CN105059462A - 自发电电动辅助动力自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自行车，为解决现有自行车发电装置发电利用率低的缺点，本发明公开一种自发电电动辅助动力自行车，包括发电/电动机、控制装置、蓄电装置、速度感应部、期望速度设置装置，控制装置比对车速实际值和车速期望值，当车速实际值大于车速期望值时，控制装置控制发电/电动机工作于发电机状态，当车速实际值小于车速期望值时，控制装置控制发电/电动机工作于发电动机状态。在本发明，自行车减速时发电/电动机进行发电并将电能存储于蓄电池或蓄电电容中，而在自行车增速时，存储电能的蓄电池或蓄电电容放电，使发电/电动机工作于电动机状态，辅助助力自行车加速，从而充分利用自行车上的发电与蓄电装置的作用。

Description

自发电电动辅助动力自行车
技术领域
本发明涉及一种自行车，更具体地说，涉及一种利用自行车自发电电动辅助动力自行车。
背景技术
自行车是民众日常的交通工具，同时也是一种用的健身工具。随着智能设备的增多，越来越多的智能能设备也在自行车上得到应用，再加上自行车上常用的照明设备的用量，自行车上的自发电设备也就显得越来越重要。在现有的自行车发电装置主要有两种，其中一种是在车架上安装的独立小型发电机，该发电机的转子转轴上具有摩擦轮，该摩擦轮与自行车的轮胎接触，自行车行走时轮胎带动摩擦轮转动，从而带动转子转动，产生电力。这种结构的发电装置的缺点是依靠摩擦轮与轮胎的摩擦而带动发电机转动，容易造成轮胎磨损，且摩擦力有限，发电机转子的转速有限，发电能力比较弱。另一种是将发电机安装在自行车的轮毂中，转子与轮毂固定连接，定子与轮轴固定连接，转子相对定子转动而产生电力，在该技术方案中，转子的直径较小、且转子的转速与车轮相同，转速较低，因此这种发电装置的发电效率也比较低下。
另外目前的发电自行车上的储电容量较小，很容易充满电，而自行车上的用电设备功率较小，耗电量少，一旦自行车上的蓄电装置蓄满电后，自行车上的发电装置发出的电就无处可蓄，发电装置就形同虚设，失去了发电作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有自行车发电装置发电利用率低的缺点，而提供一种利用自行车自发电电动辅助动力自行车，以提高发电装置发电利用率。
本发明为实现其目的的技术方案是这样的：构造一种自发电电动辅助动力自行车，包括车架、安装在车架上的车轮总成、发电/电动机、控制装置、蓄电装置，发电/电动机的永磁体和感应线圈组件分别固定在车架和车轮总成上，其特征在于：还包括用于检测自行车速度并将自行车实际速度信号发送给控制装置的速度感应器和与控制装置连接用于设置车速期望值的期望速度设置装置，控制装置比对车速实际值和车速期望值，当车速实际值大于车速期望值时，控制装置控制发电/电动机工作于发电机状态，当车速实际值小于车速期望值时，控制装置控制发电/电动机工作于发电动机状态。在本发明，自行车减速时发电/电动机进行发电并将电能存储于蓄电池或蓄电电容中，而在自行车增速时，存储电能的蓄电池或蓄电电容放电，使发电/电动机工作于电动机状态，辅助助力自行车加速，从而充分利用自行车上的发电与蓄电装置的作用。
上述自发电电动辅助动力自行车中，车轮总成包括安装轮胎的钢圈，发电/电动机包含若干个永磁体和至少一组感应线圈组件，永磁体固定连接在钢圈上且绕钢圈周向分布，感应线圈组件固定在车架上，感应线圈组件包括铁芯及缠绕在铁芯上的线圈，永磁体随钢圈转动经过感应线圈组件时永磁体在铁芯内产生变化的磁通；铁芯呈C字状，其开口处两端位于钢圈的两侧，永磁体随钢圈转动到铁芯的开口处时，铁芯的两端与永磁体的两磁极相对。永磁体沿钢圈周向间隔均匀排布，且永磁体的两磁极分别位于钢圈的两侧，相邻的两个永磁体的磁极朝向相反；永磁体嵌入在钢圈内或永磁体固定安装在钢圈的内圆周面上。发电/电动机也可以安装在自行车的轮毂与轮轴上。
上述自发电电动辅助动力自行车中，该自行车还包括刹车制动机构和刹车制动感应装置，刹车制动感应装置与控制装置连接，用于检测自行车刹车制动机构的状态，当自行车处于刹车状态时，控制装置优先控制发电/电动机工作于发电机状态。刹车制动机构的刹车手柄通过销轴可转动连接在自行车的把手上，所刹车制动感应装置为安装在销轴上的角度传感器，角度传感器检测刹车手柄绕销轴转动的角度。
上述自发电电动辅助动力自行车中，蓄电装置为超级电容。
本发明为实现其发明目的，提供的另一种技术方案是:提供一种基于自行车自发电与电动辅助的控制方法，该方法如下步骤：控制装置获取自行车当前实际车速，将实际车速与当前设置的期望速度进行对比，当车速实际值大于车速期望值时，控制装置控制所述发电/电动机工作于发电机状态，当车速实际值小于车速期望值时，控制装置控制所述发电/电动机工作于发电动机状态。
在前述自行车自发电与电动辅助的控制方法中，控制装置通过刹车制动感应装置检测自行车刹车制动机构的状态，当自行车处于刹车状态时，所述控制装置优先控制所述发电/电动机工作于发电机状态。
在前述自行车自发电与电动辅助的控制方法中，刹车制动感应装置检测自行车刹车制动机构的状态时通过角度传感器检测自行车刹车制动机构的刹车手柄所转过的角度，所述控制装置依据角度传感器所检测到的角度调整所述发电/电动机处于发电状态下的输出端负荷。自行车刹车手柄转动的角度与刹车制动力度相关联，转动角度越大，制动力度越大，自行车减速就越明显，因此在刹车制动力越大时，发电/电动机工作于发电状态下的输出端负荷越大，其发电量就越大，充分利用发电/电动机对自行车进行辅助制动，回收能量。
本发明与现有自行车发电装置相比，在本发明，自行车减速时发电/电动机进行发电并将电能存储于蓄电池或蓄电电容中，而在自行车增速时，存储电能的蓄电池或蓄电电容放电，使发电/电动机工作于电动机状态，辅助助力自行车加速，从而充分利用自行车上的发电与蓄电装置的作用。
附图说明
图1是本发明自行车结构示意图；
图2是本发明自行车中钢圈、轮胎与永磁体组合的结构示意图；
图3是本发明自行车中发电/电动机的结构示意图；
图4是本发明自行车中发电/电动机的铁芯的结构示意图；
图5是本发明自行车中检测刹车力度的角度传感器安装示意图；
图6是本发明自行车中发电/电动机的控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图说明具体实施方案。
如图1所示，本发明中的自发电自行车的车架包括菱形车架11和转动连接在该菱形车架11前端的前叉12，前叉12上部为转向把手13，用于自行车方向控制。菱形车架11的后端以及前叉12上各自安装有一个车轮总成，其中前叉12上安装车轮总成为前轮，菱形车架11后端安装的为后轮，菱形车架11下部安装有驱动部，驱动部通过链条32与安装在后轮上的变速装置31与后轮总成连接，驱动后轮转动。车轮总成包括钢圈22、固定安装在钢圈外侧的轮胎21、轮毂、辐条23，在轮毂中心具有轮轴，轮毂与轮轴之间设置轴承，轮轴两端固定在车架上（菱形车架或前叉），轮毂与钢圈22之间通过辐条23连接。
在本发明中，如图2至图3所示，发电/电动机包括永磁体41和感应线圈组件两部分，其中永磁体41固定安装在钢圈22上，如图2所示。感应线圈组件固定在车架（菱形车架和前叉均可）上，永磁体41随钢圈22转动，经过感应线圈组件时，永磁体41的磁场对感应线圈组件作用，在感应线圈组件中产生电能，此时发电/电动机工作于发电机状态，当线圈中通有电流，感应线圈组件产生磁场，该磁场与永磁体相互作用，助力推动永磁体也即钢圈转动，此时发电/电动机工作于电动机状态。
如图3、图4所示，永磁体41固定在钢圈22的内圆周面上，永磁体41的两磁极分别位于钢圈22的两侧。感应线圈组件具有C字状的铁芯42，在铁芯上饶有感应线圈43。钢圈22位于C字状铁芯42的缺口内，当钢圈22转动时，永磁体41转动到C字状的铁芯42的缺口处，永磁体41的两极分别与C字状铁芯的两端相对，在线圈43中产生电压。在钢圈22上安装有多个永磁体，如图2所示，所有永磁体41绕钢圈的圆周方向均匀间隔排布，且相邻的两个永磁体之间的磁极朝向相反，同时发电/电动机也可以同时安装多个由C字状铁芯和线圈组成的感应组件，感应组件并联或串联。在本发明中，永磁体41是安装在钢圈的内圆周面上，在实际制造过程中，永磁体还可以嵌入在钢圈中，永磁体的两极从钢圈的两面伸出即可。
如图5图6所示，发电/电动机4和蓄电池63连接在控制装置61上，控制装置61上还连接有角度传感器62、速度传感器64、期望速度设定装置65。控制装置61中具有整流电路，整流电路可以将发电/电动机工作于发电机状态下产生的交流电力整流为直流电储存到蓄电池63中。如图5所示，自行车的把手13上固定安装有刹车手柄安装座14，刹车手柄51通过销轴53可转动安装在刹车手柄安装座14上，刹车手柄51通过刹车线52与车闸连接，在刹车手柄51与销轴53之间安装有角度传感器62，刹车手柄51绕销轴53转动不同的角度，角度传感器62可产生不同的电信号。自行车的把手13的手握部位设置有期望速度设定装置65，该装置可相对把手前后小范围内转动，向前转动时可提高期望速度值，向后转动可降低期望速度，转动该部件可调节自行车的期望速度。
本实施例中，速度传感器64一个与控制装置61连接的线圈，该线圈固定在车架上，当永磁体经过该线圈时，该线圈可产生电压脉冲，在连续的一段时间内就呈现为一个脉冲波，控制装置通过脉冲的频率以及车轮的直径，由此计算出自行车的实际车速。同时控制装置还可以通过该电压脉冲确定车轮的位置（也即永磁体的位置），从而依据永磁体的位置而控制感应线圈中电流的方向，使得发电/电动机处于电动机工作状态。
如图6所示，控制装置61通过速度传感器64获取自行车的真实速度值，并将该值与期望速度值进行比较，当自行车真实速度值大于期望速度值时，控制装置61使发电/电动机4工作于发电机状态，发电/电动机4发电，辅助自行车减速；当自行车真实速度值小于期望速度值时，控制装置61使发电/电动机4工作于电动机状态，发电/电动机4驱动车轮转动辅助提速。同时，自行车行进的过程中，还通过检测自行车的刹车制动机构的状态，当有刹车动作时，无论自行车的真实速度大于或小于期望速度，控制装置都使发电/电动机4工作于发电机状态。刹车制动机构的状态由角度传感器来完成。如图5所示，刹车手柄51没有被转动时，认为没有刹车动作，刹车力度为零，也即此时角度传感器62传送的电信号对应于零刹车力度；当刹车手柄51转动到极限位置时，可以认为此时的刹车力度最大，也即此时角度传感器62传送的电信号对应于最大刹车力度；因此本实施例中的角度传感器62测定的虽然是刹车手柄51转过的角度，不是刹车力度的真实值，但可以与刹车力度的真实值相关联，因此该角度值可以替代刹车力度真实值来作为控制装置61控制发电/电动机4(工作于发电状态)输出端负荷的输入因子。控制发电/电动机4输出端的负荷可以通过控制输出端的电流、或功率等来实现，当刹车手柄51未转动时，角度传感器传送的角度值为零，此时控制装置61控制发电/电动机4输出端的负荷最小（人为设定，例如断开发电/电动机的输出端，使其输出功率为零，发电/电动机在此负荷工作下，不会明显影响到车速）；当刹车手柄51转动到一定角度时，将发电/电动机输出端的负荷增加到最大。鉴于自行车的刹车手柄转动到极限角度时，刹车制动力最大，此时自行车往往很快就停止，速度为零，车轮也停止转动，发电/电动机也就发不了电，而且由于发电/电动机输入端的负荷达到最大时，与人和自行车总的动能相比，也只占很小的一部分，因此，在本实施例中，当刹车手柄只转动极限角度的一半、甚至是三分之一的极限角度时，就可以将发电/电动机输出端的负荷调节到最大，也即轻微刹车时就使得发电/电动机的发电功率达到最大。

Claims (9)

1.一种自发电电动辅助动力自行车，包括车架、安装在车架上的车轮总成、发电/电动机、控制装置、蓄电装置，所述发电/电动机的永磁体和感应线圈组件分别固定在所述车架和车轮总成上，其特征在于：还包括用于检测自行车速度并将自行车实际速度信号发送给控制装置的速度感应器和与控制装置连接用于设置车速期望值的期望速度设置装置，所述控制装置比对车速实际值和车速期望值，当车速实际值大于车速期望值时，控制装置控制所述发电/电动机工作于发电机状态，当车速实际值小于车速期望值时，控制装置控制所述发电/电动机工作于发电动机状态。
2.根据权利要求1所述的自发电电动辅助动力自行车，其特征在于所述车轮总成包括安装轮胎的钢圈，所述发电/电动机包含若干个永磁体和至少一组感应线圈组件，所述永磁体固定连接在所述钢圈上且绕钢圈周向分布，所述感应线圈组件固定在所述车架上，所述感应线圈组件包括铁芯及缠绕在所述铁芯上的线圈，所述永磁体随钢圈转动经过所述感应线圈组件时所述永磁体在铁芯内产生变化的磁通。
3.根据权利要求2所述的自发电电动辅助动力自行车，其特征在于所述铁芯呈C字状，其开口处两端位于所述钢圈的两侧，所述永磁体随钢圈转动到所述铁芯的开口处时，所述铁芯的两端与所述永磁体的两磁极相对。
4.根据权利要求3所述的自发电电动辅助动力自行车，其特征在于所述永磁体沿所述钢圈周向间隔均匀排布，且永磁体的两磁极分别位于所述钢圈的两侧，相邻的两个永磁体的磁极朝向相反；所述永磁体嵌入在所述钢圈内或所述永磁体固定安装在所述钢圈的内圆周面上。
5.根据权利要求1所述的自发电电动辅助动力自行车，其特征在于还包括刹车制动机构和刹车制动感应装置，所述刹车制动感应装置与所述控制装置连接，用于检测自行车刹车制动机构的状态，当自行车处于刹车状态时，所述控制装置优先控制所述发电/电动机工作于发电机状态。
6.根据权利要求5所述的自发电电动辅助动力自行车，其特征在于所述刹车制动机构的刹车手柄通过销轴可转动连接在自行车的把手上，所刹车制动感应装置为安装在所述销轴上的角度传感器，所述角度传感器检测所述刹车手柄绕销轴转动的角度。
7.一种基于权利要求1所述自行车自发电电动辅助控制方法，其特征在于包括如下步骤：控制装置获取自行车当前实际车速，将实际车速与当前设置的期望速度进行对比，当车速实际值大于车速期望值时，控制装置控制所述发电/电动机工作于发电机状态，当车速实际值小于车速期望值时，控制装置控制所述发电/电动机工作于发电动机状态。
8.根据权利要求7所述的自行车自发电电动辅助控制方法，其特征在于所述控制装置通过刹车制动感应装置检测自行车刹车制动机构的状态，当自行车处于刹车状态时，所述控制装置优先控制所述发电/电动机工作于发电机状态。
9.根据权利要求7所述的自行车自发电电动辅助控制方法，其特征在于刹车制动感应装置检测自行车刹车制动机构的状态时通过角度传感器检测自行车刹车制动机构的刹车手柄所转过的角度，所述控制装置依据角度传感器所检测到的角度调整所述发电/电动机处于发电状态下的输出端负荷。
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