CN107215424A - 一种自动蓄能助力自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动蓄能助力自行车，包括飞轮、链条、架体和轮盘，所述飞轮与链条连接；其特征在于该自行车还包括蓄电池、控制器、力矩传感器、霍尔传感器、电机线圈、电机外壳、电机永磁体、电机铁芯、轴、支撑体、电刷、换向器、扩张片、凸轮、摩擦片、电磁铁和杠杆。该自行车结构简单，操作方便。通过简单的结构设计能够自动判断进入骑行模式、助力模式和蓄能模式中的一种，不仅能提供助力，而且可以将刹车和下坡时多余能量进行存储，然后在助力模式下使用，达到了能量利用的最大化；同时通过特殊的电机与轮毂设计将助力、蓄能集合到一个结构中，使系统更加简化；该自行车在骑行模式下骑行阻力比一般助力自行车及电动自行车小。

Description

一种自动蓄能助力自行车
技术领域
本发明涉及一种自行车，具体是一种具有自动蓄能功能的助力自行车。
背景技术
目前自行车助力系统主要分为机械蓄能助力和电动助力，机械蓄能助力是通过弹性装置将刹车、下坡时多余的能量收集，当需要助力时再释放，此种助力方式结构简单，能量损失小，但助力时间短，而且在机械结构没有蓄能时无法助力。
电动助力是由电池供电给电机再通过芯片控制电流大小使电机处于要求的转速状态，此种助力装置助力效果好，任意时间都可使用。但助力所需的电能完全依靠给电池充电获得，无蓄能功能，能量利用率不高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种自动蓄能助力自行车。该自行车通过简单的结构设计能够自动判断进入骑行模式、助力模式和蓄能模式中的一种，不仅能提供助力，而且可以将刹车和下坡时多余能量进行存储，然后在助力模式下使用，达到了能量利用的最大化。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种自动蓄能助力自行车，包括飞轮、链条、架体和轮盘，所述飞轮与链条连接；其特征在于该自行车还包括蓄电池、控制器、力矩传感器、霍尔传感器、电机线圈、电机外壳、电机永磁体、电机铁芯、轴、支撑体、电刷、换向器、扩张片、凸轮、摩擦片、电磁铁和杠杆；
所述蓄电池、控制器、力矩传感器、霍尔传感器、轴固定在架体上；所述蓄电池、力矩传感器、霍尔传感器、电机线圈和电磁铁分别与控制器连接；所述飞轮通过螺纹连接于电机外壳的一端；所述力矩传感器的测量端与轮盘连接；所述电机线圈安装于电机外壳内；所述电机永磁体固定于电机铁芯表面；所述电机铁芯通过轴承与轴连接；所述电机外壳通过轴承与轴连接；所述支撑体固定在轴上；所述电刷置于支撑体孔内，与蓄电池电连接；所述换向器固定于电机外壳内，与电机线圈电连接；所述扩张片安装于支撑体上；所述凸轮安装于支撑体上；所述摩擦片固定于电机铁芯内侧表面及扩张片外部表面；所述杠杆的一端与凸轮固定，另一端安装有导体；所述电磁铁的一端固定于支撑上，另一端与杠杆的导体配合。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)该自行车结构简单，操作方便。通过简单的结构设计能够自动判断进入骑行模式、助力模式和蓄能模式中的一种，不仅能提供助力，而且可以将刹车和下坡时多余能量进行存储，然后在助力模式下使用，达到了能量利用的最大化；同时通过特殊的电机与轮毂设计将助力、蓄能集合到一个结构中，使系统更加简化。
(2)该自行车在骑行模式下骑行阻力比一般助力自行车及电动自行车小。
(3)该自行车节能环保，续航里程长。
附图说明
图1是本发明蓄能助力自行车一种实施例的整体结构主视示意图；
图2是本发明蓄能助力自行车一种实施例的沿图1中的A-A处的剖面结构示意图；
图3是本发明蓄能助力自行车一种实施例的沿图2中的B-B处的剖面结构示意图；
图4是本发明蓄能助力自行车一种实施例的支撑体结构示意图；
图5是本发明蓄能助力自行车一种实施例的控制器的结构框图；(图中1、蓄电池；2、控制器；3、架体；4、轮盘；5、力矩传感器；6、霍尔传感器；7、链条；8、飞轮；9、轴；10、电机外壳；11、电机线圈；12、电机永磁体；13、电机铁芯；14、摩擦片；15、电刷；16、换向器；17、扩张片；18、支撑体；19、凸轮；20、电磁铁；21、杠杆；201、单片机；202、驱动芯片；203、降压模块；204、继电器；205、第一二极管；206、第二二极管)
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种自动蓄能助力自行车，包括蓄电池1、控制器2、架体3、轮盘4、力矩传感器5、霍尔传感器6、链条7、飞轮8、轴9、电机外壳10、电机线圈11、电机永磁体12、电机铁芯13、摩擦片14、电刷15、换向器16、扩张片17、支撑体18、凸轮19、电磁铁20、杠杆21。
所述蓄电池1、控制器2、力矩传感器5、霍尔传感器6、轴9固定在架体3上；所述蓄电池1、力矩传感器5、霍尔传感器6、电刷17和电磁铁19分别与控制器1连接；所述蓄电池1用于储存并提供电能；所述力矩传感器5的测量端与轮盘4连接，用于测量自行车轮盘4的力矩值；所述霍尔传感器6的测量端与轮盘4连接，用于测量自行车轮盘4的转速；所述电机线圈11安装于电机外壳10内；所述电机永磁体12固定于电机铁芯13上；所述电机铁芯13通过轴承与轴9连接，能够绕轴9自由转动；所述电机外壳10通过轴承与轴9连接，能够绕轴9自由转动；所述飞轮8通过螺纹连接于电机外壳10的一端；所述飞轮8与链条7连接；所述支撑体18固定在轴9上；所述电刷15置于支撑体18安装孔内，与蓄电池1电连接；所述换向器16固定于电机外壳10内，与电机线圈11电连接；所述扩张片17安装于支撑体18上；所述凸轮19安装于支撑体18上，可随杠杆21转动，使扩张片17扩张或恢复；所述摩擦片14固定于电机铁芯13内侧表面及扩张片17外部表面；所述杠杆21的一端与凸轮19固定，另一端安装有导体；所述电磁铁20的一端固定于支撑体18上，另一端与杠杆21的导体配合，进行切割磁感线运动，产生感应电动势，进而产生电磁力。
所述力矩传感器3的型号是BT-1-XXC；所述霍尔传感器4的型号是SH3144。
所述控制器2包括单片机201、驱动芯片202、降压模块203、继电器204、第一二极管205和第二二极管206；所述蓄电池1分别与降压模块203和继电器204连接；所述单片机201分别与力矩传感器5、霍尔传感器6、降压模块203和驱动芯片202连接；所述驱动芯片202分别与电磁铁20和继电器204连接；所述第一二极管205分别与继电器204和电刷15连接；所述第二二极管206分别与继电器204和电刷15连接；
所述单片机201的型号是STM32F103C；所述驱动芯片202的型号是IR2110；所述继电器204具有开关；
降压模块203将蓄电池1的36V电压降为3.3V和5V，3.3V作为单片机201的工作电压，5V作为驱动芯片202、电磁铁20和继电器204的工作电压，单片机201根据霍尔传感器6和力矩传感器5检测的信号进行三种工作模式(即骑行模式、助力模式和蓄能模式)的转换。
电磁铁20中不存在电流时，扩张片17与电机铁芯13之间不接触，相互之间没有作用力，电机贴芯13可绕轴9转动；当电磁铁20中通入电流时，电磁铁20与位于其中的导体产生感应电动势，进而产生电磁力，通过杠杆21的杠杆作用转动凸轮19，凸轮19使扩张片17扩张，电机铁芯13和扩张片17通过摩擦片14接触，相互产生作用力，可视为电机铁芯13和支撑体18固定连接，此时电机铁芯13不可绕轴9转动。
本发明自动蓄能助力自行车的工作原理和工作流程是：初始化程序，力矩传感器5检测自行车力矩值，当自行车处于下坡或刹车时，力矩传感器5检测的自行车力矩值小于设定的最小值时，控制器2通过程序选择进入蓄能模式，单片机201控制驱动芯片202给继电器204通电，继电器204开关闭合；单片机201控制驱动芯片202给电磁铁20通电，杠杆21转动凸轮19，此时扩张片17与电机铁芯13之间的摩擦片14接触，电机铁芯13固定不动，电机永磁体12与电机线圈11产生相对运动产生电能，电流由电机线圈11通过换向器16、电刷15、第二二极管206和继电器204流向蓄电池1，将电能储存在蓄电池1中。
当自行车处于上坡或起步时，力矩传感器5检测的自行车力矩值大于设定最大值时，控制器2通过程序选择进入助力模式，单片机201控制驱动芯片202给继电器204通电，继电器204开关闭合；单片机201控制驱动芯片202给电磁铁20通电，杠杆21转动凸轮19，此时扩张片17与电机铁芯13之间的摩擦片14接触，电机铁芯13固定不动，电流由蓄电池1通过继电器204、第一二极管205、电刷15和换向器16流向电机线圈11，产生电磁力带动电机外壳10转动，输出动力，并且单片机201通过霍尔传感器6测量的转速以及力矩传感器5测得的力矩值输出PWM波控制驱动芯片202进而控制电机线圈11的功率大小，然后单片机201再通过力矩传感器5测量力矩值，如果力矩值大于设定值则单片机201控制PWM增加电机线圈11的功率，然后单片机201再通过力矩传感器5测量力矩值，如果力矩值小于设定值则单片机201控制PWM减小电机线圈11的功率。
当力矩值介于最大值与最小值之间时，控制器2通过程序选择进入骑行模式，单片机201控制驱动芯片202给继电器204断电，继电器204开关断开；单片机201控制驱动芯片202给电磁铁20断电，杠杆21带动凸轮19转动，此时扩张片17与电机铁芯13之间的摩擦片14不接触，电机铁芯13可绕轴9转动，电机线圈11断电，电机不工作。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种自动蓄能助力自行车，包括飞轮、链条、架体和轮盘，所述飞轮与链条连接；其特征在于该自行车还包括蓄电池、控制器、力矩传感器、霍尔传感器、电机线圈、电机外壳、电机永磁体、电机铁芯、轴、支撑体、电刷、换向器、扩张片、凸轮、摩擦片、电磁铁和杠杆；
所述蓄电池、控制器、力矩传感器、霍尔传感器、轴固定在架体上；所述蓄电池、力矩传感器、霍尔传感器、电机线圈和电磁铁分别与控制器连接；所述飞轮通过螺纹连接于电机外壳的一端；所述力矩传感器的测量端与轮盘连接；所述电机线圈安装于电机外壳内；所述电机永磁体固定于电机铁芯表面；所述电机铁芯通过轴承与轴连接；所述电机外壳通过轴承与轴连接；所述支撑体固定在轴上；所述电刷置于支撑体孔内，与蓄电池电连接；所述换向器固定于电机外壳内，与电机线圈电连接；所述扩张片安装于支撑体上；所述凸轮安装于支撑体上；所述摩擦片固定于电机铁芯内侧表面及扩张片外部表面；所述杠杆的一端与凸轮固定，另一端安装有导体；所述电磁铁的一端固定于支撑上，另一端与杠杆的导体配合。
2.根据权利要求1所述的自动蓄能助力自行车，其特征在于所述力矩传感器的型号是BT-1-XXC；所述霍尔传感器的型号是SH3144。
3.根据权利要求1所述的自动蓄能助力自行车，其特征在于所述控制器包括单片机、驱动芯片、降压模块、继电器、第一二极管和第二二极管；所述电源分别与降压模块和继电器连接；所述单片机分别与力矩传感器、霍尔传感器、降压模块和驱动芯片连接；所述驱动芯片分别与电磁铁和继电器连接；所述第一二极管分别与继电器和电刷连接；所述第二二极管分别与继电器和电刷连接。
4.根据权利要求3所述的自动蓄能助力自行车，其特征在于所述单片机的型号是STM32F103C。
5.根据权利要求3所述的自动蓄能助力自行车，其特征在于所述驱动芯片的型号是IR2110。
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