CN104113162A - 利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置及使用方法。其特别之处是本发明设有重力离合装置和充电单元，重力离合装置是根据自行车行驶的状况利用重力自动控制是否给蓄电池充电。充电单元是利用自行车后轮的动力发电，发出的电给蓄电池充电。有益之处是在无电源场合，可以用自行车给蓄电池充电。利用自然力的重力和自锁机构自动控制给蓄电池补充能量，以减轻人力负载。即当自行车下坡时，充电单元与自行车自动结合，给蓄电池充电。当自行车上坡或平地行驶时，充电单元与自行车自动分离，以减轻人力负载。

Description

利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置及使用方法

技术领域

本发明是关于蓄电池领域，特别是涉及一种蓄电池充电的装置。

背景技术

蓄电池适合携带于野外无电源场合。特别是对于骑自行车旅行的车友，在野外宿营时，非常需要有一个能给手提电脑、收音机，照明支持电力的蓄电池。然而，在野外却没有可以给蓄电池充电的电源。

发明内容

本发明的目的是提供一种在自行车行驶中，利用自行车轮的转动发电给蓄电池充电的装置及方法。

本发明主要技术思路：

为减少人力负载，充电装置是在自行车下坡时自动给蓄电池充电。而在上坡时，充电装置自动与自行车分离。自动离合机构采用非耗电机构。蓄电池采用锂电池，因为锂电池在相同体积下重量约为铅酸电池的1/6-1/5。

本发明的具体技术方案：包括自行车及其后架和后轮、蓄电池；其特征在于，还包括：

重力离合装置：其包括安装架及夹子、自锁机构、顶杆和重锤杆；所述安装架通过夹子与自行车的后架固连；自锁机构设置在安装架的楔槽中，其包括滑块、钢球和弹簧；所述顶杆的一端与自锁机构的钢球间断性接触，顶杆的另一端与重锤杆间断性接触；所述重锤杆与安装架上的第二支轴铰接；

所述蓄电池设置在所述夹子上；

充电单元：其包括支架、充电装置；

其中，所述支架上部与安装架中的第一支轴铰接；支架下部设置充电装置；支架还通过自锁机构的滑块与自锁机构连接；

其中，所述充电装置包括摩擦轮、发电机和充电器，摩擦轮与自行车的后轮间断性接触；摩擦轮与发电机连接；发电机通过充电器与蓄电池连接；当外部负载与蓄电池连接时，蓄电池为外部负载提供电力；

上述装置的使用方法：

第一步骤：当自行车进行上坡行驶期间，充电单元在重力作用下，其支架绕第一支轴转动到自由垂直状态，支架与安装架的夹子的夹角大于90°，其摩擦轮与自行车的后轮处于分离状态；

第二步骤：当自行车进行下坡行驶期间，充电单元在重力作用下，其支架绕第一支轴转动，支架与安装架的夹子的夹角小于90°，充电装置的摩擦轮与自行车的后轮接触，并被自行车的后轮带动；当自行车的后轮行驶中产生抖动时，与支架连接的自锁机构自动锁住支架，阻止摩擦轮与自行车的后轮分离；转动的摩擦轮带动发电机转动发电，发电机发出的电通过充电器储存在蓄电池中；

第三步骤：当自行车进行平地行驶时，重锤杆在重力作用下，绕第二支轴朝后轮的相反方向转动，重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状，重锤杆的上部推动顶杆，顶杆推动自锁机构的钢球，使自锁机构释放支架，于是支架在重力作用下，绕第一支轴朝后轮的相反方向转动，支架与安装架的夹子的夹角呈直角状，摩擦轮与自行车的后轮分离；发电机停止发电；

重复步骤1、步骤2和步骤3，也就是摩擦轮带动的发电机不断地间断性供电给蓄电池；蓄电池不断储存电能；此后，当外部负载与蓄电池连接时，蓄电池为外部负载提供电力。

本发明与现有技术相比的特点是：

一、  在无电源场合，可以用自行车给蓄电池补充动能。

二、利用自然力的重力和自锁机构自动控制给蓄电池补充能量，以减轻人力负载。即当自行车下坡时，装置与自行车自动结合，向蓄电池提供电能。当自行车上坡或平地行驶时，装置与自行车自动分离，停止向向蓄电池提供电能，以减轻人力负载。

三、在野外休息时，如遇蓄电池储存的电力不够用时，可以转动自行车的后轮，继续给蓄电池补充能量。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是图1另一个角度的立体示意图。

图3是图2的部分零件的分解图。

图4是本发明上坡时的示意图。

图5是图4的A部放大视图。

图6是本发明下坡时的示意图。

图7是图6中B部放大视图。

图8是图4中的D-D剖视图。

图9是本发明在平地时的示意图。

图10是图9中的C部放大视图。

图11是另一实施方法的示意图。

图12是电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

重力离合装置：（参见图1至图6）该装置主要是根据自行车行驶的状况自动控制是否给蓄电池充电。其包括安装架11及夹子111、自锁机构12、顶杆13和重锤杆14；安装架11通过夹子111与自行车的后架71固连；蓄电池3设置在夹子111上；

自锁机构12设置在安装架的楔槽129内（参见图6和图7）；该自锁机构包括滑块121、钢球122和弹簧123。钢球122分别与滑块121的下边、弹簧123的一端、楔槽129的下边接触。滑块121的下边与钢球122接触，滑块121的上边与楔槽129的上边接触。弹簧123的一端与钢球122接触，另一端顶在楔槽129的一端。图7所示状态，滑块121只能向左移动，这是由于钢球122被弹簧123顶着，将滑块121压紧在楔槽129上，所以滑块121不能向右移动，从而形成了自锁状态。但如果顶杆13的一端将钢球朝弹簧123方向推动，钢球122就不再压紧滑块121，滑块121才可以向右移动。而顶杆13的移动是由重锤杆14控制的。重锤杆14铰接于安装架11上的第二支轴19，重锤杆14上部与顶杆13有间断性接触。

蓄电池3设置在夹子111上；

参见图1、图3、图8和图12，充电单元包括支架21、充电装置2。

所述充电装置2包括摩擦轮41、发电机43和充电器51，摩擦轮41与自行车的后轮72间断性接触；摩擦轮41与发电机43连接；发电机43通过充电器51与蓄电池3连接；当外部负载与蓄电池3连接时，蓄电池3为外部负载提供电力。

设计充电装置2中的摩擦轮41和发电机43的参考示例：通常情况下，自行车的平均时速为每小时20公里，因此自行车车轮行进中的线速度为333 m/min。假如摩擦轮41设计为直径70毫米，则摩擦轮41在自行车后轮72的带动下，具有约1500r/min转速。如果摩擦轮41直接与发电机43的转子连接，则根据同步电机的转速公式n=60f/p（n是发电机的转速，f是交流电的频率，即50Hz，p是定子励磁的极对数）设计发电机：发电机定子励磁极对数是2，50Hz，转速是1500r/min。发电机43发出的电通过充电器51，输入到蓄电池3中，储存电能（现有技术的充电器51通常具有整流和稳压功能）；另一种方法可以让发电机43具有3000r/min转速：方法是在摩擦轮与发电机43之间设置调速器42（见图8），也就是利用调速器42把摩擦轮41的转速调高一倍，调速器42与发电机43连接的输出轴转速达到3000r/min；这种状况的发电机定子励磁极对数是1，50Hz，转速是3000r/min。但缺点是增加调速器42会增加本发明装置的重量。

充电单元的支架21上部与安装架11上的第一支轴28铰接（参见图1、图2、图3和图8）；支架21下部与调速器42的外壳固连（如果不设置调速器42，则支架21下部与发电机43的外壳固连）；充电器51可以设置在支架21上；也就是充电装置2的大部分零部件均安装在支架21上，当支架21绕安装架11上的第一支轴28转动，充电装置2也随之转动。

支架21还通过滑块121与自锁机构12连接（见图2、图3）。支架21上设置一滑槽211，自锁机构12的滑块121设有一圆销1211，圆销1211位于滑槽211内。当支架21转动时，通过圆销1211带动滑块121移动。或者，滑块121固定时，控制支架21不转动。这样，自锁机构12就可以通过控制支架21，进而控制充电装置2的运动。

由于自行车是人力带动，长途骑行，所以安装在自行车上的本发明的补充蓄电池电量的装置的总重量应按照骑行者各自的体力进行设计，力求轻型。由于锂电池在相同体积下重量约为铅酸电池的1/6-1/5。所以本发明的装置中优先采用锂电池。

上述装置的使用方法：

步骤1：参见图2、图4、图5，当自行车进行上坡行驶期间，安装在支架21上的充电装置2和重锤杆14在重力作用下自由垂直，支架21与安装架的夹子111的夹角大于90°，其摩擦轮41与自行车的后轮72处于分离状态；

步骤2：参见图6、图7，当自行车进行下坡行驶期间，安装在支架21上的充电装置2在重力作用下，绕第一支轴28转动（到达图6所示状态），支架21和重锤杆14与安装架的夹子111的夹角小于90°，摩擦轮41与自行车的后轮72接触，并被自行车的后轮72带动（摩擦轮优先采用橡胶材料，因其具有较好的弹性和较大的摩擦系数）；当自行车的后轮72行驶中产生震动时，摩擦轮41就有离开后轮72的倾向。这时候自锁机构12就会阻止摩擦轮41与后轮72分离，也就是在震动时，支架21通过圆销1211要拨动滑块121向右移动，但由于滑块121被钢球122压紧在楔槽129中，从而锁住支架21不能转动，这样，摩擦轮41继续保持与后轮72接触，被后轮72带动。摩擦轮41带动发电机43（或通过调速器42带动发电机43）发电，发出的电通过充电器51输入到蓄电池3中，储存电能。

步骤3：参见图9、图10当自行车进行平地行驶时，重锤杆14在重力作用下，绕第二支轴19朝后轮72的相反方向转动（到达图9所示状态），重锤杆14与安装架的夹子111的夹角呈直角状，重锤杆14的上部推动顶杆13，顶杆13推动自锁机构12中的钢球122，使楔槽129中的滑块121不再被压紧，滑块121和支架21一起被释放，于是支架21在重力作用下，绕第一支轴28朝后轮72的相反方向转动（到达图9所示状态），支架21与安装架的夹子111的夹角呈直角状，摩擦轮41与后轮72分离，这样，发电机43停止发电。

重复步骤1、步骤2和步骤3，也就是摩擦轮41带动的发电机43不断地间断性供电给蓄电池3，蓄电池不断地存储电能。此后，当外部负载连接到蓄电池3，蓄电池3给外部负载提供电力。

另一实施方法：对于体力好的骑者，在平地行驶时，也可以利用本发明对蓄电池实施充电。方法是在平地上（见图11），将摩擦轮41调整到与后轮72接触，然后将夹子111固定在后架71上。这样，自行车在下坡和平地行驶时，都可以给蓄电池充电。而在上坡时，摩擦轮41与后轮72是分离的，不再消耗骑者的体力。

另外，当在野外休息时，如遇蓄电池储存的电力不够用时，可以转动自行车的后轮，继续给蓄电池补充电能。

Claims (1)

1. 一种利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置的使用方法，包括自行车及其后架和后轮、蓄电池；其特征在于，还包括：

重力离合装置：其包括安装架及夹子、自锁机构、顶杆和重锤杆；所述安装架通过夹子与自行车的后架固连；自锁机构设置在安装架的楔槽中，其包括滑块、钢球和弹簧；所述顶杆的一端与自锁机构的钢球间断性接触，顶杆的另一端与重锤杆间断性接触；所述重锤杆与安装架上的第二支轴铰接；

所述蓄电池设置在所述夹子上；

充电单元：其包括支架、充电装置；

其中，所述支架上部与安装架中的第一支轴铰接；支架下部设置充电装置；支架还通过自锁机构的滑块与自锁机构连接；

其中，所述充电装置包括摩擦轮、发电机和充电器，摩擦轮与自行车的后轮间断性接触；摩擦轮与发电机连接；发电机通过充电器与蓄电池连接；当外部负载与蓄电池连接时，蓄电池为外部负载提供电力；

上述装置的使用方法：

第一步骤：当自行车进行上坡行驶期间，充电单元在重力作用下，其支架绕第一支轴转动到自由垂直状态，支架与安装架的夹子的夹角大于90°，其摩擦轮与自行车的后轮处于分离状态；

第二步骤：当自行车进行下坡行驶期间，充电单元在重力作用下，其支架绕第一支轴转动，支架与安装架的夹子的夹角小于90°，充电装置的摩擦轮与自行车的后轮接触，并被自行车的后轮带动；当自行车的后轮行驶中产生抖动时，与支架连接的自锁机构自动锁住支架，阻止摩擦轮与自行车的后轮分离；转动的摩擦轮带动发电机转动发电，发电机发出的电通过充电器储存在蓄电池中；

第三步骤：当自行车进行平地行驶时，重锤杆在重力作用下，绕第二支轴朝后轮的相反方向转动，重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状，重锤杆的上部推动顶杆，顶杆推动自锁机构的钢球，使自锁机构释放支架，于是支架在重力作用下，绕第一支轴朝后轮的相反方向转动，支架与安装架的夹子的夹角呈直角状，摩擦轮与自行车的后轮分离；发电机停止发电；

重复步骤1、步骤2和步骤3，也就是摩擦轮带动的发电机不断地间断性供电给蓄电池；蓄电池不断储存电能；此后，当外部负载与蓄电池连接时，蓄电池为外部负载提供电力。