太阳能电磁助力单车研究

王灏　康博元　杨培斌　段国飞　陈蜀乔

摘要：文章所述发明为一种低成本太阳能电磁助力单车，由单车购物篮太阳能盖板、位置传感器、电磁助力盘、后衣架太阳能电池板、助力永磁体、扭矩传感器构成。该发明是一种性能优越、外观小巧的助力装置，结构极其简单，极具市场前景，零排放，对自行车的普及使用具有极其重要的价值。

关键词：太阳能；电磁助力单车；助力装置；自行车；零排放 文献标识码：A

中图分类号：U484 文章编号：1009-2374（2015）23-0022-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.012

本发明是一种属于载运工具技术领域的低成本太阳能电磁助力单车，性能上克服了现有机械液压助力系统能耗比较高、管路结构非常复杂、各种控制油液的阀门数量繁多以及电动助力转向系统中该系统隔离了人与路面的直接联系，使得路感信息匮乏、存在超调等缺陷，并且巧妙地运用电磁助力盘来实现转向助力。低成本太阳能电磁助力单车是针对现今电动车费电、燃油车排废气而设计的，对环境保护具有重大的意义。

1 研究目标

通过电磁助力盘实现自行车骑行助力，自行车的机械结构没有任何改变，能提高骑行者的乐趣。该自行车采用太阳能电池板供电，节省能源，节省自行车骑行者的体力，让自行车的骑行变得轻松，避免了现有电动助力车电子部件较多、电机和蓄电池重量过大的缺点，助力系统重量极低，是一种性能优越、外观小巧的助力装置，结构极其简单，提高了可靠性，降低了制造成本，实现了轻便、节能、响应迅速的目标，兼具多种优点。

2 未来前景

目前对环境最友好的交通工具就是自行车，但是自行车却限于骑行者的体力，如何以最小的改变来节省自行车骑行者的体力，让自行车的骑行变成一种轻松快乐的行为，这就需要一种性能优越小巧的助力装置。

本发明采用电磁助力盘实现自行车骑行助力，由于本发明没有采用电动机，因而无需通过控制程序控制电动助力系统，这就完全消除超调，自行车的机械结构没有任何改变，助力系统也不会改变骑行者的感觉，提高了骑行者的乐趣；本发明采用太阳能电池板供电，节省能源，刹车时，将机械能转化为电能，实现自动回馈电能，节省自行车骑行者的体力，避免了现有电动助力车重量过大的缺点，助力系统重量极低，是一种性能优越小巧的助力装置，结构极其简单，提高了可靠性，降低了制造成本。该发明实现了轻便、节能、响应迅速的目标，兼具多种优点，改变了现有电动自行车的缺点，极具市场前景，对保护环境具有重大的意义，对自行车的普及使用具有极其重要的价值。

3 工作原理和方案

1.刹车把；2.太阳能电池板；3.踏板；4.位置传感器；5.电磁助力装置；6.太阳能电池板；7.蓄电池；8.助力永磁体；9.轮胎；10.辐板外沿；11.后上叉；12.线路；13.辐板孔；14.电控板

电磁助力盘5由一对左右助力电磁铁、对应的助力电磁铁线圈及刹车皮组成，电磁铁为U形电磁铁，该电磁铁采用硅钢片等具有退磁特性的材料，电磁助力盘设置外壳，助力电磁铁线圈缠绕在U形电磁铁中央腰部，自行车刹车皮设置燕尾槽，可安装固定于U电磁铁两端头部位，整个电磁助力盘5安装在原刹车皮位置，取代原刹车皮，左右电磁助力盘5固定于自行车的刹把闸上，刹把闸安装于自行车的后上叉11上，电磁铁线圈供电线与刹车线归并为一束刹车电控组合线12，U形电磁铁一侧安装固定一个传感器固定支架，该固定支架设置一个位置传感器4，位置传感器4由位置信号电磁感应线圈及其电磁铁心构成，该支架长度可以微调，使得电磁助力盘5与位置传感器4中心间距精确等于辐板外沿10上两个助力永磁体8之间的中心间距。

扭矩传感器是将一对扭矩信号触发齿固定安装在中轴上，两个扭矩信号触发齿环的外形和相位完全相同，扭矩信号感应线圈安装固定在中轴套上，扭矩信号触发齿为n个小永磁体，均分圆周360度，转动时，扭矩信号感应线圈产生感生电动势，骑行者踩踏脚踏板3，曲柄施加扭矩于中轴，使得中轴发生弹性变形，每一对扭矩触发信号之间存在相位差，利用现有相位差转换电路将一对触发信号间相位差转换为扭矩电压信号。

助力的基本原理是：前方位置传感器探测到存在磁极N，同时扭矩传感器检测到骑车人对踏板施加压力，通过单片机给出控制信号，使电流通过电磁助力线圈L1和L2，L1产生磁场SN，L2产生磁场NS，此时下一个左侧助力永磁体的N极处于U形电磁铁SN之间，右侧永磁体的S极处于U形电磁铁NS之间，同时产生一个向前的拉力，车轮开始运动，前方位置传感器探测到存在磁极S且扭矩传感器也发出信号，通过单片机给出反向控制信号，反相电流通过助力线圈L1和L2产生反向磁极，L1产生磁场NS，L2产生磁场SN此时下一个左侧助力永磁体的S极处于U形电磁铁NS之间，右侧永磁体的N极处于U形电磁铁SN之间，也产生一个向前的拉力，推动车轮继续运动，从而实现助力。

参考文献

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作者简介：王灏（1994-），男，浙江杭州人，昆明理工大学交通工程学院学生，研究方向：汽车。

（责任编辑：周 琼）