CN102530143B - 一种集储能与导航一体的智能自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于交通工具范围的一种集储能与导航一体的智能自行车。在自行车的后轮位置安装一个直流发电机，与大梁下面的蓄电池相连；蓄电池分别连接充电器和稳压器；在自行车的前把上固定一个包括北斗导航仪、天气预报器、扬声器及风速仪的功能盒；自行车的右闸采用电磁刹车闸，自行车的左闸采用传统的机械刹车闸，左闸与右闸二者相互备用。本发明采用电磁刹车方式，制动性能好坏与车子重量无关，提高了安全性。配备北斗导航仪，遇到突发事故可以通过卫星导航终端设备及时报告用户所处所处位置，得到救援用户在出行前了解天气情况，避免发生意外，扩音器可作为应急使用。具有操作方便、行驶安全、实用性强、节省电量等优点，具有很广阔的市场前景。

Description

一种集储能与导航一体的智能自行车

技术领域

本发明属于交通工具范围，特别涉及一种集储能与导航一体的智能自行车。具体说是利用电磁作用进行刹车且装有北斗导航装置、天气预报装置、扬声装置和风速测量装置的自行车。

背景技术

目前全世界都面临着环保与节能的严峻形势。世界上许多大城市的空气都已严重污染，汽车排出的尾气是最大的污染源之一。据统计，城市交通中盛行的私家汽车、摩托车排放的CO₂占到全世界CO₂排放总量的1/4以上，而不少城市车辆造成的高于70分贝噪音也远远超过人类听觉可接受的合适音量。另外，我国目前私家车每年消耗石油总量超过1.15亿吨，能源危机迫在眉睫。自行车由于无噪音、无污染、节约能源、节省道路空间等特点，被人们称为绿色交通工具，已受到广泛关注，必将在21世纪成为最好的人类轻型代步工具。

几年前开始拥有成熟制作工艺的电动自行车证明依靠自行车领域的发展在一定程度上替代燃油汽车的思路是可行的。自2008年开始我国电动车市场上又出现了一种能带自充电功能的电动自行车，这种车型可以将电动车平地滑行、下坡滑行和骑行时产生的能量再生利用，使机械能自动转换成电能储存进蓄电池中，降低了成本。现在市面上广泛使用的都是这种车型，但这种车型有两点不足之处，一方面，这种车型有一个普遍的问题，即用户骑行时把一部分力量通过电机转化电能存入电瓶，电瓶的中的电力再驱动电机带动车子前进，但用户骑行的时候比较费力，因为机械能转化为电能时需要额外的力矩。众所周知，在同等的条件下把人的机械能转化为电能再转化为机械能驱动自行车的过程中消耗的能量要大于人的机械能直接用来驱动自行车消耗的能量，即前者的效率必然低于后者，作为一种代步工具，这种电动自行车在行驶的途中需要额外耗费骑行者的一部分体力，因此说这种设计思路有很大的局限性。另一方面，电动自行车本身虽然环保，但是电动自行车所充的电能是由发电厂生产出来的。发电厂消耗一次能源生产出电能，经过电力线路和变压器等电力元件输送至用户家中，这一过程也会有很大的能量损耗，因此电动自行车的推广不能从根本上解决环保与节能的问题。除此之外，电动自行车的电池续航时间普遍很短，对于需要较长途出行的用户而言往往是前半段靠电动、后半段靠脚蹬，由于电动车电池重量大使得脚蹬时很吃力。这些劣势决定了电动车至今无法广泛取缔自行车的现状。

现在市场上流行的自行车前后刹车设计多以钢线拉动胀蹄式制动，限制条件强，比如刹车的闸皮和固定轮之间的角度应控制在水平30度左右，刹车鼓上面的微调螺丝需要定期更换等等。随着使用时间的延长，闸皮、闸线逐渐老化，灵敏度会降低。如果硬性规定改为钳夹式，传动效果会有根本改变，但怕水易锈，依然不可靠。重量越大的自行车制动性能必然越差，如果刹车失灵会对用户的人身安全构成威胁。而且车子刹车时的惯性能量被转化为热能白白耗费掉。

现在大中型城市中交通路况愈加复杂，用户到郊外游玩时也容易迷路，因此在自行车上安装一个电子导航装置是有必要的。自2000年GPS系统开始在中国机动车领域流行以来，很多生产商也把GPS应用到摩托车、电动自行车上来。但是GPS系统由美国国防部研制和维护，我国用户的使用权限必将受制于人。而且GPS是被动式伪码单向测距三维导航系统，GPS用户只能明确自己所处的位置，而不能把自己的位置信息发送出去，在信息技术飞速发展的当今时代，GPS的这些劣势会逐渐凸显出来。

对于上学一族和上班一族来说，通常是早晨骑车出行晚上回家，经常遇到上午晴天下午阴天的情形。若遇上下雨天气没带雨衣要挨淋，遇上下雪天气车子容易打滑摔倒，发生意外。对于广大用户，如果前一天没看天气预报，那么会给第二天的出行带来很大麻烦。

除此之外，当用户在小区、街道等区域行驶时，经常遇到大货车、大客车等大型车辆掉头的情况。司机由于车体庞大无法看到车后部的景象，骑自行车的人来不及躲闪，冲司机喊叫又往往听不见，导致自行车被大车撞倒碾压。为了安全起见，在自行车上安装一个扬声器也是有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足而提供了一种集储能与导航一体的智能自行车，其特征在于，在自行车的后轮位置安装一个直流发电机，与大梁下面的蓄电池相连；蓄电池分别连接充电器和稳压器；在自行车的前把上固定一个包括北斗导航仪、天气预报器、扬声器及电子风速仪的功能盒；功能盒外面罩一层塑料外罩以防水，安装在车子的车把上面，功能盒的背部上是与自行车车把相吻合的弧形槽，可由螺丝加紧固定在车把上；自行车的右闸采用电磁刹车闸，通过捏闸的力量大小控制车子减慢的速度，利用电磁产生的力矩降低车轮的转速，达到刹车目的，在达到刹车目的的同时给蓄电池充电；自行车的左闸采用传统的机械刹车闸，其一根闸线同时控制前后两轮的闸皮，左闸与右闸二者相互备用，提高了产品的可靠性，即使两闸同时捏合也不会对电机造成损害；其中稳压器包含有一个输入端，四个输出端，输入端与蓄电池相连，四个输出端分别与北斗导航仪、天气预报仪、扬声器、风速仪相连。

所述在自行车的后轮位置安装一个直流发电机，在自行车骑行时，分为“充电”模式和“不充电”模式，由充电开关控制；

所述北斗导航仪由导航仪开关和导航仪显示屏组成，具有实时接收卫星信号，由用户自行设置，既可全天候的定位、导航、测速、短信服务及应急救援服务，还具有防盗功能。

所述天气预报仪由天气预报显示屏和天气预报开关组成，天气预报仪打开后显示由手机运营商发送的天气预报短信内容。

所述扬声器为电动扬声器，由一个扬声器开关、一个音量调节旋钮、一个麦克风、一个喇叭和功率放大电路及其控制电路组成，均安装在功能盒内部；使用时拨动扬声器开关，此时功率放大电路与蓄电池接通，扬声器开始工作；旋转音量调节旋钮可以调整音量；通过改变第二可调电阻的阻值大小即可调整功率放大电路的输出功率。

所述电子风速仪安装在功能盒内，由风速风向显示屏与风速仪开关组成，功能盒表面对应风速仪的前、后两个部分各开一个小孔使空气流通，风速器外部为显示屏和一个开关按钮，内部为一个差压变送器及其数字处理电路；风速仪可以显示自行车是逆风行驶还是顺风行驶；逆风行驶时骑乘者脚蹬频率可以小些，顺风行驶时骑乘者脚蹬频率可以大些，便于节省体力。

所述直流发电机采用无刷式永磁直流电机，布置在自行车后轮，转子位于定子径向外侧，后轮的固定轴上布置定子，定子是一个圆筒形铁心，在靠近铁心外表面的槽里嵌放定子绕组，所述定子绕组的输出导线与电动自行车的蓄电池间接相连；定子的径向外侧是轴承，轴承外侧是后轮的芯轴，芯轴处布置转子，转子为永磁铁；当自行车处于“充电”模式下时，定子绕组通过一个充电器与蓄电池相连，人力驱动后轮旋转，同时带动转子磁铁旋转形成旋转磁场在定子绕组内产生感应电动势，此感应电动势大于蓄电池电压从而通过充电器对蓄电池充电；当自行车处于“不充电”模式下时，定子绕组与蓄电池断开。

所述电磁刹车闸的手柄部分与普通的刹车闸结构相似，原理相同；所不同的是电子刹车闸的闸线通过联动装置与第一可调电阻相连，可以控制第一可调电阻的阻值大小；第一可调电阻与充电器、直流电机和蓄电池三者串联，实现储能的功能；当骑乘者电磁刹车时，定子绕组通过第一可调电阻和充电器与蓄电池相连，定子绕组感应电动势通过充电器对蓄电池充电，同时电磁作用对转子施加一个阻碍的力矩，迫使后轮减速，直至停止，所述第一可调电阻的阻值大小受右闸闸线控制，捏闸轻时阻值较大，定子绕组端电压较小，转子受到的瞬时力矩小，自行车减慢的加速度小；捏闸重时阻值较小，定子绕组端电压较大，转子受到的瞬时力矩大，自行车减慢的加速度大，马上停下。可调电阻与蓄电池固定在一起安装在车架上。

本发明的有益效果是本发明采用电磁刹车方式，制动性能好坏与车子重量无关，提高了安全性。配备北斗导航仪，遇到突发事故可以通过卫星导航终端设备及时报告用户所处所处位置，得到救援，这种功能是GPS所不具备的。安装天气预报仪可以使得用户在出行前了解天气情况，避免发生意外。扩音器可作为应急使用。具有操作方便、行驶安全、节省电量等优点，蓄电池容量比电动自行车的电瓶小得多，重量轻，人性化设计，考虑到了上学一族和上班一族平时出行时可能会遇到的麻烦，实用性强。本发明既可作为代步工具，也可用于郊外出游、锻炼身体，具有很广阔的市场前景。

附图说明

图1是智能自行车的控制电路图。

图2是智能自行车的功能盒的外观图。

图3是智能自行车的整体外观图。

图4是电磁刹车闸结构示意图。

图中1-导航仪开关，2-天气预报仪开关，3-扬声器开关，4-第二可调电阻，5-风速仪开关，6-第一可调电阻接入开关，7-定子绕组接入开关，8-第一可调电阻，9-充电开关，10-充电器，11-稳压器，12-定子绕组，13-扬声器麦克风，14-北斗导航仪，15-扬声器音量调节旋钮，16-天气预报仪显示屏，17-风速仪显示屏，18-蓄电池，19-直流电机，20-左闸，21-右闸，22-功能盒。

具体实施方式

本发明提供了一种集储能与导航一体的智能自行车。下面结合附图予以进一步说明。

图1所示为智能自行车的控制电路图，图2所示为智能自行车的功能盒的外观图，图3所示为智能自行车的整体外观图。在图3中，在自行车的后轮位置安装一个直流发电机19，与大梁下面的蓄电池18相连；蓄电池18分别连接充电器10和稳压器11；在自行车的前把上固定一个包括北斗导航仪14、天气预报器16、扬声器13及电子风速仪17的功能盒22；功能盒22外面罩一层塑料外罩以防水，安装在车子的车把上面，功能盒的背部上是与自行车车把相吻合的弧形槽，可由螺丝加紧固定在车把上；自行车的右闸21采用电磁刹车闸，通过捏闸的力量大小控制车子减慢的速度，利用电磁产生的力矩降低车轮的转速，达到刹车目的，在达到刹车目的的同时给蓄电池18充电；自行车的左闸20采用传统的机械刹车闸，其一根闸线同时控制前后两轮的闸皮，左闸与右闸二者相互备用，提高了产品的可靠性，即使两闸同时捏合也不会对直流发电机19造成损害；其中稳压器10包含有一个与蓄电池18相连的输入端，四个输出端分别与北斗导航仪14、天气预报仪16、扬声器13和风速仪17相连。在智能自行车的后轮位置安装一个直流发电机19采用无刷式永磁直流电机，直流发电机19转子位于定子径向外侧，后轮的固定轴上布置定子，定子是一个圆筒形铁心，在靠近铁心外表面的槽里嵌放定子绕组12，所述定子绕组的输出导线与自行车的蓄电池18间接相连，定子的径向外侧是轴承，轴承外侧是后轮的芯轴。芯轴处布置转子，转子为永磁铁。在自行车骑行时，分为“充电”模式和“不充电”模式，由充电开关控制；当充电开关，9拨到“充电”档位时，定子绕组接入开关7、充电开关9闭合，第一可调电阻接入开关6断开，定子绕组12通过充电器10与蓄电池18相连，当充电开关，9拨到“不充电”档位时，第一可调电阻接入开关6、定子绕组接入开关7断开(如图1所示)。当骑乘者捏合右闸21进行电磁刹车时，第一可调电阻接入开关6、充电开关9闭合，定子绕组接入开关7断开，第一可调电阻8的阻值大小受右闸21的闸线控制。第一可调电阻8与蓄电池18固定在一起安装在车架上。一个左闸20，采用传统的机械刹车方式，但一根闸线同时控制前后两轮的闸皮(如图3所示)。当自行车处于“充电”模式下时，定子绕组通过充电器与蓄电池相连，人力驱动后轮旋转，同时带动转子磁铁旋转形成旋转磁场在定子绕组内产生感应电动势，此感应电动势大于蓄电池电压从而通过充电器对蓄电池充电；当自行车处于“不充电”模式下时，定子绕组与蓄电池断开。

在图2中，导航仪开关1、天气预报仪开关2、扬声器开关3、风速仪开关5和充电开关9；北斗导航仪14、天气预报器16、扬声器13及电子风速仪17均集成在功能盒22内；固定在车把上。

天气预报仪由天气预报器16显示屏和天气预报开关2组成，天气预报仪16设置为常关，打开天气预报仪16后，天气预报器显示屏显示由手机运营商发送的天气预报短信内容。

扬声器13为电动扬声器，由一个扬声器开关3、一个音量调节旋钮15、一个麦克风、一个喇叭和功率放大电路及其控制电路(内部为一个差压变送器及其数字处理电路)组成，均安装在功能盒内部；使用时，拨动扬声器开关3，此时功率放大电路与蓄电池18接通，扬声器13开始工作；旋转音量调节旋钮15可以调整音量；通过改变第二可调电阻4的阻值大小即可调整功率放大电路的输出功率。

所述风速仪17安装在功能盒22内，功能盒22表面对应风速仪的前、后两个部分各开一个小孔使空气流通，风速仪外部为显示屏和一个开关按钮，内部为一个差压变送器及其数字处理电路；风速仪可以显示自行车是逆风行驶还是顺风行驶；逆风行驶时骑乘者脚蹬频率可以小些，顺风行驶时骑乘者脚蹬频率可以大些，便于节省体力。

所述北斗导航仪由导航仪开关和导航仪显示屏组成，具有实时接收卫星信号，由用户自行设置，既可全天候的定位、导航、测速、短信服务及应急救援服务，还具有防盗功能。

图4所示为电磁刹车闸示意图，电子刹车闸由手柄部分和第一可调电阻8组成。手柄部分与普通的刹车闸结构相似，原理相同。所不同的是电子刹车闸的闸线通过联动装置与第一可调电阻8相连，可以控制第一可调电阻8的阻值大小。第一可调电阻8与充电器、直流电机和蓄电池三者串联，实现储能的功能。当骑乘者电磁刹车时，定子绕组12通过第一可调电阻8和充电器10与蓄电池18相连，定子绕组感应电动势通过充电器10对蓄电池18充电，同时电磁作用对转子施加一个阻碍的力矩，迫使后轮减速，直至停止，所述第一可调电阻的阻值大小受右闸闸线控制，捏闸轻时阻值较大，定子绕组端电压较小，转子受到的瞬时力矩小，自行车减慢的加速度小；捏闸重时阻值较小，定子绕组端电压较大，转子受到的瞬时力矩大，自行车减慢的加速度大，马上停下。可调电阻与蓄电池固定在一起安装在车架上。

Claims (5)

1.一种集储能与导航一体的智能自行车，在自行车的后轮位置安装一个直流发电机，与大梁下面的蓄电池相连；蓄电池分别连接充电器和稳压器；其特征在于，在自行车的前把上固定一个包括北斗导航仪、天气预报器、扬声器及风速仪的功能盒；功能盒外面罩一层塑料外罩以防水，安装在车子的车把上面，功能盒的背部上是与自行车车把相吻合的弧形槽，由螺丝夹紧固定在车把上；自行车的右闸采用电磁刹车闸，通过捏闸的力量大小控制车子减慢的速度，利用电磁产生的力矩降低车轮的转速，达到刹车目的，在达到刹车目的的同时给蓄电池充电；自行车的左闸采用传统的机械刹车闸，其一根闸线同时控制前后两轮的闸皮，左闸与右闸二者相互备用，提高了产品的可靠性，即使两闸同时捏合也不会对电机造成损害；其中稳压器包含有一个输入端，四个输出端，输入端与蓄电池相连，四个输出端分别与北斗导航仪、天气预报仪、扬声器、风速仪相连；

所述风速仪安装在功能盒内，由风速风向显示屏与风速仪开关组成，功能盒表面对应风速仪的前、后两个部分各开一个小孔使空气流通，风速器外部为显示屏和一个开关按钮，内部为一个差压变送器及其数字处理电路；风速仪可以显示自行车是逆风行驶还是顺风行驶；逆风行驶时骑乘者脚蹬频率可以小些，顺风行驶时骑乘者脚蹬频率可以大些，便于节省体力；

所述电磁刹车闸的手柄部分与普通的刹车闸结构相似，原理相同，所不同的是电子刹车闸的闸线通过联动装置与第一可调电阻相连，控制第一可调电阻的阻值大小，第一可调电阻与充电器、直流电机和蓄电池三者串联，实现储能的功能；当骑乘者使用电磁刹车时，定子绕组通过第一可调电阻和充电器与蓄电池相连，定子绕组感应电动势通过充电器对蓄电池充电，同时电磁作用对转子施加一个阻碍的力矩，迫使后轮减速，直至停止，所述第一可调电阻的阻值大小受右闸闸线控制，捏闸轻时阻值较大，定子绕组端电压较小，转子受到的瞬时力矩小，自行车减慢的加速度小；捏闸重时阻值较小，定子绕组端电压较大，转子受到的瞬时力矩大，自行车减慢的加速度大，马上停下；第一可调电阻与蓄电池固定在一起安装在车架上。

2.根据权利要求1所述集储能与导航一体的智能自行车，其特征在于，所述在自行车的后轮位置安装一个直流发电机，在自行车骑行时，分为“充电”模式和“不充电”模式，由充电开关控制。

3.根据权利要求1所述集储能与导航一体的智能自行车，其特征在于，所述北斗导航仪由导航仪开关和导航仪显示屏组成，具有实时接收卫星信号，由用户自行设置，既具有全天候的定位、导航、测速、短信服务及应急救援服务，还具有防盗功能。

4.根据权利要求1所述集储能与导航一体的智能自行车，其特征在于，所述天气预报仪由天气预报显示屏和天气预报开关组成，天气预报仪打开后显示由手机运营商发送的天气预报短信内容。

5.根据权利要求1所述集储能与导航一体的智能自行车，其特征在于，所述扬声器为电动扬声器，由一个扬声器开关、一个音量调节旋钮、一个麦克风、一个喇叭和功率放大电路及其控制电路组成，均安装在功能盒内部；使用时拨动扬声器开关，此时功率放大电路与蓄电池接通，扬声器开始工作；旋转音量调节旋钮以调整音量；通过改变第二可调电阻的阻值大小即可调整功率放大电路的输出功率。

 6.根据权利要求1所述集储能与导航一体的智能自行车，其特征在于，  所述直流发电机采用无刷式永磁直流电机，布置在自行车后轮，转子位于定子径向外侧，后轮的固定轴上布置定子，定子是一个圆筒形铁心，在靠近铁心外表面的槽里嵌放定子绕组，所述定子绕组的输出导线与电动自行车的蓄电池间接相连；定子的径向外侧是轴承，轴承外侧是后轮的芯轴，芯轴处布置转子，转子为永磁铁；当自行车处于“充电”模式下时，定子绕组通过一个充电器与蓄电池相连，人力驱动后轮旋转，同时带动转子磁铁旋转形成旋转磁场在定子绕组内产生感应电动势，此感应电动势大于蓄电池电压从而通过充电器对蓄电池充电；当自行车处于“不充电”模式下时，定子绕组与蓄电池断开。

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