CN102233939A - 一种助力车三力复合动力装置 - Google Patents

Abstract

一种助力车三力复合动力装置，包括太阳能电池组件、锂电池、行走发电机、平面电机、弹力储能器、变速机构、脚踏板、主动链轮、初级链条、过渡单向链轮、过滤链轮、二级链条、驱动单向链轮、单向充电器和电流控制器，太阳能电池组件是连续的能量输入源，行走发电机是多余动能的回收充电源，锂电池是电能的储存器件，平面电机是驱动助力车行走的主动力，弹力储能器是将在行驶过程中人体上下颠簸的重力势能转换成驱动助力车行驶的弹力，脚踏板为助力车提供初始动能，实现了人力、弹力和电磁力的复合，助力车行驶过程中多余动能和重力势量的得到了回收再利用，在使用过程中几乎不要用市电充电，是复合型节能动力。

Description

一种助力车三力复合动力装置

技术领域：

本发明涉及一种助力车，尤其涉及助力车的动力装置。

背景技术：

目前，普遍使用的助力车都是电动助力自行车，简称电动自行车，一次充电可行驶5～10公里，电动自行车无需人们用脚力蹬踏就能快速行走，且充电较为方便，近年来电动自行车得到了快速发展，它已成为中小城镇人们中短途出行的首选出行代步工具，得到公众的认可。然而电动自行车的电瓶容易老化，使用寿命不长，一般不超过一年半，且越到后期使用效果越差。随着城乡一体化建设的发展，农村的劳力纷纷来到近邻城镇务工，由于来去的路途较远，一般在30公里左右，现有的电动自行车难以长期满足出行要求，一旦电瓶的电能耗尽，电动车就成了手推车，人们进退两难。电动自动车必须每天用市电进行充电，否则就不能行走，每天冲电对于居住高层楼房的人们是极为不便的，电瓶大而重，拆装、手拎着电瓶上下楼十分吃力，同时，电瓶必须定时更换，否则容量就会大幅度降低，行走里程缩短。因此，现有的电动车不仅充电麻烦，使用的费用较高，而且也会污染环境。在电动车的行驶过程中，由于路面不平整，人们坐在座凳上必然会产生不规则的上下颠簸，在这上下颠簸过程中蕴藏了大量的重力势能，由于没有相应的回收利用装置，这些重力势能都被白白地浪费了，没有得到回收再利用，非常可惜。另一方面，随着太阳能光电应用技术的发展，太阳能电池的应用技术已经成熟。在现有技术条件下，能否进一步降低电动车的充电劳动强度，使电动自行车使用更方便，更节能。申请人经过长期的研究，设计了一种助力车三力复合动力装置，它以太阳能电池组件、蜗簧和人力三种动力为自行车的动力，通过太阳能电池组件和行走发电机为大容量锂电池进行自动充电，以锂电池为助力电源，通过脚步辅助启动带动平面电机旋转，然后由锂电池给平面电机输入较小直流电，维系大扭矩平面电机旋转，在行走过程中，自行车行走时的上下振动所产生势能输给蜗簧储存，利用蜗簧既能储存能量又能释放能量的原理，再用蜗簧储存的能量来驱动自行车行走，以此作为自行车行走的辅助弹力动力；助力自行车配用这种复合动力装置无需用市电进行额外充电，能确保自行车单程能行走30公里，行走速度在20公里/小时，能够满足人们的日常近距离出行要求，既可人力驱动，又能由复合动力驱动，非常符合现行的环保节能要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种助力车三力复合动力装置。

本发明是通过如下技术方案来解决上述问题的：

一种助力车三力复合动力装置，包括太阳能电池组件、锂电池、行走发电机、平面电机、弹力储能器、变速机构、脚踏板、主动链轮、初级链条、过渡单向链轮、过渡链轮、二级链条、驱动单向链轮、单向充电器和电流控制器，太阳能电池组件与锂电池电连接，行走发电机通过单向充电器与锂电池电连接，锂电池通过电流控制器与平面电机电连接，行走发电机安装在自行车的后轮或前轮驱动，变速机构包括变速箱体、过渡轴、发条轴、传动轴、齿轮A、齿轮B、齿轮C、齿轮D、齿轮E和齿轮F，齿轮A固定安装在过渡轴上，齿轮B、齿轮C、齿轮E固定安装在传动轴上，齿轮D套装在发条轴上，齿轮F固定安装在平面电机的输出轴上；所述弹力储能器包括座凳加压部件、蜗簧、蜗壳、轴承座、单向转动轴承、拨杆、输能滑轮组、长连杆、短连杆和拉簧，蜗簧的内端与发条轴固定连接，蜗簧的外端与蜗壳固定连接，蜗壳套装在发条轴上，并与齿轮D固定连接，单向转动轴承的内圈固定在发条轴上，单向转动轴承的外圈安装在轴承座上，拨杆与轴承座固定连接，拨杆的外端与长连杆和短连杆铰连接，长连杆与输能滑轮组中的动滑轮铰连接，短连杆与拉簧的上端铰连接，拉簧的下端固定在变速箱体上，所述座凳加压部件包括座凳、立杆、垂直弹簧、支撑销和转换杠杆，立杆套装在座凳套中，垂直弹簧套在立杆上，位于座凳和座凳套之间，座凳固定安装在立杆的上端，转换杠杆通过支撑销安装在变速箱体上，转换杠杆的一端与立杆的下端铰连接，另一端与输能滑轮组中牵引绳索的末端固定连接；所述输能滑轮组包括固定销、动滑轮、定滑轮和牵引绳索，牵引绳索的始端固定在固定销上，牵引绳索绕经动滑轮和定滑轮，其末端固定在转换杠杆的拉绳端上。

进一步，所述座凳加压部件还包括调压螺母和立杆防转销，垂直弹簧的上端由调压螺母轴向限位，在立杆上设有防转槽，立杆防转销穿过座凳套置于防转槽内。

进一步，所述平面电机为双定子平面电机，包括电机壳、轴承、平面定子片、永磁块、转子轭、右盖板和主轴，平面定子片分别固定在电机壳和右盖板的内侧面上，在平面定子片内设有平面线圈，永磁块沿转子轭的周向均匀固定在转子轭上，相邻两片永磁块的磁性相反，转子轭固定安装在主轴上，电机壳和右盖板分别通过轴承安装在输出轴上，永磁块与转子轭的结合体设置在电机壳和右盖板之间，电机壳和右盖板固定连接，平面线圈中的引出导线与直流电源相连接。

进一步，在平面定子片内设有2～4层平面线圈，每层平面线圈是由若干个同心绕制的n匝同心线圈单元串联而成，其中n＝1～200，所述同心线圈单元的数量与永磁块数量相同。

进一步，所述永磁块的平面形状为扇形，扇形的夹角为15°～30°，它由外圆弧、内圆弧、扇形侧边和过渡圆弧围合而，在外圆弧、内圆弧与扇形侧边的交会处均通过过渡圆弧光滑过渡连接。

进一步，所述永磁块的平面形状由外圆弧、内圆弧、侧面外圆弧、过渡圆弧围合而成，外圆弧的两端点与内圆弧的两端点的连线的夹角为15°～30°，外圆弧与侧面外圆弧的半径相同，二个侧面外圆弧对称分布，并与外圆弧和内圆弧相交，二个侧面外圆弧、外圆弧和内圆弧的交接处均由过渡圆弧平滑过渡连接。

进一步，在转子轭的同一圆周上均匀地固定有2～8个通孔，在每个通孔中镶嵌一片永磁块。

在这种三力复合动力装置中，太阳能电池组件是电能的连续输入源，行走发电机是行驶过程中多余动能的回收充电源，尤其是在下坡滑行过程中，它不仅不消耗电能，而且将动能转换成电能为锂电池充电；弹力储能器能将助力车在行走过程中人体上下颠簸的重力势能转换成驱动助力车行驶的弹力，在助力车行驶起步初阶段人们通过脚踏板给助力车提供初始动能；锂电池是电能的储存器件，平面电机是驱动助力车行走的主动力；变速机构是驱动助力车行驶的机械传动部件，单向充电器是行走电机向锂电池单向充电的控制器件，电流控制器是控制锂电池向平面电机的电控器件。太阳能电池组件不断地吸收太阳能，将太阳能转换成电能储存在锂电池中，由于助力车都在室外行走，因此，只要处于室外它就能进行光电的转换，源源不断地向锂电池充电。由于在助力车上设置了行走发电机，只要助力车行驶就能带动行走电机进行发电，尤其是助力车下坡滑行车，能将动能转换成电能并对锂电池进行充电，它是锂电池的第二充电能源；由于在助力车上设置了弹力储能器，它能将助力车行驶过程中因路面不平造成人体上下颠簸的重力势能转换成弹力势能，利用蜗簧既能储存能量又能释放能量的特性，并使之成为驱动助力车行驶的弹力动力；人们通过脚踏板在助力车行驶起初阶段给助力车提供初始动能，因此锂电池只要为平面电机提供较小的电流就能驱动助力行驶。经申请人实际装车试行，太阳能电池组件进行光电转换4小时后，单程行驶里程达到40公里，遇到上坡路段人们可以通过脚踏板适当人工给力，在平路和下坡路段都无需给力。它是一种集人力、弹力和电磁力的三力复合动力，对助力车行驶过程中多余动能和重力势量进行了回收再利用，在使用过程中几乎不要用市电充电，只有在阴雨天或连续超里程行驶时才需另行充电。由于采用的锂电池，体积小，重量轻，取放轻便，因此，即使需要用市进行充电也很轻便。它是节能型助力车的新型复合动力。

附图说明：

图1为本发明的传动示意图；

图2为平面电机、弹力储能器和变速机构的结构示意图；

图3为弹力储能器的能量输入机构的结构示意图；

图4为座凳加压部件的结构示意图；

图5为输能滑轮组的结构示意图；

图6为平面电机的一种结构示意图；

图7为图6中平面线圈在平面定子片中的一种分布示意图；

图8为图7中的A-A剖视图；

图9、图10为永磁块在转子轭上的一种分布示意图；

图10为图9的左视图；

图11为永磁块的另一种平面形状示意图；

图中，1-太阳能电池组件；2-锂电池；3-行走发电机；4-平面电机；5-弹力储能器；6-变速机构；7-脚踏板；8-主动链轮；9-初级链条；10-过渡单向链轮；11-过滤链轮；12-二级链条；13-驱动单向链轮；14-单向充电器；15-电流控制器；16-座凳套；50-座凳加压部件；51-蜗簧；52-蜗壳；53-轴承座；54-单向转动轴承；55-拨杆；56-输能滑轮组；57-长连杆；58-短连杆；59-拉簧；501-座凳；502-立杆；503-调压螺母；504-垂直弹簧；505-立杆防转销；506-支撑销；507-转换杠杆；561-固定销；562-动滑轮；563-定滑轮；564-牵引绳索；565-滑轮轴；60-变速箱体；61-过渡轴；62-发条轴；63-传动轴；64-齿轮A；65-齿轮B；66-齿轮C；67-齿轮D；68-齿轮E；69-齿轮F；40-输出轴；41-电机壳；42-轴承；43-平面定子片；431-平面线圈；432-引出导线；433-非导磁基材；44-永磁块；45-转子轭；46-右盖板；47-主轴；48-输出轮；49-轴用挡圈；441-外圆弧；442-内圆弧；443-扇形侧边；444-过渡圆弧；445-侧面外圆弧。

具体实施方式：

下面结合附图1～3对本发明的具体实施方式作详尽说明：

一种助力车三力复合动力装置，包括太阳能电池组件1、锂电池2、行走发电机3、平面电机4、弹力储能器5、变速机构6、脚踏板7、主动链轮8、初级链条9、过渡单向链轮10、过渡链轮11、二级链条12、驱动单向链轮13、单向充电器14和电流控制器15，太阳能电池组件1与锂电池2电连接，行走发电机3通过单向充电器14与锂电池2电连接，锂电池2通过电流控制器15与平面电机4电连接，行走发电机3安装在自行车的后轮或前轮驱动，变速机构6包括变速箱体60、过渡轴61、发条轴62、传动轴63、齿轮A64、齿轮B65、齿轮C66、齿轮D67、齿轮E68和齿轮F69，齿轮A64固定安装在过渡轴61上，齿轮B65、齿轮C66、齿轮E68固定安装在传动轴63上，齿轮D67套装在发条轴62上，齿轮F69固定安装在平面电机4的输出轴上；所述弹力储能器5包括座凳加压部件50、蜗簧51、蜗壳52、轴承座53、单向转动轴承54、拨杆55、输能滑轮组56、长连杆57、短连杆58和拉簧59，蜗簧51的内端与发条轴62固定连接，蜗簧51的外端与蜗壳52固定连接，蜗壳52套装在发条轴62上，并与齿轮D67固定连接，单向转动轴承54的内圈固定在发条轴62上，单向转动轴承54的外圈安装在轴承座53上，拨杆55与轴承座53固定连接，拨杆55的外端与长连杆57和短连杆58铰连接，长连杆57与输能滑轮组56中的动滑轮铰连接，短连杆58与拉簧59的上端铰连接，拉簧59的下端固定在变速箱体60上，所述座凳加压部件50包括座凳501、立杆502、调压螺母503、垂直弹簧504、立杆防转销505、支撑销506和转换杠杆507，立杆502套装在座凳套16中，垂直弹簧504套在立杆502上，位于座凳501和座凳套16之间，垂直弹簧504的上端由调压螺母503轴向限位，座凳501固定安装在立杆502的上端，在立杆502上设有防转槽，立杆防转销505穿过座凳套16并置于防转槽内，转换杠杆507通过支撑销506安装在变速箱体60上，转换杠杆507的一端与立杆502的下端铰连接，另一端与输能滑轮组56中牵引绳索564的末端固定连接；所述输能滑轮组56包括固定销561、动滑轮562、定滑轮563和牵引绳索564，牵引绳索564的始端固定在固定销561上，牵引绳索564绕经动滑轮562和定滑轮563，其末端固定在转换杠杆507的拉绳端上。

在本例中，所述平面电机4为双定子平面电机，它包括电机壳41、轴承42、平面定子片43、永磁块44、转子轭45、右盖板46、主轴47和输出轮48，所述平面定子片43由平面线圈431、引出导线432和非导磁基材433组成，在非导磁基材433内压固了二层平面线圈431，每层平面线圈431是由六个同心绕制的十匝线圈单元串联而成，平面定子片43分别通过铆接方式固定在电机壳41和右盖板46的内侧面上；在转子轭45的同一圆周上均匀设有6个固定通孔，在每个通孔中镶嵌一片永磁块44，相邻两片永磁块44的磁性相反，转子轭45固定安装在主轴47上，电机壳41和右盖板46分别通过轴承42安装在主轴47上，且位于永磁块44与转子轭45的结合体的两侧，电机壳41和右盖板46固定连接，永磁块44的平面形状为扇形，扇形的夹角为15°～30°，它由外圆弧441、内圆弧442、扇形侧边443和过渡圆弧444围合而，在外圆弧441、内圆弧442与扇形侧边443的交会处均通过过渡圆弧444光滑过渡连接；平面线圈431中的引出导线432与直流电源相连接，输出轮48固定安装在主轴47的输出端上，由轴用挡圈49进行轴向限位。

永磁块44的平面形状还可选用如下结构：

所述永磁块44的平面形状由外圆弧441、内圆弧442、侧面外圆弧445、过渡圆弧444围合而成，外圆弧441的两端点与内圆弧442的两端点的连线的夹角为15°～30°，外圆弧441与侧面外圆弧445的半径相同，二个侧面外圆弧445对称分布，并与外圆弧441和内圆弧442相交，二个侧面外圆弧445、外圆弧441和内圆弧442的交接处均由过渡圆弧444平滑过渡连接。

Claims (7)

1.一种助力车三力复合动力装置，其特征是：包括太阳能电池组件(1)、锂电池(2)、行走发电机(3)、平面电机(4)、弹力储能器(5)、变速机构(6)、脚踏板(7)、主动链轮(8)、初级链条(9)、过渡单向链轮(10)、过渡链轮(11)、二级链条(12)、驱动单向链轮(13)、单向充电器(14)和电流控制器(15)，太阳能电池组件(1)与锂电池(2)电连接，行走发电机(3)通过单向充电器(14)与锂电池(2)电连接，锂电池(2)通过电流控制器(15)与平面电机(4)电连接，行走发电机(3)安装在自行车的后轮或前轮驱动，变速机构(6)包括变速箱体(60)、过渡轴(61)、发条轴(62)、传动轴(63)、齿轮A(64)、齿轮B(65)、齿轮C(66)、齿轮D(67)、齿轮E(68)和齿轮F(69)，齿轮A(64)固定安装在过渡轴(61)上，齿轮B(65)、齿轮C(66)、齿轮E(68)固定安装在传动轴(63)上，齿轮D(67)套装在发条轴(62)上，齿轮F(69)固定安装在平面电机(4)的主轴(47)上；所述弹力储能器(5)包括座凳加压部件(50)、蜗簧(51)、蜗壳(52)、轴承座(53)、单向转动轴承(54)、拨杆(55)、输能滑轮组(56)、长连杆(57)、短连杆(58)和拉簧(59)，蜗簧(51)的内端与发条轴(62)固定连接，蜗簧(51)的外端与蜗壳(52)固定连接，蜗壳(52)套装在发条轴(62)上，并与齿轮D(67)固定连接，单向转动轴承(54)的内圈固定在发条轴(62)上，单向转动轴承(54)的外圈安装在轴承座(53)上，拨杆(55)与轴承座(53)固定连接，拨杆(55)的外端与长连杆(57)和短连杆(58)铰连接，长连杆(57)与输能滑轮组(56)中的动滑轮铰连接，短连杆(58)与拉簧(59)的上端铰连接，拉簧(59)的下端固定在变速箱体(60)上，所述座凳加压部件(50)包括座凳(501)、立杆(502)、垂直弹簧(504)、支撑销(506)和转换杠杆(507)，立杆(502)套装在座凳套(16)中，垂直弹簧(504)套在立杆(502)上，位于座凳(501)和座凳套(16)之间，座凳(501)固定安装在立杆(502)的上端，转换杠杆(507)通过支撑销(506)安装在变速箱体(60)上，转换杠杆(507)的一端与立杆(502)的下端铰连接，另一端与输能滑轮组(56)中牵引绳索(564)的末端固定连接；所述输能滑轮组(56)包括固定销(561)、动滑轮(562)、定滑轮(563)和牵引绳索(564)，牵引绳索(564)的始端固定在固定销(561)上，牵引绳索(564)绕经动滑轮(562)和定滑轮(563)，其末端固定在转换杠杆(507)的拉绳端上。

2.根据权利要求1所述助力车三力复合动力装置，其特征是：所述座凳加压部件(50)还包括调压螺母(503)和立杆防转销(505)，垂直弹簧(504)的上端由调压螺母(503)轴向限位，在立杆(502)上设有防转槽，立杆防转销(505)穿过座凳套(16)置于防转槽内。

3.根据权利要求1所述助力车三力复合动力装置，其特征是：所述平面电机(4)为双定子平面电机，它包括电机壳(41)、轴承(42)、平面定子片(43)、永磁块(44)、转子轭(45)、右盖板(46)和主轴(47)，平面定子片(43)分别固定在电机壳(41)和右盖板(46)的内侧面上，在平面定子片(43)内设有平面线圈(431)，永磁块(44)沿转子轭(45)的周向均匀固定在转子轭(45)上，相邻两片永磁块(44)的磁性相反，转子轭(45)固定安装在主轴(47)上，电机壳(41)和右盖板(46)分别通过轴承(42)安装在主轴(47)上，永磁块(44)与转子轭(45)的结合体设置在电机壳(41)和右盖板(46)之间，电机壳(41)和右盖板(46)固定连接，平面线圈(431)中的引出导线(432)与直流电源相连接。

4.根据权利要求3所述助力车三力复合动力装置，其特征是：在平面定子片(43)内设有2～4层平面线圈(431)，每层平面线圈(431)是由若干个同心绕制的n匝同心线圈单元串联而成，其中n＝1～200，所述同心线圈单元的数量与永磁块(44)数量相同。

5.根据权利要求3所述助力车三力复合动力装置，其特征是：所述永磁块(44)的平面形状为扇形，扇形的夹角为15°～30°，它由外圆弧(441)、内圆弧(442)、扇形侧边(443)和过渡圆弧(444)围合而，在外圆弧(441)、内圆弧(442)与扇形侧边(443)的交会处均通过过渡圆弧(444)光滑过渡连接。

6.根据权利要求3所述助力车三力复合动力装置，其特征是：所述永磁块(44)的平面形状由外圆弧(441)、内圆弧(442)、侧面外圆弧(445)、过渡圆弧(444)围合而成，外圆弧(441)的两端点与内圆弧(442)的两端点的连线的夹角为15°～30°，外圆弧(441)与侧面外圆弧(445)的半径相同，二个侧面外圆弧(445)对称分布，并与外圆弧(441)和内圆弧(442)相交，二个侧面外圆弧(445)、外圆弧(441)和内圆弧(442)的交接处均由过渡圆弧(444)平滑过渡连接。

7.根据权利要求3所述助力车三力复合动力装置，其特征是：在转子轭(45)的同一圆周上均匀地固定有2～8个通孔，在每个通孔中镶嵌一片永磁块(44)。

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