CN102480161B - 山地车电磁缓速及蓄能装置 - Google Patents

Abstract

山地车电磁缓速及蓄能装置，包括永磁铁片，绕组感应装置，绕组感应装置的感应电压输出端连接变压器一次侧，变压器二次侧连接有桥式整流滤波电路，桥式整流滤波电路连接稳压电路，稳压电路连接有蓄电池，变压器二次侧、蓄电池连接档位选择电路。本发明山地车电磁缓速及蓄能装置，能有效增大电磁阻力，使山地车能以一个合理的速度下滑，从而减小现有机械刹车装置的磨损和安全隐患；同时能将下滑损失的机械能有效的利用起来，转为电能储存利用。

Description

山地车电磁缓速及蓄能装置

技术领域

本发明涉及山地车，具体涉及一种山地车电磁缓速及蓄能装置。

背景技术

当前，旅游爱好者采用山地车作为交通工具渐渐流行，山地车爱好者也越来越多。在山地较多的地方，需要上下坡情况比较多。特别是在下坡时候，若山地车在坡度、长度较大的坡上滑行，不连续刹车的话，车的速度往往会达到很大，这时很容易引发安全事故。如果长期的捏住刹车，由于人在坡上在沿坡的方向会产生一个比较大的牵引力，加上现有车速，往往容易对现有山地车上的机械刹车装置（如：碟刹或橡皮刹）造成很大的机械磨损，长时间在这种状况下，甚至会损坏刹车装置。

对于喜欢长时间在外骑车旅游或露营的爱好者而言，一些通讯设备与照明装置的电能经常会出现不足，会对旅游造成一定负面影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种山地车电磁缓速及蓄能装置，能有效增大电磁阻力，使山地车能以一个合理的速度下滑，从而减小现有机械刹车装置的磨损和安全隐患；同时能将下滑损失的机械能有效的利用起来，转为电能储存利用。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：山地车电磁缓速及蓄能装置，包括永磁铁片，绕组感应装置，绕组感应装置的感应电压输出端连接变压器一次侧，变压器二次侧连接有桥式整流滤波电路，桥式整流滤波电路连接稳压电路，稳压电路连接有蓄电池，变压器二次侧、蓄电池连接档位选择电路。

所述永磁铁片为多个弧形状铁片，两永磁铁片之间设有间隔同样大小的扇形空白区，多个永磁铁片通过固定槽固定成一独立安装单元。

所述绕组感应装置为弧形，绕组感应装置设有多个独立的绕组线圈单元，绕组线圈单元与永磁铁片形状相同。

所述多个独立的绕组线圈单元按照相位关系正反向串联。

所述稳压电路连接二极管D5正极，二极管D5负极连接LED，LED连接蓄电池正极，蓄电池负极通过稳压电路中的电阻R4连接三极管Q1基极。

所述档位选择电路包括单片机U2，单片机U2连接档位选择开关SW2、单片机供电开关SW3，档位选择开关SW2、单片机供电开关SW3连接蓄电池。

所述变压器二次侧与桥式整流滤波电路之间连有系统开关SW1。

所述蓄电池设有USB接口。

本发明主要依据法拉第电磁感应原理，由永磁铁片，绕组感应装置，变压电路、稳压电路、蓄电池、档位选择电路组成。永磁铁片安装在车圈与轴条交界处，绕组感应装置的绕组线圈单元安装在车子前后夹器所在位置。当车子下坡时，永磁铁片切割线圈导体，闭合导体产生感应电流，感应电流与永磁铁片作用产生电磁阻力，从而达到缓速效果。将感应电压通过接入变压器TR1、稳压电路处理后然后可以对蓄电池充电。

本发明山地车电磁缓速及蓄能装置，蓄电池设有USB接口，电能通过USB接口给相应电子设备充电。系统开关SW1用于选择是否启动系统。单片机U2连接档位选择开关SW2，通过选择SW2的档位来控制单片机管脚的高低电平，单片机通过判断管脚的高低电平来确定用户选择将山地车保持在什么速度。稳压电路连接二极管D5正极，二极管D5负极连接LED，当蓄电池充电时LED亮；充电完后，LED熄灭，从而可以提到一个提醒作用。二极管D5的作用是防止蓄电池电流回流到三端稳压块LM317。多个独立的绕组线圈单元按照相位关系正反向串联，提高输出电压。永磁铁片为多个弧形状铁片、绕组感应装置为弧形，便于与车轮匹配，多个永磁铁片通过固定槽固定成一独立安装单元，便于拆卸安装。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明永磁铁片安装图；

图2为本发明绕组感应装置结构图；

图3为本发明装置电路图。

具体实施方式

山地车电磁缓速及蓄能装置，包括永磁铁片1，绕组感应装置2，绕组感应装置2的感应电压输出端连接变压器TR1一次侧，变压器TR1二次侧连接有桥式整流滤波电路3，桥式整流滤波电路3连接稳压电路4，稳压电路4连接有蓄电池5，变压器TR1二次侧、蓄电池5连接档位选择电路6。

所述永磁铁片1为多个弧形状铁片，两永磁铁片1之间设有间隔同样大小的扇形空白区，多个永磁铁片1通过固定槽7固定成一独立安装单元。所述绕组感应装置2为弧形，绕组感应装置2设有多个独立的绕组线圈单元8，绕组线圈单元8与永磁铁片1形状相同。

所述多个独立的绕组线圈单元8按照相位关系正反向串联。

所述稳压电路4连接二极管D5正极，二极管D5负极连接LED，LED连接蓄电池5正极，蓄电池5负极通过稳压电路4中的电阻R4连接三极管Q1基极。

所述档位选择电路6包括单片机U2，单片机U2连接档位选择开关SW2、单片机供电开关SW3，档位选择开关SW2、单片机供电开关SW3连接蓄电池5。所述变压器TR1二次侧与桥式整流滤波电路3之间连有系统开关SW1。

永磁铁片1采用材料为铁钕硼、型号为N35的永磁体。永磁铁片1为扇形，如图1所示。上弧长为L1=5cm， 下弧长L2=4，两弧半径差为L=3CM。依据车轮半径大小，在车圈与轴条交界处围着车圈安装多个同样形状大小的永磁铁片1，两个永磁铁片1之间间隔同样大小的扇形空白区域，将轮上安装的永磁铁片1以120°角度划分为三部分，每部分用弧度为120°的固定槽7将永磁铁片固定牢固，易于拆卸安装。

在前叉上的前夹器所在位置下方与永磁铁片1对应的地方安装弧形绕组感应装置2，每个弧形绕组感应装置2内设有i=6个独立的匝数为N=15的绕组线圈单元8 ，绕组线圈单元8采用直径d=1㎜、电阻率ρ=0.017 的铜质绝缘导线绕至而成。

每个绕组线圈单元8的设计形状均与永磁铁片1的形状相同。一个轮子两侧可安装相同的弧形绕组感应装置2，后轮与前轮原理一样。故可以安装j=4个弧形绕组感应装置2。再将轮子两侧的两个弧形绕组感应装置2中的12个绕组线圈单元8，按照相位关系正反串联起来，具体为：将每个弧形绕组感应装置2内6个绕组线圈单元8标号为①、③、⑤的正向串接，再与②、④、⑥号绕组反向串接，引出两个端子，可以提高输出电压。

升压、稳压、充电、换挡电路：电路中各电气参数如下：变压器TR1，电压变比K2=N1/N2=1/4,K3=N1/N3=1/6。二极管D1、D2、D3、D4、D5均采用In4001型号的二极管，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10的电阻值分别为240Ω、1kΩ、1Ω、100Ω、0.5Ω、0.5Ω、0.5Ω、1Ω、2Ω、2Ω。电容C1、C2的电容值分别为50uf、1uf。LM317为三端稳压块，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7为三极管，LED为红色发光二极管。将感应电压接入到变压器TR1的a、b两个引脚上，通过变压器TR1的升压处理后，将电压送到桥式整流滤波电路3（由二极管D1、D2、D3、D4，电容C1组成），桥式整流滤波电路3可以将交变的感应电压处理成直流电压，接着把直流电压送到稳压电路4进行稳压并对蓄电池5充电。稳压电路4由LM317，电阻R1、R2、R3、R4，三极管Q1组成。将直流电压送到LM317芯片③号管脚，当蓄电池5电量不足时，其内部的电阻R会变大，此时R1与R分压，R1分压小于三极管Q1的开启电压Vt，三极管截止，此时Lm317芯片①号管脚通过电阻R2、R1、R3作用将②号管脚电压稳定在5V~5.5V。

当蓄电池5充满电后，其内部电阻R下降，此时电阻R3分的电压大于三极管Q1的开启电压Vt，Q1导通，LM317的①号管脚接地，Lm317的②号管脚送出电压将为1.3V左右，不足以再为蓄电池5充电。当蓄电池5充电时LED亮，充电完后，LED熄灭，从而可以提到一个提醒作用。二极管D5的作用是防止蓄电池5中电流回流到LM317。蓄电池5的电能通过设计的USB接口给相应电子设备充电。

档位选择电路6：由单片机供电开关SW3、档位选择开关SW2，电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10，三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，单片机U2组成，U2采用ATMEGA8。蓄电池5通过系统开关SW1给ATMEGA组成的档位选择系统供电。档位选择开关SW2的5个档位分别接着单片机的PD0~PD4号管脚。电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10分别接三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7的发射极e管脚，上述6个三极管的集电极c管脚接到C点，电阻另一端接到D点，三极管的基极b管脚接到ATMEGA8的PC0~PC5号管脚，如图3所示。

变压器TR1的N3线圈的E端口接到单片机U2的PB1(OC1)号管脚。通过档位选择开关SW2的档位来控制PD0~PD4管脚的高低电平，单片机U2通过判断PD管脚的高低电平来确定用户选择将山地车保持在什么速度。让后通过PB1管脚采集感应电压频率（车速与感应电压频率线性关系）自动分析判断接入电阻，然后通过PC0~PC5管脚去控制三极管Q2~Q7的导通状态。从而改变线圈回路中的阻值和绕组线圈中电流大小，电流大小改变使电磁力大小相应改变。从而最后可以达到调速的效果，具体调速依据车情况而定。

例如：

现在取人和山地车的质量为M=100KG，车在倾斜度为θ=15°的坡上滑行，忽略其它阻力，当地重力加速度为g=9.8㎡/s，将接入电阻值定为0.5Ω，并把系统开关SW1断开。

人和车沿坡防线牵引力                                                

将变压器TR1二次侧电阻0.5Ω电阻折算到一次侧得R’=2Ω

24个绕组线圈单元8的电阻

推导的电磁力式子：

达到力平衡时：

可算得速度V=3.17m/s

故上述情况下可以将速度保持在3m/s左右，且线圈电流在承受范围内。

Claims (1)

1.山地车电磁缓速及蓄能装置，包括永磁铁片(1)，绕组感应装置(2)，其特征在于：绕组感应装置(2)的感应电压输出端连接变压器(TR1)一次侧，变压器(TR1)二次侧连接有桥式整流滤波电路(3)，桥式整流滤波电路(3)连接稳压电路(4)，稳压电路(4)连接有蓄电池(5)，变压器(TR1)二次侧、蓄电池(5)连接档位选择电路(6)；所述永磁铁片(1)为多个弧形状铁片，两永磁铁片(1)之间设有间隔同样大小的扇形空白区，多个永磁铁片(1)通过固定槽(7)固定成一独立安装单元；所述绕组感应装置(2)为弧形，绕组感应装置(2)设有多个独立的绕组线圈单元(8)，绕组线圈单元(8)与永磁铁片(1)形状相同；所述多个独立的绕组线圈单元(8)按照相位关系正反向串联；所述稳压电路(4)连接二极管D5正极，二极管D5负极连接LED，LED连接蓄电池(5)正极，蓄电池(5)负极通过稳压电路(4)中的电阻R4连接三极管Q1基极；所述档位选择电路(6)包括单片机(U2)，单片机(U2)连接档位选择开关SW2、单片机供电开关SW3，档位选择开关SW2、单片机供电开关SW3连接蓄电池(5)；所述变压器(TR1)二次侧与桥式整流滤波电路(3)之间连有系统开关SW1；所述蓄电池(5)设有USB接口；

档位选择电路(6)：由单片机供电开关SW3、档位选择开关SW2，电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10，三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7，单片机(U2)组成，单片机(U2)采用ATMEGA8，蓄电池(5)通过系统开关SW1给ATMEGA组成的档位选择系统供电；档位选择开关SW2的5个档位分别接着单片机的PD0～PD4号管脚；电阻R5、R6、R7、R8、R9、R10分别接三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7的发射极e管脚，上述6个三极管的集电极c管脚接到C点，电阻另一端接到D点，三极管的基极b管脚接到ATMEGA8的PC0～PC5号管脚；

变压器(TR1)的N3线圈的E端口接到单片机(U2)的PB1号管脚，通过档位选择开关SW2的档位来控制PD0～PD4管脚的高低电平，单片机(U2)通过判断PD管脚的高低电平来确定用户选择将山地车保持在什么速度；让后通过PB1管脚采集感应电压频率，自动分析判断接入电阻，然后通过PC0～PC5管脚去控制三极管Q2～Q7的导通状态，从而改变线圈回路中的阻值和绕组线圈中电流大小，电流大小改变使电磁力大小相应改变，从而最后可以达到调速的效果；

N2 为变压器(TR1)的二次侧高压绕组线圈；

N3 为变压器(TR1)的二次侧低压绕组线圈；

C 点为N2线圈的同名端输出端口；

E 点为N3线圈的同名端输出端口；

D 点为N2、N3线圈的非同名端端口公共连接点。