裝在輪輞上的再生線圈-磁體系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種裝在輪輞上的再生線圈?磁體系統(tǒng)。一種自行車包括：車架；充電電路，由車架攜帶并且被配置為捕獲與自行車的運動相關(guān)聯(lián)的能量；電力模塊，由車架攜帶；開關(guān)，電力地設(shè)置在充電電路和電力模塊之間。響應(yīng)于自行車正在下坡行駛的指示，電力模塊閉合所述開關(guān)，以使能量能夠在充電電路和電力模塊之間傳輸。
【專利說明】
裝在輪輞上的再生線圈-磁體系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開涉及用于諸如自行車的車輛的電力的控制和產(chǎn)生。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自行車及其它人力車輛上電子設(shè)備和組件的電力需求持續(xù)增長，對用戶產(chǎn)生的電力供應(yīng)的渴望也持續(xù)增長?，F(xiàn)有系統(tǒng)可以使用裝在輪轂上的馬達和發(fā)電機-馬達(dynamo motor)。然而，希望在不使用裝在輪轂上的馬達并且不存在由現(xiàn)有實施方式產(chǎn)生的滾動阻力的情況下獲得效率更高的系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]一種自行車電力系統(tǒng)包括具有充電電路的自行車和附連到自行車的電力模塊。電力模塊被配置為基于自行車的運行狀態(tài)接收來自充電電路的電力，并響應(yīng)于制動狀態(tài)的指示，在充電電路和電力模塊之間建立電連接，以使電力能夠在充電電路和電力模塊之間傳輸。
[0004]根據(jù)本公開，提供一種自行車，包括:車架;充電電路，由車架攜帶并且被配置為捕獲與自行車的運動相關(guān)聯(lián)的能量；電力模塊，由車架攜帶;和開關(guān)，電力地設(shè)置在充電電路和電力模塊之間，所述電力模塊被配置為響應(yīng)于自行車正在下坡行駛的指示，閉合所述開關(guān)以使能量能夠在充電電路和電力模塊之間傳輸。
[0005]根據(jù)本公開的一個實施例，所述指示包括指示自行車的加速度超過閾值加速度的數(shù)據(jù)。
[0006]根據(jù)本公開的一個實施例，所述指示包括指示踏板旋轉(zhuǎn)加速度未能超過閾值踏板旋轉(zhuǎn)加速度的數(shù)據(jù)。
[0007]根據(jù)本公開的一個實施例，所述指示包括指示制動機構(gòu)處的致動的數(shù)據(jù)。
[0008]根據(jù)本公開的一個實施例，所述指示包括指示踏板旋轉(zhuǎn)速率未能超過閾值速率且自行車的加速度超過閾值加速度的數(shù)據(jù)。
[0009]根據(jù)本公開，提供一種自行車系統(tǒng)，包括:自行車，具有被配置為捕獲與自行車的運動相關(guān)聯(lián)的能量的充電電路;電力模塊，附連到自行車，并被配置為響應(yīng)于來自設(shè)備的電力需求的指示，閉合電力地設(shè)置在充電電路和電力模塊之間的電連接件，以使電力能夠在充電電路和電力模塊之間傳輸。
[0010]根據(jù)本公開的一個實施例，所述指示包括指示設(shè)備的電力水平降到預(yù)先定義的閾值以下的數(shù)據(jù)。
[0011 ]根據(jù)本公開的一個實施例，所述電力模塊被進一步配置為在從充電電路傳輸電力期間向設(shè)備供電。
[0012]根據(jù)本公開的一個實施例，所述電力模塊被進一步配置為響應(yīng)于接收到來自用戶界面的用戶指令而閉合電連接件。
[0013]根據(jù)本公開的一個實施例，所述電力模塊被進一步配置為響應(yīng)于自行車的制動狀態(tài)的指示而閉合電連接件。
【附圖說明】
[0014]本公開的實施例在權(quán)利要求書中被特別指明。然而，通過結(jié)合附圖參考下文的詳細描述，各種實施例的其它特征將變得更為明顯并且將被最好地理解，在附圖中:
[00?5]圖1示出了自行車系統(tǒng)；
[0016]圖2示出了自行車系統(tǒng)充電電路的局部透視圖；
[0017]圖3示出了自行車系統(tǒng)的框圖；
[0018]圖4示出了用于控制電力產(chǎn)生和使用的過程。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細實施例；然而，應(yīng)理解的是，所公開的實施例僅為本發(fā)明的示例，本發(fā)明可采用各種可替代形式實現(xiàn)。附圖不必按比例繪制;可夸大或縮小一些特征以示出特定部件的細節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而僅為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0020]在此描述了一種用于諸如自行車或其它人力車輛的車輛的電力產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于車輛的當前運行狀態(tài)控制將充電電路連接到電力模塊的開關(guān)。例如，該開關(guān)可在識別出制動狀態(tài)或下坡狀態(tài)時自動閉合。電力模塊也可基于諸如加速度和每分鐘蹬踏板次數(shù)(PPM，pedals-per-minute)的數(shù)據(jù)來識別車輛的運行狀態(tài)。在另一個示例中，用戶的輸入可控制所述開關(guān)。在所述開關(guān)閉合時，充電電路被激活并將在其中產(chǎn)生的電力傳輸?shù)诫娏δK。電力模塊可進而給與電力模塊通信的某些設(shè)備(諸如車燈、馬達等)供電。
[0021]圖1示出了具有被至少部分地布置在車架110上的充電電路105和兩個車輪115(后輪115a和前輪115b)的自行車系統(tǒng)100(也稱為自行車100)。系統(tǒng)100可包括電力模塊120，電力模塊120可包括具有處理器和存儲器的控制器130(如圖3所示)以及諸如電池的可再充電的電源125(如圖3所示)。電力模塊120可通過電線140連接到充電電路105。模塊120可與車輛馬達150通信。車輛馬達150可被配置為通過推動踏板145從而驅(qū)動自行車的鏈條155來輔助用戶駕駛自行車100。盡管充電電路105被示出為布置在后輪115a處，但是充電系統(tǒng)也可以布置在前輪115b處。
[0022]模塊120可與用戶界面135通信。用戶界面135可包括諸如開關(guān)的機械機構(gòu)(如圖1中以示例的方式所示出的)。開關(guān)可以是具有兩個位置(例如，開/關(guān))的簡單開關(guān)。開關(guān)還可以是一個或多個按鈕，其中，開關(guān)的致動可將用戶的希望和指令傳達給模塊120。用戶界面135還可以包括被配置為接收來自于用戶的用戶指令或輸入的顯示器(諸如觸摸屏)。系統(tǒng)100可包括用于諸如智能電話、平板電腦等的用戶設(shè)備165的對接機構(gòu)(未示出)。附加的外部設(shè)備170也可以布置在自行車系統(tǒng)100上。這些外部設(shè)備170可包括一個或更多個售后設(shè)備，比如GPS單元、數(shù)字音頻播放器(例如，IPOD等)、里程表等。外部設(shè)備170可由電力模塊120或比如設(shè)備的內(nèi)部電池的其它電源供電。外部設(shè)備170可在諸如通用串行總線(USB)端口的端口(未示出)處通過電線連接到電力模塊120。自行車100還可以包括諸如車燈的其它安全設(shè)備。與外部設(shè)備170類似，車燈175可由電力模塊120至少部分地供電。
[0023]自行車100還可以包括制動機構(gòu)180，用戶可使用制動機構(gòu)180將制動施加到車輪115。制動機構(gòu)180可與電力模塊120，特別是控制器130通信。在制動時，充電電路105可被激活以啟用再生制動。這在下文中更詳細地討論。
[0024]充電電路105和電力模塊120可通過電線140互相通信。電線140可包括將充電電路105與模塊120連接和斷開連接的開關(guān)205(諸如晶體管)。開關(guān)205可由控制器130控制。額外地或作為替代地，開關(guān)205可由用戶界面135和/或制動機構(gòu)180控制。在這種情況下，制動機構(gòu)處的致動可引起自行車100減速而激活充電電路105。
[0025]圖2是系統(tǒng)100的充電電路105的局部視圖，特別是圖1的A部分的視圖。充電電路105可包括在線圈外殼190內(nèi)的至少一個線圈185(示出為多個線圈185)。線圈185可以被布置在車架110上與車輪115之一對齊的位置。至少一個磁體195被布置在車輪架200上。當用戶通過蹬踏板驅(qū)動自行車100時，車輪115旋轉(zhuǎn)。當車輪115旋轉(zhuǎn)時，磁體195與車架110上的線圈185對齊。當磁體195與線圈185對齊并通過線圈185時，在線圈185和磁體195之間產(chǎn)生磁場，誘導(dǎo)電流通過線圈185。電線經(jīng)由外殼190被連接到線圈并可將電流傳輸?shù)诫娏δK120。
[0026]圖3是系統(tǒng)的包括連接到充電電路105的電力模塊120的至少一部分的框圖。電力模塊120還可與外部設(shè)備170、用戶設(shè)備165、車燈175、馬達150和用戶界面135連接。如所說明的，電力模塊120可包括電源125和被配置為管理所述模塊120的電力資源的控制器130。在一種配置中，控制器130可斷開和閉合電力模塊120和充電電路105之間的連接件或開關(guān)205。這也可通過其它機構(gòu)來完成。對于兩級撥動開關(guān)的情況，用戶可在騎行之前手動關(guān)掉開關(guān)并因此完全禁止發(fā)電。電力模塊120和充電電路105之間的開關(guān)205可根據(jù)系統(tǒng)100的特定狀況自動地斷開和閉合。還可以基于用戶偏好控制開關(guān)205。電力模塊控制的示例在下文中描述。
[0027]圖4示出了用于控制電力模塊120，更具體地講，示出了用于控制電力模塊120和充電電路105之間的連接件(例如，開關(guān)205)的過程400。在一些示例中，開關(guān)205可基于用戶的希望以及基于自行車100內(nèi)或自行車100上的設(shè)備的電力需求(例如，框405和435)而閉合。在另一個示例中，開關(guān)205可基于自行車的運行狀態(tài)(例如，剎車、加速等)而閉合。所述運行狀態(tài)可通過提供給控制器130的數(shù)據(jù)(例如，框455和475)來確定。
[0028]過程400可始于框405，在框405中，控制器可確定是否已經(jīng)接收到指示需要電力的用戶輸入。例如，用戶可以通過用戶界面135命令電力模塊120接收來自充電電路105的電力。當用戶希望馬達150從電力模塊120接收電力時會出現(xiàn)這種情況。在另一個示例中，用戶可能希望給他或她的移動設(shè)備(例如，用戶設(shè)備165)充電。
[0029]過程400可進行到框410，在框410中，控制器130可以命令開關(guān)205閉合。通過閉合開關(guān)205，來自線圈185的電流可從充電電路105通過電線140被傳輸?shù)诫娫?25。電力模塊120可將能量儲存在電源125中。然后，任何數(shù)量的設(shè)備可以從電源125中汲取能量。例如，不僅馬達150可以從電源125中汲取能量，車燈175也可以。
[0030]在框415處，開關(guān)205保持閉合，直到接收到指示不需要來自電力模塊120的電力的用戶輸入為止。
[0031]在框420處，控制器130命令開關(guān)205斷開，從而終止電流流向電力模塊120。
[0032]在框435處，控制器130可確定設(shè)備(包括外部設(shè)備170、車燈175、馬達150或用戶設(shè)備165)是否需要電力?？刂破?30可以從與電力模塊120通信的這些設(shè)備之一接收特定設(shè)備需要電力的指示。在一個示例中，設(shè)備儲存的電力可能低(例如，設(shè)備的電池電力低)。在另一個示例中，設(shè)備可能由電力模塊120單獨供電，并且可能最近已連接到電力模塊120。因此，通過直接從設(shè)備發(fā)送的設(shè)備指令(例如，指示電池電量不足的數(shù)據(jù))以及/或者通過識別出新加入的設(shè)備(例如，將外部設(shè)備170插入到電力模塊120中)，控制器130可以識別出設(shè)備需要電力。如果控制器130識別出對電力的這種需要，則過程400進行到框440，在框440中，開關(guān)205閉合，直到在框445處不再識別出該需要為止(例如，數(shù)據(jù)指示設(shè)備的電池電力不再低和/或意識到需要電力的外部設(shè)備已從電力模塊120中拔掉)。
[0033]在框455處，控制器130可確定自行車是否正在制動。該確定可在接收到制動機構(gòu)185已被致動的信號時做出。如果識別出制動機構(gòu)180的致動，則過程進行到框460，在框460中，開關(guān)205閉合，直到在框465處制動終止為止。
[0034]在框475處，控制器130可以確定踏板旋轉(zhuǎn)速率(例如，每分鐘蹬踏板次數(shù)(PPM))是否已經(jīng)降到預(yù)先定義的速率以下。所述PPM可指示車輛的狀態(tài)(例如，上坡行駛、下坡行駛、滑行、加速等)。低PPM可指示自行車100正在下坡行駛或滑行。低PPM還可以是制動的指示器。在這些示例中，電力模塊120可在框480處閉合充電電路以便利用再生制動。作為一個示例，閾值速率可以是大約40PPM。充電電路105可保持閉合，直到在框485中PPM超過閾值速率為止。所述PPM可以從諸如里程表的外部設(shè)備170被傳送到電力模塊120。
[0035]額外地或作為替代地，電力模塊120可以從里程表或加速計接收加速度值。加速度也可以指示自行車100的運行狀態(tài)。例如，高的加速度可以指示下坡行駛，而低的加速度可以指示上坡行駛。額外的因素和數(shù)據(jù)也可以影響關(guān)于自行車運行狀態(tài)的確定。例如，加速度和踏板旋轉(zhuǎn)速率(例如，PPM)二者都可以被使用。在這個示例中，低PPM和高加速度可指示自行車正在下坡行駛或滑行。這將導(dǎo)致開關(guān)205閉合，因為一些電阻制動(resistancebraking)可能是必要的。另一方面，高PPM和低加速度或速度可指示自行車正在上坡行駛。高PPM和高加速度可指示穩(wěn)態(tài)蹬踏板。
[0036]快速減速也可指示制動。制動機構(gòu)處的致動可引起自行車100減速而激活充電電路105。盡管在圖4中未示出，但是與PPM類似，加速度也可以用作斷開或閉合開關(guān)205的指示器。例如，在識別出減速時，開關(guān)205可以閉合，從而啟用充電電路105。
[0037]因此，所描述的系統(tǒng)可以提高能量效率并降低由諸如輪轂馬達和發(fā)電機-馬達的系統(tǒng)產(chǎn)生的滾動阻力。此外，運動組件(例如，車輪)與非運動組件(自行車架)沒有機械連接，幾乎不產(chǎn)生阻力，而且消除了對車輛的不必要的磨損。通過基于車輛狀態(tài)或用戶輸入來控制開關(guān)205，電力模塊可促進高效能量再生。
[0038]雖然以上描述了示例性實施例，但這些實施例并不意在描述了本發(fā)明的所有可能的形式。而是，說明書中所使用的詞語是描述性詞語而非限制，并且應(yīng)理解的是，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種改變。此外，可將各種實現(xiàn)的實施例的特征進行組合以形成本發(fā)明的進一步的實施例。
【主權(quán)項】
1.一種自行車電力系統(tǒng)，包括: 自行車，具有充電電路； 電力模塊，附連到自行車，并被配置為基于自行車的運行狀態(tài)接收來自充電電路的電力，并響應(yīng)于制動狀態(tài)的指示，在充電電路和電力模塊之間建立電連接，以使電力能夠在充電電路和電力模塊之間傳輸。2.如權(quán)利要求1所述的自行車電力系統(tǒng)，其中，所述指示包括指示制動機構(gòu)的致動的數(shù)據(jù)。3.如權(quán)利要求1所述的自行車電力系統(tǒng)，其中，所述指示包括指示自行車減速的數(shù)據(jù)。4.如權(quán)利要求1所述的自行車電力系統(tǒng)，其中，所述指示包括指示踏板旋轉(zhuǎn)速率未能超過閾值速率的數(shù)據(jù)。5.如權(quán)利要求1所述的自行車電力系統(tǒng)，進一步包括連接充電電路和電力模塊的開關(guān)，其中，在充電電路和電力模塊之間建立電連接包括閉合所述開關(guān)。
【文檔編號】H02J7/14GK105914857SQ201610103773
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】詹姆爾·塞格拉維斯, 湯智為, 蘇迪普托·艾希, 賈絲廷·卡魯斯, 大衛(wèi)·戈麥斯
【申請人】福特全球技術(shù)公司