本發(fā)明涉及自行車
技術領域：
，特別是涉及一種具有風力發(fā)電功能的電動自行車。
背景技術：
：當前，自行車上搭載的用電設備越來越多，比如車燈、碼表、gps和手機等，而且電助力自行車也逐漸興起，從而使自行車供電得到廣泛關注與研究。絕大多數(shù)自行車采用蓄電池對車載設備進行供電，蓄電池的充電方式種類較多，最普遍的做法是利用電源對蓄電池進行充電，也有人在騎行過程中將人力轉(zhuǎn)化為電力進行充電。鑒于自行車大多數(shù)時間處于閑置狀態(tài)，尤其在野外這種特殊的環(huán)境下，采用電源充電幾乎不可能，因此實現(xiàn)利用停車休息時間對蓄電池的充電意義重大。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種具有風力發(fā)電功能的電動自行車來克服或至少減輕現(xiàn)有技術的上述缺陷中的至少一個。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種具有風力發(fā)電功能的電動自行車，具有風力發(fā)電功能的電動自行車包括：車梯，其安裝在車輪，將所述車輪支設于地面上，以使所述車輪處于懸空狀態(tài)且可通過花鼓繞輪軸轉(zhuǎn)動；葉片，其安裝在所述車輪的輻條上，且與所述車輪平面的夾角可調(diào)節(jié)；風向采集設備，其用于實時感知當前的風向；車輪調(diào)向設備，其連接所述風向采集設備和車輪，其根據(jù)所述風向采集設備感知的當前風向，通過旋轉(zhuǎn)所述車輪控制所述車輪平面的轉(zhuǎn)角，并使所述車輪平面垂直所述當前風向，所述車輪調(diào)向設備按照如下公式對所述車輪平面的轉(zhuǎn)角β調(diào)整：上述公式中，f為所述車輪相對于所述初始位置所能夠轉(zhuǎn)動的最大角度，且f小于90°，所述車輪平面的初始位置為車架所在平面；所述車輪平面的轉(zhuǎn)角β的角度范圍為[0,f]∪[360-f,360]；w(t0)為所述風向采集設備感知的當前風向；葉片調(diào)向設備，其連接所述葉片，用于根據(jù)當前風向w(t0)和所述車輪平面的轉(zhuǎn)角β，控制所述葉片與所述車輪平面的夾角位于預設范圍內(nèi)，使所述葉片在風力作用下以受拉狀態(tài)來承受風力；發(fā)電機，其輸入端以齒輪嚙合的方式連接到所述花鼓一端的輸出齒輪，所述發(fā)電機在所述車輪由于一個或多個所述葉片在風力作用下旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生能量；和充電設備，其與所述發(fā)電機電連接，并用于將發(fā)電機輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，對車載蓄電池充電。進一步地，自行車駐車狀態(tài)下，所述葉片與所述車輪平面的夾角為-45°或45°；自行車騎行狀態(tài)下，所述葉片與所述車輪平面的夾角為0°。進一步地，所述當前風向w(t0)的計算方法具體包括：以t為周期，記錄周期內(nèi)的風向角數(shù)據(jù)，并求取風向角平均值w(t0)作為當前的風向角，若當前風向角與上一周期的風向角相差大于10°，則更新風向角，所述風向角為風向矢量與y軸正向的夾角，所述y軸平行于車架所在平面，自行車的前方為y軸正向。進一步地，所述具有風力發(fā)電功能的電動自行車還包括調(diào)向控制器和導電軸承；所述花鼓套裝在所述輪軸外，所述導電軸承設在所述花鼓和所述輪軸之間，所述導電軸承的內(nèi)圈相對于所述輪軸固定設置，所述導電軸承的外圈相對于所述花鼓固定設置，使所述花鼓可相對于所述輪軸轉(zhuǎn)動；所述葉片調(diào)向設備包括數(shù)量與所述輻條相同的葉片調(diào)向舵機，各所述葉片調(diào)向舵機設在所述花鼓外周壁，圍繞所述花鼓的中心軸線周向隔開布置，且緊鄰對應的所述輻條設置，以控制相對應的所述輻條上的葉片與所述車輪平面的夾角；所述花鼓上每一所述葉片調(diào)向舵機所在的位置設有第一過線孔；所述輪軸形成有軸向中空腔，并貫通所述輪軸的一端；所述輪軸的周壁設置有與所述第一過線孔相對應的第二過線孔，各所述第二過線孔均與所述中空腔相貫通；所述第一過線孔與其相對應的所述第二過線孔之間設所述導電軸承并由所述導電軸承封堵，以使每一所述葉片調(diào)向舵機的輸出線的第一部分能夠穿過所述第一過線孔與相應的所述導電軸承電連接，所述導電軸承再電連接所述輸出線的第二部分，所述輸出線的第二部分依次穿過對應的所述第二過線孔和所述輪軸的軸向中空腔，與所述調(diào)向控制器電連接。進一步地，所述輸出線分別為電源正線、信號線和地線；所述第一過線孔的數(shù)量為三個，沿所述花鼓的軸向設置，分別供所述電源正線、信號線和地線的第一部分穿過；相應地，所述第二過線孔的數(shù)量為三個，沿所述輪軸的周壁軸向設置，分別供所述電源正線、信號線和地線的第二部分穿過。進一步地，所述花鼓上的輸出齒輪由外圈齒輪和內(nèi)圈齒輪構(gòu)成，所述內(nèi)圈齒輪通過棘輪機構(gòu)與外圈齒輪嚙合，當所述車輪的旋轉(zhuǎn)方向為預設方向一致時，所述內(nèi)圈齒輪能帶動所述外圈齒輪旋轉(zhuǎn)。進一步地，所述具有風力發(fā)電功能的電動自行車還包括增速器，所述增速器與所述發(fā)電機固定在與所述花鼓上的輸出齒輪位于同側(cè)的所述車梯上，所述發(fā)電機的機體固定在所述車梯的外側(cè)，且所述發(fā)電機的輸入軸貫穿所述車梯，與所述增速器的輸出齒輪嚙合。進一步地，所述充電設備包括整流器，所述發(fā)電機產(chǎn)生交流電，輸入所述整流器中整形成直流電，向所述車載蓄電池充電。本發(fā)明能夠根據(jù)當前風向適配性地調(diào)整車輪平面的轉(zhuǎn)角及葉片相對于車輪平面的夾角，使車輪平面和葉片始終保持在迎風狀態(tài)，為盡可能多地收集風能提供有利條件。附圖說明圖1是本發(fā)明所提供的具有風力發(fā)電功能的電動自行車一實施例的原理性結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所提供的具有風力發(fā)電功能的電動自行車在自行車車體上的安裝示意圖。圖3是圖2中的花鼓上的輸出齒輪和葉片調(diào)向舵機的安裝示意圖。圖4是圖3中的花鼓上的輸出齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖3中的花鼓和輪軸的剖面示意圖，其中還示出了葉片調(diào)向舵機的輸出線與導電軸承的電連接關系。圖6a和圖6b是圖2中的葉片與輻條連接示意圖。圖7是圖2中的花鼓、增速器和發(fā)電機與車梯的連接關系示意圖。圖8是圖1中的充電電路與發(fā)電機和車載蓄電池的電連接關系示意圖。圖9是本發(fā)明中為定義風向角所建立的直角坐標系。圖10是本發(fā)明中葉片與車輪平面的夾角為最大時的狀態(tài)示意圖。附圖標記：1車梯2車輪3輪軸4葉片5輻條6風向采集設備7車輪調(diào)向設備8車架9葉片調(diào)向設備10花鼓11發(fā)電機12充電設備13車載蓄電池14花鼓上的輸出齒輪15調(diào)向控制器16導電軸承17增速器18整流器19轉(zhuǎn)向軸20供電模塊21太陽能電池板2a車輪平面3a輪軸的軸向中空腔3b第二過線孔9a葉片調(diào)向舵機9b電源正線9c信號線9d地線10a第一過線孔14a輸出齒輪的外圈齒輪14b輸出齒輪的內(nèi)圈齒輪14c輸出齒輪的棘輪機構(gòu)具體實施方式在附圖中，使用相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。在本發(fā)明的描述中，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。如圖1和圖2所示，本實施例所提供的具有風力發(fā)電功能的電動自行車包括車輪組件、風向采集設備6、車輪調(diào)向設備7、發(fā)電機11、充電設備12和車載蓄電池13，其中：所述車輪組件包括車梯1、車輪2、輪軸3、輻條5、花鼓10和葉片調(diào)向設備9，車輪2、輻條5、輪軸3和花鼓10之間的連接關系為現(xiàn)有技術，在此不再贅述。下面僅對車輪組件中存在結(jié)構(gòu)改進的部件進行說明。本實施例中的車輪2選用的是前輪，為了使自行車處于駐車狀態(tài)時，前輪2可繞輪軸3旋轉(zhuǎn)，因此需要通過新增設的車梯1。車梯1大致為呈矩形的支架結(jié)構(gòu)，以可繞轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動的方式連接在輪軸3的兩端，矩形平面與前輪轉(zhuǎn)向軸19平行。車梯1可以將車輪2支設于地面上，這樣使車輪2處于懸空狀態(tài)，且可在風力作用下通過花鼓10繞輪軸3轉(zhuǎn)動。因此，無論風向如何變化，在車輪2懸空狀態(tài)下，都可以將車輪平面2a調(diào)整到與風向垂直，為收集更多的風能創(chuàng)造有利條件。為了使風力更容易帶動車輪2旋轉(zhuǎn)，車輪組件，即車輪2和安裝在車輪2上的其它各部件盡量選擇輕質(zhì)材料，降低整體重量。車輪2的內(nèi)、外胎的總重不超過400g，車輪2的車圈的重量不超過400g，輻條5的總重量不超過250g，花鼓3的重量不超過400g等。葉片4安裝在輻條5上，葉片4與車輪平面2a的夾角能夠被調(diào)節(jié)。為了盡可能多地收集風能，本實施例是通過調(diào)整葉片4與車輪平面2a的夾角，來調(diào)整葉片5的受力面與當前風向保持在預設角度。也可以在每一根輻條5上安裝一個葉片4，通過增加葉片5的數(shù)量盡可能多地收集風能。還可以通過改變?nèi)~片4的平面面積和/或面積，使形狀、面積與車輪2的各參數(shù)相匹配，從而為進一步增大葉片承受風力提供條件。葉片4裝配到輻條5上的方式可以參考圖6a和圖6b示出的裝配方式，葉片4為呈直角梯形形狀的平板，其直角邊通過卡環(huán)固定在輻條上，卡環(huán)內(nèi)側(cè)有凸起(圖中未示出)，從而實現(xiàn)葉片4的姿態(tài)固定。風向采集設備6用于實時感知當前的風向。風向采集設備6可以采用電子風向計，電子風向計可以實時感知風向。為了使車輪平面2a盡可能迎風，電子風向計安裝在自行車橫梁上。車輪調(diào)向設備7連接風向采集設備6和車輪2，車輪調(diào)向設備7根據(jù)風向采集設備6感知的當前風向，通過旋轉(zhuǎn)車輪2控制車輪平面2a的轉(zhuǎn)角，并使車輪平面2a垂直所述當前風向，即使車輪平面2a盡量迎風，以充分收集風能。如圖9所示，圖9中示出的是定義風向角所建立的直角坐標系。該直角坐標系具體為：所述風向角為風向矢量與y軸正向的夾角，所述風向角的單位為度，范圍為0°～360°。當風向矢量與y軸方向重合時所述風向角為0°，風向矢量按順時針從0°變化至360°。y軸平行于車架8所在平面，自行車的前方為y軸正向，可以視為自行車的縱向；x軸垂直于車架8，可以視為自行車的橫向。車輪調(diào)向設備7按照如下公式對車輪平面2a的轉(zhuǎn)角β調(diào)整：上述公式中，f為車輪2相對于所述初始位置所能夠轉(zhuǎn)動的最大角度，且f小于90°，車輪平面2a的初始位置為車架8所在平面；車輪平面2a的轉(zhuǎn)角β的角度范圍為[0,f]∪[360-f,360]；w(t0)為風向采集設備6感知的當前風向。優(yōu)選地，車輪調(diào)向設備7采用的是前輪調(diào)向舵機，在車身8的橫梁上靠近前輪轉(zhuǎn)向軸19的位置安裝前輪調(diào)向舵機，通過齒輪傳動實現(xiàn)前輪調(diào)向舵機對前輪平面2a的轉(zhuǎn)角的控制。根據(jù)車輪平面2a的轉(zhuǎn)角，已知前輪調(diào)向舵機與前輪轉(zhuǎn)軸間的傳動比η，可得舵機轉(zhuǎn)角δ如下式：其中，“-”表示舵機逆時針旋轉(zhuǎn)。葉片調(diào)向設備9連接葉片4，用于根據(jù)當前風向w(t0)和所述車輪平面2a的轉(zhuǎn)角β，控制葉片4與車輪平面2a的夾角位于預設范圍內(nèi)，使葉片4在風力作用下以受拉狀態(tài)來承受風力。發(fā)電機11的輸入端以齒輪嚙合的方式連接到花鼓10一端的輸出齒輪14，發(fā)電機11在車輪2由于一個或多個葉片4在風力作用下旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生能量。充電設備12與發(fā)電機11電連接，并用于將發(fā)電機11輸出的交流電轉(zhuǎn)化為直流電，對車載蓄電池13充電。本實施例能夠根據(jù)當前風向適配性地調(diào)整車輪平面的轉(zhuǎn)角及葉片相對于車輪平面的夾角，使車輪平面和葉片始終保持在迎風狀態(tài)，為盡可能多地收集風能提供有利條件。在一個實施例中，由于發(fā)電機11的輸入軸按固定方向旋轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)順利發(fā)電，故要求車輪2旋轉(zhuǎn)的方向固定。但由于風向多變，可能從車輪2的兩側(cè)吹來，故將葉片4與車輪平面2a的夾角設定為兩個固定值，分別為45°和-45°。如圖10所示，葉片4繞輻條5向左側(cè)旋轉(zhuǎn)與輪胎平面2a的夾角為45°，向右側(cè)旋轉(zhuǎn)與輪胎平面2a所成角度定為-45°。也就是說，自行車駐車狀態(tài)下，葉片4與車輪平面2a的夾角范圍設置為-45°或45°；自行車騎行狀態(tài)下，葉片4與車輪平面2a的夾角為0°，降低風阻。這樣可以根據(jù)車輪轉(zhuǎn)角和當前風向?qū)崟r調(diào)整葉片與車輪平面2a的夾角，使車輪2可按規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，所述當前風向w(t0)的計算方法具體包括：以t為周期，記錄周期內(nèi)的風向角數(shù)據(jù)，并求取風向角平均值w(t0)作為當前的風向角，若當前風向角與上一周期的風向角相差大于10°，則更新風向角。如圖3和圖5所示，在一個實施例中，所述具有風力發(fā)電功能的電動自行車還包括調(diào)向控制器15和導電軸承16。其中，調(diào)向控制器15的輸入端電連接風向采集設備6，調(diào)向控制器15的輸出端電連接車輪調(diào)向設備7和葉片調(diào)向設備9，調(diào)向控制器15接收風向采集設備6實時感知當前的風向，確定車輪平面2a的轉(zhuǎn)角和葉片4相對于車輪平面2a的夾角。確定車輪平面2a的轉(zhuǎn)角和葉片4相對于車輪平面2a的夾角的方法如上述實施例所給出的方法，在此不再展開描述。需要說明的是，調(diào)向控制器15根據(jù)確定好的車輪平面2a的轉(zhuǎn)角和葉片4相對于車輪平面2a的夾角，分別向車輪調(diào)向設備7和葉片調(diào)向設備9輸出控制指令。導電軸承16可以從市面直接購置的到，能夠?qū)崿F(xiàn)電流導通?；ü?0套裝在輪軸3外，導電軸承16設在花鼓10和輪軸3之間，導電軸承16的內(nèi)圈相對于輪軸3固定設置，導電軸承16的外圈相對于花鼓10固定設置，使花鼓10可相對于輪軸3轉(zhuǎn)動。葉片調(diào)向設備9包括數(shù)量與輻條5相同的葉片調(diào)向舵機9a，各葉片調(diào)向舵機9a設在花鼓10外周壁，圍繞花鼓10的中心軸線周向隔開布置，且緊鄰對應的輻條5設置，以控制相對應的輻條5上的葉片4與所述車輪平面2a的夾角。如圖2和圖3所示示出了六個葉片4，對應有六臺葉片調(diào)向舵機9a，這六臺葉片調(diào)向舵機9a在花鼓10的軸向中間位置圍繞花鼓10的中心軸線隔開布置，相鄰的兩臺葉片調(diào)向舵機9a的夾角為60°。在葉片調(diào)向舵機9a的帶動下，葉片4相對于車輪平面2a的角度可調(diào)?；ü?0上每一葉片調(diào)向舵機9a所在的位置設有第一過線孔10a。輪軸3形成有軸向中空腔3a，并貫通輪軸3的一端。輪軸3的周壁設置有與第一過線孔10a相對應的第二過線孔3b，各第二過線孔3b均與中空腔3a相貫通。第一過線孔10a與其相對應的第二過線孔3b之間設導電軸承16并由導電軸承16封堵，以使每一葉片調(diào)向舵機9a的輸出線的第一部分能夠穿過第一過線孔10a與相應的導電軸承16電連接，導電軸承16再電連接所述輸出線的第二部分，所述輸出線的第二部分依次穿過對應的第二過線孔3b和輪軸3的軸向中空腔3a，與調(diào)向控制器15電連接，這樣可以保證葉片調(diào)向舵機9a的輸出線不受車輪2轉(zhuǎn)動的影響。在一個實施例中，所述輸出線分別為電源正線9b、信號線9c和地線9d。第一過線孔10a的數(shù)量為三個，沿花鼓10的軸向設置，分別供電源正線9b、信號線9c和地線9d的第一部分穿過；相應地，第二過線孔3b的數(shù)量為三個，沿輪軸3的周壁軸向設置，分別供電源正線9b、信號線9c和地線9d的第二部分穿過。這樣可以保證葉片調(diào)向舵機9a的輸出線不受車輪2轉(zhuǎn)動的影響，各葉片調(diào)向舵機9a的電源正線9b、信號線9c和地線9d與調(diào)向控制器15的針對葉片調(diào)向舵機的電源正線、信號線和地線時刻導通。如圖4所示，在一個實施例中，花鼓10上的輸出齒輪14由外圈齒輪14a和內(nèi)圈齒輪14b構(gòu)成，內(nèi)圈齒輪14b通過棘輪機構(gòu)14c與外圈齒輪14a嚙合，當車輪2的旋轉(zhuǎn)方向為預設方向一致時，內(nèi)圈齒輪14b能帶動外圈齒輪14a旋轉(zhuǎn)。在花鼓10上增加與輸出齒輪14，當車輪2的旋轉(zhuǎn)方向與發(fā)電機11可發(fā)電的旋轉(zhuǎn)方向一致時，車輪2才能帶動此輸出齒輪旋轉(zhuǎn)，進而防止車輪2旋轉(zhuǎn)方向錯誤導致發(fā)電機11的輸入齒輪反轉(zhuǎn)。如圖7所示，在一個實施例中，為了提高發(fā)電效率，所述具有風力發(fā)電功能的電動自行車還包括增速器17，以提高發(fā)電機11的輸入轉(zhuǎn)速。為了節(jié)省空間，將增速器17與發(fā)電機11固定在與花鼓10上的輸出齒輪14位于同側(cè)的所述車梯1上，發(fā)電機11的機體固定在車梯1的外側(cè)，且所述發(fā)電機11的輸入軸貫穿車梯1，與增速器17的輸出齒輪嚙合。在一個實施例中，發(fā)電機11輸出線接入充電設備12，實現(xiàn)對車載蓄電池13的充電。如圖1和圖8所示，所述充電設備包括整流器18，發(fā)電機11產(chǎn)生交流電，需要輸入整流器18中整形成直流電，才可向車載蓄電池13充電，也可防止在外界風力很低的情況下車載蓄電池13對發(fā)電機11的反向供電。本實施例采用的是適用于小功率發(fā)電系統(tǒng)的不可控型整流器，該整流器突出特點為體積小成本低。如圖1所示，在一個實施例中，為了在不占用由風力轉(zhuǎn)化而來的電能，調(diào)向控制器所需的電能由安裝在自行車前筐的太陽能電池板21而來，太陽能電池板21與供電模塊20相聯(lián)，供電模塊20由保護電路、充電電路以及蓄電池構(gòu)成，用于儲存太陽能轉(zhuǎn)化而來的電能，并與調(diào)向控制器15連接，從而實現(xiàn)對調(diào)向控制器15、風向采集設備6、車輪調(diào)向設備7和葉片調(diào)向設備9的供電。需要說明的是，以上各個實施例都是將風力發(fā)電裝置設置在前輪，而實際上，也可以根據(jù)事實需求將風力發(fā)電裝置設置在后輪。本發(fā)明通過對自行車車輪部分進行創(chuàng)新性設計，在自行車戶外閑置情況下實現(xiàn)了風能向電能的轉(zhuǎn)化，為自行車蓄電池充電提供了新的方式，可有效解決自行車車載電子設備在野外不便供電的問題。最后需要指出的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制。本領域的普通技術人員應當理解：可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁12