太陽能電磁助力單車研究

王灝　康博元　楊培斌　段國飛　陳蜀喬

摘要：文章所述發明為一種低成本太陽能電磁助力單車，由單車購物籃太陽能蓋板、位置傳感器、電磁助力盤、后衣架太陽能電池板、助力永磁體、扭矩傳感器構成。該發明是一種性能優越、外觀小巧的助力裝置，結構極其簡單，極具市場前景，零排放，對自行車的普及使用具有極其重要的價值。

關鍵詞：太陽能；電磁助力單車；助力裝置；自行車；零排放 文獻標識碼：A

中圖分類號：U484 文章編號：1009-2374（2015）23-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.012

本發明是一種屬于載運工具技術領域的低成本太陽能電磁助力單車，性能上克服了現有機械液壓助力系統能耗比較高、管路結構非常復雜、各種控制油液的閥門數量繁多以及電動助力轉向系統中該系統隔離了人與路面的直接聯系，使得路感信息匱乏、存在超調等缺陷，并且巧妙地運用電磁助力盤來實現轉向助力。低成本太陽能電磁助力單車是針對現今電動車費電、燃油車排廢氣而設計的，對環境保護具有重大的意義。

1 研究目標

通過電磁助力盤實現自行車騎行助力，自行車的機械結構沒有任何改變，能提高騎行者的樂趣。該自行車采用太陽能電池板供電，節省能源，節省自行車騎行者的體力，讓自行車的騎行變得輕松，避免了現有電動助力車電子部件較多、電機和蓄電池重量過大的缺點，助力系統重量極低，是一種性能優越、外觀小巧的助力裝置，結構極其簡單，提高了可靠性，降低了制造成本，實現了輕便、節能、響應迅速的目標，兼具多種優點。

2 未來前景

目前對環境最友好的交通工具就是自行車，但是自行車卻限于騎行者的體力，如何以最小的改變來節省自行車騎行者的體力，讓自行車的騎行變成一種輕松快樂的行為，這就需要一種性能優越小巧的助力裝置。

本發明采用電磁助力盤實現自行車騎行助力，由于本發明沒有采用電動機，因而無需通過控制程序控制電動助力系統，這就完全消除超調，自行車的機械結構沒有任何改變，助力系統也不會改變騎行者的感覺，提高了騎行者的樂趣；本發明采用太陽能電池板供電，節省能源，剎車時，將機械能轉化為電能，實現自動回饋電能，節省自行車騎行者的體力，避免了現有電動助力車重量過大的缺點，助力系統重量極低，是一種性能優越小巧的助力裝置，結構極其簡單，提高了可靠性，降低了制造成本。該發明實現了輕便、節能、響應迅速的目標，兼具多種優點，改變了現有電動自行車的缺點，極具市場前景，對保護環境具有重大的意義，對自行車的普及使用具有極其重要的價值。

3 工作原理和方案

1.剎車把；2.太陽能電池板；3.踏板；4.位置傳感器；5.電磁助力裝置；6.太陽能電池板；7.蓄電池；8.助力永磁體；9.輪胎；10.輻板外沿；11.后上叉；12.線路；13.輻板孔；14.電控板

電磁助力盤5由一對左右助力電磁鐵、對應的助力電磁鐵線圈及剎車皮組成，電磁鐵為U形電磁鐵，該電磁鐵采用硅鋼片等具有退磁特性的材料，電磁助力盤設置外殼，助力電磁鐵線圈纏繞在U形電磁鐵中央腰部，自行車剎車皮設置燕尾槽，可安裝固定于U電磁鐵兩端頭部位，整個電磁助力盤5安裝在原剎車皮位置，取代原剎車皮，左右電磁助力盤5固定于自行車的剎把閘上，剎把閘安裝于自行車的后上叉11上，電磁鐵線圈供電線與剎車線歸并為一束剎車電控組合線12，U形電磁鐵一側安裝固定一個傳感器固定支架，該固定支架設置一個位置傳感器4，位置傳感器4由位置信號電磁感應線圈及其電磁鐵心構成，該支架長度可以微調，使得電磁助力盤5與位置傳感器4中心間距精確等于輻板外沿10上兩個助力永磁體8之間的中心間距。

扭矩傳感器是將一對扭矩信號觸發齒固定安裝在中軸上，兩個扭矩信號觸發齒環的外形和相位完全相同，扭矩信號感應線圈安裝固定在中軸套上，扭矩信號觸發齒為n個小永磁體，均分圓周360度，轉動時，扭矩信號感應線圈產生感生電動勢，騎行者踩踏腳踏板3，曲柄施加扭矩于中軸，使得中軸發生彈性變形，每一對扭矩觸發信號之間存在相位差，利用現有相位差轉換電路將一對觸發信號間相位差轉換為扭矩電壓信號。

助力的基本原理是：前方位置傳感器探測到存在磁極N，同時扭矩傳感器檢測到騎車人對踏板施加壓力，通過單片機給出控制信號，使電流通過電磁助力線圈L1和L2，L1產生磁場SN，L2產生磁場NS，此時下一個左側助力永磁體的N極處于U形電磁鐵SN之間，右側永磁體的S極處于U形電磁鐵NS之間，同時產生一個向前的拉力，車輪開始運動，前方位置傳感器探測到存在磁極S且扭矩傳感器也發出信號，通過單片機給出反向控制信號，反相電流通過助力線圈L1和L2產生反向磁極，L1產生磁場NS，L2產生磁場SN此時下一個左側助力永磁體的S極處于U形電磁鐵NS之間，右側永磁體的N極處于U形電磁鐵SN之間，也產生一個向前的拉力，推動車輪繼續運動，從而實現助力。

參考文獻

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作者簡介：王灝（1994-），男，浙江杭州人，昆明理工大學交通工程學院學生，研究方向：汽車。

（責任編輯：周 瓊）