一種蓄能助力自行車的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種蓄能助力自行車，包括飛輪、鏈條、架體和輪盤，所述飛輪與鏈條連接；其特征在于該自行車還包括電源、控制器、拉力傳感器、霍爾傳感器、摩擦片、輪轂、電機(jī)線圈、電機(jī)外殼、電機(jī)永磁體、軸、杠桿和電磁鐵。該自行車結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠自動判斷進(jìn)入騎行模式、助力模式和蓄能模式中的一種，不僅能提供助力，而且可以將剎車和下坡時多余能量進(jìn)行存儲，然后在助力模式下使用，達(dá)到了能量利用的最大化；同時通過特殊的電機(jī)與輪轂設(shè)計(jì)將助力、蓄能集合到一個結(jié)構(gòu)中，使系統(tǒng)更加簡化。
【專利說明】
一種蓄能助力自行車
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自行車，具體是一種具有蓄能功能的助力自行車。
【背景技術(shù)】
[0002]目前自行車助力系統(tǒng)主要分為機(jī)械蓄能助力和電動助力，電動助力是由電池供電給電機(jī)再通過芯片控制電流大小使電機(jī)處于要求的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，此種助力裝置助力效果好，任意時間都可使用。但助力所需的電能完全依靠給電池充電獲得，能量利用率不高。機(jī)械蓄能助力是通過彈性裝置將剎車、下坡時多余的能量收集，當(dāng)需要助力時再釋放，此種助力方式結(jié)構(gòu)簡單，能量損失小，但助力時間短，而且在機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有蓄能時無法助力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種蓄能助力自行車。該自行車通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠自動判斷進(jìn)入騎行模式、助力模式和蓄能模式中的一種，不僅能提供助力，而且可以將剎車和下坡時多余能量進(jìn)行存儲，然后在助力模式下使用，達(dá)到了能量利用的最大化。
[0004]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種蓄能助力自行車，包括飛輪、鏈條、架體和輪盤，所述飛輪與鏈條連接;其特征在于該自行車還包括電源、控制器、拉力傳感器、霍爾傳感器、摩擦片、輪轂、電機(jī)線圈、電機(jī)外殼、電機(jī)永磁體、軸、杠桿和電磁鐵；
[0005]所述電源、控制器、拉力傳感器、霍爾傳感器、軸、杠桿和電磁鐵固定在架體上;所述電源、拉力傳感器、霍爾傳感器、電機(jī)線圈和電磁鐵分別與控制器連接;所述拉力傳感器的測量端與鏈條連接;所述霍爾傳感器的測量端與輪盤連接;所述電機(jī)線圈安裝于軸中部，位于電機(jī)外殼內(nèi)；所述電機(jī)永磁體固定于電機(jī)外殼內(nèi)部;所述電機(jī)外殼通過軸承與軸連接；所述輪轂通過軸承與軸連接;所述電機(jī)外殼位于輪轂內(nèi)部;所述飛輪通過螺紋連接于輪轂的一端;輪轂的另一端具有凹槽;所述杠桿中部固定于架體上，杠桿的一端與輪轂一端的凹槽相配合，另一端安裝有導(dǎo)體;所述電磁鐵的一端固定于架體上，另一端與杠桿的導(dǎo)體配合;所述輪轂與電機(jī)外殼之間安裝有摩擦片。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于:
[0007](I)該自行車結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。通過簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠自動判斷進(jìn)入騎行模式、助力模式和蓄能模式中的一種，不僅能提供助力，而且可以將剎車和下坡時多余能量進(jìn)行存儲，然后在助力模式下使用，達(dá)到了能量利用的最大化；同時通過特殊的電機(jī)與輪轂設(shè)計(jì)將助力、蓄能集合到一個結(jié)構(gòu)中，使系統(tǒng)更加簡化。
[0008](2)該自行車節(jié)能環(huán)保，續(xù)航里程長。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明蓄能助力自行車一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖；
[0010]圖2是本發(fā)明蓄能助力自行車一種實(shí)施例的沿圖1中的A-A處的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明蓄能助力自行車一種實(shí)施例的沿圖2中的B-B處的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4是本發(fā)明蓄能助力自行車一種實(shí)施例的控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0013]圖5是本發(fā)明蓄能助力自行車一種實(shí)施例的降壓模塊電路原理圖；(圖中1、蓄電池;2、控制器;3、拉力傳感器;4、霍爾傳感器;5、摩擦片;6、輪轂;7、電機(jī)線圈；8、飛輪;9、電機(jī)外殼；10、電機(jī)永磁體;11、軸；12、杠桿；13、電磁鐵;14、鏈條；15、架體;16、輪盤;201、單片機(jī);202、驅(qū)動芯片;203、降壓模塊;204、繼電器;205、第一二極管;206、第二二極管)
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0015]本發(fā)明提供了一種蓄能助力自行車(參見圖1-5，簡稱自行車)，包括電源1、控制器
2、拉力傳感器3、霍爾傳感器4、摩擦片5、輪轂6、電機(jī)線圈(定子)7、飛輪8、電機(jī)外殼9、電機(jī)永磁體(轉(zhuǎn)子)1、軸11、杠桿12、電磁鐵13、鏈條14、架體15和輪盤16;
[0016]所述電源1、控制器2、拉力傳感器3、霍爾傳感器4、軸11、杠桿12和電磁鐵13固定在架體15上;所述電源1、拉力傳感器3、霍爾傳感器4、電機(jī)線圈7和電磁鐵13分別與控制器2連接;所述電源I用于儲存并提供電能;所述拉力傳感器3的測量端與鏈條14連接，用于測量自行車鏈條14的張力值;所述霍爾傳感器4的測量端與輪盤16連接，用于測量自行車輪盤16的轉(zhuǎn)速;所述電機(jī)線圈7位于電機(jī)外殼9內(nèi)，安裝于軸11中部;所述電機(jī)永磁體10固定于電機(jī)外殼9內(nèi)部;所述電機(jī)外殼9通過軸承與軸11連接，能夠繞軸11自由轉(zhuǎn)動;所述輪轂6通過軸承與軸11連接，可以繞軸11轉(zhuǎn)動，同時可以沿軸11的軸向運(yùn)動;所述電機(jī)外殼9位于輪轂6內(nèi)部;所述飛輪8通過螺紋連接于輪轂6的一端;所述飛輪8與鏈條14連接;輪轂6的另一端具有凹槽;所述杠桿12中部固定于架體15上，起到支點(diǎn)的作用，杠桿12的一端與輪轂6—端的凹槽相配合，另一端安裝有導(dǎo)體;所述電磁鐵13的一端固定于架體15上，另一端與杠桿12的導(dǎo)體配合，進(jìn)行切割磁感線運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力;所述輪轂6與電機(jī)外殼9之間安裝有摩擦片5。
[0017]所述拉力傳感器3的型號是MIK-LCS3;所述霍爾傳感器4的型號是SH3144。
[0018]所述控制器2包括單片機(jī)201、驅(qū)動芯片202、降壓模塊203、繼電器204、第一二極管205和第二二極管206;所述電源I分別與降壓模塊203和繼電器204連接;所述單片機(jī)201分別與拉力傳感器3、霍爾傳感器4、降壓模塊203和驅(qū)動芯片202連接;所述驅(qū)動芯片202分別與電磁鐵13和繼電器204連接;所述第一二極管205分別與繼電器204和電機(jī)線圈7連接;所述第二二極管206分別與繼電器204和電機(jī)線圈7連接；
[0019]所述單片機(jī)201的型號是STC89C52;所述驅(qū)動芯片202的型號是ULN2803A;所述降壓模塊203的降壓芯片VRl的型號是LM7805;所述繼電器204具有開關(guān)；
[0020]所述降壓模塊203的電路構(gòu)成是:降壓芯片VRl的引腳Vin和電源I的正極連接，電容Cl的引腳I和VRl的引腳Vin連接，電容Cl的引腳2和公共地GND連接，VRl的引腳GND與公共地GND連接，電容C2的引腳I和VRl的引腳Vout連接，電容C2的引腳2和公共地GND連接，VRl的引腳Vout和Vcc連接；電容Cl、C2為0.33uF。
[0021]降壓模塊VRl將電源I的12V電壓降為5V，作為單片機(jī)201、驅(qū)動芯片202、電磁鐵13和繼電器204的工作電源，單片機(jī)201根據(jù)霍爾傳感器4和拉力傳感器3檢測的信號進(jìn)行三種工作模式(即騎行模式、助力模式和蓄能模式)的轉(zhuǎn)換。
[0022]電磁鐵13中不存在電流時，輪轂6與電機(jī)外殼9之間不接觸，相互之間沒有作用力；當(dāng)電磁鐵13中通入電流時，電磁鐵13與位于其中的導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力，通過杠桿12的杠桿作用電磁力推動輪轂6沿軸11的軸向運(yùn)動，進(jìn)而與電機(jī)外殼9靠近，輪轂6與電機(jī)外殼9之間的摩擦片5接觸，使得輪轂6與電機(jī)外殼9之間具有很大的摩擦力，可以視作是兩者固定連接，并一起圍繞軸11轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)傳動。
[0023]本發(fā)明蓄能助力自行車的工作原理和工作流程是:初始化程序，拉力傳感器3檢測自行車鏈條的張力值，當(dāng)自行車處于下坡或剎車時，拉力傳感器3檢測的自行車鏈條張力值小于設(shè)定的最小值時，控制器2通過程序選擇進(jìn)入蓄能模式，單片機(jī)201控制驅(qū)動芯片202給繼電器204通電，繼電器204開關(guān)閉合;單片機(jī)201控制驅(qū)動芯片202給電磁鐵13通電，杠桿12推動輪轂6沿軸11的軸向運(yùn)動，此時輪轂6與電機(jī)外殼9之間的摩擦片5接觸，電機(jī)外殼9隨輪轂6轉(zhuǎn)動，電機(jī)永磁體10與電機(jī)線圈7產(chǎn)生相對運(yùn)動產(chǎn)生電能，電流由電機(jī)線圈7通過第二二極管206和繼電器204流向電源I，將電能儲存在電源I中。
[0024]當(dāng)自行車處于上坡或起步時，拉力傳感器3檢測的自行車鏈條張力值大于設(shè)定最大值時，控制器2通過程序選擇進(jìn)入助力模式，單片機(jī)201控制驅(qū)動芯片202給繼電器204通電，繼電器204開關(guān)閉合;單片機(jī)201控制驅(qū)動芯片202給電磁鐵13通電，杠桿12推動輪轂6沿軸11的軸向運(yùn)動，此時輪轂6與電機(jī)外殼9之間的摩擦片5接觸，電機(jī)外殼9隨輪轂6轉(zhuǎn)動，電流由電源I通過繼電器204和第一二極管205流向電機(jī)線圈7，電機(jī)外殼9帶動輪轂6轉(zhuǎn)動，輸出動力，并且單片機(jī)201通過霍爾傳感器4測量的轉(zhuǎn)速以及拉力傳感器3測得的鏈條張力輸出PffM波控制驅(qū)動芯片202進(jìn)而控制電機(jī)線圈7的功率大小，然后單片機(jī)201再通過拉力傳感器3測量鏈條張力值，如果鏈條張力值大于設(shè)定值則單片機(jī)201控制PffM增加電機(jī)線圈7的功率，然后單片機(jī)201再通過拉力傳感器3測量鏈條張力值，如果鏈條張力值小于設(shè)定值則單片機(jī)201控制PffM減小電機(jī)線圈7的功率。
[0025]當(dāng)鏈條張力值介于最大值與最小值之間時，控制器2通過程序選擇進(jìn)入騎行模式，單片機(jī)201控制驅(qū)動芯片202給繼電器204斷電，繼電器204開關(guān)斷開;單片機(jī)201控制驅(qū)動芯片202給電磁鐵13斷電，杠桿12限制輪轂6沿軸11的軸向運(yùn)動，此時輪轂6與電機(jī)外殼9之間的摩擦片5不接觸，電機(jī)線圈7斷電，電機(jī)外殼9不隨輪轂6轉(zhuǎn)動，保持靜止，電機(jī)不工作。
[0026]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蓄能助力自行車，包括飛輪、鏈條、架體和輪盤，所述飛輪與鏈條連接;其特征在于該自行車還包括電源、控制器、拉力傳感器、霍爾傳感器、摩擦片、輪轂、電機(jī)線圈、電機(jī)外殼、電機(jī)永磁體、軸、杠桿和電磁鐵； 所述電源、控制器、拉力傳感器、霍爾傳感器、軸、杠桿和電磁鐵固定在架體上;所述電源、拉力傳感器、霍爾傳感器、電機(jī)線圈和電磁鐵分別與控制器連接;所述拉力傳感器的測量端與鏈條連接;所述霍爾傳感器的測量端與輪盤連接;所述電機(jī)線圈安裝于軸中部，位于電機(jī)外殼內(nèi)；所述電機(jī)永磁體固定于電機(jī)外殼內(nèi)部;所述電機(jī)外殼通過軸承與軸連接;所述輪轂通過軸承與軸連接;所述電機(jī)外殼位于輪轂內(nèi)部;所述飛輪通過螺紋連接于輪轂的一端;輪轂的另一端具有凹槽;所述杠桿中部固定于架體上，杠桿的一端與輪轂一端的凹槽相配合，另一端安裝有導(dǎo)體;所述電磁鐵的一端固定于架體上，另一端與杠桿的導(dǎo)體配合;所述輪轂與電機(jī)外殼之間安裝有摩擦片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述拉力傳感器的型號是MIK-LCS3;所述霍爾傳感器的型號是SH3144。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述控制器包括單片機(jī)、驅(qū)動芯片、降壓模塊、繼電器、第一二極管和第二二極管;所述電源分別與降壓模塊和繼電器連接；所述單片機(jī)分別與拉力傳感器、霍爾傳感器、降壓模塊和驅(qū)動芯片連接;所述驅(qū)動芯片分別與電磁鐵和繼電器連接;所述第一二極管分別與繼電器和電機(jī)線圈連接;所述第二二極管分別與繼電器和電機(jī)線圈連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述單片機(jī)的型號是STC89C52。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述驅(qū)動芯片的型號是ULN2803A。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述降壓模塊的電路構(gòu)成是:降壓芯片VRl的引腳Vin和電源的正極連接，電容Cl的引腳I和VRl的引腳Vin連接，電容Cl的引腳2和公共地GND連接，VRl的引腳GND與公共地GND連接，電容C2的引腳I和VRl的引腳Vout連接，電容C2的引腳2和公共地GND連接，VRl的引腳Vout和Vcc連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述降壓模塊的降壓芯片的型號是 LM7805。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蓄能助力自行車，其特征在于所述電容Cl、C2為0.33uF。
【文檔編號】B62M6/50GK105923099SQ201610315886
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉新福, 葛帥, 孫晶, 吳鵬飛, 范巖
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)