專利名稱：一種集儲能與導航一體的智能自行車的制作方法
技術領域：
本發明屬于交通工具范圍，特別涉及一種集儲能與導航一體的智能自行車。具體說是利用電磁作用進行剎車且裝有北斗導航裝置、天氣預報裝置、揚聲裝置和風速測量裝置的自行車。
背景技術：
目前全世界都面臨著環保與節能的嚴峻形勢。世界上許多大城市的空氣都已嚴重污染，汽車排出的尾氣是最大的污染源之一。據統計，城市交通中盛行的私家汽車、摩托車排放的(X)2占到全世界(X)2排放總量的1/4以上，而不少城市車輛造成的高于70分貝噪音也遠遠超過人類聽覺可接受的合適音量。另外，我國目前私家車每年消耗石油總量超過1. 15 億噸，能源危機迫在眉睫。自行車由于無噪音、無污染、節約能源、節省道路空間等特點，被人們稱為綠色交通工具，已受到廣泛關注，必將在21世紀成為最好的人類輕型代步工具。幾年前開始擁有成熟制作工藝的電動自行車證明依靠自行車領域的發展在一定程度上替代燃油汽車的思路是可行的。自2008年開始我國電動車市場上又出現了一種能帶自充電功能的電動自行車，這種車型可以將電動車平地滑行、下坡滑行和騎行時產生的能量再生利用，使機械能自動轉換成電能儲存進蓄電池中，降低了成本。現在市面上廣泛使用的都是這種車型，但這種車型有兩點不足之處，一方面，這種車型有一個普遍的問題，即用戶騎行時把一部分力量通過電機轉化電能存入電瓶，電瓶的中的電力再驅動電機帶動車子前進，但用戶騎行的時候比較費力，因為機械能轉化為電能時需要額外的力矩。眾所周知，在同等的條件下把人的機械能轉化為電能再轉化為機械能驅動自行車的過程中消耗的能量要大于人的機械能直接用來驅動自行車消耗的能量，即前者的效率必然低于后者，作為一種代步工具，這種電動自行車在行駛的途中需要額外耗費騎行者的一部分體力，因此說這種設計思路有很大的局限性。另一方面，電動自行車本身雖然環保，但是電動自行車所充的電能是由發電廠生產出來的。發電廠消耗一次能源生產出電能，經過電力線路和變壓器等電力元件輸送至用戶家中，這一過程也會有很大的能量損耗，因此電動自行車的推廣不能從根本上解決環保與節能的問題。除此之外，電動自行車的電池續航時間普遍很短，對于需要較長途出行的用戶而言往往是前半段靠電動、后半段靠腳蹬，由于電動車電池重量大使得腳蹬時很吃力。這些劣勢決定了電動車至今無法廣泛取締自行車的現狀。現在市場上流行的自行車前后剎車設計多以鋼線拉動脹蹄式制動，限制條件強， 比如剎車的閘皮和固定輪之間的角度應控制在水平30度左右，剎車鼓上面的微調螺絲需要定期更換等等。隨著使用時間的延長，閘皮、閘線逐漸老化，靈敏度會降低。如果硬性規定改為鉗夾式，傳動效果會有根本改變，但怕水易銹，依然不可靠。重量越大的自行車制動性能必然越差，如果剎車失靈會對用戶的人身安全構成威脅。而且車子剎車時的慣性能量被轉化為熱能白白耗費掉。現在大中型城市中交通路況愈加復雜，用戶到郊外游玩時也容易迷路，因此在自行車上安裝一個電子導航裝置是有必要的。自2000年GPS系統開始在中國機動車領域流行以來，很多生產商也把GPS應用到摩托車、電動自行車上來。但是GPS系統由美國國防部研制和維護，我國用戶的使用權限必將受制于人。而且GPS是被動式偽碼單向測距三維導航系統，GPS用戶只能明確自己所處的位置，而不能把自己的位置信息發送出去，在信息技術飛速發展的當今時代，GPS的這些劣勢會逐漸凸顯出來。對于上學一族和上班一族來說，通常是早晨騎車出行晚上回家，經常遇到上午晴天下午陰天的情形。若遇上下雨天氣沒帶雨衣要挨淋，遇上下雪天氣車子容易打滑摔倒，發生意外。對于廣大用戶，如果前一天沒看天氣預報，那么會給第二天的出行帶來很大麻煩。除此之外，當用戶在小區、街道等區域行駛時，經常遇到大貨車、大客車等大型車輛掉頭的情況。司機由于車體龐大無法看到車后部的景象，騎自行車的人來不及躲閃，沖司機喊叫又往往聽不見，導致自行車被大車撞倒碾壓。為了安全起見，在自行車上安裝一個揚聲器也是有必要的。
發明內容
本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的不足而提供了一種集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，在自行車的后輪位置安裝一個直流發電機，與大梁下面的蓄電池相連；蓄電池分別連接充電器和穩壓器；在自行車的前把上固定一個包括北斗導航儀、天氣預報器、揚聲器及電子風速儀的功能盒；功能盒外面罩一層塑料外罩以防水，安裝在車子的車把上面，功能盒的背部上是與自行車車把相吻合的弧形槽，可由螺絲加緊固定在車把上；自行車的右閘采用電磁剎車閘，通過捏閘的力量大小控制車子減慢的速度，利用電磁產生的力矩降低車輪的轉速，達到剎車目的，在達到剎車目的的同時給蓄電池充電；自行車的左閘采用傳統的機械剎車閘，其一根閘線同時控制前后兩輪的閘皮，左閘與右閘二者相互備用，提高了產品的可靠性，即使兩閘同時捏合也不會對電機造成損害；其中穩壓器包含有一個輸入端，四個輸出端，輸入端與蓄電池相連，四個輸出端分別與北斗導航儀、天氣預報儀、揚聲器、風速儀相連。所述在自行車的后輪位置安裝一個直流發電機，在自行車騎行時，分為“充電”模式和“不充電”模式，由充電開關控制；所述北斗導航儀由導航儀開關和導航儀顯示屏組成，具有實時接收衛星信號，由用戶自行設置，既可全天候的定位、導航、測速、短信服務及應急救援服務，還具有防盜功能。所述天氣預報儀由天氣預報顯示屏和天氣預報開關組成，天氣預報儀打開后顯示由手機運營商發送的天氣預報短信內容。所述揚聲器為電動揚聲器，由一個揚聲器開關、一個音量調節旋鈕、一個麥克風、 一個喇叭和功率放大電路及其控制電路組成，均安裝在功能盒內部；使用時撥動揚聲器開關，此時功率放大電路與蓄電池接通，揚聲器開始工作；旋轉音量調節旋鈕可以調整音量； 通過改變第二可調電阻的阻值大小即可調整功率放大電路的輸出功率。所述電子風速儀安裝在功能盒內，由風速風向顯示屏與風速儀開關組成，功能盒表面對應風速儀的前、后兩個部分各開一個小孔使空氣流通，風速器外部為顯示屏和一個開關按鈕，內部為一個差壓變送器及其數字處理電路；風速儀可以顯示自行車是逆風行駛還是順風行駛；逆風行駛時騎乘者腳蹬頻率可以小些，順風行駛時騎乘者腳蹬頻率可以大
5些，便于節省體力。所述直流發電機采用無刷式永磁直流電機，布置在自行車后輪，轉子位于定子徑向外側，后輪的固定軸上布置定子，定子是一個圓筒形鐵心，在靠近鐵心外表面的槽里嵌放定子繞組，所述定子繞組的輸出導線與電動自行車的蓄電池間接相連；定子的徑向外側是軸承，軸承外側是后輪的芯軸，芯軸處布置轉子，轉子為永磁鐵；當自行車處于“充電”模式下時，定子繞組通過一個充電器與蓄電池相連，人力驅動后輪旋轉，同時帶動轉子磁鐵旋轉形成旋轉磁場在定子繞組內產生感應電動勢，此感應電動勢大于蓄電池電壓從而通過充電器對蓄電池充電；當自行車處于“不充電”模式下時，定子繞組與蓄電池斷開。所述電磁剎車閘的手柄部分與普通的剎車閘結構相似，原理相同；所不同的是電子剎車閘的閘線通過聯動裝置與第一可調電阻相連，可以控制第一可調電阻的阻值大小； 第一可調電阻與充電器、直流電機和蓄電池三者串聯，實現儲能的功能；當騎乘者電磁剎車時，定子繞組通過第一可調電阻和充電器與蓄電池相連，定子繞組感應電動勢通過充電器對蓄電池充電，同時電磁作用對轉子施加一個阻礙的力矩，迫使后輪減速，直至停止，所述第一可調電阻的阻值大小受右閘閘線控制，捏閘輕時阻值較大，定子繞組端電壓較小，轉子受到的瞬時力矩小，自行車減慢的加速度小；捏閘重時阻值較小，定子繞組端電壓較大，轉子受到的瞬時力矩大，自行車減慢的加速度大，馬上停下。可調電阻與蓄電池固定在一起安裝在車架上。本發明的有益效果是本發明采用電磁剎車方式，制動性能好壞與車子重量無關， 提高了安全性。配備北斗導航儀，遇到突發事故可以通過衛星導航終端設備及時報告用戶所處所處位置，得到救援，這種功能是GPS所不具備的。安裝天氣預報儀可以使得用戶在出行前了解天氣情況，避免發生意外。擴音器可作為應急使用。具有操作方便、行駛安全、節省電量等優點，蓄電池容量比電動自行車的電瓶小得多，重量輕，人性化設計，考慮到了上學一族和上班一族平時出行時可能會遇到的麻煩，實用性強。本發明既可作為代步工具，也可用于郊外出游、鍛煉身體，具有很廣闊的市場前景。
圖1是智能自行車的控制電路圖。圖2是智能自行車的功能盒的外觀圖。圖3是智能自行車的整體外觀圖。圖4是電磁剎車閘結構示意圖。 圖中1-導航儀開關，2-天氣預報儀開關，3-揚聲器開關，4-第二可調電阻，5-風速儀開關，6-第一可調電阻接入開關，7-定子繞組接入開關，8-第一可調電阻，9-充電開關，10-充電器，11-穩壓器，12-定子繞組，13-揚聲器麥克風，14-北斗導航儀，15-揚聲器音量調節旋鈕，16-天氣預報儀顯示屏，17-風速儀顯示屏，18-蓄電池，19-直流電機，20-左閘，21-右閘，22-功能盒。
具體實施例方式
本發明提供了一種集儲能與導航一體的智能自行車。下面結合附圖予以進一步說明。
圖1所示為智能自行車的控制電路圖，圖2所示為智能自行車的功能盒的外觀圖， 圖3所示為智能自行車的整體外觀圖。在圖3中，在自行車的后輪位置安裝一個直流發電機19，與大梁下面的蓄電池18相連；蓄電池18分別連接充電器10和穩壓器11 ；在自行車的前把上固定一個包括北斗導航儀14、天氣預報器16、揚聲器13及電子風速儀17的功能盒22 ；功能盒22外面罩一層塑料外罩以防水，安裝在車子的車把上面，功能盒的背部上是與自行車車把相吻合的弧形槽，可由螺絲加緊固定在車把上；自行車的右閘21采用電磁剎車閘，通過捏閘的力量大小控制車子減慢的速度，利用電磁產生的力矩降低車輪的轉速，達到剎車目的，在達到剎車目的的同時給蓄電池18充電；自行車的左閘20采用傳統的機械剎車閘，其一根閘線同時控制前后兩輪的閘皮，左閘與右閘二者相互備用，提高了產品的可靠性，即使兩閘同時捏合也不會對直流發電機19造成損害；其中穩壓器10包含有一個與蓄電池18相連的輸入端，四個輸出端分別與北斗導航儀14、天氣預報儀16、揚聲器13和風速儀 17相連。在智能自行車的后輪位置安裝一個直流發電機19采用無刷式永磁直流電機，直流發電機19轉子位于定子徑向外側，后輪的固定軸上布置定子，定子是一個圓筒形鐵心，在靠近鐵心外表面的槽里嵌放定子繞組12，所述定子繞組的輸出導線與自行車的蓄電池18 間接相連，定子的徑向外側是軸承，軸承外側是后輪的芯軸。芯軸處布置轉子，轉子為永磁鐵。在自行車騎行時，分為“充電”模式和“不充電”模式，由充電開關控制；當充電開關，9 撥到“充電”檔位時，定子繞組接入開關7、充電開關9閉合，第一可調電阻接入開關6斷開， 定子繞組12通過充電器10與蓄電池18相連，當充電開關，9撥到“不充電”檔位時，第一可調電阻接入開關6、定子繞組接入開關7斷開(如圖1所示)。當騎乘者捏合右閘21進行電磁剎車時，第一可調電阻接入開關6、充電開關9閉合，定子繞組接入開關7斷開，第一可調電阻8的阻值大小受右閘21的閘線控制。第一可調電阻8與蓄電池18固定在一起安裝在車架上。一個左閘20，采用傳統的機械剎車方式，但一根閘線同時控制前后兩輪的閘皮(如圖3所示)。當自行車處于“充電”模式下時，定子繞組通過充電器與蓄電池相連，人力驅動后輪旋轉，同時帶動轉子磁鐵旋轉形成旋轉磁場在定子繞組內產生感應電動勢，此感應電動勢大于蓄電池電壓從而通過充電器對蓄電池充電；當自行車處于“不充電”模式下時，定子繞組與蓄電池斷開。在圖2中，導航儀開關1、天氣預報儀開關2、揚聲器開關3、風速儀開關5和充電開關9 ；北斗導航儀14、天氣預報器16、揚聲器13及電子風速儀17均集成在功能盒22內；固定在車把上。天氣預報儀由天氣預報器16顯示屏和天氣預報開關2組成，天氣預報儀16設置為常關，打開天氣預報儀16后，天氣預報器顯示屏顯示由手機運營商發送的天氣預報短信內容。揚聲器13為電動揚聲器，由一個揚聲器開關3、一個音量調節旋鈕15、一個麥克風、一個喇叭和功率放大電路及其控制電路(內部為一個差壓變送器及其數字處理電路) 組成，均安裝在功能盒內部；使用時，撥動揚聲器開關3，此時功率放大電路與蓄電池18接通，揚聲器13開始工作；旋轉音量調節旋鈕15可以調整音量；通過改變第二可調電阻4的阻值大小即可調整功率放大電路的輸出功率。所述風速儀17安裝在功能盒22內，功能盒22表面對應風速儀的前、后兩個部分各開一個小孔使空氣流通，風速儀外部為顯示屏和一個開關按鈕，內部為一個差壓變送器及其數字處理電路；風速儀可以顯示自行車是逆風行駛還是順風行駛；逆風行駛時騎乘者腳蹬頻率可以小些，順風行駛時騎乘者腳蹬頻率可以大些，便于節省體力。所述北斗導航儀由導航儀開關和導航儀顯示屏組成，具有實時接收衛星信號，由用戶自行設置，既可全天候的定位、導航、測速、短信服務及應急救援服務，還具有防盜功能。圖4所示為電磁剎車閘示意圖，電子剎車閘由手柄部分和第一可調電阻8組成。 手柄部分與普通的剎車閘結構相似，原理相同。所不同的是電子剎車閘的閘線通過聯動裝置與第一可調電阻8相連，可以控制第一可調電阻8的阻值大小。第一可調電阻8與充電器、直流電機和蓄電池三者串聯，實現儲能的功能。當騎乘者電磁剎車時，定子繞組12通過第一可調電阻8和充電器10與蓄電池18相連，定子繞組感應電動勢通過充電器10對蓄電池18充電，同時電磁作用對轉子施加一個阻礙的力矩，迫使后輪減速，直至停止，所述第一可調電阻的阻值大小受右閘閘線控制，捏閘輕時阻值較大，定子繞組端電壓較小，轉子受到的瞬時力矩小，自行車減慢的加速度小；捏閘重時阻值較小，定子繞組端電壓較大，轉子受到的瞬時力矩大，自行車減慢的加速度大，馬上停下。可調電阻與蓄電池固定在一起安裝在車架上。
權利要求
1.一種集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，在自行車的后輪位置安裝一個直流發電機，與大梁下面的蓄電池相連；蓄電池分別連接充電器和穩壓器；在自行車的前把上固定一個包括北斗導航儀、天氣預報器、揚聲器及風速儀的功能盒；功能盒外面罩一層塑料外罩以防水，安裝在車子的車把上面，功能盒的背部上是與自行車車把相吻合的弧形槽，可由螺絲加緊固定在車把上；自行車的右閘采用電磁剎車閘，通過捏閘的力量大小控制車子減慢的速度，利用電磁產生的力矩降低車輪的轉速，達到剎車目的，在達到剎車目的的同時給蓄電池充電；自行車的左閘采用傳統的機械剎車閘，其一根閘線同時控制前后兩輪的閘皮，左閘與右閘二者相互備用，提高了產品的可靠性，即使兩閘同時捏合也不會對電機造成損害；其中穩壓器包含有一個輸入端，四個輸出端，輸入端與蓄電池相連，四個輸出端分別與北斗導航儀、天氣預報儀、揚聲器、風速儀相連。
2.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述在自行車的后輪位置安裝一個直流發電機，在自行車騎行時，分為“充電”模式和“不充電”模式，由充電開關控制。
3.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述北斗導航儀由導航儀開關和導航儀顯示屏組成，具有實時接收衛星信號，由用戶自行設置，既可全天候的定位、導航、測速、短信服務及應急救援服務，還具有防盜功能。
4.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述天氣預報儀由天氣預報顯示屏和天氣預報開關組成，天氣預報儀打開后顯示由手機運營商發送的天氣預報短信內容。
5.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述揚聲器為電動揚聲器，由一個揚聲器開關、一個音量調節旋鈕、一個麥克風、一個喇叭和功率放大電路及其控制電路組成，均安裝在功能盒內部；使用時撥動揚聲器開關，此時功率放大電路與蓄電池接通，揚聲器開始工作；旋轉音量調節旋鈕可以調整音量；通過改變第二可調電阻的阻值大小即可調整功率放大電路的輸出功率。
6.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述風速儀安裝在功能盒內，由風速風向顯示屏與風速儀開關組成，功能盒表面對應風速儀的前、后兩個部分各開一個小孔使空氣流通，風速器外部為顯示屏和一個開關按鈕，內部為一個差壓變送器及其數字處理電路；風速儀可以顯示自行車是逆風行駛還是順風行駛；逆風行駛時騎乘者腳蹬頻率可以小些，順風行駛時騎乘者腳蹬頻率可以大些，便于節省體力。
7.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述直流發電機采用無刷式永磁直流電機，布置在自行車后輪，轉子位于定子徑向外側，后輪的固定軸上布置定子，定子是一個圓筒形鐵心，在靠近鐵心外表面的槽里嵌放定子繞組，所述定子繞組的輸出導線與電動自行車的蓄電池間接相連；定子的徑向外側是軸承，軸承外側是后輪的芯軸，芯軸處布置轉子，轉子為永磁鐵；當自行車處于“充電”模式下時，定子繞組通過一個充電器與蓄電池相連，人力驅動后輪旋轉，同時帶動轉子磁鐵旋轉形成旋轉磁場在定子繞組內產生感應電動勢，此感應電動勢大于蓄電池電壓從而通過充電器對蓄電池充電；當自行車處于“不充電”模式下時，定子繞組與蓄電池斷開。
8.根據權利要求1所述集儲能與導航一體的智能自行車，其特征在于，所述電磁剎車閘的手柄部分與普通的剎車閘結構相似，原理相同，所不同的是電子剎車閘的閘線通過聯動裝置與第一可調電阻相連，控制第一可調電阻的阻值大小，第一可調電阻與充電器、直流電機和蓄電池三者串聯，實現儲能的功能；當騎乘者使用電磁剎車時，定子繞組通過第一可調電阻和充電器與蓄電池相連，定子繞組感應電動勢通過充電器對蓄電池充電，同時電磁作用對轉子施加一個阻礙的力矩，迫使后輪減速，直至停止，所述第一可調電阻的阻值大小受右閘閘線控制，捏閘輕時阻值較大，定子繞組端電壓較小，轉子受到的瞬時力矩小，自行車減慢的加速度小；捏閘重時阻值較小，定子繞組端電壓較大，轉子受到的瞬時力矩大，自行車減慢的加速度大，馬上停下；可調電阻與蓄電池固定在一起安裝在車架上。
全文摘要
本發明公開了屬于交通工具范圍的一種集儲能與導航一體的智能自行車。在自行車的后輪位置安裝一個直流發電機，與大梁下面的蓄電池相連；蓄電池分別連接充電器和穩壓器；在自行車的前把上固定一個包括北斗導航儀、天氣預報器、揚聲器及風速儀的功能盒；自行車的右閘采用電磁剎車閘，自行車的左閘采用傳統的機械剎車閘，左閘與右閘二者相互備用。本發明采用電磁剎車方式，制動性能好壞與車子重量無關，提高了安全性。配備北斗導航儀，遇到突發事故可以通過衛星導航終端設備及時報告用戶所處所處位置，得到救援用戶在出行前了解天氣情況，避免發生意外，擴音器可作為應急使用。具有操作方便、行駛安全、實用性強、節省電量等優點，具有很廣闊的市場前景。
文檔編號B60K35/00GK102530143SQ20121004908
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優先權日2012年2月28日
發明者張宇澤, 王震宇 申請人:華北電力大學