CN117087807A - 助力自行车的发电传动***与工作方法 - Google Patents

助力自行车的发电传动***与工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种助力自行车的发电传动***，包括同轴心的五通中轴、至少两组行星轮系串联而成的行星轮系组合、永磁转子和线圈定子；五通中轴通过行星轮系组合与永磁转子传动配合；当五通中轴将自身的转动通过行星轮系组合传递给永磁转子时，永磁转子的旋转使线圈定子切割磁感线而产生电流发电；降低骑行者的负担，从而提高骑行者的体验。

Description

助力自行车的发电传动***与工作方法
技术领域
本发明属于助力自行车领域。
背景技术
助力自行车若在平坦路段或下坡路段悠闲骑行时，其脚踏的富足动力可以通过发电的形式储存起来，进而可以进入发电模式；若为上坡路段，发过来的电可以补偿人力输出，提高整体骑行舒适度。
自行车在行驶过程中有如下特点，在沿五通中轴的轴线方向的视角下，如图3所示，在骑行过程中，当脚蹬沿圆形轨迹到达五通中轴前方的b扇形区时，从人体工程学角度，此时的骑行者的小腿处于最佳施力状态，从而很顺畅的通过向下踩动，进而轻易的对五通中轴施加扭矩，五通中轴受到扭力是富足的；
当脚蹬到达五通中轴上下方的a扇形区或c扇形区时，从人体工程学角度，此时的骑行者的小腿无法高效的通过脚蹬给五通中轴施加扭力，如果脚蹬在a扇形区或c扇形区处时，还在承受发电带来电磁阻力则会给骑行者带来较大负担，从而降低骑行体验。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种助力自行车的发电传动***与工作方法，能提升发电模式下的体验。
技术方案：为实现上述目的，本发明的助力自行车的发电传动***，包括同轴心的五通中轴、至少两组行星轮系串联而成的行星轮系组合、永磁转子和线圈定子；五通中轴通过行星轮系组合与永磁转子传动配合；当五通中轴将自身的转动通过行星轮系组合传递给永磁转子时，永磁转子的旋转使线圈定子切割磁感线而产生电流发电。
进一步的，永磁转子固定安装在转子支架上，转子支架通过b轴承与五通中轴转动配合；五通中轴上同轴心固定安装有磁环，还包括与磁环相对应的磁编码器。
进一步的，还包括壳体，壳体两端的轴承孔与五通中轴通过a轴承转动配合；行星轮系组合、永磁转子和线圈定子均在壳体内。
进一步的，行星轮系组合包括串联配合的a行星轮系和b行星轮系。
进一步的，a行星轮系由a行星轮支架、a行星轮、a内齿圈和a太阳轮构成；
b行星轮系由b行星轮支架、b行星轮、b内齿圈和b太阳轮构成；
a太阳轮与b行星轮支架同轴心固定，从而使a行星轮系与b行星轮系串联。
进一步的，a行星轮支架的轴心处通过单向离合器与五通中轴同轴心传动配合。
进一步的，a内齿圈和b内齿圈均与壳体固定。
进一步的，b行星轮支架的轴心处通过c轴承与五通中轴转动配合；b太阳轮与转子支架同轴心固定连接。
进一步的，五通中轴两端曲柄上的脚蹬分别记为第一脚蹬和第二脚蹬，在沿五通中轴的轴线方向的视角下，第一脚蹬与第二脚蹬相对于五通中轴的轴线呈中心对称。
进一步的，在沿五通中轴的轴线方向的视角下，以五通中轴为中心等量划分出上、前、下和后四个全等的扇形区，上、前、下和后四个全等的扇形区分别记为a扇形区、b扇形区、c扇形区和d扇形区；
当自行车骑行过程中，进入脚蹬发电的模式时；
当第一脚蹬或第二脚蹬中的任意一个沿圆形轨迹到达五通中轴前方的b扇形区时，永磁转子的旋转使线圈定子切割磁感线而产生电流发电，并通过电源控制器或整流器对电池充电；
当第一脚蹬或第二脚蹬沿圆形轨迹到达五通中轴上下方的a扇形区或c扇形区时，助力电动机模块主动对后轮或前轮中轴施加助力。
有益效果：在本发明中，其结构能实现如下工作状态：当第一脚蹬或第二脚蹬沿圆形轨迹到达b扇形区时，永磁转子的旋转使线圈定子切割磁感线而产生电流发电，并通过电源控制器或整流器对电池充电；当第一脚蹬或第二脚蹬沿圆形轨迹到达a扇形区或c扇形区时，启动助力模式，起到助力作用，进而降低本状态下的骑行者的负担，从而提高骑行者的体验，使骑行过程更加平稳和顺畅。
附图说明
附图1为第一实施例；
附图2为第二实施例；
附图3为五通轴的轴向视角。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至3所示的助力自行车的发电传动***，包括同轴心的五通中轴4、至少两组行星轮系串联而成的行星轮系组合、永磁转子18和线圈定子19；五通中轴4通过行星轮系组合与永磁转子18传动配合，行星轮系组合起到成倍增强传动比的作用；当五通中轴4将自身的转动通过行星轮系组合传递给永磁转子18时，永磁转子18的旋转使线圈定子19切割磁感线而产生电流发电；当线圈定子19主动通电时，线圈定子19产生磁场对永磁转子18形成扭矩。
如图1所示的是第一实施例：在这种实施例下，永磁转子18是内转子。
如图2所示的是第二实施例：在这种实施例下，永磁转子18是外转子。
五通中轴4上同步设置有自行车输出牙盘，用于链条输出给轮毂，本方案只讨论发电部分的顺畅性，因此电动输出部分的传动结构本文没有详述。
还包括壳体12，壳体12两端的轴承孔与五通中轴4通过a轴承16转动配合；行星轮系组合、永磁转子18和线圈定子19均在壳体12内。永磁转子18固定安装在转子支架17上，转子支架17通过b轴承21与五通中轴4转动配合；五通中轴4上同轴心固定安装有磁环14，还包括与磁环14相对应的磁编码器15，磁编码器15固定在壳体12内。
行星轮系组合包括串联配合的a行星轮系和b行星轮系，a行星轮系和b行星轮系配合后能成倍的增加传动比，从而放大五通中轴4的转速给永磁转子18，其具体结构如下。
a行星轮系由a行星轮支架9、a行星轮7、a内齿圈6和a太阳轮32构成；b行星轮系由b行星轮支架8、b行星轮20、b内齿圈31和b太阳轮13构成；a太阳轮32与b行星轮支架8同轴心固定，从而使a行星轮系与b行星轮系串联。a行星轮支架9的轴心处通过单向离合器33与五通中轴4同轴心传动配合，单向离合器33可以防止五通中轴4反转使拖动行星轮系组合。
a内齿圈6和b内齿圈31均与壳体12固定。b行星轮支架8的轴心处通过c轴承11与五通中轴4转动配合；b太阳轮13与转子支架17同轴心固定连接。
如图3，五通中轴4两端曲柄上的脚蹬分别记为第一脚蹬3.1和第二脚蹬3.2，在沿五通中轴4的轴线方向的视角下，第一脚蹬3.1与第二脚蹬3.2相对于五通中轴4的轴线呈中心对称。
助力自行车的发电传动***的工作方法：五通中轴4旋转的过程中，第一脚蹬3.1和第二脚蹬3.2均沿一个圆形轨迹2绕五通中轴4周向转动；五通中轴4旋转的过程中磁环14也会跟着同步旋转，而磁编码器15通过磁环14的转动位置实时的监测定转子的相对运动状态；
在沿五通中轴4的轴线方向的视角下，以五通中轴4为中心等量划分出上、前、下和后四个全等的扇形区，上、前、下和后四个全等的扇形区分别记为a扇形区、b扇形区、c扇形区和d扇形区；a扇形区、b扇形区、c扇形区和d扇形区相邻处的四条分割线分别为第一分割线1.1、第二分割线1.2、第三分割线1.3和第四分割线1.4。
在骑行过程中，当第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2中的任意一个沿圆形轨迹2到达五通中轴4前方的b扇形区时，从人体工程学角度，此时的骑行者的小腿处于最佳施力状态，从而很顺畅的通过向下踩动第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2，进而轻易的对五通中轴4施加扭矩，因此当第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2中的任意一个沿圆形轨迹2到达五通中轴4前方的b扇形区时，骑行者的小腿施加给第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2的力是富足的，五通中轴4受到的富足的扭力中的一部分进行发电不会过大的影响骑行者的骑行体验。
当第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2沿圆形轨迹2到达五通中轴4上下方的a扇形区或c扇形区时，从人体工程学角度，此时的骑行者的小腿无法高效的通过第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2给五通中轴4施加扭力，如果第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2在a扇形区或c扇形区处时，永磁转子18还在承受发电带来电磁阻力则会给骑行者带来较大负担，从而降低骑行体验。
基于上述分析，做出如下方案：当自行车骑行过程中，进入脚蹬发电的模式时，磁编码器15实时监测磁编码器15通过磁环14的转动位置实时的监测定转子的相对运动状态；
当第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2中的任意一个沿圆形轨迹2到达五通中轴4前方的b扇形区时，小腿处于最佳施力状态，从而很顺畅的通过向下踩动第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2，进而使五通中轴4主动旋转，五通中轴4的转速经行星轮系组合的多级变速和放大后输出给永磁转子18，永磁转子18的旋转使线圈定子19切割磁感线而产生电流发电，并通过电源控制器或整流器对电池充电；此状态下，永磁转子18受到反电动势电磁阻力；
当第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2沿圆形轨迹2到达五通中轴4上下方的a扇形区或c扇形区时，此时的骑行者的小腿无法高效的通过第一脚蹬3.1或第二脚蹬3.2给五通中轴4施加扭力；在此状态下，电池通过电源控制器反向的将电流输出给电动助力模块，助力电动机模块主动对后轮或前轮施加助力，进而降低本状态下的骑行者的负担，从而提高骑行者的体验。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.助力自行车的发电传动***，其特征在于：包括同轴心的五通中轴(4)、至少两组行星轮系串联而成的行星轮系组合、永磁转子(18)和线圈定子(19)；所述五通中轴(4)通过所述行星轮系组合与所述永磁转子(18)传动配合；当五通中轴(4)将自身的转动通过行星轮系组合传递给永磁转子(18)时，永磁转子(18)的旋转使线圈定子(19)切割磁感线而产生电流发电。
2.根据权利要求1所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：所述永磁转子(18)固定安装在转子支架(17)上，转子支架(17)通过b轴承(21)与五通中轴(4)转动配合；所述五通中轴(4)上同轴心固定安装有磁环(14)，还包括与磁环(14)相对应的磁编码器(15)。
3.根据权利要求1所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：还包括壳体(12)，所述壳体(12)两端的轴承孔与五通中轴(4)通过a轴承(16)转动配合；行星轮系组合、永磁转子(18)和线圈定子(19)均在壳体(12)内。
4.根据权利要求3所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：行星轮系组合包括串联配合的a行星轮系和b行星轮系。
5.根据权利要求4所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：所述a行星轮系由a行星轮支架(9)、a行星轮(7)、a内齿圈(6)和a太阳轮(32)构成；
所述b行星轮系由b行星轮支架(8)、b行星轮(20)、b内齿圈(31)和b太阳轮(13)构成；
所述a太阳轮(32)与b行星轮支架(8)同轴心固定，从而使a行星轮系与b行星轮系串联。
6.根据权利要求5所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：所述a行星轮支架(9)的轴心处通过单向离合器(33)与五通中轴(4)同轴心传动配合。
7.根据权利要求6所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：所述a内齿圈(6)和b内齿圈(31)均与壳体(12)固定。
8.根据权利要求6所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：所述b行星轮支架(8)的轴心处通过c轴承(11)与所述五通中轴(4)转动配合；所述b太阳轮(13)与转子支架(17)同轴心固定连接。
9.根据权利要求8所述的助力自行车的发电传动***，其特征在于：五通中轴(4)两端曲柄上的脚蹬分别记为第一脚蹬(3.1)和第二脚蹬(3.2)，在沿五通中轴(4)的轴线方向的视角下，第一脚蹬(3.1)与第二脚蹬(3.2)相对于五通中轴(4)的轴线呈中心对称。
10.根据权利要求9所述的助力自行车的发电传动***的工作方法，其特征在于：在沿五通中轴(4)的轴线方向的视角下，以五通中轴(4)为中心等量划分出上、前、下和后四个全等的扇形区，上、前、下和后四个全等的扇形区分别记为a扇形区、b扇形区、c扇形区和d扇形区；
当自行车骑行过程中，进入脚蹬发电的模式时；
当第一脚蹬(3.1)或第二脚蹬(3.2)中的任意一个沿圆形轨迹(2)到达五通中轴(4)前方的b扇形区时，永磁转子(18)的旋转使线圈定子(19)切割磁感线而产生电流发电，并通过电源控制器或整流器对电池充电；
当第一脚蹬(3.1)或第二脚蹬(3.2)沿圆形轨迹(2)到达五通中轴(4)上下方的a扇形区或c扇形区时，助力电动机模块主动对后轮或前轮施加助力。
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