CN107985498A - 一种轮毂磁悬浮自行车制动系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂磁悬浮自行车制动系统及控制方法，包括车架，车架上设置有连接架，连接架上连接有后轮毂，后轮毂外套设有后轮，后轮与后轮毂之间通过滚轮活动相连；后轮可在后轮毂上自由转动。所述车架上设置有空心的牙盘，牙盘边沿上连接有两个脚踏板，两个脚踏板在车架与牙盘的中心中心对称设置，牙盘通过传动机构与后轮动力相连。所述车架顶部设置有轴承，轴承的外轮与车架相连，轴承的内轮中固定连接有转向轴，转向轴的底部设置有连接器，连接器上设置有前轮毂，前轮毂外套设有前轮。能提高车轮的耐用性，车轮不易变形，大大简化自行车结构，提高自行车的生产维护效率，降低生产成本。

Description

一种轮毂磁悬浮自行车制动系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种自行车，特别是涉及一种轮毂磁悬浮自行车制动系统及控制方法。

背景技术

自行车，可以作为环保的交通工具用来代步、出行；越来越多的人将自行车作为健身器材用来骑行锻炼、自行车出游；自行车本身也是一项体育竞技运动，有公路自行车赛、山地自行车赛、场地自行车赛、特技自行车比赛等。自行车结构简单，是效率高的绿色交通工具，在短途通行中具有极大的优势。

但现有的自行车都是钢丝制成的轮辐，车轮容易变形，维修麻烦。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种轮毂磁悬浮自行车制动系统及控制方法，自行车省去了轮辐设置，自行车直接驱动车轮转动，车轮不易变形，传动效率高。

本发明采用的技术方案如下：

一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，包括车架，车架上设置有连接架，连接架上连接有后轮毂，后轮毂外套设有后轮，后轮与后轮毂之间通过滚轮活动相连；后轮可在后轮毂上自由转动；后轮毂上设置有磁浮装置，磁浮装置的横截面呈倒梯形，磁浮装置的顶部设置有若干顶部磁体；后轮上设置有磁浮机构，磁浮机构的横截面呈倒梯形的凹槽结构，凹槽底部设置有若干底部磁体，磁浮机构可凹凸套设在磁浮装置上，磁浮机构与磁浮装置之间存有间隙。包括刹车装置，刹车装置包括若干第三线圈、刹车电路，第三线圈设置在顶部磁体上，顶部磁体上均设置有第三线圈，第三线圈通过电缆与刹车电路电连接；刹车电路包括中央处理单元、A/D转换电路，后轮毂上设置有霍尔传感器，霍尔传感器通过电缆与A/D转换电路的信号输入端电连接，A/D转换电路的输出端与中央处理单元信号相连。

进一步地，本发明公开了一种轮毂磁悬浮自行车制动系统的优选结构，所述车架上设置有空心的牙盘，牙盘边沿上连接有两个脚踏板，两个脚踏板在车架与牙盘的中心中心对称设置，牙盘通过传动机构与后轮动力相连；所述刹车电路包括开关电路，中央处理单元的输出端连接有D/A转换电路，D/A转换电路的输出端与开关电路电连接，开关电路与第三线圈电连接。

所述磁浮装置的两侧分别设置有第二磁体和第三磁体，所述磁浮机构的两侧设置有第一磁体和第四磁体，磁浮机构凹凸套设在磁浮装置上时，第一磁体和第二磁体同极相对设置，第三磁体和第四磁体同极相对设置，底部磁体和顶部磁体同极相对设置。第二磁体和顶部磁体之间设置有若干第一线圈，顶部磁体和第三磁体之间设置有若干第二线圈；第一线圈和第二线圈通过电缆与开关电路电连接；刹车电路还包括蓄电池，蓄电池的输出端连接有输出电路，输出电路与开关电路电连接。

进一步地，所述车架顶部设置有轴承，轴承的外轮与车架相连，轴承的内轮中固定连接有转向轴，转向轴的底部设置有连接器，连接器上设置有前轮毂，前轮毂外套设有前轮，前轮与前轮毂之间通过滚轮活动相连；前轮可在前轮毂上自由转动；后轮包括外胎，外胎与磁浮机构之间设置有车胎。

进一步地，所述车把两端均设置有固定环，固定环上设置有刹车支柱，刹车支柱上通过铰链连接有刹车把，刹车支柱上设置有变阻器，变阻器上设置有滑块，滑块通过连接杆与刹车把活动连接；滑块上设置回复弹簧，回复弹簧的一端与滑块相连，回复弹簧的另一端与变阻器的末端相连；变阻器通过电缆与输出电路电连接，变阻器通过刹车线连接有放大电路，放大电路的输出端连接有滤波电路，滤波电路的输出端与A/D转换电路信号连接。

进一步地，所述转向轴的顶部设置有车把，车把与转向轴固定连接，车架顶部连接有坐垫支架，坐垫支架的顶部设置有坐垫；所述后轮、后轮毂与前轮、前轮毂结构相同。

进一步地，所述坐垫支架与车架之间通过铰链活动相连，坐垫与坐垫支架之间通过铰链活动相连，铰链均设置有锁定装置，锁定装置可调节铰链的转动角度。

进一步地，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈的材质为电解铜，第一线圈、第二线圈、第三线圈的外侧设置有散热鳍片。

进一步地，所述散热鳍片为铝合金材料制成，所述车把两端均设置有海绵垫；所述蓄电池的输入端连接有充电电路，连接架上设置有充电接口；充电接口与充电电路电连接。

一种轮毂磁悬浮自行车制动系统的控制方法，包括以下步骤：

1. 霍尔传感器将磁场方向信息转换成电信号001并传递给A/D转换电路，A/D转换电路将电信号001转换成数字信号002并传递给中央处理单元；

2. 变阻器将刹车动作转换成电信号003，经过放大电路放大后，通过滤波电路传递给A/D转换电路，A/D转换电路将电信号003转换成数字信号004并传递给中央处理单元；

3. 中央处理单元中，预设有根据线圈电流方向和磁场方向判断出后轮和后轮毂之间力的方向的数据表，当电信号004表示开始制动时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号005；

4. D/A转换电路将数字信号005转换成模拟信号006，并传递给开关电路；

5.开关电路向第一线圈、第二线圈和第三线圈通入阻碍后轮运动的电流，自行车开始制动；

6. 数字信号002所示磁场方向发生变化时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号007，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈、第二线圈和第三线圈中的电流方向；

7. 数字信号004所示的变阻器的拉动幅值变大时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号008，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈、第二线圈和第三线圈中的电流增大；

8. 数字信号004所示的变阻器的拉动幅值变小时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号009，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈、第二线圈和第三线圈中的电流减小。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.通过将自行车的轮辐去掉的结构设计，能提高车轮的耐用性，车轮不易变形，且维修简单方便。

2.能大大简化自行车结构，提高自行车的生产维护效率，降低生产成本。

3.能降低自行车车轮与车架之间的摩擦力，提高自行车的效率。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是轮毂的横截面结构示意图；

图3是刹车驱动器结构示意图；

图4是后轮的结构示意图；

图5是刹车电路结构示意图。

图中标记：1是后轮，2是后轮毂，3是滚轮，4是连接架，5是前轮毂，6是牙盘，7是脚踏板，8是车架，9是坐垫，10是坐垫支架，11是前轮，12是连接器，13是转向轴，14是轴承，15是车把，16是车胎，17是底部磁体，18是第一磁体，19是第二磁体，20是第三磁体，21是顶部磁体，22是第四磁体，23是外胎；24是第一线圈，25是第二线圈，26是第三线圈；27是固定环，28是海绵垫，29是刹车把，30是刹车支柱，31是变阻器，32是回复弹簧，33是滑块，34是连接杆，35是刹车线，36是霍尔传感器。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图5所示，本发明公开了一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，包括车架8，车架8上设置有连接架4，连接架4上连接有后轮毂2，后轮毂2外套设有后轮1，后轮1与后轮毂2之间通过滚轮活动相连；后轮1可在后轮毂2上自由转动；后轮毂2上设置有磁浮装置，磁浮装置的横截面呈倒梯形，磁浮装置的顶部设置有若干顶部磁体21；后轮1上设置有磁浮机构，磁浮机构的横截面呈倒梯形的凹槽结构，凹槽底部设置有若干底部磁体17，磁浮机构可凹凸套设在磁浮装置上，磁浮机构与磁浮装置之间存有间隙。包括刹车装置，刹车装置包括若干第三线圈26、刹车电路，第三线圈26设置在顶部磁体21上，顶部磁体21上均设置有第三线圈26，第三线圈26通过电缆与刹车电路电连接；刹车电路包括中央处理单元、A/D转换电路，后轮毂2上设置有霍尔传感器36，霍尔传感器36通过电缆与A/D转换电路的信号输入端电连接，A/D转换电路的输出端与中央处理单元信号相连。所述连接架4采用铝合金制成，，5是前轮毂采用不锈钢制成，车架8的材料是钛合金。

进一步地，本发明公开了一种轮毂磁悬浮自行车制动系统的优选结构，所述车架8上设置有空心的牙盘6，牙盘6边沿上连接有两个脚踏板7，两个脚踏板7在车架8与牙盘6的中心中心对称设置，牙盘6通过传动机构与后轮1动力相连；所述刹车电路包括开关电路，中央处理单元的输出端连接有D/A转换电路，D/A转换电路的输出端与开关电路电连接，开关电路与第三线圈26电连接。

所述磁浮装置的两侧分别设置有第二磁体19和第三磁体20，所述磁浮机构的两侧设置有第一磁体18和第四磁体22，磁浮机构凹凸套设在磁浮装置上时，第一磁体18和第二磁体19同极相对设置，第三磁体20和第四磁体22同极相对设置，底部磁体17和顶部磁体21同极相对设置。第二磁体19和顶部磁体21之间设置有若干第一线圈24，顶部磁体21和第三磁体20之间设置有若干第二线圈25；第一线圈24和第二线圈25通过电缆与开关电路电连接；刹车电路还包括蓄电池，蓄电池的输出端连接有输出电路，输出电路与开关电路电连接。

进一步地，所述车架8顶部设置有轴承14，轴承14的外轮与车架8相连，轴承14的内轮中固定连接有转向轴13，转向轴13的底部设置有连接器12，连接器12上设置有前轮毂5，前轮毂5外套设有前轮11，前轮11与前轮毂5之间通过滚轮活动相连；前轮11可在前轮毂5上自由转动；后轮1包括外胎23，外胎23与磁浮机构之间设置有车胎16。

进一步地，所述车把15两端均设置有固定环27，固定环27上设置有刹车支柱30，刹车支柱30上通过铰链连接有刹车把29，刹车支柱30上设置有变阻器31，变阻器31上设置有滑块33，滑块33通过连接杆34与刹车把29活动连接；滑块33上设置回复弹簧32，回复弹簧32的一端与滑块33相连，回复弹簧32的另一端与变阻器31的末端相连；变阻器31通过电缆与输出电路电连接，变阻器31通过刹车线35连接有放大电路，放大电路的输出端连接有滤波电路，滤波电路的输出端与A/D转换电路信号连接。

进一步地，所述转向轴13的顶部设置有车把15，车把15与转向轴13固定连接，车架8顶部连接有坐垫支架10，坐垫支架10的顶部设置有坐垫9；所述后轮1、后轮毂2与前轮11、前轮毂5结构相同。

进一步地，所述坐垫支架10与车架8之间通过铰链活动相连，坐垫9与坐垫支架10之间通过铰链活动相连，铰链均设置有锁定装置，锁定装置可调节铰链的转动角度。

进一步地，所述第一线圈、第二线圈、第三线圈的材质为电解铜，第一线圈、第二线圈、第三线圈的外侧设置有散热鳍片。

进一步地，所述散热鳍片为铝合金材料制成，；所述车把15两端均设置有海绵垫28；所述蓄电池的输入端连接有充电电路，连接架4上设置有充电接口；充电接口与充电电路电连接。

具体使用时，用户骑坐在自行车上，用脚前后循环踩脚踏板7，自行车即可向前运动。

具体运行过程，踩踏脚踏板7时，脚踏板7带动牙盘6转动，牙盘6通过传动机构带动后轮1转动，后轮1与地面相互摩擦，推动自行成前进。在前进的过程中，驾驶者通过车把或身体姿态来调节车辆的平衡性，保持平稳向前骑行；需要转弯是，可通过转动车把15对方向进行调整。需要停止时，拉动刹车，自行车即可停止下来。

由于磁浮机构凹凸套设在磁浮装置上时，第一磁体18和第二磁体19同极相对设置，第三磁体20和第四磁体22同极相对设置，底部磁体17和顶部磁体21同极相对设置。在磁场的相互作用下，后轮毂2与后轮1之间，前轮11与前轮毂5之间存在一定的间隙，大大降低了自行车的摩擦力，提高了自行车的效率。

自行车需要制动时，拉动刹车把29，刹车把29拉动连接杆34，连接杆34拉动滑块33运动，变阻器31的电阻随着滑块33的运动而发生变化，滑块33通过刹车线35将电信号传送给A/D转换电路。

霍尔传感器36将磁场强度和方向转换成电信号并发送给A/D转换电路，A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号并传递给中央处理单元，中央处理单元和预设的参数对比，向D/A转换电路发出控制信号，D/A转换电路将接收到的信号转换成模拟信号并输送给开关电路，开关电路根据接受到的信号控制第一线圈、第二线圈、第三线圈中电流的通断。

开关电路控制蓄电池的电能输入第一线圈、第二线圈、第三线圈中，第一线圈、第二线圈、第三线圈与底部磁体17产生相互作用力，自行车就能慢慢停下。放开刹车把29，在回复弹簧32的作用下，滑块33回复到原点，制动结束。

实施例1：

一种轮毂磁悬浮自行车制动系统的控制方法，包括以下步骤：

1. 霍尔传感器36将磁场方向信息转换成电信号001并传递给A/D转换电路，A/D转换电路将电信号001转换成数字信号002并传递给中央处理单元；

2. 变阻器31将刹车动作转换成电信号003，经过放大电路放大后，通过滤波电路传递给A/D转换电路，A/D转换电路将电信号003转换成数字信号004并传递给中央处理单元；

3. 中央处理单元中，预设有根据线圈电流方向和磁场方向判断出后轮1和后轮毂2之间力的方向的数据表，当电信号004表示开始制动时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号005；

4. D/A转换电路将数字信号005转换成模拟信号006，并传递给开关电路；

5.开关电路向第一线圈24、第二线圈25和第三线圈26通入阻碍后轮1运动的电流，自行车开始制动；

6. 数字信号002所示磁场方向发生变化时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号007，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈24、第二线圈25和第三线圈26中的电流方向；

7. 数字信号004所示的变阻器31的拉动幅值变大时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号008，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈24、第二线圈25和第三线圈26中的电流增大；

8. 数字信号004所示的变阻器31的拉动幅值变小时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号009，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈24、第二线圈25和第三线圈26中的电流减小。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：包括车架（8），车架（8）上设置有连接架（4），连接架（4）上连接有后轮毂（2），后轮毂（2）外套设有后轮（1），后轮（1）与后轮毂（2）之间通过滚轮活动相连；后轮（1）可在后轮毂（2）上自由转动；后轮毂（2）上设置有磁浮装置，磁浮装置的横截面呈倒梯形，磁浮装置的顶部设置有若干顶部磁体（21）；后轮（1）上设置有磁浮机构，磁浮机构的横截面呈倒梯形的凹槽结构，凹槽底部设置有若干底部磁体（17），磁浮机构可凹凸套设在磁浮装置上，磁浮机构与磁浮装置之间存有间隙；包括刹车装置，刹车装置包括若干第三线圈（26）、刹车电路，第三线圈（26）设置在顶部磁体（21）上，顶部磁体（21）上均设置有第三线圈（26），第三线圈（26）通过电缆与刹车电路电连接；刹车电路包括中央处理单元、A/D转换电路，后轮毂（2）上设置有霍尔传感器（36），霍尔传感器（36）通过电缆与A/D转换电路的信号输入端电连接，A/D转换电路的输出端与中央处理单元信号相连；

控制控制系统的控制方法，包括以下步骤：

1.霍尔传感器（36）将磁场方向信息转换成电信号001并传递给A/D转换电路，A/D转换电路将电信号001转换成数字信号002并传递给中央处理单元；

2.变阻器（31）将刹车动作转换成电信号003，经过放大电路放大后，通过滤波电路传递给A/D转换电路，A/D转换电路将电信号003转换成数字信号004并传递给中央处理单元；

3.中央处理单元中，预设有根据线圈电流方向和磁场方向判断出后轮（1）和后轮毂（2）之间力的方向的数据表，当电信号004表示开始制动时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号005；

4.D/A转换电路将数字信号005转换成模拟信号006，并传递给开关电路；

5.开关电路向第一线圈（24）、第二线圈（25）和第三线圈（26）通入阻碍后轮（1）运动的电流，自行车开始制动；

6.数字信号002所示磁场方向发生变化时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号007，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈（24）、第二线圈（25）和第三线圈（26）中的电流方向；

7.数字信号004所示的变阻器（31）的拉动幅值变大时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号008，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈（24）、第二线圈（25）和第三线圈（26）中的电流增大；

8.数字信号004所示的变阻器（31）的拉动幅值变小时，中央处理单元向D/A转换电路发出数字信号009，D/A转换电路控制开关电路改变第一线圈（24）、第二线圈（25）和第三线圈（26）中的电流减小。

2.如权利要求1所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述车架（8）上设置有空心的牙盘（6），牙盘（6）边沿上连接有两个脚踏板（7），两个脚踏板（7）在车架（8）与牙盘（6）的中心中心对称设置，牙盘（6）通过传动机构与后轮（1）动力相连；所述刹车电路包括开关电路，中央处理单元的输出端连接有D/A转换电路，D/A转换电路的输出端与开关电路电连接，开关电路与第三线圈（26）电连接。

3.如权利要求2所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述磁浮装置的两侧分别设置有第二磁体（19）和第三磁体（20），所述磁浮机构的两侧设置有第一磁体（18）和第四磁体（22），磁浮机构凹凸套设在磁浮装置上时，第一磁体（18）和第二磁体（19）同极相对设置，第三磁体（20）和第四磁体（22）同极相对设置，底部磁体（17）和顶部磁体（21）同极相对设置；第二磁体（19）和顶部磁体（21）之间设置有若干第一线圈（24），顶部磁体（21）和第三磁体（20）之间设置有若干第二线圈（25）；第一线圈（24）和第二线圈（25）通过电缆与开关电路电连接；刹车电路还包括蓄电池，蓄电池的输出端连接有输出电路，输出电路与开关电路电连接。

4.如权利要求3所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述车架（8）顶部设置有轴承（14），轴承（14）的外轮与车架（8）相连，轴承（14）的内轮中固定连接有转向轴（13），转向轴（13）的底部设置有连接器（12），连接器（12）上设置有前轮毂（5），前轮毂（5）外套设有前轮（11），前轮（11）与前轮毂（5）之间通过滚轮活动相连；前轮（11）可在前轮毂（5）上自由转动；后轮（1）包括外胎（23），外胎（23）与磁浮机构之间设置有车胎（16）。

5.如权利要求4所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述转向轴（13）的顶部设置有车把（15），车把（15）与转向轴（13）固定连接，车架（8）顶部连接有坐垫支架（10），坐垫支架（10）的顶部设置有坐垫（9）；所述后轮（1）、后轮毂（2）与前轮（11）、前轮毂（5）结构相同。

6.如权利要求4所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述车把（15）两端均设置有固定环（27），固定环（27）上设置有刹车支柱（30），刹车支柱（30）上通过铰链连接有刹车把（29），刹车支柱（30）上设置有变阻器（31），变阻器（31）上设置有滑块（33），滑块（33）通过连接杆（34）与刹车把（29）活动连接；滑块（33）上设置回复弹簧（32），回复弹簧（32）的一端与滑块（33）相连，回复弹簧（32）的另一端与变阻器（31）的末端相连；变阻器（31）通过电缆与输出电路电连接，变阻器（31）通过刹车线（35）连接有放大电路，放大电路的输出端连接有滤波电路，滤波电路的输出端与A/D转换电路信号连接。

7.如权利要求5所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述坐垫支架（10）与车架（8）之间通过铰链活动相连，坐垫（9）与坐垫支架（10）之间通过铰链活动相连，铰链均设置有锁定装置，锁定装置可调节铰链的转动角度。

8.如权利要求6所述的一种轮毂磁悬浮自行车制动系统，其特征在于：所述第一线圈（24）、第二线圈（25）、第三线圈（26）的材质为电解铜，第一线圈（24）、第二线圈（25）、第三线圈（26）的外侧设置有散热鳍片；所述车把（15）两端均设置有海绵垫（28）；所述蓄电池的输入端连接有充电电路，连接架（4）上设置有充电接口；充电接口与充电电路电连接。