C、前灯26、后灯28和电力装置12。电力装置12构造成当自行车10不运动时，给前灯26提供足以使前灯26闪亮几分钟的电压，下文会对其进行更加详细的描述。

车架14为可由金属或合金制成的传统车架。优选地，前轮16的轮毂18包括构造成当车辆10运动时可给电力装置12提供电能的发电机30。具体地，轮毂18、前轮16和发电机30构造成使得当前轮16旋转时，发电机30以传统的方式产生电流。因此，发电机30安装在自行车10上，并且构造成当车辆运动时可给前灯26(电气装置)提供电能。发电机30产生的直流电流可给前灯26和/或后灯28提供功率。

发电机30还包括具有一系列绕阻的传统线圈32，其为从前轮16的旋转产生电能的过程所必需的。当前轮16不旋转时，发电机30不产生电流和电压。但是，根据本发明，可使用线圈32以下面更加详述的方式提供足以点亮前灯26的电压。具体地，当第一电压的直流电(DC)通过线圈32时，线圈32的绕组形成磁场。当切断线圈32的直流电时，磁场消散或消失。但是，由于线圈32绕阻之间的感应，磁场的消散或消失产生高于第一次电压的二次电压。本发明就是利用线圈中绕组的该基本特性，如下面所详细描述的。

前拨链器20为传统机械式自行车部件。类似地，后拨链器22为传统机械式自行车部件。

优选地，前灯26安装在车架14的前部，如图1所示。如图2-6中所示，前灯26(自行车电气装置)包括多个发光二极管40、电源46、电压检测电路48和开关50。二极管40串联布置，以便响应于从其流通的电流来照明。通常，这种二极管40中每个二极管需要大致3伏电压以照明。在所示实施例中，有四个独立的发光二极管彼此串联连接。因此，为了点亮二极管，需要大致12伏的直流电流。

如图2中所示，电力装置12主要包括发电机30、线路42、线路44和前灯26。

线路42将发电机30的第一终端(输出侧)电连接到电源46的负极终端及二极管40的第一终端。线路44将二极管40的第二终端电连接到开关50的终端及发电机30的第二终端(输入侧)。

如上所述，电源46的负极终端电连接到线路42，电源46的正级终端电连接到开关50的终端。电源46主要为电连接到与二极管40(电气装置)并联的发电机30的电源。另外，电源46构造成可充电地连接到发电机(和线圈32)。开关50电连接在电源46与电源46之间。因此，开关50控制电源46的电流的进出。电源46(电池)可为以传统方式存储电能的电容或者彼此并联的一系列电容。在优选实施例中，电源46为能够存储电能并且在充满电时能够产生短期大约2.3伏电势的1法拉的电容。因此，电源46为给电力装置12提供大约2.3伏的第一电压。当自行车10运动使前轮16旋转时，发电机30给电源46充电。一旦前轮16停止旋转，电源46就提供电力以操作电力装置12和二极管40，如下所述。

电压检测电路48(控制电路)包括检测线路42中点A与线路44中点B之间电势的电路。电压检测电路48还包括控制开关50的电路和/或机械装置。具体地，电压检测电路48构造成响应于电压检测电路48在点A与点B之间检测的电压和/或电流的预定水平来打开和关闭开关50，其中点A和点B对应于发电机30的第一侧和第二侧。如下面进一步所述，开关50通过线路与电源46相连。

开关50构造成将电源46可控制地连接到发电机30，使得发电机30自身不产生能量。具体地，当开关50处于关闭方位时，发电机30由电源46充电，当开关50处于打开方位时，发电机30给二极管40(电气装置)提供增加电压。

当自行车10运动时，前轮16旋转，发电机30给二极管40提供电能。因此，当发动机运动时，二极管40照亮自行车10的前面。当自行车10停止时，前轮16停止旋转，发电机30不再发电。

本发明的电力装置12构造成如下操作，当自行车10不运动时，发电机30不再从前轮16的旋转发电。

现在参考附图2-6，描述电力装置12的操作。

如图2中所示，当自行车10停止时，由于前轮16不再旋转，所以发电机30不再发电。如图3中所示，电压检测电路48检测点A与点B之间的电压/电流的下降，并关闭开关50。随着开关50的关闭，电源46的直流电流再起提供给发电机30。

如图4中所示，直流电流沿方向C从电源46流出。随着直流电流从电源46的流出，给发电机30中的线圈32充电。具体地，流向发电机30的直流电流使得在线圈32中产生磁场。由于线圈32是与电磁铁相类似的一系列绕阻，所以磁场以与电磁场相类似的方式产生。一旦发电机30的线圈32充电，那么电压检测电路48就通过打开开关50断开直流电源，如图5中所示。随着开关50的打开及发电机30的线圈32的充电，线圈32给二极管40提供电压，如图6中所示。更具体地，线圈32中磁场消散产生的电压流向由图6中的箭头D表示。

一旦开关50打开，那么发电机30的线圈32的磁场消散所产生的直流电压就单独地给二极管40(电气装置)供电。因此，无需电源46的直接供电，而转为由发电机30的线圈32的消散电压供电，前灯26仍可照明。

本发明电力装置12的结构的一个好处就是低压电源如电源46可给线圈32充电以产生磁场。但是，由于线圈32包括一系列产生磁场的绕阻，所以绕阻之间的感应提高了磁场消散产生的电压以给二极管40供电(与电源46的输入电压相比)。磁场消散产生的电压为电力装置12的第二电压，大于12伏。二极管40照明需要大致12伏电压。因此，第二电压足以点亮二极管40。

电源46由检测发电机30的输入与发电机30的输出之间电压差的电压检测电路48控制。电压检测电路48设计成或具有设计成响应于线圈42与44之间的电压差预定检测水平来控制开关50的开关的电路。

如图7中所示，电压检测电路48如下操作。在步骤S1，电压检测电路48在有电能的情况下启动。例如，电能可由独立的内部电池(未示出)和相应的开关(未示出)提供，或者由线路42和44中的点A与点B之间的电势提供。当前轮16旋转时，起动能源可从发电机30提供。因为开关50起初处于关闭方位，直到电压检测电路48开始操作时都不打开，所以可使用发电机30的该起动能源给电源46充电。

如步骤S2所示，一旦电压检测电路48通电，那么开关50就打开。图2中也示出了步骤S2的情形。然后如图7中步骤S3所示，检测线路42和44中点A与点B之间的电压。在步骤S4中比较步骤S3中电压检测的结果。具体地，在步骤S4中，如果点A与点B之间的电压超过预定电压水平(表示由于前轮16的旋转从发电机30输出的电能)，那么重复步骤S3的电压检测。

在步骤S4中，如果点A与点B之间的电压低于预定电压水平(表示由于前轮16的旋转，从发电机30输出电能)，那么关闭开关50，如图7中步骤S5所示。步骤S5的情形对应于本发明图3中的描述。由于开关50关闭，所以从电源46向发电机30的线圈30提供低压电，如图4中箭头C所示。开关50关闭一段足以给线圈32充电的时间间隔。结果，线圈32中产生磁场。充电时间间隙为给线圈32充电(形成磁场)所需的时间段，基于电力装置12的结构确定。充电时间间隔可依据二极管的具体结构、电源46的电位及发电机30的线圈32的响应来变化。在优选实施例中，充电时间间隔在20与30毫秒之间。

在步骤S6，开关50打开。电压检测电路48构造成保持开关打开至少一秒。图5示出了处于打开方位的开关50。随着开关50的打开，线圈32中产生的磁场开始消散，产生第二电压及相应的点亮二极管40的电流D(图6中所示)。

图7中所示的程序重复自身，使得发光二极管40每秒种大致闪烁一次，直到电源47中存储的电能耗尽为止。具体地，在步骤S8，当开关50打开时，线圈32中的磁场消散，引起电流，并给发光二极管40供电。所述实施例使得电源46能够使二极管闪烁大致5分钟。

并且，图7中所示的程序重复自身，直到自行车10再次开始运动并且发电机30以传统的方式发电为止。具体地，当前轮开始旋转时，电力装置12中的电压会升高。那么点A与点B之间的电压升高使得由于步骤S 3与S4中操作的重复，开关50保持打开。

如果电源46放完电，并且自行车10静止(未运动)，那么开关50难以关闭。一旦前轮16开始旋转，发电机30发电，电源46就重新充电。

在第一实施例中，电源46为1法拉的电容或者彼此连接形成短期电池的一系列电容。在第一实施例中，当电源46通过前轮16的旋转充满电时(由发电机30发的电充电)，电源46可输出大致2.3伏的电压(第一电压)。当前轮16停止旋转(发电机30不发电)并且开关50关闭时，电源46以约2.3伏的电压在约20-30毫秒内给线圈32充电。一旦开关50打开，那么线圈32中的磁场就在3-4毫秒内消耗，但会产生峰值电压(大于12伏的第二电压)。

线圈32输出的第二电压只持续几毫秒，但是提供了足以点亮二极管40的电压。换句话说，二极管40闪烁。大于12伏的第二电压足以点亮四个二极管40。在步骤S6中，在允许重复图7中所示的程序之前，电压检测电路48保持开关50打开大致一秒钟。因此，二极管40可每秒闪烁约一次，直到五分钟(将电源46放完电所需的大致时间)。

第二实施例

现在参考图8，示出了根据第二实施例的电力装置12’。除了电源46由电源46’替换之外，电力装置12’与第一实施例的电力装置12相同。电源46’为具有约1.2伏典型输出的传统化学可充电电池。电源46’的输出低于第一实施例的电源46的输出。因此，第二实施例的第一电压低于第一实施例的第一电压。但是，电源46’的输出足以使得电力装置12’以与第一实施例的电力装置12同样的方式操作。由于电源46’的电压较低，所以与第一实施例相比，线圈32形成磁场所需的充电时间间隔(图7中步骤S5)稍微有所延长。第二实施例的其它结构与第一实施例的相同。

第三实施例

现在参考图9，现在描述根据本发明第三实施例的电力装置112。考试到第一实施例与第三实施例之间的相似性，第三实施例中与第一实施例相同的部分给出与第一实施例该部分相同的附图标记。此外，为简便起见，省略了对第三实施例中与第一实施例相同的部分的描述。

除了电力装置112还包括后灯28之外，电力装置112包括第一实施例的电力装置12的所有元件。后灯28和前灯26都由电力装置112供电。具体地，后灯28包括接到线路42和44且与前灯26的二极管40并联的多个发光二极管140。电压检测电路48与发电机30的操作与第一实施例中所述相同。

第四实施例

现在参考图10，现在描述根据第四实施例的电力装置212。考试到第一实施例与第四实施例之间的相似性，第四实施例中与第一实施例相同的部分给出与第一实施例该部分相同的附图标记。此外，为简便起见，省略了对第四实施例中与第一实施例相同的部分的描述。

电力装置212包括作为自行车电气装置的后拨链器22。更具体地，电池46、电压检测电路48和开关50集成进后变速踌躇22中。换句话说，除了二极管40由电容220和电机222替换之外，后拨链器22中包括了第一实施例的电力装置12的所有部件。

电机222和电容220串联地电连接在线路42和44中。例如，电机22为变速电机，其做功以辅助后拨链器22在链环之间链C的运动。

在第四实施例中，当自行车10停止时，发电机30无法通过前轮16的旋转发电。但是，一旦电路检测电路48关闭开关50，那么就给电线32充电。其后，使用线圈32的电压给电容220充电。然后使用电容220中存储的电能来操作电机222。电压检测电路48和发电机30的操作与第一实施例中所述的相同。

可选择地，电机222可位于前拨链器20中。

术语的一般说明

在理解本发明的范围时，这里用来描述装置的部件、部分或零件的术语“构造”包括构造成或设计成实现所需功能的硬件和/或软件。在理解本发明的范围时，这里使用的术语“包括”及其派生词表示的是确定具有相关的特征、元件、部件、组群、集成和/或步骤，但是并不排斥具有其它不相关的特征、元件、部件、组群、集成和/或步骤。前述说明还可应用于具有类似含义的词，例如术语“包含”、“具有”及其派生词。同样，当单独使用术语“零件”、“片断”、“部分”、“构件”或“元件”时，其具有单个零件或多个零件的双重含义。如这里描述本发明所使用的，下列方向性术语“向前、向后、止方、向下、垂直、水平、下方和横向”以及任何其它类似的方向性术语指的是配备有本发明的自行车的那些方向。因此，用来描述本发明的这些术语可解释为关于配备有本发明的自行车在正常行驶位置。最后，程度的术语，例如这里使用的“基本上”、“大约”和“大致”意味使得最终结果并不显著变化的修正项目的合理偏离量。

尽管只选择了所选实施例来示出本发明，但是本发明所属领域的技术人员会在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下做出各种变化和修改。另外，前面根据本发明实施例的描述仅仅是示意性的，而不是限制由所附权利要求及其等同物限定的本发明的目的。

Claims (12)

1.一种自行车电力装置，包括：

自行车发电机；

自行车电气装置，电连接到所述发电机上；

电源，与所述电气装置并联地电连接到所述发电机上，并且构造成可充电地连接到所述发电机上；

开关，与所述电源串联，并且构造成将所述电源可控制地连接到所述发电机上，使所述发电机本身不发电，使得当所述开关关闭时，所述电源给所述发电机充电，当所述开关打开时，所述发电机给所述自行车电气装置提供增加电压；以及

控制电路，构造成响应于所述发电机第一侧与所述发电机第二侧之间检测的预定电压水平来打开和关闭所述开关。

2.如权利要求1所述的自行车电力装置，其中所述自行车电气装置为自行车灯。

3.如权利要求2所述的自行车电力装置，其中所述自行车灯包括多个发光二极管。

4.如权利要求3所述的自行车电力装置，其中所述发光二极管串联布置。

5.如权利要求1所述的自行车电力装置，其中所述自行车电气装置包括电容。

6.如权利要求1所述的自行车电力装置，其中所述自行车电气装置包括变速电机。

7.如权利要求1所述的自行车电力装置，其中所述电源为电池。

8.如权利要求1所述的自行车电力装置，其中所述电源为电容。

9.如权利要求1所述的自行车电力装置，还包括：

第二电气装置，与所述电气装置并联地电连接到所述发电机上。

10.如权利要求9所述的自行车电力装置，其中所述电气装置和所述第二电气装置各包括多个发光二极管。

11.如权利要求1所述的自行车电力装置，其中所述发电机连接在自行车上，并且构造成在所述自行车运动时向所述电气装置提供电力。

12.一种用于给自行车电气装置增加电力的方法，包括：

给发电机提供直流电源；

给所述发电机充电，产生磁场；

将所述直流电源从所述发电机断开；只依赖所述充电的发电机的磁场的消散产生的直流电流给电气装置供电；

检测所述发电机的输入与所述发电机的输出之间的电压差；以及

响应于所述电压差的预定检测水平来控制提供和断开步骤。

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