CZ20021001A3 - Elektrický obvod bicyklového nabíječe baterie a rychloměru - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález je zaměřen na bicykly a zejména na obvod, který přijímá signály z dynama a poskytuje signály pro nabíjení baterie a indikaci rychlosti bicyklu.

Dosavadní stav techniky

Bicykly jsou často vybaveny dynamy pro napájení předních světel a dalších typů světel. Moderní bicykly jsou vybaveny nejen takovými světly, ale také ovládači elektricky poháněných řadičů rychlostí, ovládačů pro nastaveni tlumicí síly elektricky ovládaného odpružení, podsvícením indikátorů bicyklových komputerů a podobně. Takové vybavení bude v následujícím textu označováno jako „elektricky poháněné jednotky, a ty jsou také napájeny z dynama. Pokud napájecí napětí těchto elektricky poháněných jednotek klesne pod určitou úroveň, začnou pracovat nestabilně, takže musí být provedeno nějaké přizpůsobení pro jejich napájení stabilním elektrickým napětím. V posledních modelech bicyklů nabíjí dynamo sekundární baterii, která naopak napájí elektricky poháněné jednotky. Protože takové elektricky poháněné jednotky je potřebné napájet stabilní napájecím napětím výše popsaným způsobem, původce vynálezu již propracoval a navrhl zařízení, které umožňuje detekci nabíjecího napětí a dosažení stabilizovaného napájecího napětí pomocí odpovídajícího přepínání výstupu dynama.

Někdy jsou na bicykly montovány rychloměry. Takové rychloměry pracují se signály detekujícími rychlost, např. se signály ze snímače, který snímá signály z magnetu namontovaného na kolo bicyklu. Způsob získání signálů detekujících rychlost z výstupu dynama je popsán v JP (Kokai) 7-229909. Když je však výstup dynama přepínán řízeným způsobem pro ovládání napájecího napětí, mění se výrazně vlivem přítomnosti zatěžujícího odporu, impedance nebo induktance dynama a podobně úbytek napětí.

15168

-2e« ··

Přepínání také indukuje podstatná porušení časového průběhu výstupního signálu dynama. Pro získání signálu detekujícího rychlost ze signálu, jehož časový průběh je tímto způsobem výrazně narušen, jsou nutné dolnopropustné filtry a další obvody, které tak zvětšují velikost a zvyšují cenu zařízení.

Podstata vynálezu

Vynález je zaměřen na poměrně jednoduchý obvod, který přijímá signály z dynama a poskytuje stabilní signály pro nabíjení baterie a indikování rychlosti bicyklu. V jednom provedení vynálezu takový obvod obsahuje první spínací obvod uzpůsobený k přijímání signálů z dynama a poskytnutí prvních signálů pro nabíjení baterie a druhý spínací obvod uzpůsobený k přijímání signálů z dynama a poskytnutí druhých signálů pro indikování rychlosti bicyklu. Ve specializovanějším provedení přizpůsobeném pro použití s dynamem, které má na výstupu periodické signály, mohou první signály odpovídat jedněm z půivln periodických signálů (např. kladným půlvlnám) a druhé signály mohou odpovídat druhým půlvlnám (např. záporným půlvlnám) periodických signálů. To může být uskutečněno použitím diodových prvků v prvních a druhých spínacích obvodech. Pro výběrové potlačování výstupu prvních signálů do baterie, dokud není obvod dostatečně stabilní, může být k dispozici třetí spínací obvod a pro usnadnění funkce rychloměru může být k dispozici pulzní signální obvod pro vytváření pulzních signálů z druhých signálů.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje koncepční schematický diagram konkrétního provedení elektrického obvodu nabíjení baterie a rychloměru podle vynálezu;

obr. 2 znázorňuje podrobný schematický diagram obvodu znázorněného na obr. 1 a

V * « · ·· V · • » · 9 * · » · * * » • · II · · · · «9 · « · » · · « · ···· · · · · • « · « ·· · 9 · · • · · · · · ······

15168 “3obr. 3 (A) a 3(B) znázorňují tvary časového průběhu signálu na výstupu druhého spínacího obvodu a dynama.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn koncepční schematický diagram konkrétního provedení obvodu pro nabíjení baterie a indikaci rychlosti podle vynálezu. Obvod obsahuje dynamo 1_ (generátor), první usměrňovači obvod 2 (první spínací obvod), druhý usměrňovači obvod 6 (druhý spínací obvod), sekundární baterii 2 (např. kondenzátor) jako napáječ elektricky poháněných jednotek a spínač 5 (třetí spínací obvod) umístěný mezi dynamem 1, a sekundární baterií 3. Obvod dále obsahuje Schmittův obvod 7 připojený k druhému usměrňovacímu obvodu 6 pro tvarování časového průběhu signálu.

Dynamo 1 může být tvořeno například nábojovým dynamem zabudovaným do náboje předního kola bicyklu, které má vnitřní impedanci R a vnitřní induktanci L. Usměrňovači obvod 2 obsahuje diody, nebo podobně, pro usměrnění střídavého napětí na výstupu dynama 1 a pro poskytnuti výsledných kladných nebo záporných (např. kladných) půlvln pro sekundární baterii 3. Spínač 5 obsahuje kondenzátory, tranzistory, nebo podobně, pro výběrové blokování předávání signálů z usměrňovačiho obvodu 2 do baterie 3. Druhý usměrňovači obvod 6 obsahuje diody nebo podobně pro usměrnění střídavého výstupního napětí dynama 1_ a pro poskytnutí výsledných kladných nebo záporných (např. záporných) půlvln pro obvod rychloměru (neznázorněn) jakožto signálu detekujícího rychlost. Schmittův obvod 2 přijímá výstup druhého usměrňovacího obvodu 6 a na výstupu poskytuje pulzní signál takový, jako je signál znázorněný na obr. 1 pro usnadnění funkce rychloměru, který obvykle obsahuje mikropočítač.

Nyní budou popsány časové průběhy signálů v různých součástech obvodu znázorněného na obr. 1. Spínač 5 je otevřen nebo uzavřen v souladu s nabíjecím napětím sekundární baterie

15169

• « · ·· · · • · * 9 · · * · 9 « « · ·»···· 9 9

9 99 9999

3. Spínací činnost způsobuje skokové změny zatěžovacího odporu a tak značně mění úbytek napětí v důsledku účinku vnitřní impedance R nebo vnitřní induktance L dynama 1. Časový průběh výstupního signálu dynama je tak prudce přerušován, jak je znázorněno na obr. 1. V tomto případě je časový průběh signálu přerušován pouze během kladných půlvln, protože nabíjení se uskutečňuje pouze během těchto půlvln. V běžných zařízeních je pro odvození signálu pro detekci rychlosti z takového přerušovaného časového průběhu signálu potřebný nízkopropustný filtr nebo jiný obvod. 2 tohoto pohledu je přítomné provedení uspořádáno tak, že druhý usměrňovači obvod 6 vybírá záporné půlvlný výstupu dynama 1 a časový průběh signálu je tvarován pro poskytnutí pulzního signálu pro detekci rychlosti. Jak je znázorněno na obr. 1 signál pro detekci rychlostí může být snadno tvarován bez přerušování jeho časového průběhu.

Na obr. 2 je podrobný schematický diagram obvodu znázorněného na obr. 1. V obvodu znázorněném na obr. 2 jsou kladné a záporné části časového průběhu výstupního signálu dynama 1_ opačné než u obvodu znázorněného na obr. 1.

Jak je znázorněno na obr. 2 je dynamo 1^ spojeno s prvním kondenzátorem Cl a druhým kondenzátorem C2, první diodou Dl a druhou diodou D2. V tomto obvodu první a druhý kondenzátor Cl, C2 a první a druhá dioda Dl, D2 tvoří zdvojovač napětí. První kondenzátor se nabíjí během kladné půlvlny na výstupu dynama a během následující záporné půlvlny se nabíjí druhý kondenzátor C2 napětím rovným napětí generovanému dynamem 1^ plus napětí nabitého prvního kondenzátoru Cl. Tak druhý kondenzátor C2 může dosáhnout nabití vysokým napětím při nízké rychlosti nabíjení. Druhý kondenzátor C2 působí jako napáječ pro první a třetí polem řízený tranzistor FETl a FET2, které budou popsány později.

Třetí dioda D3 sloužící jako usměrňovači obvod je spojena s dynamem a výstup této třetí diody D3 je spojen, přes první polem řízený tranzistor (dále jen „tranzistor) FET1, s třetím

15168

-5*· ·* • · « · • · · • · « • * ··· · kondenzátorem C3 sloužícím jako akumulační baterie. Řídicí elektroda prvního tranzistoru FET1 je spojena, přes první odporník Rl, s druhým kondenzátorem C2. V tomto obvodu třetí dioda D3 umožňuje nabíjení třetího kondenzátoru C3, přes první tranzistor FETl, výstupem dynama _1 pouze během jeho záporné půlvlny. Jak je dobře o takových tranzistorech známo, jestliže potenciál na řídicí elektrodě prvního tranzistoru FETl je vyšší než potenciál zdroje o více než předem určenou úroveň (např. 2 V), první tranzistor FETl se sepne. Protože na řídicí elektrodu prvního tranzistoru FETl je přivedeno napětí druhého kondenzátoru C2, které je dostatečně vysoké i když za podmínek nízké rychlosti popsaných dříve, je první tranzistor stabilizován v sepnutém stavu a je stabilizována nabíjecí činnost třetího kondenzátoru C3.

Druhý tranzistor FET2, třetí tranzistor FET3 (odpovídající spínači 5 na obr. 1) a lampa 4 jsou spojeny do série s dynamem 1_. Dioda D5, znázorněná jako paralelně připojená k druhému tranzistoru FET2, a dioda D4, znázorněná jako paralelně připojená k třetímu tranzistoru FET3, jsou pasivní diody pro příslušné tranzistory FET2, FET3. Řídicí elektroda druhého tranzistoru FET2 je spojena přes druhý odporník R2 k druhému kondenzátoru C2 a řídicí elektroda třetího tranzistoru FET3 je spojena s regulačním obvodem 10. K řídicí elektrodě třetího tranzistoru je připojen paralelně také třetí odporník R3.

V tomto uspořádání může být potenciál na řídicí elektrodě prvního tranzistoru FETl řízen řídicím obvodem 10 pro řízení nabíjení třetího kondenzátoru C3 a potenciál na řídicí elektrodě třetího tranzistoru FET3 může být řízen podle nabíjecího napětí třetího kondenzátoru C3 pro řízení pro vstupní nebo výstupní operaci třetího tranzistoru FET3. Vypnutím druhého tranzistoru FET2 společně s třetím tranzistorem FET3, může být lampa 4 zcela zhasnuta.

Dioda D6 je spojena s výstupem dynama 1^ pro usměrnění střídavého napětí na výstupu z dynama 1 a pro výstup kladných « ·

15168

-6• · ·· • * · * «Φ«« · * · ♦ < «·»* půlvln signálů dynama. Schmittův obvod Ί_ přijímá výstup z diody D6 a vysílá pulzní signál jako je znázorněn na obr. 1 jako signál pro detekci rychlosti pro usnadnění činnosti rychloměru, který obvykle obsahuje (neznázorněný) mikropočítač. Tak je signál detekující rychlost vytvářen z kladných půlvln výstupu generátoru.

Nyní bude popsána činnost obvodu. Předpokládá se, že všechny kondenzátory jsou na začátku prázdné. Nejprve, během kladné půlvlny výstupu dynama proud protéká dráhou (1):

(1): dynamo - Dl - Cl - dynamo

Výsledkem je nabití prvního kondenzátoru Cl. Napětí na prvním kondenzátoru Cl dosáhne přibližně špičkového výstupního napětí dynama 0,6 V.

Během následující záporné půlvlný prochází proud obráceně dráhou (2):

(2) ; dynamo - Cl - D2 - C2 - D5 - dynamo

Výsledkem je nabití druhého kondenzátoru. Proud dodávaný do druhého kondenzátoru C2 je roven proudu z dynama 1 plus proudu z nabitého prvního kondenzátoru Cl. Tak druhý kondenzátor C2 může být dostatečně nabit i když nízkou rychlostí. Když napětí na druhém kondenzátoru C2 dosáhne {(napětí na C3) + (spínací napětí pro řídicí elektrodu FETl)}, první tranzistor FET1 se sepne. Druhý tranzistor FET2 se rovněž sepne. Tak proud nyní protéká také dráhou (3):

(3) dynamo - D3 - FETl - C3 - FET2 - dynamo

To spustí nabíjení třetího kondenzátoru C3. Tímto uspořádáním může být třetí kondenzátor C3 stabilně nabíjen na poměrně vysoké napětí pouze během záporné půlvlny dynama. Dále, protože napětí přivedené na řídicí elektrodu prvního tranzistoru FETl může být stabilizováno druhým kondenzátorem

15168

-7• · 9 9

4 4 4 4

4 44 · • ·4 · · ·

4 4 4 4 · · • 4 ·· 44 4 • 44 4

44··· · 4 • 4 ·· 4444

C2, sepnutý stav prvního tranzistoru FET1 může být stabilizován.

V tomto čase napětí na třetím kondenzátoru C3 není přiměřené pro pohánění dalších elektricky napájených jednotek stabilním způsobem. Tak napětí přivedené na řídicí elektrodu třetího tranzistoru FET3 je regulováno regulačním obvodem 10 tak, aby třetí tranzistor FET3 zůstal vypnutý. Během kladné půlvlny je první kondenzátor Cl nabíjen proudem protékajícím dráhou (1):

(1): dynamo - Dl - Cl - dynamo jak je popsáno výše, a lampa £ je rozsvícena proudem protékajícím dráhou (4) :

(4) : dynamo -FET2 - D4 - lampa - dynamo.

Během následující půlvlny jsou nabíjeny druhý kondenzátor C2 a třetí kondenzátor C3 proudem protékajícím dráhou (2):

(2) : dynamo - Cl - D2 - C2 - FET2 - dynamo a proudem protékajícím dráhou (3):

(3) : dynamo - D3 - FETl - C3 - FET2 - dynamo.

Výše uvedená činnost proudu protékajícího dráhami (1) a (4) během kladné půlvlny výstupu z dynama a činnost proudu protékajícího dráhami (2) a (3) během záporné půlvlny probíhají opakovaně.

Když elektrický proud protéká dráhami (1) a (4), výstupní kladné půlvlny z dynama jsou odváděny diodou D6 a časový průběh signálu je tvarován Schmittovým obvodem 7. Pulzní signál generovaný Schmittovým obvodem Ί_ je použit jako signál pro detekci rychlosti. Během kladné půlvlný se zatížení mění jen málo, protože sestává pouze ze samotné lampy 4. Tudíž signál «« · » «· ·· • · · · · » · · · · · ···· · · · · · * · • · ft · · · Β ··* 4 * 4 4 • « 4 · · 4 4 4 • · « · ·· · ···«·

15168 -8“ pro detekci rychlosti může být jednoduše a přesně k dispozici během těchto kladných půlvln.

Obr. 3 (B) znázorňuje Časový průběh signálu na výstupu z dynama v tomto případě a obr. 3 (A) znázorňuje časový průběh signálu na diodě D4 (který je také časovým průběhem napětí přivedeného na lampu 4J . Z výkresů je zřejmé, že lampa 4 je rozsvícena během kladné půlvlny výstupu dynama, zatímco nabíjecí baterie (kondenzátor C3) je nabíjena během záporné půlvlny. Na obr. 3(B) je kladné špičkové napětí VI nižší než záporné špičkové napětí V2. To je důsledkem úbytku napětí v dynamu způsobeného zatížením lampou. Třetí kondenzátor C3 je opakovaně nabíjen tímto způsobem a když napětí na třetím kondenzátoru C3 dosáhne úrovně postačující k pohonu ostatních zařízení, třetí tranzistor FET3 je sepnut řídicím obvodem 10. To způsobí že proud protéká dráhou (5) :

(5) dynamo - lampa - FET3 - FET2 - dynamo takže lampa svítí. V tomto stavu již lampa nesvítí přerušovaně, ale stále během jak kladné tak záporné půlvlny výstupu dynama. Lampa 4 může být zcela zhasnuta vypnutím druhého tranzistoru FET2 když je vypnutý tranzistor FET3.

Zatímco výše jsou popsána různá provedení vynálezu, mohou být využity další modifikace aniž by vybočovaly z ducha a rozsahu přítomného vynálezu. Například velikost, tvar, umístění nebo orientace různých součástí může podléhat směnám podle přání. Součásti, které jsou znázorněny jako navzájem přímo spojené nebo ve vzájemném kontaktu mohou mít mezi sebou umístěny mezilehlé konstrukce. Funkce jednoho prvku může být vykonávána dvěma prvky a naopak. Není nutné, aby všechny výhody byly přítomny v určitém provedení současně. Každý znak, který je jedinečný vzhledem k předchozímu stavu techniky sám nebo v kombinaci s dalšími znaky, by měl být také považován za zvláštní popis dalších vynálezů přihlašovatele, včetně konstrukčních a/nebo funkčních konceptů ztělesněných takovým

15168

-9 v « v • Φ φ · • Φ ΦΦ · • Φ · · · • · Φ · · · «* «Φ ΦΦ φ

• φ · • φ·φ·

Φ Φ ·

Φ · Φ Φ

Φ Φ Φ ·· · φ· znakem nebo znaky. Takže rozsah vynálezu by neměl být omezen určitými popsanými konstrukcemi nebo zjevným počátečním zaměřením na určitou konstrukci nebo znak.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Obvod, který přijímá signály z dynama (1) a poskytuje signály pro nabíjení baterie (3) a indikování rychlosti bicyklu, přičemž obsahuje:

   první spínací obvod (2) uzpůsobený k přijímání dynamových signálů a poskytování prvních signálů pro nabíjení baterie (3) a druhý spínací obvod (6) uzpůsobený k přijímání dynamových signálů a poskytnutí druhých signálů pro indikování rychlosti bicyklu.
2. 2. Obvod podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje obvod (7) pulzních signálů pro poskytování pulzních signálů z druhých signálů.
3. 3. Obvod podle nároku 2, vyznačující se tím, že obvod (7) pulzních signálů obsahuje Schmittův obvod (7).
4. 4. Obvod podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že obsahuje třetí spínací obvod (5), který selektivně blokuje výstup prvních signálů do baterie (3).
5. 5. Obvod podle nároku 4, vyznačující se tím, že třetí spínací obvod (5) obsahuje tranzistor (FET3).
6. 6. Obvod podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že první spínací obvod (2) obsahuje první diodový prvek (D2) a že druhý spínací obvod (6) obsahuje druhý diodový prvek (D3).
7. 7. Obvod podle kteréhokoliv předchozího nároku, vyznačující se tím, že dynamové signály jsou periodické signály, přičemž první signály odpovídají jedněm z půlvln periodických signálů, a že druhé signály odpovídají druhým z půlvln periodických signálů.

   a ·«·* a · a ··« f » ·· » é « 4 9 · · • « « a ♦ a · aata a a a a t · a a · a a · a a a« ♦» ·♦ « »a mm

   15168 -118. Obvod podle nároku 7, vyznačující se tím, že první signály odpovídají kladným půlvlnám periodických signálů a že druhé signály odpovídají záporným půlvlnám periodických signálů.