[实用新型]双轮驱动式发电节能电动自行车

说明书

本实用新型属于电动车节能技术产品，传统电动自行车均为单轮驱动式，驱动功率较小，爬坡能力差，须助动才能爬坡，给骑车人带来困难，此外下坡行驶机械能未得到利用。

本实用新型的目的在于：针对上述问题，开发一种前后双轮驱动的电动车，可使驱动功率增大一倍，爬坡能力强，在坡度小于4°条件下无须人力助动，此外含电刷的直流电机可用于发电，利用下坡行驶过程中车载势能转化为动能驱动电机旋转发电，给蓄电池补充能量，可以延长行驶路程。

为实现上述目的，采用如下技术方案：双轮驱动式发电节能电动自行车，由前后二个电动车轮与20 ～26”自行车车架、控制电路及电池等共同组成，其中电动车轮由专利产品ZYZD型钕铁硼永磁式直流电机作为动力源，利用转子轴作为支承，定子外壳轮毂与轮辋、辐条共同构成；由于ZYZD型电机具有电刷及换向器，可用作发电机使用，在下坡行驶时用车载势能转化为动能驱动电机旋转发电，给蓄电池补充电力；该电机供电24V，最大功率为225W，转速为170-200r/mim，无须配备减速机构，直接驱动车轮，由于前后二轮均能驱动，比单轮驱动增大了一倍功率，使爬坡能力增强，最大驱动功率450W，在单人轻载条件下，可以爬坡4°以下，若嫌功率还小，可以采用36V供电电机，爬坡能力更强些，在城市交通较为平坦条件下，无须人力助动；控制电路含供电驱动调速电路、发电储能电路以及电力制动电路等，其中供电驱动调速电路含NE555集成电路及外围RC元件所构成的方波发生器，方波频率在500-2000HZ之间，通过电位器W₁，调制脉冲宽度及占空比，控制输出功率，采用二块智能功放模块进行功率放大，可以获得20A驱动电流，用来驱动电机ZD₁、ZD₂。发电储能电路其工作原理：由电机运动方程和电路平衡方程：M_g-M_l＝J(d²θ/dt²)其中M_g为电机的电磁转矩，M_L为负载转矩，当电机供电驱动时(M_g)为正值，非供电驱动时M_g＝0，M_l为负载转矩，它在转角θ减小的方向为正值，它含有干摩擦转矩(M_l1)取决于转角θ的方向相反，此外固定方向的负载转矩(M_l2)，取决于转动方向，粘滞摩擦型负载转矩(M_l3)，其值与角端度成正比，对转子运动起阻尼作用，即限制角速度的变化。负载转矩M_l＝M_l1+M_l2+M_l3 J(d²θ/dt²)为惯性转矩由转动惯量(J)与车轮的转动加速度(d²θ/dt²)所组成，M_l2取决于转动方向，上坡行驶时是车载势能增加的过程，即M_l2与运动方向相反起制动作用，须将电能转化为机械能，它随坡度的增大而加大，须增大电磁转矩(M_g)与之平衡，采用双轮驱动来增大电磁转矩；下坡行驶时是车载势能减小的过程，势能转化为动能，即M_l2与运动方向相同，起加速作用，公式为：M_l＝M_l1-M_l2+M_l3，坡度越大，M_l2越大，若M_l2＝M_l1+M_l3电机不供电磁转矩M_g＝0，车载保持原有的运动状态：当M_l2≥M_l1+M_l3时，车载加速运行，须加上制动力矩(M_K)，使M_l2-M_K＝M_l1+M_l3，传统电动自行车采用机械制动减速方法，此项机械能未得到充分利用；本实用新型利用此项机械能发电给蓄电池补充能量，即将电动机作为发电机使用，由于发电储能而产生的电磁制动转矩(M_K)，平衡方程式为：M_K-M_l＝J(d²θ/dt²)，即M_K＝M_l+J(d²θ/dt²)，在实际运行中当下行坡度很小情况下，前后双轮电机均不供电驱动，也不发电，保持空载惯性运行状态，下行坡度一般条件下，采用一台电机发电，一台空载运行，下行坡度较大时，可采有二台电机均发电：此外还可用调节充电电流的方法，调节电磁制动转矩(M_K)来调节下行的速度，为了实现上述目的，采用发电储能电路，其中含恒流充电单元、充电电流调控单元及充电电压上限控制单元，分别阐述如下：(1)恒流充电单元：由VMOS场效应功率管作为调整管，漏极接电流输入端，源极作为电流输出端，棚极作为控制端，在栅源二极上并联稳压管，漏棚二极上并联一只限流电阻，电流通过时形成栅源恒压，VMOS管恒流充电输出；(2)充电电流调控单元：棚源二极上并联数只不同稳压值的稳压管D₅～D₁₀，用转换开关K₅、K₆选择不同档位的稳压值，便可获得不同恒流充电值；(3)充电电压上限控制单元：上述恒流充电单元，受控于下列电路，即由电阻分压电路作为电压检测电路，提供给电压比较判断电路，即情密基准电压源LT431，当分压信号≥2.5V时加到LT431基准极上，便由截止变为导通，即U_KA电位下降至2V，经限流电阻R₇、R₁₂发光管LED_1、2使BG_1、2VMOS管棚源电压由正变负，BG_1、2VMOS由导通变为截止而停止充电，电阻分压值按充电电压上限值设计，便可有效地控制充电上限，保证电池不会产生过度充电；控制电路中还含有电力制动单元，它由换向开关及耗能电阻组成，当行驶过程中如需要紧急刹车的情况，除使用机械制动外，还可用电力制动方法，即用换向开关换向，改变电机输入电流的方向，使电磁转矩M_g由正变负，用以克服负载转矩M_l及惯性转矩J(dθ²/dt²)，为防止反向电流急剧发热损坏绕组绝缘，采用串联耗能电阻的办法加以克服，同时为防止电机反转造成事故，换向开关设置弹簧复位功能，同时换向过程中触发停车开关，切断供电电路。本实用新型选用电动车专用镍氢电池(中辽三普电池)取代传统电动车用的铅蓄电池。