CN104015864B - 一种动能回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动能回收装置，该装置具体是一种超长续航电动自行车，包括车架，设置在车架上的前轮、后轮、蓄电池、中置电机以及人力驱动装置；蓄电池接入中置电机；中置电机以及人力驱动装置分别与后轮相连并驱动后轮转动；动能回收装置还包括设置在前轮和/或后轮的无铁芯发电装置以及设置在车架上的充电控制器；无铁芯发电装置通过充电控制器与蓄电池相连。本发明所公开的动能回收装置有效地对电动自行车行驶过程中的人车动能进行高效回收并转化为足量电能充入到蓄电池中，同时采用了人力加速器提高发电效率，使得电动自行车续航里程有了革命性的提升。

Description

一种动能回收装置

技术领域

本发明属于自行车领域，涉及一种动能回收装置，尤其涉及一种超长续航电动自行车。

背景技术

日益严重的大气污染、城市交通拥挤和能源危机迫使人类不断寻找新型环保节能的交通工具。电动汽车、电动摩托车和电动自行车成为世界各国竞相发展的交通工具。电动汽车虽然节能但是依旧避免不了交通拥挤。电动摩托车和电动自行车成为人们日常短距离出行的便利交通工具。其中电动摩托车相比于电动自行车而言使用较为受到限制，这在于电动摩托车电能耗尽后由于不能及时充电而导致无法续行更不能人力骑行。鉴于此，电动自行车由于具备人力辅助装置---踏板，可以边电动行驶边脚踏辅助行驶，因而不仅可以延长续行距离，还给喜爱运动人士提供了锻炼身体的便利，因此电动自行车更适合于日常使用，尤其适于户外骑行。

多年来，纯人力自行车给喜爱户外运动的驴友们提供了很多骑车出游的方便，然而，人力毕竟有限，旅途却是漫长而艰难的，很多驴友在骑行过程中力不从心，过度运动导致精疲力竭，难以坚持到终点而使旅行失败，因此户外长途旅行对于喜爱户外运动的体质较弱的人群和中老年人更是一种难以实现的奢望。电动自行车续航距离较短且不能自行充电，反给户外骑行者带来烦恼。浙江001集团与浙江大学联合研制了自行车节能自发电控制器，该控制器能对电动自行车在行驶过程中所产生的能量进行回收，达到了边骑边充电的神奇功效。电动自行车装上001集团的自发电控制器后，在行驶过程中利用电动自行车的轮毂电机刹车时的反向电动势进行发电，电动自行车在行驶过程中的红灯刹车、下坡滑行、减速、车辆交会时刹车、平路滑行时速达到8码以上就可进行恒流发电，能量回收达35％。续航里程增加15-20％。苏州博菲利电动科技有限公司研制出了中置电机电动自行车，克服了传统电动车后轮驱动行走时引起的磁阻力，使得中置电机电动自行车骑行起来更加轻松省力，然而，目前续航里程仍旧没有大幅度提高。相对于长距离户外骑行来说，增程15-20％的效果和骑行省力等等改进都是微乎其微。都无法改变电动自行车续航里程短的根本窘境。按照电动车30-40公里每小时的时速，一天骑行8小时，要求续航里程达到240-320公里以上。目前市售电动车续航里程在20-50公里范围，不可能达到这一要求。

综上所述，目前的电动自行车有如下缺陷：

1、电池电力有限，续航里程太短，不适合户外长途骑行；

2、电动自行车行驶过程中电池持续放电，使用过后才能充电，放电充电间隔时间长，则大大缩短了电池的寿命；

3、使用完毕后必须立即充电至满，否则不能继续使用，浙江001集团生产的电能回收装置无法解决足量充电问题；苏州博菲利电动科技有限公司更无法解决电能回收的问题。

电动自行车的以上三大缺陷使得电动自行车的使用受到限制，尤其不适合户外人士使用。因此，电动自行车必须具备如下特点：

1、将电动自行车行驶过程中的全部剩余动能回收转化为电能储存在蓄电池里；

2、具备高效动能转化系统最大限度回收能量；

3、电池边放电边足量充电，既能延长电池寿命，又能保持电池电力、增加续航里程。

发明内容

本发明针对背景技术存在的上述技术问题，提供一种可有效对电动自行车行驶过程中的人车动能进行高效回收的动能回收装置。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种动能回收装置，具体为一种超长续航电动自行车，包括车架，设置在车架上的前轮、后轮、蓄电池、中置电机以及人力驱动装置；所述蓄电池接入中置电机；所述中置电机以及人力驱动装置分别与后轮相连并驱动后轮转动；其特征是：所述动能回收装置还包括设置在前轮和/或后轮的无铁芯发电装置以及设置在车架上的充电控制器；所述无铁芯发电装置通过充电控制器与蓄电池相连。

作为优选，本发明所采用的无铁芯发电装置是轮毂式发电机或者盘式发电机；所述无铁芯发电装置包括超强永磁铁、电刷以及发电线圈；所述前轮或后轮均包括中轴、中轴轴承以及轮毂；所述中轴轴承成对设置；所述前轮或后轮上成对设置的中轴轴承分别镶嵌在轮毂上并套装在中轴上；所述轮毂通过中轴轴承绕中轴所在的轴线转动；所述超强永磁铁设置在轮毂上；所述发电线圈设置在中轴上；所述发电线圈包括电流输出端；所述电流输出端与电刷滑动连接；所述发电线圈通过电刷与充电控制器相连；所述超强永磁铁的表面磁场强度不低于2000mT；所述超强永磁铁的磁能积不低于N52磁铁。

作为优选，本发明所采用的车架上设置有减震杆，所述减震杆内部设置有分别套装在前轮和/或后轮的中轴两端部的减震杆轴承；所述中轴通过减震杆轴承与减震杆相连。

作为优选，本发明所采用的人力驱动装置包括脚踩踏板、第一动力齿盘以及传动装置；所述脚踩踏板与第一动力齿盘固定相连；所述脚踩踏板或中置电机驱动第一动力齿盘并通过传动装置带动后轮转动。

作为优选，本发明所采用的人力驱动装置还包括与第一动力齿盘同轴设置且与第一动力齿盘同步转动的第二动力齿盘以及第二传动装置；所述脚踩踏板驱动第二动力齿盘并通过第二传动装置带动前轮和/或后轮的中轴转动。

作为优选，本发明所采用的中轴上设置有套装在中轴上并带动中轴转动的轴心齿轮；所述第二动力齿盘通过第二传动装置带动中轴转动；反向驱动脚踩踏板时，所述中轴带动发电线圈做与轮毂反向的转动。

作为优选，本发明所采用的传动装置以及第二传动装置均是传动链条、皮带、传动杆或传动丝。

作为优选，本发明所采用的传动装置以及第二传动装置均是传动丝时，所述传动丝是多股细钢丝编织在一起所形成的可弯曲的传动装置。

作为优选，本发明所采用的传动装置以及第二传动装置均是传动丝时，所述传动丝是多股细钢丝编织在一起所形成的可在一定幅度弯曲的传动装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明公开了一种动能回收装置，该装置是一种超长续航电动自行车。电动自行车将电动自行车下坡、刹车和滑行过程中后轮以及前轮的动能以及整个行驶过程中前轮后轮的动能全部利用起来并转换为电能储存在蓄电池内，在此基础上再外加以人力加速器(人力驱动装置)辅助发电，将动能转换为电能的效率得以显著提高。同时，本发明克服了电磁阻力，将电动车的续航里程也明显提高。本发明所公开的动能回收装置可以有效地对电动自行车行驶过程中的人车动能进行高效回收并高效转化为足量电能充入到蓄电池储存起来，为了实现高效回收动能，本发明还采用了人力加速器提高发电效率，使得电动自行车续航里程有了革命性的提升。

1、实现了行车过程中，人与车的剩余动能最高效的回收并转化为电能；

2、边骑行边充电，保持蓄电池充足电力，延长续航里程，延长电池寿命；

3、人力辅助增加磁场与发电线圈的相对运动速度，提高动能回收转化效率，同时人力轻松骑行，既加快速度和延长里程，又能做一定的运动，避免纯电动车骑行时的单调和腿脚麻痹，尤其适合于户外运动爱好者。

附图说明

图1为本发明所提供动能回收装置的结构示意图；

图2为本发明所提供动能回收装置的部分侧面结构示意图；

图3为本发明所提供动能回收装置的另一个应用结构示意图；

图4为本发明所提供动能回收装置的轮毂式发电机结构示意图；

图5为本发明所提供动能回收装置的盘式发电机超强永磁铁排列示意图；

图6为本发明所提供动能回收装置的盘式发电机发电线圈结构示意图；

图7为本发明所提供动能回收装置的盘式发电机超强永磁铁和发电线圈的侧面结构示意图；

图中：1-前轮；1-1-后轮；2-超强永磁体；3-发电线圈；4-前减震杆；4-1-后减震杆；5-前轮轴承；5-1-后轮轴承；6-前减震杆轴承；6-1-后减震杆轴承；7-前轮轴心齿轮；7-1-后轮轴心齿轮；8-前轮中轴；8-1-后轮中轴；9-前轮电刷；9-1-后轮电刷；10-充电控制器；11-蓄电池；12-链条；13-前轮传动丝；13-1-后轮传动丝；14-中置电机；14-1-第一动力齿盘；15-踏板；15-1-第二动力齿盘；16-车架；17-盘式发电机永磁铁；18-盘式发电机线圈。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

参加图1、图2以及图3，本发明提供了一种动能回收装置，包括机架16，起驱动作用的中置电机14，具备发电作用和驱动作用的前轮1和具备发电作用的后轮1-1(具有发电作用的前轮以及后轮均可通过人力驱动装置提高发电线圈与磁场的相对运动速度)；前轮1和后轮1-1均包括轮圈内的超强永磁铁2(超强永磁铁的表面磁场强度不低于2000mT，磁能积规格不低于N52磁铁)、发电线圈3、发电线圈3分别与前轮中轴8以及后轮中轴8-1连为一体；还包括将前轮1固定在前轮中轴8上的两个前轮轴承5(前轮中轴轴承)和将后轮1-1固定在后轮中轴8-1上的两个后轮轴承5-1(后轮中轴轴承)、将前轮中轴8固定在前减震杆4上的两个前减震杆轴承6、将后轮中轴8-1固定在后减震杆4-1上的两个后减震杆轴承6-1、固定在前轮中轴8和后轮中轴8-1上的前轮轴心齿轮7和后轮轴心齿轮7-1，前轮轴心齿轮7和后轮轴心齿轮7-1驱动前轮中轴8和后轮中轴8-1以及固定在前轮中轴8和后轮中轴8-1上的发电线圈3转动；前轮1与后轮1-1上与发电线圈3的输出端滑动连接的前轮电刷9和后轮电刷9-1；前后轮的发电线圈3输出端通过前轮电刷9和后轮电刷9-1与充电控制器10相连，再由充电控制器10将发电线圈3产生的电流充入到蓄电池11内；蓄电池11对中置电机14供电，与中置电机14固定连接的第一动力齿盘14-1通过链条12驱动后轮1-1运转；骑车人脚踩踏板15产生的动力通过第二动力齿盘15-1传递给前轮传动丝13和后轮传动丝13-1，再由前轮传动丝13和后轮传动丝13-1通过前轮轴心齿轮7和后轮轴心齿轮7-1分别传递给前轮中轴8和后轮中轴8-1，驱动发电线圈3做与永磁体2的反向转动(骑车人脚踩踏板15并反向驱动踏板15)，将发电线圈3和永磁体2的相对运动速度提高5倍以上，发电效率提高五倍以上。当骑车人脚踩踏板15并正向驱动踏板15时，由原来的单驱改为双驱，骑起来更加省力，更加流畅。

参见图4、图5、图6以及图7，本发明所采用的无铁芯发电装置(具备发电作用和驱动作用的前轮1和具备发电作用的后轮1-1)是轮毂式发电机或者盘式发电机。盘式发电机包括盘式发电机永磁铁17以及盘式发电机线圈18。

前轮传动丝13和后轮传动丝13-1，是一种多股细钢丝编织起来具有很强韧性的可以一定幅度弯曲的两端具有传动齿轮的传动丝。

本发明在具体工作时，首先由蓄电池11提供电源，作为电源的蓄电池11通过与第一动力齿盘14-1结合的中置电机14驱动后轮1-1以及前轮1同时前进；在骑行过程中，前轮1和后轮1-1快速向前转动并带着永磁铁2快速转动，发电线圈3受永磁铁2的磁场作用产生电流，此电流通过前轮电刷9和后轮电刷9-1引入到充电器10充入到蓄电池11；与此同时，骑行者可以反向轻踩踏板15，通过前轮传动丝13和后轮传动丝13-1带动前轮轴心齿轮7以及后轮轴心齿轮7-1转动，最终驱动发电线圈3做与永磁体2的反向转动，这个反向转动导致线圈3与永磁铁2的磁场之间的相对运动速度增加5-10倍或更高，结果导致前轮1和后轮1-1发出的电流和电压呈指数倍增加，对蓄电池11的充电效率提高若干倍。在此发电过程中，前后轮的永磁体2和发电线圈3之间会产生一定的磁阻力，该磁阻力可由人力踏板做功克服，在行车过程中可以忽略不计。发电方法可以使电动车的续航里程提高3倍以上。

作为本发明的另一实施例，本发明采用中置电机驱动，前后轮均为发电轮：启动电动自行车，由中置电机驱动后轮前进，在骑行过程中，前轮和后轮快速向前转动并带着永磁铁快速向前转动，永磁铁的磁场作用于发电线圈产生电能，此电能通过电刷引入到充电器充入到蓄电池；与此同时，骑行者可以轻踩踏板，通过传动丝驱动动发电线圈做与永磁体反向高速转动，这个高速反向转动导致线圈与永磁铁的磁场之间的相对运动速度增加5-10倍或更高，结果导致前轮和后轮发出的电流和电压呈倍数增加，对蓄电池的充电效率提高5倍以上；同时在骑行过程中，人力通过链条对后轮做一定的驱动，克服前后轮发电过程中产生的磁阻力。整个过程中，骑车人不停地轻松转动踏板，使得前后轮的发电效率大大提高，蓄电池的有效电压维持时间延长5-10倍以上，续航里程延长5倍以上。

作为本发明的另一实施例，由普通电动车改装而来，即，前轮为发电轮，后轮为电池驱动轮，无中置电机。启动电动自行车，由蓄电池驱动后轮前进，在骑行过程中，前轮快速向前转动并带着永磁铁快速向前转动，永磁铁的磁场作用于发电线圈产生电能，此电能通过电刷引入到充电器充入到蓄电池；与此同时，骑行者可以轻踩踏板，踏板动力通过齿轮盘传递给传动丝驱动动发电线圈做与永磁体反向高速转动，这个高速反向转动导致线圈与永磁铁的磁场之间的相对运动速度增加5-10倍或更高，结果导致前轮发出的电流和电压呈倍数增加，对蓄电池的充电效率提高3倍以上；同时在骑行过程中，人力通过链条对后轮做一定的驱动，克服前轮发电过程中产生的磁阻力。整个过程中，骑车人不停地轻松转动踏板，使得前轮的发电效率大大提高，蓄电池的有效电压维持时间延长2-3倍以上，续航里程延长2倍以上。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种动能回收装置，具体为一种超长续航电动自行车，包括车架，设置在车架上的前轮、后轮、蓄电池、中置电机以及人力驱动装置；所述蓄电池接入中置电机；所述中置电机以及人力驱动装置分别与后轮相连并驱动后轮转动；其特征在于：所述动能回收装置还包括设置在前轮和/或后轮的无铁芯发电装置以及设置在车架上的充电控制器；所述无铁芯发电装置通过充电控制器与蓄电池相连；

所述无铁芯发电装置是轮毂式发电机或者盘式发电机；所述无铁芯发电装置包括超强永磁铁、电刷以及发电线圈；所述前轮或后轮均包括中轴、中轴轴承以及轮毂；所述前轮或后轮的中轴轴承均成对设置；所述前轮或后轮上成对设置的中轴轴承分别镶嵌在轮毂上并套装在中轴上；所述轮毂通过中轴轴承绕中轴所在的轴线转动；所述超强永磁铁设置在轮毂上；所述发电线圈设置在中轴上；所述发电线圈包括电流输出端；所述电流输出端与电刷滑动连接；所述发电线圈通过电刷与充电控制器相连；所述超强永磁铁的表面磁场强度不低于2000mT；所述超强永磁铁的磁能积不低于N52磁铁的磁能积规格。

2.根据权利要求1所述的动能回收装置，其特征在于：所述车架上设置有减震杆，所述减震杆内部设置有分别套装在前轮和/或后轮的中轴两端部的减震杆轴承；所述中轴通过减震杆轴承与减震杆相连。

3.根据权利要求1或2所述的动能回收装置，其特征在于：所述人力驱动装置包括脚踩踏板、第一动力齿盘以及传动装置；所述脚踩踏板与第一动力齿盘固定相连；所述脚踩踏板或中置电机驱动第一动力齿盘并通过传动装置带动后轮转动。

4.根据权利要求3所述的动能回收装置，其特征在于：所述人力驱动装置还包括与第一动力齿盘同轴设置且与第一动力齿盘同步转动的第二动力齿盘以及第二传动装置；所述脚踩踏板驱动第二动力齿盘并通过第二传动装置带动前轮和/或后轮的中轴转动。

5.根据权利要求4所述的动能回收装置，其特征在于：所述中轴上设置有套装在中轴上并带动中轴转动的轴心齿轮；所述第二动力齿盘通过第二传动装置带动中轴转动；反向驱动脚踩踏板时，所述中轴带动发电线圈做与轮毂反向的转动。

6.根据权利要求5所述的动能回收装置，其特征在于：所述传动装置以及第二传动装置是传动链条、皮带、传动杆或传动丝。

7.根据权利要求6所述的动能回收装置，其特征在于：所述传动装置以及第二传动装置均是传动丝时，所述传动丝是多股细钢丝编织在一起所形成的可弯曲的传动装置。