CN109278925A - 一种能发电的电动自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能发电的电动自行车，包括车轮、车体、蓄电池、永磁直流电动机、控制模块，所述电动自行车还包括辅助发电装置，辅助发电装置安装在车体上，所述蓄电池含低功率充电单元，所述永磁直流电动机与辅助发电装置电路连接，辅助发电装置通过控制模块控制与蓄电池的低功率充电单元电路连接，控制模块包含发电模式与电力驱动模式，当控制模块为发电模式时，以车轮的旋转带动永磁直流电动机的转子旋转，通过永磁直流电动机把机械能转为电能，经过辅助发电装置使输出的电能满足电动自行车的蓄电池低功率充电要求，给蓄电池充电。根据上述结构，把原有的永磁直流电动机转为发电机，低成本实现发电功能，给蓄电池充电。

Description

一种能发电的电动自行车
技术领域
本发明涉及一种电动自行车，尤其涉及一种能发电的电动自行车。
背景技术
当前，电动自行车的应用已经非常普及，为人们的日常出行带来了极大的便利，已成为人们较常用的交通工具。电动自行车主要是利用电能作为驱动力，有效减少因汽车尾气造成的空气污染，是一种绿色交通工具。与自行车相比，电动自行车可节省人力；与摩托车相比，电动自行车结构简单、价格便宜、操作容易、车速适中，所以适合各年龄段群体使用。
从结构上看，电动自行车主要由车轮、车体、蓄电池、直流电动机、控制模块这几大部分组成，其主要特征是蓄电池为电动机提供电力，电动机驱动车轮并带动车体行驶，待蓄电池电量要耗尽时，需要及时通过现有电网来充电。
电动自行车具有电力驱动模式和脚踏驱动模式、电力和脚踏并用等模式的绿色交通工具，因此骑行者不想通过脚踏驱动时，就选择电力驱动模式，极其便利。
电动自行车具备许多优点的同时，如何降低或者免除其对外部电源的依赖，提高续航能力是有待解决的问题。为了解决这个问题，当前可以检索到的已经公开的能发电的电动自行车方面的相关专利申请或者授权文件，如CN200810177953.X、CN201110409116.7、CN201310260567.8、CN201310429529.0、CN201110351783.4、CN200910105770.1、CN201010216397.X等，都是在现有的电动自行车结构基础上，另外增加外置发电机或者其他装置为蓄电池充电，这些专利方案对电动自行车的结构做了较大改变，结构非常复杂，增加了电动自行车本身自重与行驶时的能量消耗，也大大增加了电动自行车的成本，其实用性与可推广性都受到很大影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种能发电的电动自行车，通过在行驶中将永磁直流电动机转换成发电机，可以方便地在运动状态下实现充电，综合提升能源转换和利用率，提高电动自行车的续航能力。
一种能发电的电动自行车，包括车轮、车体、蓄电池、永磁直流电动机、控制模块，车轮、蓄电池、永磁直流电动机、控制模块都安装在车体上，车体带有脚踏板，脚踏板车轮有传动连接，车轮与永磁直流电动机的转子有传动连接，蓄电池与控制模块有电路连接，控制模块与永磁直流电动机有电路连接，其中，所述电动自行车还包括辅助发电装置，辅助发电装置安装在车体上，所述蓄电池含低功率充电单元，所述永磁直流电动机与辅助发电装置有电路连接，辅助发电装置通过控制模块控制与蓄电池的低功率充电单元有电路连接，控制模块包含发电模式与电力驱动模式，当控制模块为发电模式时，以车轮的旋转带动永磁直流电动机的转子旋转，通过永磁直流电动机把机械能转为电能，经过辅助发电装置使输出的电能满足电动自行车的蓄电池低功率充电要求，给蓄电池充电。
综上所述，本发明中的能发电的电动自行车是在不改变现有电动自行车整体物理架构的基础上，根据原有永磁直流电动机类型通过增加辅助发电装置和改进部分部件，就可以在特定场景下，切换到发电模式，把原有的永磁直流电动机转为发电机，低成本实现发电功能，使运动状态下的电动自行车实现充电，综合提升能源转换和利用率，提高电动自行车的续航能力。
附图说明
图1为本发明涉及的电动自行车结构示意图；
图2为基于永磁有刷直流电动机的能发电的电动自行车各组成模块相互关系示意图；
图3为基于永磁无刷直流电动机的能发电的电动自行车各组成模块相互关系示意图；
图4为本发明涉及的电动自行车发的控制方法的流程图。
图中：1-车轮，2-车体，3-蓄电池，301-低功率充电单元，4-永磁直流电动机(兼做发电机)，5-控制模块，501-控制器，502-制动闸把，503-调节转把，504-助力传感器，505-其它电器设备，6-辅助发电装置，601-稳压器，602-整流桥，7-脚踏板，8-充电器。
图中：1-车轮，2-车体，3-蓄电池，301-低功率充电单元，4-永磁直流电动机(兼做发电机)，5-控制模块，501-控制器，502-制动闸把，503-调节转把，504-助力传感器，505-其它电器设备，6-辅助发电装置，601-稳压器，602-整流桥，7-脚踏板，8-充电器。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和具体实施例对本发明的电动自行车做进一步详细描述，但不作为本发明要求的保护范围限定。
如图1所示，在永磁直流电动自行车上做局部改进，以实现在下坡路段、顺风路况或者因为健康锻炼而选择脚踏模式等特定场景下(以下简称“特定场景下”)及时将机械能转为电能并为电动自行车的蓄电池在线充电，即电动自行车在特定场景中处于运动状态下发电和充电，提升电动自行车的续航能力，降低对电网的依赖和减少通过电网的充电时间，同时对现有电动自行车的改动影响最小。
本发明提供的能发电的电动自行车包括车轮1、车体2、蓄电池3、永磁直流电动机4、控制模块5及辅助发电装置6，车轮1、蓄电池3、永磁直流电动机4、控制模块5、辅助发电装置6都安装在车体2上，车体2带有脚踏板7，脚踏板7与车轮1有传动连接，车轮1与永磁直流电动机4的转子有传动连接，蓄电池3与控制模块5有电路连接，控制模块5与永磁直流电动机4有电路连接，蓄电池3含低功率充电单元301，永磁直流电动机4与辅助发电装置6有电路连接，辅助发电装置6通过控制模块5控制与蓄电池3的低功率充电单元301有电路连接，控制模块5包含发电模式与电力驱动模式，在特定场景下，当控制模块5为发电模式时，永磁直流电动机4就成为直流发电机，车轮1在外力(包括顺风风力、下坡重力以及骑车人脚踏力等)作用下旋转，以车轮1的旋转带动永磁直流电动机4的转子旋转，通过永磁直流电动机4把机械能转为电能，经过辅助发电装置6使输出的电能满足电动自行车的蓄电池3低功率充电要求，给蓄电池3充电。当控制模块切换为电力驱动模式时，由蓄电池3给永磁直流电动机4、控制模块5供电，使永磁直流电动机4的转子旋转，带动车轮1旋转，驱动电动自行车行驶。
辅助发电装置6包括稳压器601，永磁直流电动机4是永磁有刷直流电动机，永磁有刷直流电动机与稳压器601有电路连接，稳压器601通过控制模块5控制与蓄电池3的低功率充电单元301有电路连接。当控制模块5为发电模式时，永磁有刷直流电动机就成为直流发电机，车轮1在外力(包括顺风风力、下坡重力以及骑车人脚踏力等)作用下旋转，以车轮1的旋转带动永磁有刷直流电动机的转子旋转，通过永磁有刷直流电动机把机械能转为直流电，经过稳压器601使输出的直流电满足电动自行车的蓄电池3低功率充电要求，给蓄电池3充电。
辅助发电装置6也可以是包括稳压器601和整流桥602，永磁直流电动机4是永磁无刷直流电动机，永磁无刷直流电动机与整流桥602有电路连接，整流桥602再与稳压器601有电路连接，稳压器601通过控制模块5与蓄电池3的低功率充电单元301有电路连接。当控制模块5在发电模式时，永磁无刷直流电动机就成为交流发电机，以车轮的旋转带动永磁无刷直流电动机的转子旋转，通过永磁无刷直流电动机把机械能转化为交流电，经过整流桥602转换为单向直流电，再经过稳压器601使输出的直流电满足电动自行车的蓄电池3低功率充电要求，给蓄电池3充电。
能发电的电动自行车的控制模块5的工作模式，可以是手动方式，由骑行者通过手动控制，也可以通过自动方式来控制。
控制模块5还包括外充电模式，外充电模式是单独利用来自电网电源给蓄电池3充电，外充电模式需要使用充电器8把电网的交流电转换为适合蓄电池3的直流电，再给蓄电池3充电。同一时间，给蓄电池3充电模式只能选择一种，或是来自电网的外充电模式，或是特定场景下发电时的低功率充电模式；若同时充电时，控制模块5会通过显示或声音发出报告警，并切换为低功率充电模式。
控制模块5包括控制器501、制动闸把502、调节转把503、助力传感器504和其它电器设备505，其它电器设备505包括灯具、仪表等，控制器501可控制蓄电池3输出电流大小，达到驱动永磁直流电动机4的转子旋转并控制永磁直流电动机4转子转速的目的；制动闸把502输出的控制信号是制动信号，当骑行者需要制动时，通过操作制动闸把502给控制器501一个控制信号，控制器501处理后蓄电池3不再向永磁直流电动机4提供驱动电流，实现制动断电控制功能；调节转把503输出的控制信号是速度调整信号，当骑行者旋转调节转把503时，调节转把503输出不同的调速信号，使控制器501为永磁直流电动机4提供的驱动电流发生改变，从而改变永磁直流电动机4产生的旋转磁场的大小，进而改变永磁直流电动机4的转子转速，实现车速的调整；助力传感器504是当电动自行车处于助力状态时检测骑行脚蹬力矩或脚蹬速度信号的装置，控制器根据助力传感器504传输过来的信号调整分配给永磁直流电动机4的驱动电流的大小，以达到人力与电力共同驱动自行车行驶的目的；其它电气设备包括灯具和仪表，前者提供照明并提示电动自行车状态，后者一般提供电动车蓄电池各种参数(如电压)显示、车速显示、灯具状态显示等，当然智能仪表还能显示整车各电器部件的故障等。
基于永磁有刷直流电动机的能发电的电动自行车，各组成模块相互关系如图2所示，主要包括：包括车轮1、车体2、蓄电池3、永磁有刷直流电动机4、控制模块5及稳压器601，车轮1、蓄电池3、永磁有刷直流电动机(电驱动装置)、控制模块5、稳压器601都安装在车体2上，车体2带有脚踏板7，脚踏板7与车轮1有传动连接，车轮1与永磁有刷直流电动机的转子有传动连接，蓄电池3分别通过控制模块5控制与永磁有刷直流电动机有电路连接，稳压器601安装在车体上，永磁有刷直流电动机与稳压器601有电路连接，稳压器601通过控制模块5控制与蓄电池3有电路连接，控制模块5包含发电模式与电力驱动模式，控制模块5包括控制器501、助力传感器504、调节转把503、制动闸把502和其它电器设备505(如灯具、仪表等)，其中：蓄电池3是电动自行车的能源中心，它为永磁有刷直流电动机与控制模块3提供电力；还带有独立的充电器8，通常电动自行车在静止状态下，充电器8将电网交流电转换为直流电给蓄电池3充电；控制器501可控制蓄电池输出电流大小，达到驱动永磁有刷直流电动机的转子旋转并控制转速的目的；永磁有刷直流电动机将电能转化为机械能，带动车轮1旋转以驱动电动自行车行驶；调节转把503输出的控制信号是速度调整信号，当骑行者旋转调节转把503时，输出不同的调速信号，使控制器501为永磁有刷直流电动机提供的驱动电流发生改变，从而改变永磁有刷直流电动机产生的旋转磁场的大小，进而改变永磁有刷直流电动机的转速，实现车速的调整；制动闸把502输出的控制信号是制动信号，当骑行者需要制动时，制动闸把502给控制器501一个控制信号，控制器501处理后不再向永磁有刷直流电动机提供驱动电流，实现制动断电控制功能；助力传感器504是当电动自行车处于助力状态时检测骑行脚蹬力矩或脚蹬速度信号的装置，控制器501根据助力传感器504传输过来的信号的大小分配给永磁有刷直流电动机相应的驱动电流，以达到人力与电力共同驱动自行车行驶的目的；其它电气设备505包括灯具和仪表，前者提供照明并提示电动自行车状态，后者一般提供电动车蓄电池3各种参数(如电压)显示、车速显示、灯具状态显示等，当然智能仪表还能显示整车各电器部件的故障等。在特定场景下，当骑行者操作制动闸把502将电动自行车的状态切换到发电模式时，蓄电池3停止对永磁有刷直流电动机供电，永磁有刷直流电动机转为发电机，外部施加给车轮1的动能，通过车轮1传递给发电机转子，发电机将机械能转为电能并输出直流电，通过稳压器601输出平稳电压，最后通过控制模块5、蓄电池3的低功率充电单元301对蓄电池3充电，发电产生的电流如图2粗实线所示；控制模块5设置支持发电模式的功能控制，接收和处理来自制动闸把502的发电模式信号以及对蓄电池3的低功率充电单元301的控制；制动闸把502可支持发电模式和输出发电模式控制信号，如图2粗虚线所示。
图3所示是基于永磁直流无刷电动机的具备发电功能的电动自行车各模块相互关系示意图。还包括整流桥602，整流桥安装在车体2上，永磁无刷直流电动机与整流桥602有电路连接，整流桥602再与稳压器601有电路连接，稳压器601通过控制模块5与蓄电池3有电路连接。在特定场景下，当骑行者操作制动闸把502，将电动自行车的状态切换到发电模式时，蓄电池3停止对永磁直流无刷电动机供电，永磁直流无刷电动机转为发电机，外部施加给车轮1的动能，通过车轮1传递给发电机转子，发电机将机械能转为电能并输出交流电，通过整流桥602输出直流电，再通过稳压器601输出平稳电压，最后通过控制模块5、蓄电池3的低功率充电单元301对蓄电池3充电，发电产生的电流如图3粗实线所示；控制模块5设置支持发电模式的功能控制，接收和处理来自制动闸把502的发电模式信号以及对蓄电池3的低功率充电单元301的控制；制动闸把502有支持发电模式和输出发电模式控制信号，如图3粗虚线所示。
图4所示本发明的具备发电功能的电动自行车发电模式下的控制流程图。在特定场景下，具备发电功能的电动自行车发电模式下的控制流程如下：
例如骑行在下坡等道路的情况下，骑行者通过以规定动作操作制动闸把502，电动自行车就可切换到发电模式(步骤S01)，制动闸把502向控制器501发送发电模式信号，控制器501控制蓄电池3停止对永磁直流电动机供电(步骤S02)。由此，永磁直流电动机4转为发电机4，发电机4将车轮1接受到并传递过来的外部机械能转为电能(步骤S03)。根据电动自行车配置的电动机类型不同，如果是无刷电动机，则发电机输出交流电，辅助发电设备包含稳压器601和整流桥602；如果是有刷电动机，则发电机直接输出直流电，辅助发电设备6包含稳压器601(步骤S04)。辅助发电设备6把发电机4发出的电转为适合的稳定直流电，然后辅助发电设备6输出稳定的直流电至控制器501，由控制器501控制输出直流电到蓄电池3的低功率充电单元301，(步骤S05)，蓄电池3进入低功率充电模式(步骤S06)。
此外，控制器501还可以对电动自行车的充电模式进行检测与判断(步骤S07)，如果电动自行车还处于通过电网充电的外充电模式，则控制器501告警提示，并切断外充电模式，继续在低功率充电模式下充电(步骤S08)，如果没有处于通过电网充电的外充电模式，则继续在低功率充电模式下充电。若在低功率充电模式下充电过程中，骑行者按规定动作操作制动闸把502将电动自行车切换到非发电模式，则发电状态结束、停止低功率充电，否则发电机继续处于发电状态(步骤S09)。
在本发明中，同一时间内，电动自行车只能处于一种模式下，包括电力驱动模式或是发电模式；同一时间内，电动自行车蓄电池充电时，只能处于一种充电模式，通过充电器引入电网电源的外充电模式或低功率发电充电模式。
根据上述结构，本发明涉及的电动自行车，在不改变现有电动自行车整体物理架构的基础上，根据原有永磁直流电动机类型通过增加辅助发电装置和改进部分部件，就可以在特定场景下，切换到发电模式，把原有的永磁直流电动机转为发电机，低成本实现发电功能，使运动状态下的电动自行车在线发电和充电，综合提升能源转换和利用率，提高电动自行车的续航能力。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种能发电的电动自行车，包括车轮(1)、车体(2)、蓄电池(3)、永磁直流电动机(4)、控制模块(5)，车轮(1)、蓄电池(3)、永磁直流电动机(4)、控制模块(5)都安装在车体(2)上，车体(2)带有脚踏板(7)，脚踏板(7)与车轮(1)有传动连接，车轮(1)与永磁直流电动机(4)的转子有传动连接，蓄电池(3)与控制模块(5)电路连接，控制模块(5)与永磁直流电动机(4)有电路连接，其特征在于：所述电动自行车还包括辅助发电装置(6)，辅助发电装置(6)安装在车体上，所述蓄电池(3)含低功率充电单元(301)，所述永磁直流电动机(4)与辅助发电装置(6)有电路连接，辅助发电装置(6)通过控制模块(5)控制与蓄电池(3)的低功率充电单元(301)有电路连接，控制模块(5)包含发电模式与电力驱动模式，当控制模块(5)为发电模式时，以车轮(1)的旋转带动永磁直流电动机(4)的转子旋转，通过永磁直流电动机(4)把机械能转为电能，经过辅助发电装置(6)使输出的电能满足电动自行车的蓄电池(3)低功率充电要求，给蓄电池(3)充电。
2.根据权利要求1所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述辅助发电装置(6)包括稳压器(601)，所述永磁直流电动机(4)是永磁有刷直流电动机，永磁有刷直流电动机与稳压器(601)有电路连接，稳压器(601)通过控制模块(5)控制与蓄电池(3)的低功率充电单元(301)有电路连接。
3.根据权利要求1所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述辅助发电装置(6)包括稳压器(601)和整流桥(602)，永磁直流电动机(4)是永磁无刷直流电动机，永磁无刷直流电动机与整流桥(602)有电路连接，整流桥(602)与稳压器(601)有电路连接，稳压器(601)通过控制模块(5)与蓄电池(3)的低功率充电单元(301)有电路连接。
4.根据权利要求1所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述控制模块(5)的控制方式还包括手动方式或者自动方式。
5.根据权利要求1所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述控制模块(5)还包括外充电模式，外充电模式是单独利用来自电网电源给蓄电池(3)充电。
6.根据权利要求1所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述控制模块(5)包括控制器(501)，所述控制器(501)通过控制蓄电池输出供给永磁直流电动机(4)的电流大小以控制永磁直流电动机(4)转子的转速。
7.根据权利要求6所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述控制模块(5)包括助力传感器(504)，所述助力传感器(504)检测骑行脚蹬力矩或者脚蹬速度转化为信号，把信号传输给控制器(501)，控制器(501)通过控制信号调整分配给永磁直流电动机(4)的驱动电流的大小，以采用人力与电力共同驱动自行车行驶。
8.根据权利要求6所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述控制模块(5)包括制动闸把(502)，制动闸把(502)输出制动信号给控制器(501)，控制器(501)处理后不再向永磁直流电动机(4)提供驱动电流。
9.根据权利要求6所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述控制模块(5)包括灯具。
10.根据权利要求1-9之一所述的能发电的电动自行车，其特征在于：所述蓄电池(3)采用外充电模式或者低功率充电模式充电，低功率充电模式下接通外部电网充电时，控制模块(5)会通过显示或者声音发出告警，并切换为低功率充电模式。
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