CN107472449A - 无链传动电动自行车及其助力侦测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无链传动电动自行车及其助力侦测装置，其中助力侦测装置包括发电机，自行车包括无链传动电动自行车本体和蓄电池(11)，还包括：驱动电机(14)，用于驱动自行车车轮滚动；发电机(13)，由自行车脚踏机构直接或传动带动发电，用于根据自行车脚踏机构的转动产生对应大小的发电电流；助力骑行控制模块，电连接蓄电池、驱动电机和发电机，用于侦测并根据所述发电电流的大小控制蓄电池和所述发电机按各自对应的供电电流比例协同输出供给所述驱动电机工作；所述供电电流比例是蓄电池输出供给或发电机输出供给占驱动电机总驱动电流的比例，二个供电电流比例的和是100%。这种电动自行车及其装置，结构简单耐久好用。

Description

无链传动电动自行车及其助力侦测装置

技术领域

本发明涉及电动自行车，尤其涉及一种无链传动电动自行车及其助力侦测装置。

背景技术

电动自行车，是指以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。

电动车的是靠蓄电池的电能来驱动的，因为蓄电池储蓄的电能是有限的，当电能不足时或在陡坡时就无法驱动车前进，这时须用助力器就可以辅助车辆前进。助力传感器是当电动车处于助力状态是检测骑行脚蹬力回脚蹬速度信号的装置。目前，市场上助力传感器分两种：通过侦测踏频的速度传感器和通过侦测踏力的力距传感器。效果较好的力矩传感器大多通过结构微形变信号按比例进行控制驱动电机助力输出。结构形变加工复杂，易出现疲劳变形后助力信号不准等问题。而且为实现助力输出，目前市场上电动自行车车型结构，普遍采用齿盘、链条、飞轮等，这样不但增加车体体积，而且容易发生骑车人衣角夹链、链条掉落等，给骑车人带来不便。

另一方面，中国发明专利申请“一种无链传动自行车”，公开号CN101817385A，公开了一种无链传动自行车，工作时仅有发动机或蓄电池供电给驱动电机，这种自行车是无链传动的结构，但无法实现助力骑行且其发电机的发电电流通过发电调节器设定而不会变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无链传动电动自行车，在助力骑行的基础上能避免传统助力传感器不耐用和不准。

本发明的另一目的在于提供一种无链传动电动自行车助力侦测装置，能避免传统助力传感器不耐用和不准。

为了解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种无链传动电动自行车，包括无链传动电动自行车本体和蓄电池，其特征在于，还包括：

驱动电机，用于驱动自行车车轮滚动；

发电机，由自行车脚踏机构直接或传动带动发电，用于根据自行车脚踏机构的转动产生对应大小的发电电流；

助力骑行控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于侦测并根据所述发电电流的大小控制蓄电池和所述发电机按各自对应的供电电流比例协同输出供给所述驱动电机工作；所述供电电流比例是所述蓄电池输出供给或所述发电机输出供给占所述驱动电机总驱动电流的比例，二个供电电流比例的和是100％。

这种方案发电机不仅是蓄电池外驱动电机的另一动力源，也替代了助力传感器，因此能实现无链结构的助力骑行且避免传统助力传感器的不耐用和不准。

所述助力骑行控制模块内置电流侦测单元，对应助力骑行模式。

该无链传动电动自行车还包括：

人力骑行控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制发电机单独供电给驱动电机工作。

这样实现普通骑行，对应普通骑行模式。

该无链传动电动自行车还包括：

自行车转把，简称转把，套在自行车左/右把手，用于设定无链传动电动自行车纯电动骑行的速度；

电动骑行控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制蓄电池单独供电给驱动电机工作。

这样实现纯电动骑行，对应纯电动骑行模式。

该无链传动电动自行车还包括：

健身控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制发电机全部供电给蓄电池充电并切断蓄电池的输出。

这样实现纯健身骑行，对应静态健身模式。

该无链传动电动自行车还包括：

能量回收控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制发电机同时供电给蓄电池充电和驱动电机工作并切断蓄电池的输出。

这样同时实现骑行和健身，对应能量智能回收模式。

该无链传动电动自行车还包括与所述蓄电池、驱动电机和发电机电连接的行车控制器；所述行车控制器包括助力骑行控制模块、人力骑行控制模块、电动骑行控制模块、健身控制模块和能量回收控制模块，即：由统一的行车控制器根据对应工作模式完成对应控制，实现所有控制模块。

优选的，发电机内置于车架管内，发电机转子与曲柄轴为同心轴或纵向连接。这种结构简单且发电机不易损坏。

该无链传动电动自行车还包括与行车控制器电连接的设置在自行车车把手上的控制显示面板。这样可以方便骑车人选择不同工作模式和显示自行车的相关运动数据。

所述控制显示面板包括用于与外部智能装置有线/无线连接的接口与数据传输模块。这样方便通过外部智能装置(如：手机)对电动自行车进行控制、显示与数据分析统计等等。

特别地，驱动电机和发电机是同一电机，参见附图3-3，虽然结构简单，但是也给整个自行车系统带来非稳定因素。

为了解决上述另一个技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种无链传动电动自行车助力侦测装置，电连接行车控制器，其特征在于，包括：

发电机，由自行车脚踏机构直接或传动带动发电，用于根据自行车脚踏机构的转动产生对应大小的发电电流；

电流侦测单元，电连接发电机，用于侦测所述发电电流的大小并提供给所述行车控制器。

这样发电机就能替代助力传感器，因此结构简单且避免传统助力传感器不耐用和不准。

所述电流侦测单元优选与行车控制器集成在一起，是行车控制器的一个组成部分，也可以是独立装置。

所述自行车脚踏机构简称脚踏机构。

行车控制器是电动自行车的大脑，是电动自行车的中央控制模块，用于控制电动自行车的其他各个电路单元或器件协同工作，完成指定任务。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.简化目前市场上电动自行车车型结构：取消了传统电动自行车齿盘、链条、飞轮等。减小车体体积，且避免骑乘人衣角夹链。

2.可取代目前市场上助力传感器：本发明通过侦测发电机电流，侦测简便，控制系统进行按指令控制驱动电机助力输出。(如：驱动电机需要100％的电流，指令需求发电机提供50％，蓄电池提供50％电力)

3.可取代目前电动自行车机械变速：通过霍尔侦测驱动电机转速及需求电流，调整发电机发电量大小(踏力大小)进行电子变速；

4.无链传动电动自行车，整车可作为静态健身器材，并智能存储电力至蓄电池；

5.无链传动电动自行车，发电机按指令通过控制系统按比例同时进行供电驱动行车及电池充电，实现健身骑行及能量智能回收电力至蓄电池需求；

6.通过控制面板及智能APP可实时监控整车状态，如：续航、发电量、车速、卡路里等信息。

附图说明

图1为本发明具体实施例的无链传动电动自行车的结构示意图；

图2为图1中车把手的结构示意图；

图3-1为图1中发电机的横置结构示意图；

图3-2为图1中发电机的纵置结构示意图；

图3-3为图1的变形中发电机的中置结构示意图；

图4为图1所示无链传动电动自行车的内部电路结构示意图；

图5-1为图4所示电路的静态健身模式对应的信号流示意图；

图5-2为图4所示电路的普通骑行模式对应的信号流示意图；

图5-3为图4所示电路的助力骑行模式对应的信号流示意图；

图5-4为图4所示电路的能量智能回收模式对应的信号流示意图；

图5-5为图4所示电路的纯电动骑行模式对应的信号流示意图。

其中附图标记：11-蓄电池，12-行车控制器，13-发电机，14-驱动电机,15-控制显示面板,16-转把，17-充电器，121-电池电源线(简称电源线),123-发电机线,124-驱动电机线,125-信号线。

具体实施方式

以下参考附图，对本发明的各实施例予以进一步地详尽阐述。

首先，简要说明本发明的基础：

㈠无链传动

发电机是蓄电池外驱动电机的另一动力源，直接电力驱动代替传统机械传动，因此无须链条。

㈡助力侦测

发电机，由脚踏机构直接或传动带动发电，根据脚踏机构的转动产生对应大小的发电电流；

该发电电流的大小即反应了脚踏信号，因此这种发电机加上发电电流的大小侦测，可以替代传统助力传感器。

㈢助力骑行

行车控制器根据所述发电电流的大小控制蓄电池和所述发电机按各自对应的供电电流比例协同输出供给所述驱动电机工作；所述供电电流比例是所述蓄电池输出供给或所述发电机输出供给占所述驱动电机总驱动电流的比例，二个供电电流比例的和是100％。

发电机和蓄电池同时供电给驱动电机，加大驱动电流，满足蓄电池电量不够或特殊地形(如：陡坡)的需要。

第二，举例说明本发明的具体实现：

本发明无链传动电动自行车的具体实现包括机械结构、内部电路与具体控制三大组成部分，三个部分缺一不可。本发明无链传动电动自行车可以有多种形态，包括但不限制于以下具体的机械结构、硬件电路与具体控制，以下分别进行说明：

●机械结构

请参阅图1和2，在一实施例中，该无链传动电动自行车是前后轮无链传动电动自行车，包括无链传动电动自行车本体和安置在本体中或上面的电子器件/装置。这些电子器件/装置具体这样安置：

蓄电池11和行车控制器12按从前到后的顺序依次安置在自行车车架横梁中；蓄电池11通过电源线121连接行车控制器12；

驱动电机14安置在后轮中轴部位，驱动后轮滚动；驱动电机14通过驱动电机线124连接行车控制器12；

发电机13安置在脚踏机构的相关部分；发电机13通过发电机线123连接行车控制器12；

控制显示面板15，请参阅图2，安置在自行车右把手上，控制显示面板15通过信号线125连接行车控制器12；。

其中，发电机13具体安置包括但不限制于以下二种：

㈠横置发电机

请参阅图3-1，发电机内置于车架管内，发电机转子与曲柄轴为同心轴，通过曲柄脚踏和曲柄轴转动，直接作用于发电机产生电源。

㈡纵置发电机

请参阅图3-2，发电机内置于车架管内，发电机转子与曲柄轴为纵向齿接，通过曲柄脚踏和曲柄轴转动，传动作用于发电机产生电源。

另外，该无链传动电动自行车能有一变形，发电机13与驱动电机14合二为一，即形成第三种发电机13具体安置方式：

㈢中置发电机

这样只须一个发电机完成发电机13与驱动电机14的全部作用。

这辆无链传动电动自行车的发电机13产生电力连接于行车控制器12，根据控制显示面板15(或智能手机APP)或转把发出指令，行车控制器12按指令直接或联合蓄电池11向驱动电机14提供行车电力，实现无链传动驱动行车。

1.由曲柄脚踏转动发电机13进行发电，按指令发电量大小通过行车控制器12可直接补偿蓄电池11充电。实现静态健身需求。

2.由曲柄脚踏转动进行发电，按指令通过行车控制器12供电至驱动电机14行车，犹如常规链传动骑行。实现普通骑行需求。

3.由曲柄脚踏转动进行发电，按指令发电量大小通过行车控制器12协同蓄电池11供电至驱动电机行车。实现助力骑行需求。

4.由曲柄脚踏转动进行发电，按指令通过行车控制器12按比例同时进行供电驱动行车及蓄电池11充电。实现健身骑行及能量智能回收需求。

5.蓄电池11可直接用外置市电充电器进行充电。且蓄电池11可按转把指令通过行车控制器12供电至驱动电机14行车。实现纯电动骑行需求。

6.发电机13内置于车架五通管或中管内，发电机13转子与曲柄轴同心连接或纵向齿接，通过曲柄脚踏转动直接或传动作用于发电机产生电源，车架外观与普通车架无异。

●硬件电路

请参阅图4，在上述实施例中，本发明无链传动电动自行车的内部电路包括行车控制器12及其电连接的蓄电池11、发电机13、驱动电机14、控制显示面板15和转把16。

蓄电池11是驱动电机14的一个电力源；蓄电池11还可通过连接交流市电的外部充电器17进行市电充电，充电器17将交流市电转为直流提供给蓄电池11。充电器17通常设计为与电动自行车分离的外部装置。

发电机13是驱动电机14的另一个电力源，也能通过对应充电单元输入蓄电池11，发电机13的发电电流大小还用作脚踏信号检测，行车控制器12还内置电流侦测单元；

转把16，相当于选择开关，用户通过该转把16将设定的调速信号提供给行车控制器12；

控制显示面板15，可实时监控整车状态，如：续航、发电量、车速、卡路里等信息；还可改变或切换无链传动电动自行车的具体工作模式；控制显示面板15还可通过有线/无线接口与智能手机建立数据连接，这样通过智能手机上的对应软件应用APP，可以进行相关数据收集与统计，并显示自行车当前的状态；

行车控制器12可以由单片机、可编程逻辑控制器(PLC)及它们内部的控制程序实现，也可以完全由硬件控制电路实现。行车控制器12是整个电动自行车的大脑，是电动自行车的中央控制模块，用于控制电动自行车的其他各个电路单元或器件协同工作，按指令要求完成对应工作任务。

这一电路结合行车控制器12的不同具体控制，即可实现本发明无链传动电动自行车的各种具体功能，下面我们详细说明。

●具体控制

本发明无链传动电动自行车能够实现静态健身模式、普通骑行模式、助力骑行模式、能量智能回收模式、纯电动骑行模式，在下面各个模式中控制显示面板15始终与行车控制器12的连接，用于实时监控整车状态，如：续航、发电量、车速、卡路里等信息；还可改变或切换无链传动电动自行车的具体工作模式，其中：

㈠静态健身模式

静态健身模式是由曲柄脚踏转动发电机13进行发电，按指令发电量大小通过控制器可直接补偿电池充电，实现静态健身需求。

静态健身模式，其具体控制如图5-1所示，行车控制器12切断驱动电机14的所有通道和蓄电池11的输出通道，这样发电机13发电后全部供给蓄电池11充电。

㈡普通骑行模式

普通骑行模式由曲柄脚踏转动进行发电，按指令通过控制器供电至驱动电机行车，犹如常规链传动骑行，实现普通骑行需求。

普通骑行模式，其具体控制如图5-2所示，行车控制器12切断蓄电池11的所有通道，这样发电机13发电后全部供给驱动电机14。

㈢助力骑行模式

助力骑行模式由曲柄脚踏转动进行发电，按指令发电量大小通过控制器协同电池供电至驱动电机行车，实现助力骑行需求。

助力骑行模式，其具体控制如图5-3所示，行车控制器12切断蓄电池11的输入通道，发电机13发电后，行车控制器12侦测并根据所述发电电流的大小控制蓄电池和所述发电机按各自对应的供电电流比例协同输出供给所述驱动电机14工作；所述供电电流比例是所述蓄电池11输出供给或所述发电机13输出供给占所述驱动电机14总驱动电流的比例，二个供电电流比例的和是100％。

㈣能量智能回收模式

能量智能回收模式由曲柄脚踏转动进行发电，按指令通过控制系统按比例同时进行供电驱动行车及电池充电。实现健身骑行及能量智能回收需求。

能量智能回收模式，其具体控制如图5-4所示，行车控制器12切断蓄电池11输出通道，发电机13发电后按行车控制器12的比例控制分别供给蓄电池11和驱动电机14。

㈤纯电动骑行模式

纯电动骑行模式，蓄电池可直接用外置市电充电器进行充电，且蓄电池11在行车控制器12控制下，根据转把指令供给对应大小的电流至驱动电机14行车。实现纯电动骑行需求。

纯电动骑行模式，其具体控制如图5-5所示，行车控制器12切断发电机13的供电通道，全部由蓄电池11在行车控制器12控制下，根据转把指令供给对应大小的电流至驱动电机14。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种无链传动电动自行车，包括无链传动电动自行车本体和蓄电池(11)，其特征在于，还包括：

驱动电机(14)，用于驱动自行车车轮滚动；

发电机(13)，由自行车脚踏机构直接或传动带动发电，用于根据自行车脚踏机构的转动产生对应大小的发电电流；

助力骑行控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于侦测并根据所述发电电流的大小控制蓄电池和所述发电机按各自对应的供电电流比例协同输出供给所述驱动电机工作；所述供电电流比例是所述蓄电池输出供给或所述发电机输出供给占所述驱动电机总驱动电流的比例，二个供电电流比例的和是100%。

2.如权利要求1所述的无链传动电动自行车，其特征在于，该无链传动电动自行车还包括：

自行车转把(16)，用于设定无链传动电动自行车纯电动骑行的速度；

电动骑行控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制蓄电池单独供电给驱动电机工作。

3.如权利要求1所述的无链传动电动自行车，其特征在于，该无链传动电动自行车还包括：

人力骑行控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制发电机单独供电给驱动电机工作；

或者

健身控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制发电机全部供电给蓄电池充电并切断蓄电池的输出。

4.如权利要求1所述的无链传动电动自行车，其特征在于，该无链传动电动自行车还包括：

能量回收控制模块，电连接所述蓄电池、驱动电机和发电机，用于控制发电机同时供电给蓄电池充电和驱动电机工作并切断蓄电池的输出。

5.如权利要求1-4中任一项所述的无链传动电动自行车，其特征在于，该无链传动电动自行车还包括与所述蓄电池、驱动电机和发电机电连接的行车控制器(12)；所述行车控制器包括助力骑行控制模块、人力骑行控制模块、电动骑行控制模块、健身控制模块和能量回收控制模块。

6.如权利要求5所述的无链传动电动自行车，其特征在于，驱动电机和发电机(13)是同一电机。

7.如权利要求5所述的无链传动电动自行车，其特征在于，发电机(13)内置于车架管内，发电机转子与曲柄轴为同心轴或纵向齿接。

8.如权利要求5所述的无链传动电动自行车，其特征在于，该无链传动电动自行车还包括与行车控制器(12)电连接的设置在自行车车把手上的控制显示面板(15)。

9.如权利要求8所述的无链传动电动自行车，其特征在于，所述控制显示面板(15)包括用于与外部智能装置有线/无线连接的接口与数据传输模块。

10.一种无链传动电动自行车助力侦测装置，电连接行车控制器(12)，其特征在于，包括：

发电机(13)，由自行车脚踏机构直接或传动带动发电，用于根据自行车脚踏机构的转动产生对应大小的发电电流；

电流侦测单元，电连接发电机，用于侦测所述发电电流的大小并提供给所述行车控制器。