CN106585848B - 自行车发电装置及其发电自行车 - Google Patents

Abstract

一种自行车发电装置及其发电自行车，其发电装置由轮毂、电动飞轮、手动离合器、整流稳压器，电动机、发电电动隔离电路，以及双刀电源锁构成，其中电动飞轮安装在轮毂的飞轮接口上，手动离合器安装在此轮毂的轮辐上，电动机安装在此轮毂旁的车架上，整流稳压器安装在车架的任何地方，电动机和整流稳压器之间有导线连接，本发明构思巧妙，零部件最少，仅用一个由大功率二极管和小型继电器构成的发电电动隔离电路，拨动一个双刀电源锁，以及一个小巧的手动离合器，就可实现电动行驶、脚踏骑行、发电回收电能的多种运行状态，一举实现了多少高技术没有能解决技术难题，做到高效绿色节能，有着极其重大的进步意义和广泛的应用领域。

Description

自行车发电装置及其发电自行车

技术领域

本发明涉及交通领域中一种带有发电装置的新型自行车，该发电装置可以安

装在电动自行车上，也可以安装在普通自行车上，成为一种具有发电能力的新型自行车。该

车不但可以在行驶过程中回收电能，而且可以轻松脚踏发电，为手机、笔记本充电，为电瓶

亏电的汽车充电启动汽车，使自行车、电动自行车更加节能环保、更加人性化。

背景技术

虽然自行车摩擦电滚子早已有之，但发电能力只有几瓦，点亮一个车头灯，只是轮

胎很快就被毁坏。现在一条轮胎几十元上百元，得不偿失，所以就淘汰了。在自行车上安装

发电机，此类发明也并不少见。例如美国专利BICYCLE DERIVING DRIVING FORCEBY

MOTER-GENERATOR（US2012/0061161A1）和ELECTRIC BICYCLE DRIVE SYSTEM WITHREGENERATIVE CHARGING(US 2011/0001442A1) ，两者结构的共同之处在于利用脚踏二次传动提高电机的转速，达到发电的目的。然而结构的单一性使自行车失去了脚踏骑行的自由度，显然还需要改进。我国发电自行车的发明，与美国还有一定差距。以中国专利最新发明一种碟刹式发电自行车（ZL201620569962 .3）为例，该文献记载后轮安装有电动轮毂8，前后轮均安装有发电机6，利用发电机的滚轮摩擦前后碟刹片实现发电。首先结构过于复杂，共有3台电动机和发电机 ，再加上前后碟刹，成本就过高，更关键在于，发电机的滚轮摩擦碟刹，产生极大阻力，无异于保持刹车运行，消耗轮毂电机的动力，这使全部设计毫无意义。目前，国内外还没有一辆结构简单，重量小，骑行轻快并可回收发电的自行车包括电动自行车。

发明内容

在为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：自行车发电装置及其发电自行车中的自行车发电装置，由轮毂、电动飞轮、手动离合器、整流稳压器，电动机、D-J发电电动隔离电路和双刀电源锁构成，其中电动飞轮安装在轮毂的飞轮接口上，手动离合器安装在此轮毂的轮辐上，电动机安装在此轮毂旁的车架上，整流稳压器安装在车架的任何地方，电动机和整流稳压器之间有导线连接。所述电动飞轮是一个自行车超越离合器，该超越离合器棘齿圈的外侧不是自行车常规的链轮，而是齿轮，因此电动飞轮也可称之为齿飞轮；电动飞轮结构的特征还在于，在其齿轮的平面上设有空窗，空窗的大小应满足手动离合器的离合挡能自由从空窗内转入转出；电动飞轮外侧的齿轮一种结构是和棘齿圈整体制造成一体式，另一种结构是单制成齿轮盘，使用支架安装在棘齿圈上构成组合式。所述电动机在安装时，应使其电机齿轮和安装在轮毂上的电动飞轮即齿飞轮良好啮合，此时等于电动飞轮、手动离合器、电机齿轮三者都在同一只车轮上，这只车轮就称为发电轮；发电轮安装在自行车后轮位置上，此时在电动飞轮的外侧，必需再安装自行车常规使用的脚踏链飞轮；发电轮安装在前轮位置上时，此时脚踏链飞轮仍旧安装在后轮上。所述自行车常规链飞轮和电动飞轮都是超越离合器，两者的运行是各自独立的，互不干扰，在同一个轮毂接口上，脚踏链飞轮转动，电动飞轮被超越，电动飞轮转动，脚踏链飞轮被超越，因此具有脚踏骑行和电动行驶的两种运行状态；当转动手动离合器使电动飞轮到“合”态位置上时，脚踏链飞轮和电动飞轮实现挂挡联动，完成第三种发电运行状态。所述整流稳压器的外壳上设有用电器插座、电压可调钮和车头车尾灯开关，方便为刮胡刀、手机、笔记本、充电宝、汽车电瓶不同的用电器充电。所述发电轮安装在电动自行车上时，须将电动自行车控制器的电源输出端并联在电动机和整流稳压器之间，并且在电源输出端上加装继电器和大功率二极管，大功率二极管的负极和电动机两者的并联处连接继电器的公共端，整流稳压器连接继电器的常闭端，大功率二极管和继电器的组合，构成发电电动隔离电路；同时，双刀电源锁与常规电动自行车的单刀单掷不同，是一个双刀三掷开关锁，形成换向电路，其结构原理是：当双刀处于中间位置时，蓄电池被断开为空挡，当双刀拨到一侧时，蓄电池和控制器连接为电动挡，当双刀拨到另一侧时，蓄电池和整流稳压器连接为发电档。所述发电电动隔离电路是继电器控制的开关电路，工作原理是：断开双刀电源锁时为空挡，电路中没有电流，继电器不动作，转动手动离合器，令离合挡竖直向下与轮辐平行，使电动飞轮成“离”态的位置，此时电动飞轮不被挂接，脚踏自行车时车轮自由转动，电动飞轮受到电机齿轮的阻挡被超越，自行车进入无阻力脚踏骑行运行状态；当闭合双刀电源锁到控制器输入端时为电动挡，转动加速把，继电器得电跳转，整流稳压器处的常闭触点被断开，整流电源电路被隔离，电流只能经过电动机使电动机转动，因而电机齿轮推动电动飞轮转动，进入电动行驶运行状态；将双刀电源锁拨到另一侧连接整流稳压器端时为发电档，转动手动离合器，令离合挡横转至与轮辐垂直时，脚踏自行车车轮转动，此时离合挡挂接了电动飞轮，使电动飞轮处于“合”态，电动飞轮随轮毂同步转动，推动电机齿轮高速转动，从而使电动机转变为发电机发电，同时控制器没有输出电流，继电器不动作，整流稳压器的常闭端始终接通，而大功率二极管阻挡发电电流不能进入控制器，控制器电路被隔离，发电电流只能够通过整流稳压器电路，系统进入发电运行状态。所述离合挡的中心轴安装在轮辐平面上，使离合挡表面与轮辐表面相垂直，在离合挡表面上和轮辐表面上分别设有安装点，并在两安装点之间挂接控制弹簧，利用离合挡在旋转过程中，以中心轴旋转的轨迹和以安装点旋转的轨迹之差，使控制弹簧具有一个被拉伸的最远点，这使离合挡能够得到“离”与“合”两个稳定的位置，并在离合挡上设两个相应的挡头阻止离合挡继续旋转；加装挡头最简单的方法是使用螺钉。所述发电轮的轮径尺寸从8in—28in可任意选择；发电轮安装在小轮径折叠车上时，当发电轮轮径过小而不易使用链条驱动的情况下，可将常规的脚踏链飞轮改为脚踏齿 飞轮，不用链条传动，以形成全齿轮脚踏驱动结构。所述发电轮安装在自行车上时，构造更加简化，由于没有动力蓄电池，也没有控制器和转速把，因此不必设置大功率二极管和继电器组成的发电电动隔离电路，也不设双刀电源锁，只须将电动机和整流稳压器直接相连即可， 此时转动手动离合器到“离”态位置上，系统进入纯自行车运行状态，而转动手动离合器到“合”态位置上，即可进入脚踏骑行发电运行状态。

本发明设计的自行车脚踏发电装置构思巧妙，零部件最少，不需要任何传动系统和控制系统，仅用一个由大功率二极管和小型继电器构成的D-J发电电动隔离电路，拨动一只双刀电源锁，以及一个小巧的手动离合器，就能实现电动行驶、脚踏骑行、发电回收电能的多种运行状态，结构及其简单，重量特别轻，运行功能多样，安装方法简便，成本低

廉，使一辆普通自行车立刻就变成一辆自行车＋一辆轻型电动自行车＋一辆脚踏发电机，

再加一辆储能健身机，实现了高效节能。与动辄引进汽车智慧系统、寻求平衡省力的高档

次、高成本、价格昂贵的各种电动车相比，本设计对自行车的驱动系统进行了实质性的改

造，一举实现了多少高技术没有能解决技术难题，做到高效绿色节能，造福亿万自行车和电

动自行车的民众，有着极其重大的进步意义。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。

图1是本发明公开的自行车发电装置结构示意图。

图2是自行车发电装置安装位置结构示意图。

图3、图4、图5是自行车发电装置安装在电动自行车上的电原理结构示意图。

图6-1、图6-2是本发明公开的手动离合器结构示意图。

图7、图8是自行车发电装置安装在自行车上的电原理结构示意图。

图9是发电轮安装在小轮径自行车上的结构原理图。

图10是发电轮安装在前轮位置上的结构示意图。

图1中，1是轮毂，2A是齿轮盘，3是手动离合器，2C是空窗，2是电动飞轮，5是电动机，5A是电机齿轮，45是连接线，1A是轮辐，U是整流稳压器。

图2中，4C是电压调节钮，4B是用电器插座，4是整流稳压器外壳，7是车架， 10是发电轮。

图3、图4、图5、图7、图8中，3.4是轮辐安装点，3.3是手动离合器安装点，3A是离合挡，3 .2是手动离合器中心轴，3 .1是控制弹簧， L是头灯和尾灯，4B是用电器插座，NC是继电器常闭端，COM是继电器公共端，D 是大功率二极管，J是继电器，T是控制器，OUT是控制器电源输出，IN是电源输入，K1-K2是双刀电源锁，W是加速把，P是蓄电池，2B是支架。

图6-1、图6-2中，3B、3C是定位挡，G是中心轴旋转线的最高点。

图9中，7.1是前叉折叠卡，L是头灯，4E是头灯开关，7.2是后叉折叠锁，7.3是座梁折叠锁。

图10中，4D是尾灯开关，6是脚踏链飞轮。

具体实施方式

如图1所示，自行车发电装置由轮毂1、电动飞轮2、手动离合器3、整流稳压器U，以及电动机5构成，其中电动飞轮2安装在轮毂1的飞轮接口上，手动离合器3安装在此轮毂1的轮辐1A上，电动机5安装在此轮毂1旁的车架7上，整流稳压器U安装在车架7的任何地方，电动机5和整流稳压器U之间有导线45连接。电动飞轮2是一个自行车超越离合器，该超越离合器棘齿圈的外侧不是自行车常规的链轮，而是齿轮，因此电动飞轮2也可称之为电动齿飞轮；电动飞轮2结构的特征还在于，在其齿轮的平面上设有空窗2C，空窗2C的大小应满足手动离合器3的离合挡3A能自由从空窗2C内转入转出；其外侧齿轮和棘齿圈一种结构是整体制造成一体式，另一种结构是单制成齿轮盘2A，使用支架2B安装在棘齿圈上成组合式两种不同结构。

如图2所示，为具有自行车发电装置的发电自行车。电动机5在安装时，应使其电机齿轮5A和安装在轮毂1上的电动飞轮2即齿飞轮良好啮合，此时等于电动飞轮2、手

动离合器3、电机齿轮5A三者都在同一只车轮上，这只车轮就称为发电轮10。发电轮10安装在后轮位置上，此时在电动飞轮2的外侧，必需再安装自行车常规使用的脚踏链飞轮6；发电轮10安装在前轮位置上，此时脚踏链飞轮6仍旧安装在后轮上。脚踏链飞轮6和电动飞轮2都是超越离合器，两者的运行是各自独立的，互不干扰，在同一个轮毂1接口上，脚踏链飞轮6转动，电动飞轮2被超越，电动飞轮2转动，脚踏链飞轮6被超越，因此具有脚踏骑行和电动行驶的两种运行状态；当转动手动离合器3使电动飞轮2到“合”态位置上时，脚踏链飞轮6和电动飞轮2实现挂挡联动，即完成第三种发电运行状态。

如图3、图4、图5所示，发电轮10安装在电动自行车上时，须将电动自行车控制器T的电源输出端并联在电动机5和整流电源4之间，并且在电源输出端OUT上加装继电器J和大功率二极管D，大功率二极管D的负极和电动机5两者的并联处连接继电器J的公共端COM，整流稳压器U连接继电器J的常闭端NC，从而构成发电电动隔离电路D-J组合；同时，双刀电源锁K1-K2与常规电动自行车的单刀单掷不同，是一个双刀三掷开关锁，形成换向电路，其结构原理是：当双刀K1-K2处于中间空挡位置时，蓄电池P被断开为空挡，当双刀K1-K2拨到一侧时，蓄电池P和控制器T连接为电动挡，当双刀K1-K2拨到另一侧时，蓄电池P和整流稳压器U连接为发电档。发电电动隔离电路D-J 组合是继电器J控制的开关电路，其工作原理是：当断开双刀电源锁K1-K2时，电路中没有电流，继电器J不动作，转动手动离合器3，令离合挡3A与轮辐1A平行，从而使电动飞轮2成“离”的位置，此时脚踏自行车车轮转动，电动飞轮2受到电机齿轮5A的阻挡被超越，自行车进入无阻力脚踏骑行运行状态；将双刀电源锁K1-K2拨到一侧和控制器T连接，且转动加速把W时，继电器J得电跳转，整流稳压器U处的长闭触点NC被断开，整流电源4电路被隔离，电流只能经过电动机5使电动机转动，电机齿轮5A推动电动飞轮2转动，进入电动行驶运行状态；将双刀电源锁K1-K2拨到另一侧和整流稳压器U连接，转动手动离合器3，令离合挡3A横转至与轮辐1A垂直时，脚踏自行车车轮转动，此时离合挡3A挂接了电动飞轮2，使电动飞轮2处于“合”态，电动飞轮2随轮毂1同步转动，推动电机齿轮5A高速转动使电动机5转变为发电机发电，同时由于控制器T没有输出电流，继电器J不动作，整流稳压器U的常闭端NC始终接通，而大功率二极管D阻挡发电电流不能进入控制器T，控制器T电路被隔离，发电电流只能够通过整流稳压器U所在电路，系统进入发电运行状态。

如图6-1、图6-2所示，手动离合器3的中心轴3 .2安装在轮辐1A平面上，使离合挡3A表面与轮辐1A表面相垂直，在离合挡3A表面上设有离合挡挂接点3 .3，在轮辐1A表面上设有轮辐挂接点3 .4，并在两挂接点之间挂接控制弹簧3 .1，利用离合挡3A在旋转过程中，中心轴3 .2旋转的轨迹和挂接点3 .3旋转的轨迹之差，使离合挡3A具有一个通过弹簧拉伸的最远点G，从而得到“离”与“合”两个稳定的位置，并在离合挡3A上设两个相应的挡头3B和3C阻挡离合挡继续旋转，挡头最简单的方法是使用螺钉。

如图7、图8所示，自行车发电装置安装在普通自行车上时，结构更简化，由于没有蓄电池P，也没有控制器T和转速把W，因此不必设置发电电动隔离电路D-J组合，也不设双刀电源锁K1-K2，将电动机5和整流稳压器U直接相连即可，此时只要转动手动离合器3到“合”态，即 可脚踏骑行进入发电状态。

如图9所示，为自行车发电装置安装在小轮径折叠自行车上的结构。由于发电轮10的轮径尺寸从8in—28in可任意选择，因此自行车发电装置适用于不同结构的自行车和电动自行车。图中7 .1是前叉折叠卡，7 .2是后叉折叠锁 ，7 .3 是座梁折叠锁，折叠结构的各个部分，对发电轮10的工作都没有任何影响。当发电轮10轮径过小而不易使用链条驱动的情况下，可将常规的脚踏链飞轮6改为脚踏齿飞轮，不用链条传动，以形成全齿轮脚踏驱动结构。

如图10所示，为发电轮10安装在自行车前轮位置上的结构示意图。由于脚踏链飞轮6安装在后轮上，此时转动手动离合器3到“离”态位置上，系统进入纯自行车运行状态，而转动手动离合器3到电动飞轮2的“合”态位置时，脚踏自行车令车轮转动即可进入发电运行状态。

Claims (10)

1.一种自行车发电装置，其安装在发电自行车上，其特征在于：自行车发电装置由轮毂（1）、电动飞轮（2）、手动离合器（3）、整流稳压器（U）、电动机（5）、发电电动隔离电路（D-J），以及双刀电源锁（K1-K2）构成，其中电动飞轮（2）安装在轮毂（1）的飞轮接口上，手动离合器（3）安装在此轮毂（1）的轮辐（1A）上，电动机（5）安装在此轮毂（1）旁的车架上，整流稳压器（U）安装在车架（7）上，电动机（5）和整流稳压器（U）之间有导线连接。

2.如权利要求1所述的一种自行车发电装置，其特征在于：电动飞轮（2）是一个自行车超越离合器，该超越离合器棘齿圈的外侧不是自行车常规的链轮，而是齿轮，因此电动飞轮（2）也可称之为齿飞轮；在电动飞轮（2）齿轮的平面上设有空窗（2C），空窗（2C）的大小应满足手动离合器（3）的离合挡（3A）能自由从空窗（2C）内转入转出；电动飞轮（2）外侧的齿轮和棘齿圈整体制造成一体式，电动飞轮（2）外侧的齿轮另一种结构是单制成齿轮盘（2A），使用支架（2B）安装在棘齿圈上构成组合式。

3.如权利要求2所述的一种自行车发电装置，其特征在于：电动机（5）在安装时，应使其电机齿轮（5A）和安装在轮毂（1）上的电动飞轮（2）即齿飞轮良好啮合，此时等于电动飞轮（2）、手动离合器（3）、电机齿轮（5A）三者都在同一只车轮上，这只车轮就称为发电轮（10）；当发电轮（10）安装在自行车后轮位置上，此时在电动飞轮（2）的外侧，必需再安装自行车常规使用的脚踏链飞轮（6）；当发电轮（10）安装在前轮位置上，此时脚踏链飞轮（6）仍旧安装在后轮上。

4.如权利要求3所述的一种自行车发电装置，其特征在于：脚踏链飞轮（6）和电动飞轮（2）都是超越离合器，两者的运行是各自独立的，互不干扰，在同一个轮毂（1）接口上，脚踏链飞轮（6）转动，电动飞轮（2）被超越，电动飞轮（2）转动，脚踏链飞轮（6）被超越，因此具有脚踏骑行和电动行驶的两种运行状态；当转动手动离合器（3）使电动飞轮（2）到“合”态位置上时，脚踏链飞轮（6）和电动飞轮（2）实现挂挡联动，完成第三种发电运行状态。

5.如权利要求1所述的一种自行车发电装置，其特征在于：整流稳压器（U）的外壳（4）上设有用电器插座（4B）、电压可调钮（4C）、车头灯和车尾灯开关，方便为刮胡刀、手机、笔记本、充电宝、汽车电瓶用电器充电。

6.如权利要求3所述的一种自行车发电装置，其特征在于：发电轮（10）安装在电动自行车上时，须将电动自行车控制器（T）的电源输出端（OUT）并联在电动机（5）和整流稳压器（U）之间，并且在电源输出端（OUT）上加继电器（J）和大功率二极管（D），大功率二极管（D）的负极和电动机（5）两者的并联处连接继电器（J）的公共端（COM），整流稳压器（U）连接继电器（J）的常闭端（NC），大功率二极管（D）和继电器（J）的组合，构成发电电动隔离电路（D-J）；同时，双刀电源锁（K1-K2）与常规电动自行车的单刀单掷不同，是一个双刀三掷开关锁，形成换向电路，其结构原理是：当双刀电源锁（K1-K2）处于中间位置时，蓄电池（P）被断开为空挡，当双刀电源锁（K1-K2）拨到一侧时，蓄电池（P）和控制器（T）连接为电动挡，当双刀电源锁（K1-K2）拨到另一侧时，蓄电池和整流稳压器（U）连接为发电档。

7.如权利要求1所述的一种自行车发电装置，其特征在于：发电电动隔离电路（D-J）是继电器控制的开关电路，工作原理是：断开双刀电源锁（K1-K2）时为空挡，电路中没有电流，继电器（J）不动作，转动手动离合器（3），令离合挡（3A）竖直向下与轮辐（1A）平行，使电动飞轮（2）成“离”态的位置，此时电动飞轮（2）不被挂接，脚踏自行车时车轮自由转动，电动飞轮（2）受到电机齿轮（5A）的阻挡被超越，自行车进入无阻力脚踏骑行运行状态；闭合双刀电源锁（K1-K2）到控制器输入端时为电动挡，转动加速把（W），继电器（J）得电跳转，整流稳压器（U）处的常闭触点（NC）被断开，整流稳压器（U）电路被隔离，电流只能经过电动机（5）使电动机（5）转动，因而电机齿轮（5A）推动电动飞轮（2）转动，进入电动行驶运行状态；将双刀电源锁拨到另一侧连接整流稳压器端时为发电档，转动手动离合器（3），令离合挡（3A）横转至与轮辐（1A）垂直时，脚踏自行车车轮转动，此时离合挡（3A）挂接了电动飞轮（2），使电动飞轮（2）处于“合”态位置上，电动飞轮（2）随轮毂（1）同步转动，推动电机齿轮（5A）高速转动，从而使电动机（5）转变为发电机发电，同时控制器（T）没有输出电流，继电器（J）不动作，整流稳压器（U）的常闭端（NC）始终接通，而大功率二极管（D）阻挡发电电流不能进入控制器（T），控制器（ T） 电路被隔离，发电电流只能够通过整流稳压器（U）电路，系统进入发电运行状态。

8.如权利要求2所述的一种自行车发电装置，其特征在于：离合挡（3A）的中心轴（3 .2）安装在轮辐（1A）平面上，使离合挡（3A）表面与轮辐（1A）表面相垂直，在离合挡（3A）表面上设有离合器安装点（3 .3），在轮辐（1A）表面上设有轮辐安装点（3 .4），并在两安装点之间挂接控制弹簧（3 .1），利用离合挡（3A）在旋转过程中，以中心轴（3 .2）旋转的轨迹和以安装点旋转的轨迹之差，使控制弹簧（3 .1）具有一个被拉伸的最远点（G），这使离合挡（3A）能够得到“离”与“合”两个稳定的位置，并在离合挡（3A）上设两个相应的挡头阻止离合挡（3A）继续旋转；加装挡头最简单的方法是使用螺钉。

9.如权利要求3所述的一种自行车发电装置，其特征在于：发电轮（10）的轮径尺寸从8in—28in；发电轮（10）安装在小轮径折叠车上时，在发电轮（10）轮径过小而不易使用链条驱动的情况下，可将脚踏链飞轮（6）改为脚踏齿飞轮，不用链条传动，以形成全齿轮脚踏驱动结构。

10.如权利要求3或6或 9所述的一种自行车发电装置，其特征在于：发电轮（10）安装在自行车上时，构造更加简化，由于没有动力电池（P），也没有控制器（T）和转速把（W），因此不必设置大功率二极管（D）和继电器（J）组成的发电电动隔离电路（D-J），只须将电动机（5）和整流稳压器（U）直接相连即可，此时转动手动离合器（3）到“离”态位置上，系统进入纯自行车运行状态，而转动手动离合器（3）到“合”态位置上，即可进入脚踏骑行发电运行状态。

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