專利名稱：機電轉換輕便自行車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及自行車技術領域，進一步是可實現將機械能與電能轉換的具有儲放電功能的自行車。
背景技術：
自行車的出現已有100多年的歷史了，雖然通過多次的革新，但效果并不理想，始終還保持著原始的運行模式，好像自行車的革新之路始終有一條難以逾越的障礙。目前，自行車作為代步工具的功能，已逐步為汽車、摩托車、電動自行車所替代。目前無論在城市或鄉村，電動自行車在人們出行中占了主角地位。與此同時，人們追求日益健康，更加注重鍛煉身體。而自行車是鍛煉身體的選擇之一。然而，對大多數人而言，如果目的地的距離太近，則多選擇步行；如果目的地的距離太遠，多選擇電動自行車。而電動車也存在續航，充電等使用中存在的問題，使用范圍受到了很大的限制，只有目的地適中，人們才會愿意騎自行車。隨著人們生活節奏的加快，人們需要在速度與鍛煉間找出一個大致的平衡點，即既要有一定速度，又要能鍛煉身體，這樣，一般的電動車和一般的自行車都無法滿足人們的需要。于是，自行車賽車就為許多人所選擇。然而賽車無法滿足人們輕松騎行的需要。一般的自行車存在著浪費能量問題，例如；自行車啟動時需要50公斤的牽引力，當腳踩踏板從O至49公斤時自行車并沒有前進，只有達到50公斤以上時自行車才能前進，那么；就是說當O至49公斤時自行車并沒有表現出對外做功，這個損失發明人把它稱為過程損失。如果把這個損失儲存起來，待合適時再利用，就大大的減少了騎車人的勞動強度；此外，如果把剎車、下坡等丟失的能量回收再利用，就會使自行車表現出非凡的能力。研究開發出既可作一般自行車騎行，又可輕便代步的輕便型的自行車，是很有必要的。曾經也有人假想過，如果能邊騎車邊發電，把電能再利用使自行車騎起來更輕快，由于受到各種因素制約，使其一直還停留在想象狀態，沒有得到實際應用。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種機電轉換輕便自行車，它結構簡單，騎行輕便，可實現兼顧自行車代步與鍛煉的兩項功能，騎行者可在騎行中輕松鍛煉身體。本實用新型的目的是通過以下方案實現的機電轉換輕便自行車，包括正常連接的前輪，后輪，車架，車把，車座，制動器，制動器設置于后輪轂上，其特征在于主軸通過軸承置于兩端的軸承座內，主軸上依次設置限倒轉飛輪、飛輪、機電轉換器；所述限倒轉飛輪固定于主軸上，并與軸承座或車架其它處固定，限倒轉飛輪只可單向轉動，從而起到限制主軸倒轉的作用；飛輪固定于主軸上，允許鏈條相對主軸反轉；機電轉換器的結構包括殼體通過軸承設置于主軸上，電機的定子與轉子分裝于殼體與主軸上，殼體的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側；所述轉子或定子內設置有儲放電裝置、電子換向器及相關電路，儲放電裝置的充電與放電為電子換向器及相關電路所控制；電機功率輸出為自動開關所控制，平時為發電機，可通過騎行帶動轉子相對定子轉動而進行充電，發電結束電路自動升壓后，電流自主的返回電機做功，形成電動機，即可實現放電做功。本實用新型的目的是可通過以下方案進一步實現機電轉換輕便自行車，包括正常連接的前輪，后輪，車架，車把，車座，制動器，制動器設置于主軸上，其特征在于主軸通過軸承置于兩端的軸承座內，主軸上依次設置限倒轉飛輪、飛輪、機電轉換器；所述限倒轉飛輪固定于主軸上，并與軸承座或車架其它處固定，限倒轉飛輪只可單向轉動，從而起到限制主軸倒轉的作用；飛輪固定于主軸上，允許鏈條相對主軸反轉；機電轉換器的結構包括殼體通過軸承設置于主軸上，電機的定子與轉子分裝于殼體與主軸上，殼體的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側；所述轉子或定子內設置有儲放電裝置、遙控開關、電子換向器及相關電路，儲放電裝置的充電與放電為遙控開關、電子換向器及相關電路所控制；電機功率輸出為開關或遙控開關所控制，平時為發電機，可通過騎行帶動轉子相對定子轉動而進行充電，開關或遙控開關接上為電動機，即可實現放電做功。進一步所述的機電轉換器的結構是殼體包括兩側殼和環殼，兩側殼均通過軸承與主軸連接；兩側殼通過螺絲固定于環殼上，環殼的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側，環殼沿內環固定設置有磁鐵，環殼的內主軸上，固定有轉子，轉子沿內環或外環設置有線圈，轉子內設置有儲放電裝置。所述的機電轉換器的結構是殼體包括兩側殼和環殼，兩側殼均通過軸承與主軸連接；兩側殼通過螺絲固定于環殼上，環殼的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側，環殼沿內環固定設置有線圈，環殼的一側為直流換向器，環殼的內主軸上固定有轉子，轉子沿內環或外環設置有磁鐵，轉子內設置有儲放電裝置。所述轉子或定子內設置的儲放電裝置為電池或電容組，電池或電容組由若干個電池或電容器組成，電池或電容組間設置有并聯串聯轉換器，可使電池或電容組實現并聯與串聯互變，以應對發電充電與放電做功兩種情況；發電機發電時，電池或電容器處于并聯充電狀態；動力輸出時，電池或電容器便由并聯充電模式轉變為串聯輸出模式。所述電池或電容器上還連接有二極管、穩壓管等輔助元件，以防止電池或電容器漏電或擊穿。所述并聯串聯轉換器，由三極管及相關電路充當，利用三極管的電壓自動截止功能，實現并聯與串聯的轉換。所述并聯串聯轉換器，由遙控繼電器及相關電路充當，遙控繼電器接受指令后，進行電路的重新開關分配，從而實現實現并聯與串聯的轉換。所述并聯串聯轉換器，由倍壓整流及相關電路充當，電機發出的電能首先給電容充電，再由電容與電機的電壓疊加輸出。所述儲放電裝置指超級電容器或磷酸鐵鋰可充電電池，可以是一個或多個超級電容器或磷酸鐵鋰可充電電池串聯、并聯或串并混聯而成。本實用新型的原理是其通過外力使電機轉子與車輪差速運動發電(包括加速蹬車和剎車兩種情況)，并儲存于儲能設備(電池或電容器)中；在放電過程中通過電機內部的電磁阻尼，從而帶動車輪的轉動。本實用新型的有益效果是1、結構簡單，安裝于自行車的后輪軸處，不影響自行車的結構與美觀；2、騎行輕便，它可將蹬車和剎車的能量儲存，并根據需要釋放，形成鍛煉與放松的分階段享受；這樣能量(速度)被相對均勻的分散于騎行的過程中，騎行者蹬車加速或剎車減速的能量不會被完全浪費，騎行過程較為輕松。可實現兼顧自行車代步與鍛煉的兩項功能，騎行者可在騎行中輕松鍛煉身體。本發明，打破了傳統自行車運行模式，通過獨特的電路設計與能量合理分配回收再利用。使自行車這種代步工具有了一個跨時代的發展，展現出一種全新的面貌，具備了健身，休閑，娛樂，代步，聚于一身的新型代步工具。
圖1為本實用新型無刷裝配結構示意圖，圖2為本實用新型自動升降壓電路示意圖，圖3為本實用新型機械升降壓電路示意圖，圖4為本實用新型倍壓整流電路示意圖。圖中1為主軸,2為軸承,3為限倒轉飛輪,4為飛輪,5為側殼,6為磁鐵,7為環殼，8為轉子，9為儲能電池，10為電子換向器，11為側殼，12為制動器，13為軸承，14為線圈，15為遙控開關，16為幅條連接孔。
具體實施方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，并使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。實施例如圖1所示，主軸I (后輪軸，也可以根據需要設置于前輪軸上)通過軸承2和軸承13置于車架軸承座內，主軸I上依次設置有限倒轉飛輪3、飛輪4、機電轉換器，限倒轉飛輪3固定于主軸I上，并與軸承座(或車架其它處)固定，起到限制主軸倒轉的作用；飛輪4為正常自行車后輪軸上所用飛輪，作用也與自行車飛輪相同；機電轉換器的結構是殼體包括側殼5、側殼11和環殼7，側殼5、側殼11均通過軸承與主軸I連接；側殼5、側殼11通過螺絲固定于環殼7上，環殼7的幅條連接孔16通過輻條連接自行車后輪轂內側，環殼7沿內環固定設置有磁鐵6，環殼7的內主軸I上固定有轉子8，轉子8沿外環設置有線圈14，轉子8內設置有儲能電池9，儲能電池9用于儲能及動力輸出，儲能電池9可用超級電容或磷酸鐵鋰可充電電池(其規格是A123可充電動力電池)，可用4 一 12塊串聯，充滿電后電壓可達12. 8 — 38. 4V，放電電流可達20A，功率可達200 — 500W ;在轉子8內還設置有電子換向器10、遙控開關15，電子換向器10、遙控開關15為設置于車把上的遙控器所控制；遙控開關15可以選擇用寬電壓輸入(如DC5 - 40V智能學習型無線遙控開關，雙路遙控模塊，遙控距離1000米)改為兩路一體點動模式；其作用是通過遙控，控制電機的充電與動力輸出的模式轉換。電子換向器10，還可實現三相電與直流電的相互轉換。在主軸I的一側設置制動器12，制動器包括剎車環和剎車片，兩者配合實現制動。[0032]正常騎行時，鏈條帶動飛輪4，從而帶動主軸I和轉子8，轉子8的線圈相對于磁鐵6運動，通過電磁阻尼從而帶動外轉子(車輪)的前進，同時電機形成發電機，產生電流，并將電能儲存于儲能電池9中。當停止騎行時，打開設置于車把的遙控器，遙控器即向遙控開關15發出打開指令，此時，儲能電池9輸出電流，轉子8與磁鐵6形成電動機，使促使磁鐵6及環殼16轉動，從而帶動后輪轉動。圖2 —圖4為本實用新型控制電路示意圖。無刷自動升降壓電路如圖2所示。G為無刷電機，作用是發電與動力輸出。Cl、C2、C3、C4為儲電元件，可以是電容器，超級電容器，鋰電池之一種。其中，Cl、C2、C3為主儲電元件，C4為搖控開關提供起動電流。H為控制器，其作用是，G作為發電機發電時，將電機的三相電轉變為直流電，給所有儲電元件充電；動力輸出時，將儲電元件提供的直流電轉變為三相電，供無刷電機輸出。K1、K2為遙控開關，通過遙控指令，令其由充電模式轉變為功率輸出模式。D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8 為二極管，作用是防止 Cl、C2、C3、C4 反向自行放電。BGU BG2為PNP三極管，充電時關，平時開；作用是充電時，由于基極受到來自D6、R1、D7、R2電壓作用，自動使C1、C2、C3的連接斷開，使C1、C2、C3處于并聯充電模式；當發電機停止發電后，由于三極管基極失去了控制電壓，BGl、BG2便自動導通，使Cl、C2、C3由并聯模式自動轉變為串聯放電模式。BG3為NPN三極管，充電時開，平時關；作用是電機發電時，基極受到來自R3電壓作用，使BG3處于連接模式，可讓充過Cl的電流通過其返回；同時阻止C2自行放電，如果動力電池組串聯較多，中間的所有NPN三極管輸出端都需加二極管，防止電池組自行放電。Dff為雙向穩壓管，作用是保護Cl、C2、C3、C4不被過壓擊穿。工作電流路徑發電時，電流的流通線路是G — H — Kl — K2 — H — G其中Kl — K2間又分為數條路徑，其中①Kl — Dl — Cl — BG3 — Κ2 ；② Kl — D2 — C2 — D4 — Κ2 ③ Kl — D3 — C3 — D5 — Κ2 Kl — D8 — C4 — Κ2。從而實現對儲電元件C1、C2、C3、C4的充電。做功時，電流的流通線路是C3— BG2 — C2 — BGl — Cl — Kl — H — G — K2 — C3。圖2為自動升降壓方式電路，電機作為發電機時，電機發出的三相電流由控制器(電子換向器)轉變為直流電，通過大功率三極管(電子開關)BG1、BG2 ;由于PNP三極管基極受到來自發電機正向電壓的控制，使三極管的集電極與發射極自動斷開連接，自動的將電容組分隔成并聯充電，以降低充電阻抗；當發電機停止發電三極管基極控制解除，集電極與發射極自動導通，電容組由并聯自動轉變為串聯，電壓升高為動力輸出做好準備。當需要動力輸出時，遙控繼電器Kl，K2接到指令常開端閉合，常閉端分離，電容組電流，便通過電子換向器將直流電轉變為三相電驅動電機做功，完成功率輸出。無刷機械式升降壓電路如圖3所示。G為電機，作用是擔當發電機與電動機兩種角色。H為控制器(電子換向器)，作用是G作為發電機時，H將電機發出的三相電轉變為直流電，給儲電元件充電。G作為電動機時，H將電池提供的直流電轉變為三相電，供電機動力輸出。Kl通過遙控指令使電路整體由充電模式轉變為動力輸出模式。K2、K3與Kl同時動作，作用是1、平時斷開Cl、C2、C3之間的連接，使其處于并聯以降低充電阻抗，2、當需要動力輸出時，通過遙控指令使Kl、Κ2、Κ3由并聯模式轉變為串聯模式，提供較高的輸出電壓。C1、C2、C3為動力電容組或電池組(可以多個串聯)，作用是儲存發電機的電能，提供電動做功的所需電能。C4為超級電容器，作用是為遙控開關提供啟動電能。DW為穩壓管，作用是保護C1、C2、C3、C4不至于過壓擊穿而損壞。D1、D2、D3、D4為二極管，作用是防止各個儲電元件自行放電。工作電流路徑；發電時G— H — K2、K3、D4 — C1、C2、C3、C4 — D1、D2、D3、KI — H — G 負極。做功時C3— K3 — C2 — K2 — Cl — H — G — H — Kl — C3 負極。圖3所示為機械升降壓電路；發電機發電時(充電時)，繼電器常開端斷開，使電容組處于并聯充電，做功時繼電器得到指令常開端接合常閉端分離，使電容組由并聯轉變為串聯電壓升高，由控制器(電子換向器)，將直流電轉變為三相電驅動電機做功，完成做功循環，以上的升降壓電路應對發電與放電兩種情況。有刷電機倍壓整流電路如圖4所示。G為電機，作用是發電與動力輸出。K1、K2為遙控開關，作用是通過指令使發電模式轉變為電動模式。1(3、1(4與1(1、1(2同時動作，作用是通過遙控指令，使動力電池電容組C4、C5、C6、C7、C8、C9由并聯模式轉變為串聯模式。Dffl為雙向穩壓管，作用是保護Cl、C2，防止過壓擊穿而損壞。Cl、C2為超級電容器，作用是1、吸收儲存來自電機的大電流沖擊，能短時使發電機處于類似短路狀態，增加電機的電磁阻尼，防止電機轉子出現打滑現象。2、儲存的電能，能與發電機的電壓疊加輸出，提高發電效率。D3、D4、D5、D6，D14，D15，組成整流器，作用是將發電機發出的電流整為直流電為儲電元件充電。DW2為穩壓管，作用是保護C3及動力電容電池組不被過壓擊穿損壞。C4、C5、C6、C7、C8、C9為電容與電池混聯的儲裝置，其作用是儲存電能和電能輸出，通過混聯互補了電容與電池的優缺點，電容(可以為超級電容器)的優點是；儲電速度快，爆發力強，缺點是；容量小。電池的優點是；容量大，缺點是；充電速度慢，不支持大電流充放電，容易損壞等缺點，通過混聯彌補了兩種儲能元件的缺點，使能發揮其所長，更好的利用。D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13、D14、D15為二極管，作用是防止各個儲電元件自
行放電。工作電路路徑1、腳蹬發電時；[0074]①G-Kl — D2 — C2 — K2 — G。②G — Kl — Cl — D4 — D7、D8、DIO、D12 — C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9 — D9、D11、D13 — D6 — K2 — G。③G— Kl — D14 — D4 — D7、D8、D10、D12 — C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9 — D9、D11、D14 — D6 — K2 — G。2、剎車下坡發電時；①G— K2 — Dl — Cl — Kl — G。②G — K2 — C2 — D5…D7、D8、DIO、D12 — C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9 — D9、D11、D15 — D3 — Kl — G。③G— K2 — D15 — D5 — D7、D8、D10、D12 — C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9 — D9、D11、D15 — D3 — Kl — G。做功時:超級電容與電池屬于并聯連接，由于電機需要很大的瞬間啟動電流，超級電容便承擔起動時大電流放電的責任，起到延長電池壽命的作用，混聯的好處還有；可以自由應對充放電時間長短的問題，如；在城市騎車，充放電時間較短的情況下，充放電的任務主要以電容為主，如；在山區充放電時間較長的情況下，充放電的任務主要以電池為主，互補了兩種儲電元件的缺點。放電路徑:C8、C9 — K4 — C6、C7 — K3 — C4、C5 — K2 — G — Kl — C8、C9。圖4所示電路是一種倍壓整流電路，此電路的作用是(I)整流，將發電機的交流電轉變為直流電。(2) 以倍壓的方式充電，以增加電機的電磁阻尼，當發電機無論向那個方向輸出電流(腳蹬與剎車)，電流首先給C5或C7或C9 (超級電容)充電，使電流直接返回發電機輸入端，由于超級電容有接受大電流沖擊的特性，使電機短時間內就像短路一樣在電機內部產生強大的電磁阻尼，有效的克服了轉子打滑現象，超級電容儲存的電能，在發電機電流轉換方向時與發電機電壓疊加輸出，實現倍壓效果。充電時由于遙控繼電器k3, k4常閉端斷開，使電容或電池組分隔成并聯充電，做功時遙控繼電器得到指令K1，K2與k3，k4同時動作常開端閉合，常閉端分離，此時電容或電池組由并聯轉為串聯，升高電壓與電機形成閉合回路，驅動電機做功，完成做功循環。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.機電轉換輕便自行車，包括正常連接的前輪，后輪，車架，車把，車座，制動器，制動器設置于后輪轂上，其特征在于:主軸通過軸承置于兩端的軸承座內，主軸上依次設置限倒轉飛輪、飛輪、機電轉換器；所述限倒轉飛輪固定于主軸上，并與軸承座或車架其它處固定，限倒轉飛輪只可單向轉動，從而起到限制主軸倒轉的作用；飛輪固定于主軸上，允許鏈條相對主軸反轉；機電轉換器的結構包括:殼體通過軸承設置于主軸上，電機的定子與轉子分裝于殼體與主軸上，殼體的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側；所述轉子或定子內設置有儲放電裝置、電子換向器及相關電路，儲放電裝置的充電與放電為電子換向器及相關電路所控制；電機功率輸出為自動開關所控制，平時為發電機，可通過騎行帶動轉子相對定子轉動而進行充電，發電結束電路自動升壓后，電流自主的返回電機做功，形成電動機，即可實現放電做功。
2.機電轉換輕便自行車，包括正常連接的前輪，后輪，車架，車把，車座，制動器，制動器設置于主軸上，其特征在于:主軸通過軸承置于兩端的軸承座內，主軸上依次設置限倒轉飛輪、飛輪、機電轉換器；所述限倒轉飛輪固定于主軸上，并與軸承座或車架其它處固定，限倒轉飛輪只可單向轉動，從而起到限制主軸倒轉的作用；飛輪固定于主軸上，允許鏈條相對主軸反轉；機電轉換器的結構包括:殼體通過軸承設置于主軸上，電機的定子與轉子分裝于殼體與主軸上，殼體的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側；所述轉子或定子內設置有儲放電裝置、遙控開關、電子換向器及相關電路，儲放電裝置的充電與放電為遙控開關、電子換向器及相關電路所控制；電機功率輸出為開關或遙控開關所控制，平時為發電機，可通過騎行帶動轉子相對定子轉動而進行充電，開關或遙控開關接上為電動機，即可實現放電做功。
3.根據權利要求2所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述的機電轉換器的結構是:殼體包括兩側殼和環殼，兩側殼均通過軸承與主軸連接；兩側殼通過螺絲固定于環殼上，環殼的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側，環殼沿內環固定設置有磁鐵，環殼的內主軸上，固定有轉子，轉子沿內環或外環設置有線圈，轉子內設置有儲放電裝置。
4.根據權利要求2所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述的機電轉換器的結構是:殼體包括兩側殼和環殼，兩側殼均通過軸承與主軸連接；兩側殼通過螺絲固定于環殼上，環殼的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側，環殼沿內環固定設置有線圈，環殼的一側為直流換向器，環殼的內主軸上固定有轉子，轉子沿內環或外環設置有磁鐵，轉子內設置有儲放電裝置。
5.根據權利要求2或3或4所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述轉子或定子內設置的儲放電裝置為電池或電容組，電池或電容組由若干個電池或電容器組成，電池或電容組間設置有并聯串聯轉換器，可使電池或電容組實現并聯與串聯互變，以應對發電充電與放電做功兩種情況；發電機發電時，電池或電容器處于并聯充電狀態；動力輸出時，電池或電容器便由并聯充電模式轉變為串聯輸出模式。
6.根據權利要求5所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述的電池或電容器上還連接有二極管、穩壓管等輔助元件，以防止電池或電容器漏電或擊穿。
7.根據權利要求5所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述并聯串聯轉換器，由三極管及相關電路充當，利用三極管的電壓自動截止功能，實現并聯與串聯的轉換。
8.根據權利要求5所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述并聯串聯轉換器，由遙控繼電器及相關電路充當，遙控繼電器接受指令后，進行電路的重新開關分配，從而實現實現并聯與串聯的轉換。
9.根據 權利要求5所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述并聯串聯轉換器，由倍壓整流及相關電路充當，電機發出的電能首先給電容充電，再由電容與電機的電壓疊加輸出。
10.根據權利要求5所述的機電轉換輕便自行車，其特征在于:所述的儲放電裝置指超級電容器或磷酸鐵鋰可充電電池，可以是一個或多個超級電容器或磷酸鐵鋰可充電電池串聯、并聯或串并混聯而成。
專利摘要機電轉換輕便自行車，涉及自行車技術領域，主軸上依次設置限倒轉飛輪、飛輪、機電轉換器；機電轉換器的結構包括殼體通過軸承設置于主軸上，電機的定子與轉子分裝于殼體與主軸上，殼體的幅條連接孔通過輻條連接自行車后輪轂內側；所述轉子或定子內設置有儲放電裝置、電子換向器及相關電路，儲放電裝置的充電與放電為電子換向器及相關電路所控制；電機功率輸出為自動開關所控制，平時為發電機，可通過騎行帶動轉子相對定子轉動而進行充電，發電結束可轉化為電動機，即可實現放電做功。本實用新型的有益效果是1、結構簡單，安裝于自行車的后輪軸處，不影響自行車的結構與美觀；2、騎行輕便，可實現兼顧自行車代步與鍛煉的兩項功能。
文檔編號B62M6/40GK202911902SQ20122048921
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者靳永軍, 李獻波 申請人:靳永軍