一种蓄能助力自行车的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种蓄能助力自行车，包括飞轮、链条、架体和轮盘，所述飞轮与链条连接；其特征在于该自行车还包括电源、控制器、拉力传感器、霍尔传感器、摩擦片、轮毂、电机线圈、电机外壳、电机永磁体、轴、杠杆和电磁铁。该自行车结构简单，操作方便。通过简单的结构设计能够自动判断进入骑行模式、助力模式和蓄能模式中的一种，不仅能提供助力，而且可以将刹车和下坡时多余能量进行存储，然后在助力模式下使用，达到了能量利用的最大化；同时通过特殊的电机与轮毂设计将助力、蓄能集合到一个结构中，使系统更加简化。
【专利说明】
一种蓄能助力自行车
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种自行车，具体是一种具有蓄能功能的助力自行车。
【背景技术】
[0002]目前自行车助力系统主要分为机械蓄能助力和电动助力，电动助力是由电池供电给电机再通过芯片控制电流大小使电机处于要求的转速状态，此种助力装置助力效果好，任意时间都可使用。但助力所需的电能完全依靠给电池充电获得，能量利用率不高。机械蓄能助力是通过弹性装置将刹车、下坡时多余的能量收集，当需要助力时再释放，此种助力方式结构简单，能量损失小，但助力时间短，而且在机械结构没有蓄能时无法助力。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种蓄能助力自行车。该自行车通过简单的结构设计能够自动判断进入骑行模式、助力模式和蓄能模式中的一种，不仅能提供助力，而且可以将刹车和下坡时多余能量进行存储，然后在助力模式下使用，达到了能量利用的最大化。
[0004]本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种蓄能助力自行车，包括飞轮、链条、架体和轮盘，所述飞轮与链条连接;其特征在于该自行车还包括电源、控制器、拉力传感器、霍尔传感器、摩擦片、轮毂、电机线圈、电机外壳、电机永磁体、轴、杠杆和电磁铁；
[0005]所述电源、控制器、拉力传感器、霍尔传感器、轴、杠杆和电磁铁固定在架体上;所述电源、拉力传感器、霍尔传感器、电机线圈和电磁铁分别与控制器连接;所述拉力传感器的测量端与链条连接;所述霍尔传感器的测量端与轮盘连接;所述电机线圈安装于轴中部，位于电机外壳内；所述电机永磁体固定于电机外壳内部;所述电机外壳通过轴承与轴连接；所述轮毂通过轴承与轴连接;所述电机外壳位于轮毂内部;所述飞轮通过螺纹连接于轮毂的一端;轮毂的另一端具有凹槽;所述杠杆中部固定于架体上，杠杆的一端与轮毂一端的凹槽相配合，另一端安装有导体;所述电磁铁的一端固定于架体上，另一端与杠杆的导体配合;所述轮毂与电机外壳之间安装有摩擦片。
[0006]与现有技术相比，本发明有益效果在于:
[0007](I)该自行车结构简单，操作方便。通过简单的结构设计能够自动判断进入骑行模式、助力模式和蓄能模式中的一种，不仅能提供助力，而且可以将刹车和下坡时多余能量进行存储，然后在助力模式下使用，达到了能量利用的最大化；同时通过特殊的电机与轮毂设计将助力、蓄能集合到一个结构中，使系统更加简化。
[0008](2)该自行车节能环保，续航里程长。
【附图说明】
[0009]图1是本发明蓄能助力自行车一种实施例的整体结构主视示意图；
[0010]图2是本发明蓄能助力自行车一种实施例的沿图1中的A-A处的剖面结构示意图；
[0011]图3是本发明蓄能助力自行车一种实施例的沿图2中的B-B处的剖面结构示意图；
[0012]图4是本发明蓄能助力自行车一种实施例的控制器的结构框图；
[0013]图5是本发明蓄能助力自行车一种实施例的降压模块电路原理图；(图中1、蓄电池;2、控制器;3、拉力传感器;4、霍尔传感器;5、摩擦片;6、轮毂;7、电机线圈；8、飞轮;9、电机外壳；10、电机永磁体;11、轴；12、杠杆；13、电磁铁;14、链条；15、架体;16、轮盘;201、单片机;202、驱动芯片;203、降压模块;204、继电器;205、第一二极管;206、第二二极管)
【具体实施方式】
[0014]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0015]本发明提供了一种蓄能助力自行车(参见图1-5，简称自行车)，包括电源1、控制器
2、拉力传感器3、霍尔传感器4、摩擦片5、轮毂6、电机线圈(定子)7、飞轮8、电机外壳9、电机永磁体(转子)1、轴11、杠杆12、电磁铁13、链条14、架体15和轮盘16;
[0016]所述电源1、控制器2、拉力传感器3、霍尔传感器4、轴11、杠杆12和电磁铁13固定在架体15上;所述电源1、拉力传感器3、霍尔传感器4、电机线圈7和电磁铁13分别与控制器2连接;所述电源I用于储存并提供电能;所述拉力传感器3的测量端与链条14连接，用于测量自行车链条14的张力值;所述霍尔传感器4的测量端与轮盘16连接，用于测量自行车轮盘16的转速;所述电机线圈7位于电机外壳9内，安装于轴11中部;所述电机永磁体10固定于电机外壳9内部;所述电机外壳9通过轴承与轴11连接，能够绕轴11自由转动;所述轮毂6通过轴承与轴11连接，可以绕轴11转动，同时可以沿轴11的轴向运动;所述电机外壳9位于轮毂6内部;所述飞轮8通过螺纹连接于轮毂6的一端;所述飞轮8与链条14连接;轮毂6的另一端具有凹槽;所述杠杆12中部固定于架体15上，起到支点的作用，杠杆12的一端与轮毂6—端的凹槽相配合，另一端安装有导体;所述电磁铁13的一端固定于架体15上，另一端与杠杆12的导体配合，进行切割磁感线运动，产生感应电动势，进而产生电磁力;所述轮毂6与电机外壳9之间安装有摩擦片5。
[0017]所述拉力传感器3的型号是MIK-LCS3;所述霍尔传感器4的型号是SH3144。
[0018]所述控制器2包括单片机201、驱动芯片202、降压模块203、继电器204、第一二极管205和第二二极管206;所述电源I分别与降压模块203和继电器204连接;所述单片机201分别与拉力传感器3、霍尔传感器4、降压模块203和驱动芯片202连接;所述驱动芯片202分别与电磁铁13和继电器204连接;所述第一二极管205分别与继电器204和电机线圈7连接;所述第二二极管206分别与继电器204和电机线圈7连接；
[0019]所述单片机201的型号是STC89C52;所述驱动芯片202的型号是ULN2803A;所述降压模块203的降压芯片VRl的型号是LM7805;所述继电器204具有开关；
[0020]所述降压模块203的电路构成是:降压芯片VRl的引脚Vin和电源I的正极连接，电容Cl的引脚I和VRl的引脚Vin连接，电容Cl的引脚2和公共地GND连接，VRl的引脚GND与公共地GND连接，电容C2的引脚I和VRl的引脚Vout连接，电容C2的引脚2和公共地GND连接，VRl的引脚Vout和Vcc连接；电容Cl、C2为0.33uF。
[0021]降压模块VRl将电源I的12V电压降为5V，作为单片机201、驱动芯片202、电磁铁13和继电器204的工作电源，单片机201根据霍尔传感器4和拉力传感器3检测的信号进行三种工作模式(即骑行模式、助力模式和蓄能模式)的转换。
[0022]电磁铁13中不存在电流时，轮毂6与电机外壳9之间不接触，相互之间没有作用力；当电磁铁13中通入电流时，电磁铁13与位于其中的导体产生感应电动势，进而产生电磁力，通过杠杆12的杠杆作用电磁力推动轮毂6沿轴11的轴向运动，进而与电机外壳9靠近，轮毂6与电机外壳9之间的摩擦片5接触，使得轮毂6与电机外壳9之间具有很大的摩擦力，可以视作是两者固定连接，并一起围绕轴11转动，实现传动。
[0023]本发明蓄能助力自行车的工作原理和工作流程是:初始化程序，拉力传感器3检测自行车链条的张力值，当自行车处于下坡或刹车时，拉力传感器3检测的自行车链条张力值小于设定的最小值时，控制器2通过程序选择进入蓄能模式，单片机201控制驱动芯片202给继电器204通电，继电器204开关闭合;单片机201控制驱动芯片202给电磁铁13通电，杠杆12推动轮毂6沿轴11的轴向运动，此时轮毂6与电机外壳9之间的摩擦片5接触，电机外壳9随轮毂6转动，电机永磁体10与电机线圈7产生相对运动产生电能，电流由电机线圈7通过第二二极管206和继电器204流向电源I，将电能储存在电源I中。
[0024]当自行车处于上坡或起步时，拉力传感器3检测的自行车链条张力值大于设定最大值时，控制器2通过程序选择进入助力模式，单片机201控制驱动芯片202给继电器204通电，继电器204开关闭合;单片机201控制驱动芯片202给电磁铁13通电，杠杆12推动轮毂6沿轴11的轴向运动，此时轮毂6与电机外壳9之间的摩擦片5接触，电机外壳9随轮毂6转动，电流由电源I通过继电器204和第一二极管205流向电机线圈7，电机外壳9带动轮毂6转动，输出动力，并且单片机201通过霍尔传感器4测量的转速以及拉力传感器3测得的链条张力输出PffM波控制驱动芯片202进而控制电机线圈7的功率大小，然后单片机201再通过拉力传感器3测量链条张力值，如果链条张力值大于设定值则单片机201控制PffM增加电机线圈7的功率，然后单片机201再通过拉力传感器3测量链条张力值，如果链条张力值小于设定值则单片机201控制PffM减小电机线圈7的功率。
[0025]当链条张力值介于最大值与最小值之间时，控制器2通过程序选择进入骑行模式，单片机201控制驱动芯片202给继电器204断电，继电器204开关断开;单片机201控制驱动芯片202给电磁铁13断电，杠杆12限制轮毂6沿轴11的轴向运动，此时轮毂6与电机外壳9之间的摩擦片5不接触，电机线圈7断电，电机外壳9不随轮毂6转动，保持静止，电机不工作。
[0026]本发明未述及之处适用于现有技术。
【主权项】
1.一种蓄能助力自行车，包括飞轮、链条、架体和轮盘，所述飞轮与链条连接;其特征在于该自行车还包括电源、控制器、拉力传感器、霍尔传感器、摩擦片、轮毂、电机线圈、电机外壳、电机永磁体、轴、杠杆和电磁铁； 所述电源、控制器、拉力传感器、霍尔传感器、轴、杠杆和电磁铁固定在架体上;所述电源、拉力传感器、霍尔传感器、电机线圈和电磁铁分别与控制器连接;所述拉力传感器的测量端与链条连接;所述霍尔传感器的测量端与轮盘连接;所述电机线圈安装于轴中部，位于电机外壳内；所述电机永磁体固定于电机外壳内部;所述电机外壳通过轴承与轴连接;所述轮毂通过轴承与轴连接;所述电机外壳位于轮毂内部;所述飞轮通过螺纹连接于轮毂的一端;轮毂的另一端具有凹槽;所述杠杆中部固定于架体上，杠杆的一端与轮毂一端的凹槽相配合，另一端安装有导体;所述电磁铁的一端固定于架体上，另一端与杠杆的导体配合;所述轮毂与电机外壳之间安装有摩擦片。2.根据权利要求1所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述拉力传感器的型号是MIK-LCS3;所述霍尔传感器的型号是SH3144。3.根据权利要求1所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述控制器包括单片机、驱动芯片、降压模块、继电器、第一二极管和第二二极管;所述电源分别与降压模块和继电器连接；所述单片机分别与拉力传感器、霍尔传感器、降压模块和驱动芯片连接;所述驱动芯片分别与电磁铁和继电器连接;所述第一二极管分别与继电器和电机线圈连接;所述第二二极管分别与继电器和电机线圈连接。4.根据权利要求3所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述单片机的型号是STC89C52。5.根据权利要求3所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述驱动芯片的型号是ULN2803A。6.根据权利要求3所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述降压模块的电路构成是:降压芯片VRl的引脚Vin和电源的正极连接，电容Cl的引脚I和VRl的引脚Vin连接，电容Cl的引脚2和公共地GND连接，VRl的引脚GND与公共地GND连接，电容C2的引脚I和VRl的引脚Vout连接，电容C2的引脚2和公共地GND连接，VRl的引脚Vout和Vcc连接。7.根据权利要求6所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述降压模块的降压芯片的型号是 LM7805。8.根据权利要求6所述的蓄能助力自行车，其特征在于所述电容Cl、C2为0.33uF。
【文档编号】B62M6/50GK105923099SQ201610315886
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】刘新福, 葛帅, 孙晶, 吴鹏飞, 范岩
【申请人】河北工业大学