CN107215426A - 基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，包括发电车篓本体和摩擦助力机构，发电车篓本体包括车篓本体，车篓本体的前部设有风力涡轮发电装置，车篓本体内设有蓄电池，风力涡轮发电装置与蓄电池相连接，摩擦助力机构包括助力支架，助力支架上设有摩擦辅助轮、固定圈、紧固装置和电机，固定圈套装在自行车的车架上并通过紧固机构固定在自行车车架上，摩擦辅助轮压在自行车后轮的轮胎上，电机安装在助力支架外侧且能驱动摩擦辅助轮转动，电机与发电车篓本体中的蓄电池相连接。本发明能够收集骑行中产生的电能进行利用，大幅减少电力消耗，不需要进行充电，节能减排。

Description

基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统

技术领域

本发明涉及一种自行车助力装置，具体涉及一种基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统。

背景技术

随着城市生活的快速发展，汽车拥有量越来越接近饱和。在国内大部分都市上下班交通拥堵、尾气排放使得空气质量严重恶化。在北上广深等大城市更是通过限行限号各种方式控制使用车辆。人们都在呼吁和期盼一种新的替代或者补充的方式。而此时，自行车作为经济便捷，低碳环保的最佳通勤解决方案再次落入人们的视线里。

但是，与之前的自行车技术有区别的是，当代的人们对自行车的科技性能有了一定要求，当遇到陡坡山路需要消耗巨大体力时，自行车往往使人们望而却步。在这样的情况下，助力自行车应运而生。与普通自行车相比，自行车助力系统加装有电机、电池以及控制主板。与电动自行车最大的区别是，带助力系统的自行车没有控制阀门（普通的加速把手），而是通过力矩传感器和电机控制器协作自动完成助力加速过程。助力自行车的核心动力技术主要由德国博世和日本雅马哈所持有。其车型价格不菲，少则上万元人民币。除了价格昂贵，现今自行车助力系统主要问题在于续航能力弱，充电麻烦，一旦电量消耗完，电瓶就会成为累赘无法摆脱。

当客机在高空发动机失效时，机腹会伸出风力发电机来带动紧急电源系统。如果我们将最新的风力发电系统风力涡轮机运用在自行车上产生电力带动助力系统，就做到了清洁的可持续充电，一举解决了自行车助力系统最大的壁垒。风力涡轮机，该项新的设计产生的电力与传统的风力发电机相当，但叶片的直径相较后者大幅减少。较小的叶片尺寸和其他因素使得新涡轮机可以比传统的涡轮机聚集地更紧密。

现今国内外自行车助力系统，尚没有小型风力涡轮机与助力系统装置的结合。为了将风力涡轮机与自行车进行较好结合，我们进行了集成化模块式设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需进行充电且根据骑行状况进行车轮助力的基于风力涡轮机的自行车储能与助力装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，包括发电车篓本体和摩擦助力机构，所述发电车篓本体包括车篓本体，所述车篓本体的前部设有风力涡轮发电装置，所述车篓本体内设有蓄电池，所述风力涡轮发电装置与所述蓄电池相连接，所述摩擦助力机构包括助力支架，所述助力支架上设有摩擦辅助轮、固定圈、紧固装置和电机，所述固定圈套装在自行车的车架上并通过紧固机构固定在自行车车架上，所述摩擦辅助轮压在自行车后轮的轮胎上，所述电机安装在所述助力支架外侧且能驱动所述摩擦辅助轮转动，所述电机与发电车篓本体中的蓄电池相连接。

作为优选，其特征在于，所述风力涡轮发电装置包括固定在车篓本体前部的外涵道，所述外涵道内有内涵道，所述内涵道中设有转轴，所述转轴上设有扇叶，所述转轴的后端连接有发电机，所述发电机与蓄电池连接。

作为优选，所述内涵道的长度小于所述外涵道。

作为优选，所述外涵道的前端设有前支撑架，所述外涵道的后端设有后支撑架，所述内涵道的前后两端分别与前支撑架和后支撑架固定连接，所述发电机固定在后支撑架上，所述转轴的前端可转动的安装在所述前支撑架上，所述转轴的后端与所述发电机连接。

作为优选，所述转轴上设有两层扇叶。

作为优选，两层扇叶相互交错排布。

作为优选，基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统还包括力矩传感器和电机控制器，所述力矩传感器安装在自行车的五通外侧或中轴上，所述力矩传感器与电机控制器连接，所述电机控制器与电机连接，所述电机控制器安装在自行车车架上。

作为优选，所述蓄电池上还设有USB接口和充电接口。

作为优选，所述蓄电池为锂电池组。

作为优选，所述车篓本体的后壁和侧壁为格栅。

本发明的有益效果是：

1）收集骑行中产生的电能进行利用，大幅减少电力消耗，不需要进行充电，节能减排。

2）适用于不同型号的自行车，可额外加装，适应性强。

3）装卸简便快捷。装置一共只有三个部件，模块化程度高。

4）优化自行车的科技含量与可骑性，对自行车的推广起到助推作用。减少汽车的使用，起到环保效果。

附图说明

图1是发电车篓本体的结构示意图；

图2是摩擦助力机构的结构示意图。

附图标记列表：

1-车篓本体；2-风力涡轮发电装置；3-蓄电池；4-外涵道；5-内涵道；6-转轴；7-扇叶；8-发电机；9-前支撑架；10-后支撑架；11-格栅；12-助力支架；13-摩擦辅助轮；14-固定圈；15-紧固装置；16-电机。

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描述：

如图1、图2所示，一种基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，包括发电车篓本体1和摩擦助力机构，发电车篓本体1包括车篓本体1，车篓本体1的前部设有风力涡轮发电装置2，车篓本体1内设有蓄电池3，风力涡轮发电装置2与蓄电池3相连接，摩擦助力机构包括助力支架12，助力支架12上设有摩擦辅助轮13、固定圈14、紧固装置15和电机16，固定圈14套装在自行车的车架上并通过紧固机构固定在自行车车架上，摩擦辅助轮13压在自行车后轮的轮胎上，电机16安装在助力支架12外侧且能驱动摩擦辅助轮13转动，电机16与发电车篓本体1中的蓄电池3通过导线相连接。

风力涡轮发电装置2包括固定在车篓本体1前部的外涵道4，外涵道4内有内涵道5，内涵道5中设有转轴6，转轴6上设有扇叶7，转轴6的后端连接有发电机8，发电机8与蓄电池3连接。内涵道5的长度小于外涵道4。

外涵道4的前端设有前支撑架9，外涵道4的后端设有后支撑架10，内涵道5的前后两端分别与前支撑架9和后支撑架10固定连接，发电机8固定在后支撑架10上，转轴6的前端可转动的安装在前支撑架9上，转轴6的后端与发电机8连接。转轴6上设有两层扇叶7。两层扇叶7相互交错排布。

基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统还包括力矩传感器和电机控制器，力矩传感器安装在自行车的五通外侧或中轴上，力矩传感器与电机控制器连接，电机控制器与电机16连接，电机控制器安装在自行车车架上。

蓄电池3上还设有USB接口和充电接口。本例中蓄电池3优选为锂电池组。、

为了减轻发电车篓本体1的重量，车篓本体1的后壁和侧壁为格栅11。

通常情况下，当风通过发电机8叶片时，几乎有一半的空气被迫停留在叶片周围，而不是通过它们，这些风中的能量就丢失了。传统的风力涡轮机最多只能利用59.3%的风能，这个值被称为贝兹极限（Betzlimit）。而风力涡轮机，借鉴喷气发动机技术的设计克服了存在于传统风力涡轮机的一个基本缺陷。风力涡轮机的叶片周围罩上遮蔽物，引导空气通过叶片并使其加速，这便增加了电力产量。

风力涡轮机就像喷气发动机的进气口。当空气进入时，空气会被引导进一套可转动的叶片——转子。空气推动转子并出现在另一边，此时空气流动的速度比在涡轮机外流动的速度更慢。遮蔽物做成合适的形状，以便其引导在外面相对流动较快的空气进入转子后面的区域。快速流动的空气加速缓慢移动的空气，使涡轮机叶片后的区域变成低气压，以吸纳更多的空气通过它们。

本发明引用风力涡轮机的设计原理，将其与自行车上的固定组件——车篓相结合。车篓本体1的前端隔出一定的厚度（约为10cm）以安装风力涡轮发电装置2。外圈大圆筒结构为外涵道4，使不经过扇叶7的空气快速流过。内圈小圆筒结构为内涵道5，长约9cm。其中安装两组扇叶7以增大截面积。当自行车向前运行时，车篓本体1前部将受到最强的风力吹动不存在任何物体阻挡。具备一定速度后，空气将有足够动力推动扇叶7进行旋转，从而带动安装在转轴6上的发电机8进行工作。因为内涵道5长度要短于外涵道4，所以当内涵道5推动两层扇叶7旋转后速度变慢的空气与外涵道4的高速空气相结合后，由于流速越快气压越小，会在内涵道5末尾形成一个局部低压区，加速内涵道5首端对于空气吸纳。利用车篓本体1前端的厚度构建外涵道4，并在其中设置内涵道5和扇叶7，并组合安装在车篓本体1前部区域，不占用其他空间，是本发明一大巧妙之处。

当空气推动扇叶7产生电力后，电力会在车篓本体1内部通过电线来到车篓本体1后部底板上的蓄电池3内。将风力涡轮发电装置2和蓄电池3合二为一集成在车篓本体1内，可以极大地简化商品的形态，方便市场上现有的自行车进行改造，减小对原自行车架构的损坏。为了增强助力自行车的可控性，本发明使用的是锂电池组。现有市场上的锂电池组，技术成熟且重量比起之前的蓄电池3组有着天然的优势。标准的36V5AH锂电池组净重仅为1.5 kg，经实际模拟操作判断，并不会对正常生活中所需的自行车操作灵活性产生影响。此外，电池还外设充电接口，可用家庭交流电对其进行充电。并设USB接口，可为手机等小电器应急充电。

车篓本体1的侧壁与后壁表面设计为格栅11。一是可以使经过扇片的空气尽快通过，减少阻力。二是格栅11的设计降低了车篓本体1的重量，提高了龙头的操作性能。

摩擦助力机构的结构如图2所示，可拆卸式的设计可以方便地让原本的自行车变成电动自行车。在使用时，只要把摩擦主力机构固定在自行车坐垫下面的支架上，让前面的摩擦辅助轮13压着自行车的后轮轮胎，就可以把自行车升级为电动自行车了。实现这个功能的原理很简单，摩擦辅助轮13压在自行车轮胎上，通过电机16带动摩擦辅助轮13的转动进而带动自行车后轮转动，整台自行车就能获得动力了。

因为和自行车座位主轴之间有一个紧固装置15连接。在初次安装之后，拆卸和再次安装仅仅需要几分钟的时间，非常简单。使用复合材料的摩擦辅助轮13，可以提供强有力的摩擦动力，使得能量传输极为有效。

为了在骑行中更好的控制自行车，可以加装力矩传感器和电机控制器，力矩传感器安装在自行车的五通外侧或中轴上，电机控制器安装在自行车车架上，力矩传感器能够检测到自行车的骑行状态，并将检测到的信息传输给电机控制器，由电机控制器自动控制电机16的运转，自动完成助力加速过程。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，包括发电车篓本体和摩擦助力机构，所述发电车篓本体包括车篓本体，所述车篓本体的前部设有风力涡轮发电装置，所述车篓本体内设有蓄电池，所述风力涡轮发电装置与所述蓄电池相连接，所述摩擦助力机构包括助力支架，所述助力支架上设有摩擦辅助轮、固定圈、紧固装置和电机，所述固定圈套装在自行车的车架上并通过紧固机构固定在自行车车架上，所述摩擦辅助轮压在自行车后轮的轮胎上，所述电机安装在所述助力支架外侧且能驱动所述摩擦辅助轮转动，所述电机与发电车篓本体中的蓄电池相连接。

2.如权利要求1所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述风力涡轮发电装置包括固定在车篓本体前部的外涵道，所述外涵道内有内涵道，所述内涵道中设有转轴，所述转轴上设有扇叶，所述转轴的后端连接有发电机，所述发电机与蓄电池连接。

3.如权利要求2所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述内涵道的长度小于所述外涵道。

4.如权利要求2或3所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述外涵道的前端设有前支撑架，所述外涵道的后端设有后支撑架，所述内涵道的前后两端分别与前支撑架和后支撑架固定连接，所述发电机固定在后支撑架上，所述转轴的前端可转动的安装在所述前支撑架上，所述转轴的后端与所述发电机连接。

5.如权利要求4所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述转轴上设有两层扇叶。

6.如权利要求5所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，两层扇叶相互交错排布。

7.如权利要求1所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，还包括力矩传感器和电机控制器，所述力矩传感器安装在自行车的五通外侧或中轴上，所述力矩传感器与电机控制器连接，所述电机控制器与电机连接，所述电机控制器安装在自行车车架上。

8.如权利要求1所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述蓄电池上还设有USB接口和充电接口。

9.如权利要求1所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述蓄电池为锂电池组。

10.如权利要求1所述的基于风力涡轮机的自行车储能与助力系统，其特征在于，所述车篓本体的后壁和侧壁为格栅。