一種自動蓄能助力自行車的制作方法

本發明涉及一種自行車，具體是一種具有自動蓄能功能的助力自行車。

背景技術：

目前自行車助力系統主要分為機械蓄能助力和電動助力，機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，當需要助力時再釋放，此種助力方式結構簡單，能量損失小，但助力時間短，而且在機械結構沒有蓄能時無法助力。

電動助力是由電池供電給電機再通過芯片控制電流大小使電機處于要求的轉速狀態，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，無蓄能功能，能量利用率不高。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種自動蓄能助力自行車。該自行車通過簡單的結構設計能夠自動判斷進入騎行模式、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行存儲，然后在助力模式下使用，達到了能量利用的最大化。

本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種自動蓄能助力自行車，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蓄電池、控制器、力矩傳感器、霍爾傳感器、電機線圈、電機外殼、電機永磁體、電機鐵芯、軸、支撐體、電刷、換向器、擴張片、凸輪、摩擦片、電磁鐵和杠桿；

所述蓄電池、控制器、力矩傳感器、霍爾傳感器、軸固定在架體上；所述蓄電池、力矩傳感器、霍爾傳感器、電機線圈和電磁鐵分別與控制器連接；所述飛輪通過螺紋連接于電機外殼的一端；所述力矩傳感器的測量端與輪盤連接；所述電機線圈安裝于電機外殼內；所述電機永磁體固定于電機鐵芯表面；所述電機鐵芯通過軸承與軸連接；所述電機外殼通過軸承與軸連接；所述支撐體固定在軸上；所述電刷置于支撐體孔內，與蓄電池電連接；所述換向器固定于電機外殼內，與電機線圈電連接；所述擴張片安裝于支撐體上；所述凸輪安裝于支撐體上；所述摩擦片固定于電機鐵芯內側表面及擴張片外部表面；所述杠桿的一端與凸輪固定，另一端安裝有導體；所述電磁鐵的一端固定于支撐上，另一端與杠桿的導體配合。

與現有技術相比，本發明有益效果在于：

(1)該自行車結構簡單，操作方便。通過簡單的結構設計能夠自動判斷進入騎行模式、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行存儲，然后在助力模式下使用，達到了能量利用的最大化；同時通過特殊的電機與輪轂設計將助力、蓄能集合到一個結構中，使系統更加簡化。

(2)該自行車在騎行模式下騎行阻力比一般助力自行車及電動自行車小。

(3)該自行車節能環保，續航里程長。

附圖說明

圖1是本發明蓄能助力自行車一種實施例的整體結構主視示意圖；

圖2是本發明蓄能助力自行車一種實施例的沿圖1中的a-a處的剖面結構示意圖；

圖3是本發明蓄能助力自行車一種實施例的沿圖2中的b-b處的剖面結構示意圖；

圖4是本發明蓄能助力自行車一種實施例的支撐體結構示意圖；

圖5是本發明蓄能助力自行車一種實施例的控制器的結構框圖；(圖中1、蓄電池；2、控制器；3、架體；4、輪盤；5、力矩傳感器；6、霍爾傳感器；7、鏈條；8、飛輪；9、軸；10、電機外殼；11、電機線圈；12、電機永磁體；13、電機鐵芯；14、摩擦片；15、電刷；16、換向器；17、擴張片；18、支撐體；19、凸輪；20、電磁鐵；21、杠桿；201、單片機；202、驅動芯片；203、降壓模塊；204、繼電器；205、第一二極管；206、第二二極管)

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供了一種自動蓄能助力自行車，包括蓄電池1、控制器2、架體3、輪盤4、力矩傳感器5、霍爾傳感器6、鏈條7、飛輪8、軸9、電機外殼10、電機線圈11、電機永磁體12、電機鐵芯13、摩擦片14、電刷15、換向器16、擴張片17、支撐體18、凸輪19、電磁鐵20、杠桿21。

所述蓄電池1、控制器2、力矩傳感器5、霍爾傳感器6、軸9固定在架體3上；所述蓄電池1、力矩傳感器5、霍爾傳感器6、電刷17和電磁鐵19分別與控制器1連接；所述蓄電池1用于儲存并提供電能；所述力矩傳感器5的測量端與輪盤4連接，用于測量自行車輪盤4的力矩值；所述霍爾傳感器6的測量端與輪盤4連接，用于測量自行車輪盤4的轉速；所述電機線圈11安裝于電機外殼10內；所述電機永磁體12固定于電機鐵芯13上；所述電機鐵芯13通過軸承與軸9連接，能夠繞軸9自由轉動；所述電機外殼10通過軸承與軸9連接，能夠繞軸9自由轉動；所述飛輪8通過螺紋連接于電機外殼10的一端；所述飛輪8與鏈條7連接；所述支撐體18固定在軸9上；所述電刷15置于支撐體18安裝孔內，與蓄電池1電連接；所述換向器16固定于電機外殼10內，與電機線圈11電連接；所述擴張片17安裝于支撐體18上；所述凸輪19安裝于支撐體18上，可隨杠桿21轉動，使擴張片17擴張或恢復；所述摩擦片14固定于電機鐵芯13內側表面及擴張片17外部表面；所述杠桿21的一端與凸輪19固定，另一端安裝有導體；所述電磁鐵20的一端固定于支撐體18上，另一端與杠桿21的導體配合，進行切割磁感線運動，產生感應電動勢，進而產生電磁力。

所述力矩傳感器3的型號是bt-1-xxc；所述霍爾傳感器4的型號是sh3144。

所述控制器2包括單片機201、驅動芯片202、降壓模塊203、繼電器204、第一二極管205和第二二極管206；所述蓄電池1分別與降壓模塊203和繼電器204連接；所述單片機201分別與力矩傳感器5、霍爾傳感器6、降壓模塊203和驅動芯片202連接；所述驅動芯片202分別與電磁鐵20和繼電器204連接；所述第一二極管205分別與繼電器204和電刷15連接；所述第二二極管206分別與繼電器204和電刷15連接；

所述單片機201的型號是stm32f103c；所述驅動芯片202的型號是ir2110；所述繼電器204具有開關；

降壓模塊203將蓄電池1的36v電壓降為3.3v和5v，3.3v作為單片機201的工作電壓，5v作為驅動芯片202、電磁鐵20和繼電器204的工作電壓，單片機201根據霍爾傳感器6和力矩傳感器5檢測的信號進行三種工作模式(即騎行模式、助力模式和蓄能模式)的轉換。

電磁鐵20中不存在電流時，擴張片17與電機鐵芯13之間不接觸，相互之間沒有作用力，電機貼芯13可繞軸9轉動；當電磁鐵20中通入電流時，電磁鐵20與位于其中的導體產生感應電動勢，進而產生電磁力，通過杠桿21的杠桿作用轉動凸輪19，凸輪19使擴張片17擴張，電機鐵芯13和擴張片17通過摩擦片14接觸，相互產生作用力，可視為電機鐵芯13和支撐體18固定連接，此時電機鐵芯13不可繞軸9轉動。

本發明自動蓄能助力自行車的工作原理和工作流程是：初始化程序，力矩傳感器5檢測自行車力矩值，當自行車處于下坡或剎車時，力矩傳感器5檢測的自行車力矩值小于設定的最小值時，控制器2通過程序選擇進入蓄能模式，單片機201控制驅動芯片202給繼電器204通電，繼電器204開關閉合；單片機201控制驅動芯片202給電磁鐵20通電，杠桿21轉動凸輪19，此時擴張片17與電機鐵芯13之間的摩擦片14接觸，電機鐵芯13固定不動，電機永磁體12與電機線圈11產生相對運動產生電能，電流由電機線圈11通過換向器16、電刷15、第二二極管206和繼電器204流向蓄電池1，將電能儲存在蓄電池1中。

當自行車處于上坡或起步時，力矩傳感器5檢測的自行車力矩值大于設定最大值時，控制器2通過程序選擇進入助力模式，單片機201控制驅動芯片202給繼電器204通電，繼電器204開關閉合；單片機201控制驅動芯片202給電磁鐵20通電，杠桿21轉動凸輪19，此時擴張片17與電機鐵芯13之間的摩擦片14接觸，電機鐵芯13固定不動，電流由蓄電池1通過繼電器204、第一二極管205、電刷15和換向器16流向電機線圈11，產生電磁力帶動電機外殼10轉動，輸出動力，并且單片機201通過霍爾傳感器6測量的轉速以及力矩傳感器5測得的力矩值輸出pwm波控制驅動芯片202進而控制電機線圈11的功率大小，然后單片機201再通過力矩傳感器5測量力矩值，如果力矩值大于設定值則單片機201控制pwm增加電機線圈11的功率，然后單片機201再通過力矩傳感器5測量力矩值，如果力矩值小于設定值則單片機201控制pwm減小電機線圈11的功率。

當力矩值介于最大值與最小值之間時，控制器2通過程序選擇進入騎行模式，單片機201控制驅動芯片202給繼電器204斷電，繼電器204開關斷開；單片機201控制驅動芯片202給電磁鐵20斷電，杠桿21帶動凸輪19轉動，此時擴張片17與電機鐵芯13之間的摩擦片14不接觸，電機鐵芯13可繞軸9轉動，電機線圈11斷電，電機不工作。

本發明未述及之處適用于現有技術。