CN109466685A - 一种自充电式电动自行车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自充电式电动自行车，包括自行车和传动箱，其中传动箱设于座椅与前轮之间的横梁上，传动箱中包括有传动机构、发电机构、电池和电机，操作人员通过传统的方式踩动脚踏带动传动机构运转，传动机构不仅通过链条传动带动自行车的后轮转动，还将部分动力传动至发电机构用于发电，发电机构将电能输送至电池，当需要电动助力或纯电力驱动自行车时，电机将为传动机构提供动力。该发明相比传统电动自行车来说，不仅能够提供两种骑行模式，同时还能够在使用人力驱动的过程中不断地给电池充电，以达到增长续航里程的目的。

Description

一种自充电式电动自行车及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动自行车相关技术领域，具体涉及一种自充电式电动自行车及其控制方法。

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。目前市场上的电动车均存在一个电量用完后充电困难的问题，而在距离目的地较远的地方电量耗尽将是一个令人头疼的麻烦，为此我们提出一种自充电式电动自行车以解决上述问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种自充电式电动自行车，该发明能够自由切换电动助力模式和人力驱动模式，当自行车在非电动助力模式下骑行时，发电机构能够为电池持续充电，因此能够极大的增长续航里程，消除了电量不足的忧虑。

为了实现上述目的，本发明采用的一种自充电式电动自行车，所述自行车的横梁两端轴接有前、后车轮，所述横梁右侧上方安装有座椅，传动箱安装在自行车座椅与前轮之间的横梁上方，所述传动箱内包括电池和电机，所述传动箱内部右侧下半部安装有传动机构，所述传动箱内部右侧上半部安装有发电机构，所述传动机构为后轮和发电机构提供动力。

所述传动机构将人力驱动力分成两部分，一是从脚踏板传递至后轮牙盘转换成后轮驱动力，二是从脚踏板传递至发电机构转换成发电动力。

在上述技术方案中，高度较低的横梁能够有足够的空间安装传动箱，传动箱内部集成了电池、电机、传动机构和发电机构，这种采用动力包的模式便于生产安装，能够提高生产效率，在生产过程中将组装好的传动箱直接安装在自行车横梁上即完成了生产，同时集成化的好处在于便于维修和更换，同时由于关键机构均位于密封的传动箱内部降低了保养维护的要求，有利于增长使用寿命。

作为上述方案的进一步优化，所述传动机构包括曲柄，所述曲柄贯穿安装于传动箱底部右侧开设的贯穿洞，所述曲柄两端螺接有脚踏板，所述曲柄中部靠右侧安装有第一牙盘，所述自行车后轮轮轴处安装有第二牙盘，所述第一牙盘与第二牙盘上共同套有一条驱动链条，第一牙盘的转动通过驱动链条带动第二牙盘的转动。

在上述技术方案中，采用了成熟的链传动技术和传动的人力自行车技术，提高了产品的可靠度，不同的是曲柄中部被藏于传动箱内部，在传动箱内部的曲柄将为发电提供动力。

作为上述方案的进一步优化，所述发电机构包括曲柄，所述所述曲柄中部安装有凸轮，所述凸轮上方紧压有压电板，所述压电板上方固定有弹簧，所述弹簧顶部固定有传压板，所述传压板顶面接触于压电陶瓷组，所述压电陶瓷组由多个单层压电陶瓷叠加构成，所述压电陶瓷组顶面连接于传动箱内部顶面，所述压电陶瓷组在每层压电陶瓷两极上连接有导线，并将所有压电陶瓷的正极导线并联、负极导线并联，将并联后的正极接入电池的充电器正极，将并联后的负极接入电池充电器的负极。

在上述技术方案中，曲柄为发电机构提供了动力，而凸轮能够将曲柄平稳的转动变换成压电板的上下振动，同时压电板上方的弹簧将上下振动变换成不同的压力传递给传压板，传压板又将弹簧的压力进一步的平均分散到压电陶瓷组的底面上，不会对压电陶瓷的底面产生应力集中，由单层压电陶瓷叠层而成的压电陶瓷组能够充分利用压力，将单层压电陶瓷释放的电能放大数倍，提高了发电效率。

作为上述方案的进一步优化，所述第一牙盘一侧固定连接有驱动齿轮，所述电机固定在传动箱底部中间偏向曲柄一侧，电机动力输出端与驱动齿轮啮合接触，电机输出时将带动驱动齿轮转动，驱动齿轮进而带动第一牙盘转动。

在上述方案中，电机固定在第一牙盘附近，相较于传统的电机设于前、后车轮上，有着极大的优势，中置电机能够将整车的重心位于人体的下方，提高了骑行的稳定性和骑行的操控性，同时因为电机内置于传动箱，能够得到很好的保护。

作为上述方案的进一步优化，所述自行车车头右侧把手处安装有控制盒，所述控制盒右侧设有拨动开关，向上拨动为启动电动助力，向下拨动为关闭电动助力，所述控制盒前侧设有指拨杆，所述电机动力输出端安装有速度传感器，所述控制盒内安装有单片机，所述单片机与拨动开关、指拨杆、速度传感器和电机电性连接。

本发明还公开了一种自充电式电动自行车的控制方法，控制盒内的单片机设有控制选择模块，用于选择骑行方式；所述骑行方式包括电动助力和人力驱动；

通过拨动开关自由切换启动电动助力模式或关闭电动助力模式，电动助力模式时，电机开始输出功率，指拨杆被按下的程度与电机的输出功率呈正比例关系，当指拨杆未被按下时，电机输出功率为零，当指拨杆被完全按下时，电机的输出功率达到最大；当拨动开关处于关闭电动助力模式时，切换成人力驱动模式。

作为上述方案的进一步优化，人力驱动模式：曲柄中部安装的凸轮跟随曲柄转动，凸轮在转动过程中带动压电板上下振动，上下振动的压电板使弹簧压缩受力，弹簧将压力传递给传压板，传压板将压力平均分散传递至压电陶瓷组的底面，压电陶瓷组底面的压电陶瓷将压力向上传递直至传递至传动箱顶部，压电陶瓷组受压力在其两极发生产了电压，开始向电池充电；

电动助力模式中：单片机根据预设程序将电机电源接通，同时当指拨杆被压下后，单片机根据指拨杆的下压程度使电机发出相应的输出功率，按照预设程序，下压程度越高，电机的输出功率就越高，速度传感器实时监测骑行的速度传递给单片机，当速度小于预设值时，单片机不做相应的动作，当速度等于预设值后，单片机控制电机不再增大输出功率，当骑行速度超出预设值后，单片机将控制电机降低输出功率直至输出功率为零。

作为上述方案的进一步优化，预设值最大值为25KM/小时。

在上述技术方案中，控制盒设于右把手处，符合多数人右手操作的习惯，通过拨动开关能够自由选择人力驱动或电动助力两种骑行模式，当选择电动助力模式时，单片机根据预设程序向接通了电机的电源，当按下指拨杆后，单片机将根据指拨杆的下压程度向电机发出相应的输出功率，速度传感器实时监测骑行速度，当骑行速度达到25千米每小时后，单片机将控制电机不再提高输出功率，当骑行速度超出25千米每小时后，单片机将控制电机降低输出功率直至输出功率为零，一套电子控制系统不仅降低了骑行难度，也保障了骑行安全。

一种自充电式电动自行车的控制方法：操作人员的坐骑姿势与普通人力自行车相同，在骑行前或骑行过程中，通过拨动开关自由切换启动电动助力模式或关闭电动助力模式，当拨动开关处于启动电动助力模式时，按下指拨杆后，电机开始输出功率，指拨杆被按下的程度与电机的输出功率呈正比例关系，当指拨杆未被按下时，电机输出功率为零，当指拨杆被完全按下时，电机的输出功率达到最大；当拨动开关处于关闭电动助力模式时，该车与普通人力自行车没有控制区别。

在上述控制方法中，可以看出该车骑行简单，并不需要太多的学习成本，利于推广应用。

附图说明

图1为本发明的自充电式电动自行车侧视图；

图2为本发明的传动箱剖面图示意图；

图3为本发明的控制盒局部剖面图。

图中：传动箱1、横梁2、座椅3、电池4、曲柄5、脚踏板6、第一牙盘7、第二牙盘8、驱动链条9、凸轮10、压电板11、弹簧12、传压板13、压电陶瓷组14、驱动齿轮15、电机16、控制盒17、拨动开关18、指拨杆19、速度传感器20、单片机21。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种自充电式电动自行车，包括自行车车体和传动箱1，自行车的横梁2两端轴接有前、后车轮，横梁2右侧上方安装有座椅3，传动箱1安装在自行车座椅3与前轮之间的横梁2上方，传动箱1内包括电池4、电机16、传动机构和发电机构，传动箱1内部左侧安装有电池4，传动箱1内部右侧下半部安装有传动机构，传动箱1内部右侧上半部安装有发电机构，传动机构将人力驱动力分成两部分，一是从脚踏板6传递至后轮牙盘转换成后轮驱动力，二是从脚踏板6传递至发电机构转换成发电动力；自行车为现有技术，高度较低的横梁2能够有足够的空间安装传动箱1，传动箱1内部集成了电池4、电机16、传动机构和发电机构，这种采用动力包的模式便于生产安装，能够提高生产效率，在生产过程中将组装好的传动箱1直接安装在自行车横梁2上即完成了生产，同时集成化的好处在于便于维修和更换，同时由于关键机构均位于密封的传动箱1内部降低了保养维护的要求，有利于增长使用寿命。

传动机构包括曲柄5，曲柄5贯穿安装于传动箱1底部右侧开设的贯穿洞，曲柄5两端螺接有脚踏板6，曲柄5中部靠右侧安装有第一牙盘7，自行车后轮轮轴处安装有第二牙盘8，第一牙盘7与第二牙盘8上共同套有一条驱动链条9，第一牙盘7的转动通过驱动链条9带动第二牙盘8的转动；采用了成熟的链传动技术和传动的人力自行车技术，提高了产品的可靠度，不同的是曲柄5中部被藏于传动箱1内部，在传动箱1内部的曲柄5将为发电提供动力。

发电机构包括曲柄5，曲柄5中部安装有凸轮10，凸轮10上方紧压有压电板11，压电板11上方固定有弹簧12，弹簧12顶部固定有传压板13，传压板13顶面接触于压电陶瓷组14，压电陶瓷组14由多个单层压电陶瓷叠加构成，压电陶瓷组14顶面连接于传动箱1内部顶面，压电陶瓷组14在每层压电陶瓷两极上连接有导线，并将所有压电陶瓷的正极导线并联、负极导线并联，将并联后的正极接入电池4的充电器正极，将并联后的负极接入电池4充电器的负极；曲柄5为发电机构提供了动力，而凸轮10能够将曲柄5平稳的转动变换成压电板11的上下振动，同时压电板11上方的弹簧12将上下振动变换成不同的压力传递给传压板13，传压板13又将弹簧12的压力进一步的平均分散到压电陶瓷组14的底面上，不会对压电陶瓷的底面产生应力集中，由单层压电陶瓷叠层而成的压电陶瓷组14能够充分利用压力，将单层压电陶瓷释放的电能放大数倍，提高了发电效率。

第一牙盘7一侧固定连接有驱动齿轮15，电机16固定在传动箱1底部中间偏向曲柄5一侧，电机16动力输出端与驱动齿轮15啮合接触，电机16输出时将带动驱动齿轮15转动，驱动齿轮15进而带动第一牙盘7转动；电机16固定在第一牙盘7附近，相较于传统的电机16设于前、后车轮上，有着极大的优势，中置电机16能够将整车的重心位于人体的下方，提高了骑行的稳定性和骑行的操控性，同时因为电机16内置于传动箱1，能够得到很好的保护。

自行车车头右侧把手处安装有控制盒17，控制盒17右侧设有拨动开关18，向上拨动为启动电动助力，向下拨动为关闭电动助力，控制盒17前侧设有指拨杆19，电机16动力输出端安装有速度传感器20，控制盒17内安装有单片机21，单片机21与拨动开关18、指拨杆19、速度传感器20和电机16电性连接；控制盒17设于右把手处，符合多数人右手操作的习惯，通过拨动开关18能够自由选择人力驱动或电动助力两种骑行模式，当选择电动助力模式时，单片机21根据预设程序向接通了电机16的电源，当按下指拨杆19后，单片机21将根据指拨杆19的下压程度向电机16发出相应的输出功率，速度传感器20实时监测骑行速度，当骑行速度达到25千米每小时后，单片机21将控制电机16不再提高输出功率，当骑行速度超出25千米每小时后，单片机21将控制电机16降低输出功率直至输出功率为零，一套电子控制系统不仅降低了骑行难度，也保障了骑行安全。

工作原理：本发明一种自充电式电动自行车在初始状态下，默认为人力驱动状态，此时该车的骑行原理与普通自行车相同，不再赘述。不同之处在于该车具有发电功能，曲柄5中部安装的凸轮10跟随曲柄5转动，凸轮10在转动过程中带动压电板11上下振动，上下振动的压电板11进而使弹簧12压缩受力，弹簧12将压力传递给传压板13，传压板13将压力平均分散传递至压电陶瓷组14的底面，压电陶瓷组14底面的压电陶瓷将压力向上传递直至传递至传动箱1顶部，压电陶瓷组14受压力在其两极发生产了电压，并由此开始向电池4充电。

本发明在控制盒17上拨动开关18调整到电动助力模式，单片机21根据预设程序将电机16电源接通，同时当指拨杆19被压下后，单片机21根据指拨杆19的下压程度使电机16发出相应的输出功率，按照预设程序，下压程度越高，电机16的输出功率就越高，速度传感器20将实时监测骑行的速度传递给单片机21，当速度小于25千米每小时时，单片机21不做相应的动作，当速度等于25千米每小时后，单片机21控制电机16不再增大输出功率，当骑行速度超出25千米每小时后，单片机21将控制电机16降低输出功率直至输出功率为零。

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、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自充电式电动自行车，所述自行车的横梁(2)两端轴接有前、后车轮，所述横梁(2)右侧上方安装有座椅(3)，其特征在于：还包括

传动箱(1)，所述传动箱(1)内置电池(4)和电机(16)，所述电池(4)用于存储电能，且为电机提供电能；

发电机构，所述发电机构包括曲柄(5)，所述曲柄(5)中部安装有凸轮(10)，所述凸轮(10)上方紧压有压电板(11)，所述压电板(11)上方固定有弹簧(12)，所述弹簧(12)顶部固定有传压板(13)，所述传压板(13)顶面接触于压电陶瓷组(14)；

传动机构，所述传动机构为后车轮和发电机构提供动力。

2.根据权利要求1所述的一种自充电式电动自行车，其特征在于：

所述传动机构包括曲柄(5)，所述曲柄(5)贯穿安装于传动箱(1)底部右侧开设的贯穿洞；所述曲柄(5)两端螺接有脚踏板(6)，所述曲柄(5)中部靠右侧安装有第一牙盘(7)，所述自行车后轮轮轴处安装有第二牙盘(8)，所述第一牙盘(7)与第二牙盘(8)上共同套有一条驱动链条(9)，第一牙盘(7)的转动通过驱动链条(9)带动第二牙盘(8)的转动。

3.根据权利要求1所述的一种自充电式电动自行车，其特征在于：所述压电陶瓷组(14)由多个单层压电陶瓷叠加构成，所述压电陶瓷组(14)顶面连接于传动箱(1)内部顶面，所述压电陶瓷组(14)在每层压电陶瓷两极上连接有导线，并将所有压电陶瓷的正极导线并联、负极导线并联，将并联后的正极接入电池(4)的充电器正极，将并联后的负极接入电池(4)充电池的负极。

4.根据权利要求2所述的一种自充电式电动自行车，其特征在于：所述第一牙盘(7)一侧固定连接有驱动齿轮(15)，所述电机(16)固定在传动箱(1)底部中间偏向曲柄(5)一侧，电机(16)动力输出端与驱动齿轮(15)啮合接触，电机(16)输出时将带动驱动齿轮(15)转动，驱动齿轮(15)带动第一牙盘(7)转动。

5.根据权利要求1所述的一种自充电式电动自行车，其特征在于：设有拨动开关(18)，向上拨动为启动电动助力，向下拨动为关闭电动助力。

6.根据权利要求1所述的一种自充电式电动自行车，其特征在于：设有指拨杆(19)，所述指拨杆(19)根据下压程度呈现出不同的电阻值。

7.根据权利要求1所述的一种自充电式电动自行车，其特征在于：所述电机(16)动力输出端安装有速度传感器(20)，所述速度传感器(20)根据电机(16)动力输出端的的实时转速换算出骑行速度。

8.基于权利要求1-7任一所述的一种自充电式电动自行车的控制方法，其特征在于：

单片机设有控制选择模块，用于选择骑行方式，骑行方式包括电动助力和人力驱动；

通过开关自由切换电动助力模式或人力驱动模式，电动助力模式时：电机开始输出功率，指拨杆被按下的程度与电机的输出功率呈正比例关系，当指拨杆未被按下时，电机输出功率为零，当指拨杆被完全按下时，电机的输出功率达到最大；

当拨动开关处于关闭电动助力模式时，切换成人力驱动模式。

9.根据权利要求8所述的一种自充电式电动自行车的控制方法，其特征在于：

人力驱动模式：曲柄中部安装的凸轮跟随曲柄转动，凸轮在转动过程中带动压电板上下振动，上下振动的压电板使弹簧压缩受力，弹簧将压力传递给传压板，传压板将压力平均分散传递至压电陶瓷组的底面，压电陶瓷组底面的压电陶瓷将压力向上传递直至传递至传动箱顶部，压电陶瓷组受压力在其两极发生产了电压，开始向电池充电；

电动助力模式：单片机根据预设程序将电机电源接通，同时当指拨杆被压下后，单片机根据指拨杆的下压程度使电机发出相应的输出功率，按照预设程序，下压程度越高，电机的输出功率就越高，速度传感器实时监测骑行的速度传递给单片机，当速度小于预设值时，单片机不做相应的动作，当速度等于预设值后，单片机控制电机不再增大输出功率，当骑行速度超出预设值后，单片机将控制电机降低输出功率直至输出功率为零。

10.根据权利要求9所述的一种自充电式电动自行车的控制方法，其特征在于：预设值最大值为25KM/小时。