專利名稱：非機(jī)動(dòng)車電磁助推機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于非機(jī)動(dòng)車輛的電磁助推機(jī)構(gòu)。
由于中國(guó)人口眾多，道路交通條件相對(duì)落后，非機(jī)動(dòng)車輛，特別是自行車作為相當(dāng)普遍的交通工具將長(zhǎng)期存在。為了解決非機(jī)動(dòng)車消耗體力較大的問題，已有許多人進(jìn)行了非機(jī)動(dòng)車機(jī)動(dòng)化改進(jìn)的嘗試(例如國(guó)內(nèi)專利87102191，86203980，86200885，美國(guó)專利2586，702等)。其方式大致有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)摩擦輪壓緊車輛外帶驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)車輪等幾種。但是，這些方案一般存在以下問題1.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往需改變非機(jī)動(dòng)車本體結(jié)構(gòu)，不利于在現(xiàn)有車輛上進(jìn)行改造。
2.電-機(jī)轉(zhuǎn)換及機(jī)械傳動(dòng)綜合效率不高，常導(dǎo)致蓄電池、電動(dòng)機(jī)等附加設(shè)備體積、重量過大，使非機(jī)動(dòng)車車架的強(qiáng)度發(fā)生問題。如果改變車體，則實(shí)際成為電動(dòng)車輛，從非機(jī)動(dòng)車改進(jìn)的角度考慮意義不大。
3.電力驅(qū)動(dòng)和人力驅(qū)動(dòng)不相匹配，多數(shù)方案實(shí)際是將非機(jī)動(dòng)車完全機(jī)動(dòng)化，從中國(guó)現(xiàn)有交通條件考慮，不宜大量推廣使用。
針對(duì)以上問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種非機(jī)動(dòng)車輛電磁助推機(jī)構(gòu)，它具有使用時(shí)完全不改變?cè)蟹菣C(jī)動(dòng)車結(jié)構(gòu)，電-機(jī)轉(zhuǎn)換效率高，能耗小，助推系統(tǒng)體積、重量小，以及不改變非機(jī)動(dòng)車的速度、制動(dòng)等基本行駛特性之優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的原理按

圖1說明如下分析-運(yùn)動(dòng)的永磁體穿越由鐵芯線圈構(gòu)成的磁路氣隙時(shí)的受力情況。圖1a表示永磁體沿運(yùn)動(dòng)方向接近到磁場(chǎng)相互作用范圍，但其中心線尚未與鐵芯磁極中心線重合時(shí)的情況。此時(shí)根據(jù)圖中標(biāo)出的電流方向，永磁體磁場(chǎng)與鐵芯磁場(chǎng)的相互作用是使永磁體兩側(cè)沿運(yùn)動(dòng)方向分別受到傾斜拉力F的作用。由于對(duì)稱的原故，F(xiàn)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的分力抵消，結(jié)果是永磁體受到沿運(yùn)動(dòng)方向的合力作用。圖1b表示永磁體沿前進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)到自身中心線與鐵芯磁極中心線重合時(shí)的情況。此時(shí)永磁體在運(yùn)動(dòng)方向上不受力的作用。此點(diǎn)在理論上作為電流方向的轉(zhuǎn)變點(diǎn)。當(dāng)永磁體沿運(yùn)動(dòng)方向越過鐵芯磁極的中心線后，線圈中的電流方向如圖1c所示，據(jù)此可知永磁體磁場(chǎng)與鐵芯磁場(chǎng)這時(shí)的相互作用是使永磁體受到沿運(yùn)動(dòng)方向的傾斜推力F。同樣由于對(duì)稱的原故，F(xiàn)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的分力相互抵消，結(jié)果是永磁體受到沿運(yùn)動(dòng)方向的合力作用?？傊?，只要適當(dāng)控制線圈中的電流方向，即可使永磁體在穿越鐵芯磁路氣隙時(shí)始終受到沿運(yùn)動(dòng)方向的作用力。
按上述原理設(shè)計(jì)的助推機(jī)構(gòu)用于非機(jī)動(dòng)車輛時(shí)，只要將鐵芯線圈固定在車架上，再將若干塊永磁體沿車輪周向均勻地固定在輪輻的頂端，使得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的永磁體依次穿過鐵芯磁路的空氣隙。適當(dāng)控制電流方向，就能使車輪受到連續(xù)的脈動(dòng)推力作用。
本發(fā)明的實(shí)施，以自行車為例，可按下面方案進(jìn)行如圖2所示，助推機(jī)構(gòu)的鐵芯線圈[1]固定在自行車車架上，其鐵芯由0.5mm厚的硅鋼片迭成。鐵芯的截面積不小于25×25mm。車輪兩側(cè)的鐵芯上各裝有一勵(lì)磁線圈[6]和[7]，每一線圈由Φ1.0的銅線繞制1200匝構(gòu)成。永磁體[4]選用Φ20×12的釹鐵硼(Ne-Fe-B)園柱體，其在自行車輻條上的安裝方式如圖3示。助推機(jī)構(gòu)的電源[5]選用6V8A/hr的蓄電池，其外形可按兩種方式考慮其一是按自行車后托架尺寸做成扁長(zhǎng)方型，安裝在后托架上。其二是做成長(zhǎng)園柱體，安裝在車座支架上。圖中[2]和[3]表示電路原理圖4中[2]和[3]兩個(gè)干簧管的安裝位置。助推機(jī)構(gòu)控制電路的原理借助圖4說明如下圖中[2]和[3]表示兩個(gè)干簧管繼電器，空心三角表示常開觸點(diǎn)，實(shí)心三角表示常閉觸點(diǎn)。[2]，[3]兩個(gè)干簧管的安裝位置應(yīng)調(diào)試到與以下敘述的過程相符首先，當(dāng)永磁體未進(jìn)電磁機(jī)構(gòu)氣隙且距氣隙較遠(yuǎn)時(shí)，[2]，[3]的常開觸點(diǎn)均斷開，此時(shí)線圈中無電流流過。隨著車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，永磁體向氣隙接近到與鐵芯磁場(chǎng)開始發(fā)生相互作用的位置(可用靜態(tài)調(diào)試的方法確定)時(shí)，[2]的常開觸點(diǎn)閉合，線圈電流接通，其方向如圖1a所示。永磁體進(jìn)一步向氣隙內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，[3]的常開觸點(diǎn)閉合。當(dāng)永磁體中心線到達(dá)快與鐵芯磁極中心線重合的某一最佳位置(可通過試驗(yàn)確定)時(shí)，[2]的常開觸點(diǎn)斷開，[3]的常開觸點(diǎn)仍保持閉合，隨后線圈中的電流方向如圖1b。當(dāng)永磁體再向前運(yùn)動(dòng)已基本脫離鐵芯磁場(chǎng)的有效作用范圍時(shí)，[3]的常開觸點(diǎn)斷開，線圈恢復(fù)到不加電狀態(tài)。以上過程循環(huán)進(jìn)行，使車輪連續(xù)地受到推力的作用。
上述電路實(shí)際是一LR電路，由于車輪轉(zhuǎn)速升高時(shí)通電時(shí)間縮短，同時(shí)永磁體通過氣隙在線圈中產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)增強(qiáng)，為保證鐵芯線圈磁極產(chǎn)生足夠大的磁感應(yīng)強(qiáng)度，自行車速度提高時(shí)，要求供電電壓作相應(yīng)升高。為此在自行車右車把上安裝了一個(gè)電壓的選位開關(guān)，包括三個(gè)不同的電壓擋位和一個(gè)零電壓擋位，用以適應(yīng)不同的自行車速度及作為加電和斷電的手控開關(guān)。與選位開關(guān)相對(duì)應(yīng)，控制電路(圖4)中包括一個(gè)調(diào)壓部分[8]，它根據(jù)選位開關(guān)所處的擋位實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)整。分擋電壓水平的選擇，遵循下述原則即保證在各擋電壓下，自行車于水平路面行駛時(shí)不用施加人力驅(qū)動(dòng)即可穩(wěn)定在某一常用速度。加速時(shí)，需同時(shí)進(jìn)行人力和電力驅(qū)動(dòng)。為保證改造后的自行車不喪失非機(jī)動(dòng)車的基本速度特性，電力單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的最大速度調(diào)整到20km/hr以下。此時(shí)整個(gè)助推機(jī)構(gòu)的功耗不大于25w。另外，電源與控制電路之間加入了一個(gè)與自行車后輪制動(dòng)系統(tǒng)連動(dòng)的電源開關(guān)，在對(duì)自行車后輪實(shí)施制動(dòng)的同時(shí)，它將電源與助推機(jī)構(gòu)的線圈自動(dòng)斷開，以保證自行車具有良好的制動(dòng)性。
由于本發(fā)明在機(jī)構(gòu)的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了用于非機(jī)動(dòng)車輛時(shí)的產(chǎn)品化及中國(guó)現(xiàn)有道路交通條件的限制等因素，特別是采用釹鐵硼強(qiáng)磁力永磁體材料提高了電-機(jī)轉(zhuǎn)換效率。預(yù)計(jì)將有比較好的推廣前景。
權(quán)利要求
1.一個(gè)由安裝在非機(jī)動(dòng)車車架上的鐵芯線圈[1]，安裝在車輪輻條外頂端沿車輪周向分布的若干塊永磁體[4]，及相應(yīng)供電蓄電池[5]和調(diào)壓控制電路[8]組成的電磁助推機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的特征是以車輪園周上的永磁體磁場(chǎng)與鐵芯線圈在控制電路下所實(shí)現(xiàn)的磁場(chǎng)之相互作用為原理所形成的非機(jī)動(dòng)車電磁助推機(jī)構(gòu)。
2.按權(quán)利要求1規(guī)定的電磁助推機(jī)構(gòu)，其特征是在車輪輻條外頂端裝有多塊永磁體[4]，包括將永磁體固定在車圈上及輻條其它部位。
3.按權(quán)利要求1規(guī)定的電磁助推機(jī)構(gòu)，其特征是具有一個(gè)，包括多個(gè)鐵芯線圈裝置[1]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安裝在非機(jī)動(dòng)車上的電磁助推機(jī)構(gòu)。本發(fā)明在非機(jī)動(dòng)車輻條外頂端沿車輪周向等距地安裝若干塊鐵硼永磁體，在車架上安裝一鐵芯線圈構(gòu)成電磁裝置。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)永磁體穿越鐵芯空氣隙期間，適當(dāng)控制線圈電流方向，即可使永磁體及車輪受到連續(xù)的脈動(dòng)推力作用。
文檔編號(hào)B60L11/16GK1043283SQ8810834
公開日1990年6月27日 申請(qǐng)日期1988年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月12日
發(fā)明者馬衛(wèi)國(guó), 馬興國(guó) 申請(qǐng)人:馬衛(wèi)國(guó), 馬興國(guó)