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垫! S c ie nc e a n d T ec h no log y In no v a t io n He r a ld Q： 坐 一种 自发电式助力自行车的设计思路① ② 蔡启蒙 化佳欢 ( 青海大学 袁海明 青海西宁王正斌 810016) 师玉宝 技 术 创 新 摘 要 ： 介绍一种 白 发电式助力电动 自 行车的研发思路， 其结构与蕾通 白 行车相仿， 也可在瞢通基础上改装， 不需要电海等外界能泺， 依靠 白 行车 自身能量的转换实现助力功能。 自行车以脚蹯 为源动力， 在行车同时带动发电机发电， 最终供电给电动机起助力作用。 关键词： 自发电 助力 电动机 电池 白 行车 中图分类号 ： u484 文献标识码 ： A 文奄编号： 1 674- - 098X (2012)05(b)- - 6016- - 01 1 自发电式助力自行车的研发思路 随 着 经 济 的发 展 ， 可持 续 发展 日渐被 人 们所重视 ， 依靠科技的进步， 电动 自行车以其 “清洁、 环保、 便捷”等优点越来越受到人们的 亲睐 ， 赢得 了广泛的市场。 近年来 ， 我国电动 车 市 场 出现 迅猛 发 展的 势 头 ， 其 产 品的技 术 和质量水平也都有了很大的进步和提升 ， 消 费者对电动 自行车的认可度也在逐步提高。 但目前电动车市场上产品仍然存在着结构单 ， 充电时 间长， 续航能力差等问题 ， 再加上 国家对电动 自行车提出“限速令” 。 面对着机 遇和挑战， 多数厂家开始将 目光投向研发轻 小型电动 自行车的思路上来 ， 但实质问题仍 没有得到有效解决， 目前使用的锂 电池新产 品， 也因使用条件苛刻和成本大幅增加等因 素没能大量推广 ， 有些厂家采用增加电瓶数 量的方法 ， 虽然增大了骑行里程， 但整车重量 的增加又与轻小化相背离。 本文在分析了常见 电动 自行车结构和 原理 的基础 上 ， 通过对 多种高 效简洁的传 动机 构优化 方案的比较 ， 基于能量转化及 机械能与 电能之 间的相互 转换等原理 ， 提 出 一 种 介 于 传 统 自行 车 与 电动 车 之 间 的 主 力 自行车 。 该车以能 量转换的方式利 用 自 行车 自身的动能 发电 ， 以供车体 上的电动 机使用 。 该车设计的 基本思路是骑 行者在 使用过 程中须像普 通 自行车一样 蹬踏 ， 充 分利 用脚踏的 动能并将之转换 成电能 ， 然 后提供给 电机使用并和脚踏 一起提供动 力 带 动车轮转动 。 电机所起的 助力作用可使 使用者省去 大部分力 ， 以满足使用者快速 轻便的使用 要求 。 该思路 不仅大大 简化 了 电 动 自行 车 的 结 构 ， 还 可 省 去 电 池 的 生 产 成本 ， 减少充电的使 用时 间和费用 。 其方便 的使用性能和低廉的价格将更加适合广大 人群的使用 ， 是真正环保 意义上产品。 一2 自发电式助力自行车基本结构 提 出 的 这 种 无 源 助 力 型 自行 车 ， 主 要 图 1 整 车 装配 示 意图 特 点是不需要 电池 ， 以脚踏 带动发 电机 为 动力源 ， 然后作用于 电机带动车轮 ， 起助力 作用 ， 从而实现在遵 守能量守恒 的基础上 达到省力的 目的。 为满足电机使 用要求 ， 可 以采用传动效率高齿轮传动机构来增加发 电机的转速 ， 从而提高发 电量 ， 以方便选择 合适的电机 ， 电机选 择时应考 虑发电机输 出参数 ， 也可用 整流电路来调 整使 之相配 合。 由于需要以脚踏作为该车的动力源， 故 在使用时 人不踏车不走 ， 骑行时脚踏板带 动后轮 的同时 带动发 电机 ， 发电机所发 电 能提供 给电机使用 ， 电机将所转换 的动能 同时 作用于 自行车 上 ， 从而达到省 力的 目 的。 该车的具 体结构与普通 自行车相似 ， 区 别在于在中轴上增加 了一个小型发 电机 ， 如图l 示 。 在车 架上设置一 电机 ， 电机 与发 电机 之 间通 过 电路 模块 作用 来 满 足 电 机 使 用 。 电 机 与 在 后 轮 轮 毂 上 增 加 的左 飞 轮 通 过链传动带动车轮 ， 如图2所示 。 这样骑 行 时与普通 自行 车一样 ， 下坡 不会 带着电机 空转 ， 骑行时也 可共 同作用， 起助力作用。 2 ． 1 发电部分 发电机是 整车 中最 重要的部 件 ， 建议 选择功率大 、 体积小的发电机 ， 以便于配备 电机 和安装 电机使 用时 将其固定于 中轴 附近的车架上 ， 并平行于中轴 。 发 电机所需 要的动 力可 采用 齿轮 传动 方式 由脚踏 提 供 ， 以达到减小 安装体积和增加 发电机转 速的 目的 具体 方案 可采用一组 内啮 合齿 轮 ， 将作为 外圈的内齿轮和脚踏 板一起 固 定在中轴上 ， 随脚踏板一起转动 ； 与之啮合 的小齿 轮固定在发 电机转 子上 ， 在骑行时 脚踏板带动 齿轮组实现 发电过 程 。 发 电机 安装方 式也可设计成 可调 节方式 ， 即在不 需 要发 电助 力的情 况 下可将 齿轮 脱离 啮 合， 这样就 可以像普通 白行车一样骑行。 2 ． 2 电路部分 由于发电机的发电量与其功率及转速 有直接 关 系， 即脚踏 的越 快 ， 发 电量 就越 链条 左飞 轮 电机 飞轮 图2传动部分示意图 大 ， 电机速 度越快 ， 相 应的 自行车速 度越 快。 故可将电路模块设计简化， 只要保证所 发 电 量 能 满 足 电 机 正 常 使 用 ， 但 要 注 意 发 电机和 电机在选型上一定要相 匹配。 2 ． 3 传动部 分 经 过 对 普 通 自行 车 的 改 造 和 试 验 ， 认 为采用链式结构作为 电机与车轮之 间的传 动方式效果较好 ， 而且这种方式简单、 便于 取材； 另外， 当自行车的刹车为V 杀时 ， 可直 接在后 轮轮毂左边再加 上一个飞轮 ， 与固 定于车架后部的电机通过链条链接带动车 轮 ， 并与脚踏所产生 的作 用力共同作用于 后轮 ， 这种连接 方式 不会导致 自行车产 生 空转 。 鉴于 目前 自行车 中抱刹较 为常见 ， 也 可将飞轮安装 在前 轮轮毂处 ， 电机 固定 在 前叉上。 这样使前轮也成为驱动轮 ， 与后轮 起促使 自行 车前行 ， 能够进一 步提高 自 行车的性能 。 但这种方式 由于 受前叉结构 限制， 对 电机结构要求苛刻 ， 尤其体积要小 而 且 安 装 位 置受 限 。 一3 自发电式助力自行车的优点 自发 电式 助 力 自行车 是一 种介 于普 通 自 行车与电动车之间的产品 ， 经过改造试骑后 ， 认为有以下几个优点： (1)省力一一脚踏骑行 时可用较少的力获得较高的车速； (2)无需外 接电源——可省去电瓶 ， 有效减轻整车重量， 在普通 自行车的基础上增加的材料不多， 降 低了成本； (3)由于无需充电， 减少了二次能源 消耗； 同时， 避免了废弃电瓶的污染 ， 是真正 意义上的环保交通工具。 4 结语 自发 电式 助 力 自行 车 利 用 脚 踏 发 电 ， 以 供 电 动 机 使 用 ， 打 破 了 电动 自行 车 要 靠 外界电源提供 动力的传统思维 。 虽然在使 用过程 中须使 用者蹬踏 ， 但 其助力特 性可 使使用者 省去大部分 力； 同时又省去 了电 池的生 产成本和充 电费用 ， 其较低的成本 和方便使用的性能有可能更加符合广大使 用者 的 需 求 。 因此 ， 如 果 将这 种 自行 车 的助 力理念 加以凝练 ， 认为对 自行车产业 的发 展 不 失 是 提 出 了一 个 好 的 建 议 。 参考文献 【 l 】庞 立江 ． 助 力型 电 动箱 式 自行 车研 发思 路【 J 】 ． 石家庄理工职业学院学术研究 ， 2008， (4) ： 9～10． 【 2】蔡永。 浅谈 电动 自行车续 行时间短的 原因【 J 】 ． 电动 自行车， 2Ol l ， 3． 【 3l 陆金龙． 电动 自行车行业发展形势分析 [J 】 ． 电动 自行车， 2Ol l ， (4) ： 9． ①基金项 目： 2010年青海大学大学生创新性 实验计划项 目( 1010743l 2) 。 ②通讯 作者 ： 师玉 宝， 男， 6 7f f -2 月出生 ， 河南人 ， 教授 ， 研究方向： 自动控制与工程 ， 工作单位： 青海大学化工学院。 1 6 科技创新 导报 S c ienc e and T ec hnology I nnov ation Herald