CN207072419U - 一种太阳能轻便自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能轻便自行车，包括自行车车身及驱动系统，驱动系统包括依次相连的太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池及电动机，电动机连接负载；自行车车身包括车主架、车把及车轮；太阳能电池板置于车主架的前后，太阳能板连接追踪装置，追踪装置用于转动太阳能电池板以便获得更大的太阳照射面积。本实用新型提高了自行车太阳能电池板的转化率，及自行车的可靠性，结构符合人体工程学，使得骑行不易疲劳，实现骑行轻量化。

Description

一种太阳能轻便自行车

技术领域

本实用新型涉及自行车技术领域，尤其涉及一种太阳能轻便自行车。

背景技术

电动自行车在行驶过程中零排放、零污染，是非常环保的交通工具，但是会消耗国家电网资源，而取之不尽用之不竭的太阳能是理想的新能源之一，不仅无污染还可免去远距离传输的麻烦。太阳能自行车是将电动自行车技术和太阳能电池技术结合起来的产品，一方面继承了电动自行车的优点，另一方面极大减小电动自行车队电网资源的依赖，减少充电等待时间。

对于目前没有价格实惠实用性强的太阳能电动自行车产品，其很大原因是传统太阳能电池价格成本高，加工困难，转换率不高。因此怎么提高现有的太阳能电池板的转换率就是关键问题。现有的追踪装置多为双轴追踪，结构复杂略为复杂，体积重量都不适合自行车使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术外形笨重，转化率不高的缺点，提供一种太阳能轻便自行车。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术措施：

一种太阳能轻便自行车，包括自行车车身及驱动系统，驱动系统包括依次相连的太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池及电动机，电动机连接负载；自行车车身包括车主架、车把及车轮；太阳能电池板置于车主架的前后，太阳能板连接追踪装置，追踪装置用于转动太阳能电池板以便获得更大的太阳照射面积。

本实用新型还可以通过以下技术措施进一步完善：

作为进一步改进，追踪装置包括基座、竖直调节组件及安装板；竖直调节组件包括第一嵌入槽、第一螺旋枢轴、第一蜗轮、第一电机；基座用于放置太阳能电池板，基座远离所述太阳能电池板的一面设置有向外凸起的旋转轴心及第一嵌入槽，第一嵌入槽的开口竖直向下，第一嵌入槽用于放置所述第一螺旋枢轴的枢轴端，第一螺旋枢轴的螺旋杆与第一蜗轮连接，第一蜗轮连接所述第一电机，第一电机设置在所述安装板上；安装板上固定设置有与旋转轴心相适配的凹槽，用于放置所述旋转轴心，安装板固定在车主架的前后。

作为进一步改进，追踪装置进一步包括水平调节组件，水平调节组件包括第二嵌入槽、第二螺旋枢轴、第二蜗轮及第二电机；第二嵌入槽固定连接在基座远离所述太阳能电池板的一侧，第二嵌入槽的开口为水平朝向，第二螺旋枢轴的枢轴端置于第二嵌入槽内，第二螺旋枢轴的螺旋杆连接第二蜗轮，第二蜗轮连接第二电机，第二电机设置在安装板上。

作为进一步改进，旋转轴心位于基座的中心且在车主架的中心线上，竖直调节组件及水平调节组件均设置在车主架的中心线上且远离旋转轴心。

作为进一步改进，第一嵌入槽及第二嵌入槽远离开口的面均设有凹槽，用于抵接放置第一螺旋枢轴及第二螺旋枢轴的的枢轴端。

作为进一步改进，旋转轴心呈椭球形，且旋转轴心的两赤道半径相等；凹槽的纵深大于旋转轴心的极半径。

作为进一步改进，定义所述凹槽的纵深为d，所述旋转轴心的极半径为c，1.2c≤d≤1.35*c。

作为进一步改进，所述车把向车头方向的倾斜角为α，20°≤α≤30°，车把宽度为L，37.7cm≤L≤43.1cm。

作为进一步改进，23°≤α≤28°，39.7cm≤L≤43.1cm。

作为进一步改进，自行车车身采用折叠式自行车，蓄电池设置于车主架内；电动机设置在车轮的车毂里。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：

1、在自行车上增设太阳能追踪装置，提高太阳能电池板的转化率。

2、将现有太阳能追踪装置中的齿轮机构去掉，由电动机带动螺旋枢轴直接驱动太阳能板进行运动，减小体积与重量，使得改进后的追踪装置适于自行车的安装使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

附图1是本实用新型-实施例太阳能系统流程图。

附图2是本实用新型-实施例自行车装配示意图。

附图3是本实用新型-实施例追踪装置竖直调节示意图。

附图4是本实用新型-实施例追踪装置水平调节示意图。

附图5是本实用新型-实施例自行车装配示意图。

车主架10、车主架中心线11、车把20、车轮30、太阳能电池板100、基座110、旋转轴心111、竖直调节组件120、第一嵌入槽121、第一螺旋枢轴122、第一蜗轮123、第一电机 124、水平调节组件130、第二嵌入槽131、第二螺旋枢轴132、第二蜗轮133、第二电机134、安装板140，凹槽141。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

太阳能电池板是光伏充电系统中最重要的部分，它的基本工作原理是利用光电材料吸收光能，然后将光能转换成电能直接使用或给蓄电池充电。太阳能充放电控制器包括DC-DC变换器、电压电流采样模块、各种传感器、微控制器等控制组件，用于调解系统，进行充放电保护。

由于太阳能电池本身不能储存电能，并且太阳能电池的输出功率是随电池表面温度和光照强度变化而变化的，是非线性的，若由太阳能电池直接驱动电机运转，难以保证电机稳定地工作，因此采用太阳能电池给蓄电池充电，再由蓄电池稳定地驱动电机工作，这样虽然加重了车身质量，但保证了电机工作的稳定性以及弥补了太阳能电池不能储存电能的缺陷。

请参阅图1，本实用新型采用的是太阳能电池与蓄电池混合供电的方式，分为五种供电模式，在阳光强烈或负载小的时候，太阳能电池组提供的功率大于负载功率，这时由太阳能电池单独直接向负载供电，并将多余的能量存入蓄电池中；当太阳能电池组提供的功率小于负载功率，此时由太阳能电池组和蓄电池一起供电；当阴雨天气太阳能电池组不工作时由蓄电池单独供电；在阳光下电机不工作时，太阳能电池组向蓄电池充电；外部电源可单独向蓄电池充电。此控制方法确保能给负载提供稳定的动力，保证行驶的可靠性。

请参阅图2，一种太阳能式的轻便型自行车，包括自行车车身和驱动系统，驱动系统包括太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池及电动机，太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池及电动机依次连接，电动机连接负载；自行车车身包括车主架10、车把20及车轮30。

太阳能电池板100设置在车主架10的前后两端，即后座和前置篮的位置，为了保证骑行的平衡与稳定性及不干涉别人的原则，将太阳能电池板100面积设置为0.3～0.34m²。太阳能电池板100安装在车主架10前后则可以获得更大的太阳照射面积，最大化了利用太阳能电池性能。

此外加装太阳能自动追踪装置用来进一步提高太阳能利用率。由于太阳光在一天之内的位置不断变化，太阳光实际接收率与太阳能板朝向有关，实验表明，相比固定的太阳能板，自动跟踪式的接受率最高可增加37.7％。

相比现有的型太阳能发电设备的追踪装置-双轴跟踪装置，本实用新型的太阳能电池板质量远远小于传统太阳能板，对追踪设备的支撑强度要求不高，因为为了减少整个自行车的重量及车架的承重，因此本实用新型将齿轮机构去掉，直接把蜗杆做成螺旋枢轴与蜗轮螺纹装配，嵌入太阳能板基座里，由电动机带动螺旋枢轴直接驱动太阳能板进行运动。在竖直方向和水平方向各追踪组件，便能实现太阳能板的自由转动。此追踪装置结构简单，质量轻巧，非常适合自行车的太阳能电池板安装。

请参阅图3及图4，追踪装置包括基座110、竖直调节组件120及安装板140；所述竖直调节组件120包括第一嵌入槽121、第一螺旋枢轴122、第一蜗轮123、第一电机124；所述基座110用于放置太阳能电池板100，所述基座110远离所述太阳能电池板100的一面设置有向外凸起的旋转轴心111及第一嵌入槽121，所述第一嵌入槽121的开口竖直向下，所述第一嵌入槽121用于放置所述第一螺旋枢轴122的枢轴端，所述第一螺旋枢轴122的螺旋杆与所述第一蜗轮123连接，所述第一蜗轮123连接所述第一电机124，第一电机124设置在所述安装板140上；所述安装板140上固定设置有与所述旋转轴心111相适配的凹槽141，用于放置所述旋转轴心111，所述安装板140固定在车主架10的前后。

追踪装置进一步包括水平调节组件130，所述水平调节组件包括第二嵌入槽131、第二螺旋枢轴132、第二蜗轮133及第二电机134；所述第二嵌入槽131固定连接在所述基座110远离所述太阳能电池板100的一侧，所述第二嵌入槽131的开口为水平朝向，所述第二螺旋枢轴132的枢轴端水平置于所述第二嵌入槽131内，所述第二螺旋枢轴132的螺旋杆连接所述第二蜗轮133，所述第二蜗轮133连接所述第二电机134，第二电机134设置在所述安装板 140上。

旋转轴心111呈椭球形，其赤道半径相等，呈长球面，旋转轴心111在水平方向的剖面为圆形；同时，凹槽141的纵深d大于旋转轴心111的极半径c，确保旋转轴心111在凹槽141内旋转自由，又不会脱离凹槽的卡接。优选的，1.2*c≤d≤1.35*c，d过小，基座110移动幅度过大时，旋转轴心111容易从凹槽141内脱落；d过大，基座110远离太阳能电池板的一侧距离凹槽过近，限制了基座的可移动范围，从而影响太阳能电池板追踪太阳光照的可移动范围。

请参阅图5，旋转轴心111位于基座110的中心且在所述车主架10的中心线11上，竖直调节组件120及水平调节组件130均设置在车主架的中心线11上且远离所述旋转轴心111。将基座110、安装板140及追踪装置均设置在中心线111上，确保自行车的左右平衡性。

第一嵌入槽121及第二嵌入槽131远离开口的面均设有凹槽，用于抵接放置第一螺旋枢轴121及第二螺旋枢轴131的枢轴端，抵接式的支点设置，确保螺旋枢轴能稳固的带动太阳能电池板移动，而不会与基座110产生滑动，避免了太阳能电池板的振动，从而达到太阳能电池板平顺的移动。

追踪装置在安装板上尽可能的远离旋转轴心111，根据杠杆原理，螺旋枢轴与嵌入槽的抵接点离旋转轴心111越远，带动整个基座即太阳能电池板移动所需的力越小，因此为了减小带动基座移动的力，节省能量，追踪装置设置在安装板的边缘处。

本实用新型还有追踪控制系统，用于控制双自由度太阳能追踪装置，由方位角跟踪传感器、高度角跟踪传感器、太阳辐射强度传感器、信号放大电路、中央处理器、电机细分驱动振动器构成。所述方位角跟踪传感器、高度角跟踪传感器、太阳辐射强度传感器分别采集太阳能方位角、高度角、辐射强度信号，经信号放大电路进行信号放大、滤波后，传送给中央处理器，中央处理器结合实时时间信息、日期信息、地区经纬度信息，对相关控制参数进行修正后，对信号进行处理，并将信号处理结果输出给电机细分驱动振动器，方位角执行电机、高度角执行电机采用步进电机，方位角执行电机、高度角执行电机根据信号输入执行相关动作，控制系统处于反馈状态。

进一步的，车把向远离车座方向倾斜角为α，20°≤α≤30°，α过大时，使用者在骑行时，身体过于向前弯曲，导致长时间骑行身体劳累，且视野过于狭窄，当α过小时，使用者在骑行时，身体过于挺直，容易疲惫。优选的23°≤α≤28°，骑行时，使用者处于最佳体验状态，既能保证良好的视野，又能让身体处于放松状态不易疲惫。

进一步的，车把宽度L，37.7≤L≤43.1，根据人体工程学研究可知，车把宽度与肩宽接近时，人体处在最自然的状态不易疲劳，普通人的肩宽约在37.7cm～43.1cm，所以车把宽度应在范围。更为优选的，39.7≤L≤43.1车把略宽与肩宽，身体处于稍微舒展状态，更加舒适，避免对心肺等器官造成挤压。

车主架10采用折叠式，便于将蓄电池设置在车主架内，方便更换，同时减小自行车的体积，且更加精巧美观；将蓄电池置于车主架10内，进一步减小了蓄电池的意外破损概率。

电机安装在车轮的轮毂里，利用辐条与车圈连接，直接带动车轮。相比摩擦传动或者中轴链轮等传动方式，轮毂驱动式结构合理紧凑，体积小，重量轻，效率高。

电动自行车在路面行驶会受到随时间变化的动载荷影响，当动载荷较大或频率与自行车的某一阶固有频率接近时，会发生共振，造成严重的强度破坏，因此在主车架无约束的情况下惊醒模态分析，前六阶模态几乎为0，称为刚性模态，对电动自行车的动载荷分析没有太大影响，由于引起车架共振的激励主要是较低阶的频率，结构总的振动是由各阶频率叠加而成，因此低阶振型影响更大，因此提取的模态为第七阶模态到第十二阶模态。

第七阶(f_z＝78.83Hz)是车架沿Y轴的纵向弯曲，最大变形处是后上叉；第八阶 (f_z＝108.22Hz)是车架沿Z轴的弯曲，最大变形纵向处是后叉与车轮连接处；第九阶 (f_z＝135.15Hz)是车架沿Y轴的横向弯曲，最大变形处是前板；第十阶(f_z＝215.48Hz) 是车架沿Z轴的弯曲，最大变形处是前板与后支撑架；第十一阶(f_z＝326.89Hz)是车架沿 Y轴的弯曲，最大变形处是后支撑架；第十二阶(f_z＝355.26Hz)是车架沿Z轴的弯曲，最大变形处是前板和后支撑板。

可以发现前板与后支撑板是最容易发生共振变形的区域，即安装太阳能电池板的位置，一旦发生共振，会导致连接件失效，破坏太阳能电池板的结构。当太阳能自行车行驶在路上时，输入的时间频率公式为：f＝vΩ，为车速与路面不平度的空间频率的乘积，当车速为： v＝3.6L_wf(km/h)时，电动自行车会出现共振，我过路面不平度波长长实测如下：

太阳能自行车平均时速为20～30km/h，因此结构的固有频率不应为：17.36～26.04HZ，由于车架第七模态频率为78.83HZ，因此路面不平度的激励不太可能引起共振，太阳能板安装位置虽然是共振最严重的地方，但正常行驶下还是能保证其稳定性。

本实用新型通过对太阳能追踪装置的重新改进，将齿轮机构去掉，由电动机带动螺旋枢轴直接驱动太阳能板进行运动，提高了太阳能电池板的转化率，同时减小了体积和重量，适于安装在自行车上；根据人体工学设置了合适的车身、车把宽度、车把仰角等，使得骑行更加舒适；对太阳能电池板、蓄电池、电动机等的位置放置，使得车身更加精巧美观，最大化的利用现有零件达到最优骑行体验。同时还根据我国的路况模拟测试了太阳能电池板的抗振能力及影响，确保了骑行的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能轻便自行车，包括自行车车身及驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括依次相连的太阳能电池板、太阳能充放电控制器、蓄电池及电动机，所述电动机连接负载；所述自行车车身包括车主架、车把及车轮；所述太阳能电池板置于所述车主架的前后，所述太阳能板连接追踪装置，所述追踪装置用于转动太阳能电池板以便获得更大的太阳照射面积。

2.根据权利要求1所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述追踪装置包括基座、竖直调节组件及安装板；所述竖直调节组件包括第一嵌入槽、第一螺旋枢轴、第一蜗轮、第一电机；所述基座用于放置太阳能电池板，所述基座远离所述太阳能电池板的一面设置有向外凸起的旋转轴心及第一嵌入槽，所述第一嵌入槽的开口竖直向下，所述第一嵌入槽用于放置所述第一螺旋枢轴的枢轴端，所述第一螺旋枢轴的螺旋杆与所述第一蜗轮连接，所述第一蜗轮连接所述第一电机，所述第一电机设置在所述安装板上；所述安装板上固定设置有与所述旋转轴心相适配的凹槽，用于放置所述旋转轴心，所述安装板固定在车主架的前后。

3.根据权利要求2所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述追踪装置进一步包括水平调节组件，所述水平调节组件包括第二嵌入槽、第二螺旋枢轴、第二蜗轮及第二电机；所述第二嵌入槽固定连接在所述基座远离所述太阳能电池板的一侧，所述第二嵌入槽的开口为水平朝向，所述第二螺旋枢轴的枢轴端置于所述第二嵌入槽内，所述第二螺旋枢轴的螺旋杆连接所述第二蜗轮，所述第二蜗轮连接所述第二电机，所述第二电机设置在所述安装板上。

4.根据权利要求3所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述旋转轴心位于所述基座的中心且在所述车主架的中心线上，所述竖直调节组件及水平调节组件均设置在车主架的中心线上且远离所述旋转轴心。

5.根据权利要求4所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述第一嵌入槽及第二嵌入槽远离开口的面均设有凹槽，用于抵接放置所述第一螺旋枢轴及第二螺旋枢轴的枢轴端。

6.根据权利要求3所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述旋转轴心呈椭球形，且所述旋转轴心的两赤道半径相等；所述凹槽的纵深大于所述旋转轴心的极半径。

7.根据权利要求6所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，定义所述凹槽的纵深为d，所述旋转轴心的极半径为c，1.2c≤d≤1.35*c。

8.根据权利要求1所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述车把向车头方向的倾斜角为α，20°≤α≤30°，所述车把宽度为L，37.7cm≤L≤43.1cm。

9.根据权利要求8所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，23°≤α≤28°，39.7cm≤L≤43.1cm。

10.根据权利要求1所述的太阳能轻便自行车，其特征在于，所述自行车车身采用折叠式自行车，所述蓄电池设置于所述车主架内；所述电动机设置在所述车轮的车毂里。