УСТАНОВЛЕННАЯ НА ОБОДЕ КОЛЕСА СИСТЕМА КАТУШЕК И МАГНИТОВ ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ Российский патент 2019 года по МПК B62K11/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это раскрытие относится к управлению и выработке электроэнергии для транспортного средства, такого как велосипед.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

По мере того, как потребности в энергии для электронных устройств и компонентов на велосипедах, а также других транспортных средствах на мускульной тяге, продолжают возрастать, также возрастает запрос на формируемый пользователем источник электропитания. Современные системы могут использовать установленный в ступице электродвигатель и динамо двигатель. Однако, требуются системы с более высокой эффективностью без затрат на установленные в ступицу электродвигатели и сопротивления качению, создаваемого современными реализациями.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Система электропитания велосипеда включает в себя велосипед, имеющий зарядную цепь и модуль электропитания, прикрепленный к велосипеду. Модуль электропитания выполнен с возможностью принимать электроэнергию из зарядной цепи на основании рабочего состояния велосипеда и, в ответ на указание состояния торможения, устанавливать электрическое соединение между зарядной цепью и модулем электропитания, чтобы давать возможность передачи электроэнергии между ними.

Велосипед включает в себя раму, зарядную цепь, несомую рамой и выполненную с возможностью поглощать энергию, ассоциативно связанную с движением велосипеда, модуль электропитания, несомый на раме, и переключатель, расположенный электрически между зарядной цепью и модулем электропитания. Модуль электропитания выполнен с возможностью, в ответ на указание, что велосипед едет вниз по склону, замыкать переключатель, чтобы давать возможность передачи электроэнергии между зарядной цепью и модулем электропитания.

Система велосипеда включает в себя велосипед, имеющий зарядную цепь, выполненную с возможностью поглощать энергию, ассоциативно связанную с движением велосипеда, и модуль электропитания, прикрепленный к велосипеду. Модуль электропитания выполнен с возможностью, в ответ на указание потребностей в энергии из устройства, замыкать электрический разъем, расположенный электрически между зарядной цепью и модулем электропитания, чтобы давать возможность передачи электроэнергии между ними.

Предлагается система электропитания велосипеда, содержащая:

велосипед, имеющий зарядную цепь; и модуль электропитания, прикрепленный к велосипеду и выполненный с возможностью принимать электроэнергию из зарядной цепи на основании рабочего состояния велосипеда и, в ответ на указание состояния торможения, устанавливать электрическое соединение между зарядной цепью и модулем электропитания, чтобы давать возможность передачи электроэнергии между ними. Причем указание включает в себя данные, указывающие срабатывание тормозного механизма. Причем указание включает в себя данные, указывающие замедление велосипеда. Причем указание включает в себя данные, указывающие частоту вращения педалей, оказывающуюся неспособной превышать пороговую частоту. Система дополнительно содержит переключатель, соединяющий зарядную цепь и модуль электропитания, при этом, установление соединения между зарядной цепью и модулем электропитания включает в себя замыкание переключателя.

Также предлагается велосипед, содержащий: раму; зарядную цепь, несомую рамой и выполненную с возможностью поглощать энергию, ассоциативно связанную с движением велосипеда; модуль электропитания, несомый рамой; и переключатель, расположенный электрически между зарядной цепью и модулем электропитания, модуль электропитания выполнен с возможностью, в ответ на указание, что велосипед едет вниз по склону, замыкать переключатель, чтобы давать возможность передачи электроэнергии между зарядной цепью и модулем электропитания. Причем указание включает в себя данные, указывающие ускорение велосипеда, превышающее пороговое ускорение. Причем указание включает в себя данные, указывающие ускорение вращения педалей, оказывающееся неспособным превышать пороговое ускорение вращения педалей. Причем указание включает в себя данные, указывающие срабатывание в тормозном механизме. Причем указание включает в себя данные, указывающие частоту вращения педалей, оказывающуюся неспособной превышать пороговую частоту, и ускорение велосипеда, превышающее пороговое ускорение.

Также предлагается система велосипеда, содержащая: велосипед, имеющий зарядную цепь, выполненную с возможностью поглощать энергию, ассоциативно связанную с движением велосипеда; и модуль электропитания, прикрепленный к велосипеду и выполненный с возможностью, в ответ на указание потребностей в энергии из устройства, замыкать электрический разъем, расположенный электрически между зарядной цепью и модулем электропитания, чтобы давать возможность передачи электроэнергии между ними. Причем указание включает в себя данные, указывающие уровень энергопотребления устройства, падающий ниже предопределенного порогового значения. Причем модуль электропитания дополнительно выполнен с возможностью подавать электропитание на устройство во время передачи электроэнергии из зарядной цепи. Причем модуль электропитания дополнительно выполнен с возможностью замыкать электрический разъем в ответ на прием команды пользователя из пользовательского интерфейса. Причем модуль электропитания дополнительно выполнен с возможностью замыкать электрический разъем в ответ на указание состояния торможения велосипеда.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Варианты осуществления настоящего раскрытия подробно показаны в прилагаемой формуле изобретения. Однако, другие признаки различных вариантов осуществления станут очевиднее и будут лучше понятны посредством обращения к последующему подробному описанию вместе с сопроводительными чертежами, на которых:

фиг. 1 иллюстрирует систему велосипеда;

фиг. 2 иллюстрирует местный вид в перспективе зарядной цепи системы велосипеда;

фиг. 3 иллюстрирует структурную схему системы велосипеда; и

фиг. 4 иллюстрирует последовательность операций для управления выработкой и использованием электроэнергии.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Как требуется, в материалах настоящей заявки раскрыты детализированные варианты осуществления настоящего изобретения; однако, должно быть понятно, что раскрытые варианты осуществления являются всего лишь примером изобретения, которое может быть воплощено в различных и альтернативных формах. Фигуры не обязательно должны определять масштаб; некоторые признаки могут быть преувеличены или сведены к минимуму, чтобы показать подробности конкретных компонентов. Поэтому, специфичные конструктивные и функциональные детали, раскрытые в материалах настоящей заявки, не должны интерпретироваться в качестве ограничивающих, а только качестве представляющих основу для изучения специалистом в данной области техники для различного применения настоящего изобретения.

В материалах настоящей заявки описана система выработки электроэнергии для транспортного средства, такого как велосипед или другое транспортное средство с мускульной тягой. Система управляет переключателем, присоединяющим зарядную цепь к модулю электропитания, на основании текущего рабочего состояния транспортного средства. Например, переключатель может замыкаться автоматически по распознаванию состояния торможения или состояния спуска по склону. Модуль электропитания также может идентифицировать рабочее состояние транспортного средства на основании данных, таких как ускорение и количество нажатий педалей в минуту (PPM). В еще одном другом примере, пользовательский ввод может управлять переключателем. Когда переключатель замкнут, зарядная цепь является действующей и передает вырабатываемую электроэнергию в ней в модуль электропитания. Модуль электропитания, в свою очередь, может питать некоторые устройства на связи с модулем электропитания, такие как фонари, электродвигатели, и т.д., транспортного средства.

Фиг. 1 иллюстрирует систему 100 велосипеда (также указываемую ссылкой как велосипед 100), имеющую зарядную цепь 105, скомпонованную по меньшей мере частично на раме 110, и два колеса 115 (заднее колесо 115a и переднее колесо 115b). Система 100 может включать в себя модуль 120 электропитания, который может включать в себя контроллер 130 (как показано на фиг. 3), имеющий процессор и память, а также перезаряжаемый источник 125 питания (как показано на фиг. 3), такой как аккумуляторная батарея. Модуль 120 электропитания может быть присоединен к зарядной цепи 105 через провод 140. Модуль 120 может находиться на связи с электродвигателем 150 транспортного средства. Электродвигатель 150 транспортного средства может быть выполнен с возможностью помогать пользователю в приведении в движение велосипеда 100, толкая педали 145, таким образом, приводящие в движение цепь 155 велосипеда. Несмотря на то, что зарядная цепь 105 проиллюстрирована в качестве являющейся скомпонованной на заднем колесе 115a, зарядная система также может быть скомпонована на переднем колесе 115b.

Модуль 120 может находиться на связи с пользовательским интерфейсом 135. Пользовательский интерфейс 135 может включать в себя механический механизм, такой как переключатель (как показано в качестве примера на фиг. 1). Переключатель может быть простым переключателем, имеющим два положения (например, включен/выключен). Переключатель также может быть кнопкой или множеством кнопок, при этом, приведение в действие переключателя может передавать запросы и команды пользователя в модуль 120. Пользовательский интерфейс 135 также может включать в себя устройство отображения, выполненное с возможностью принимать входные сигналы или команды пользователя от пользователя, такое как сенсорный экран. Система 100 может включать в себя стыковочный механизм (не показан) для пользовательского устройства 165, такого как смартфон, планшет, и т.д. Дополнительные внешние устройства 170 также могут быть размещены на системе 100 велосипеда. Эти внешние устройства 170 могут включать в себя одно или более устройств вторичного рынка, таких как блоки GPS, цифровые аудиоплееры (например, IPOD, и т.д.), счетчики пробега, и т.д. Внешнее устройство 170 может питаться модулем 120 электропитания или другими источниками, такими как внутренняя аккумуляторная батарея устройства. Внешнее устройство 170 может присоединяться к модулю 120 электропитания с помощью провода на порте (не показан), таком как порт USB (универсальной последовательной шины). Велосипед 100 также может включать в себя другие защитные устройства, такие как фонарь. Подобно внешнему устройству 170, фонарь 175 может питаться, по меньшей мере частично, модулем 120 электропитания.

Велосипед 100 также может включать в себя тормозной механизм 180, который может использоваться пользователем для прижимания тормозов к колесам 115. Тормозной механизм 180 может быть на связи с модулем 120 электропитания, в особенности, с контроллером 130. При торможении, зарядная цепь 105 может вводиться в действие, с тем, чтобы давать возможность рекуперативного торможения. Это обсуждено подробнее ниже.

Зарядная цепь 105 и модуль 120 электропитания могут быть на связи друг с другом через провод 140. Провод 140 может включать в себя переключатель 205, такой как транзистор, который соединяет и разъединяет зарядную цепь 105 с модулем 120. Переключатель 205 может управляться контроллером 130. Дополнительно или в качестве альтернативы, переключатель 205 может управляться пользовательским интерфейсом 135 и/или тормозным механизмом 180. в этой ситуации, срабатывание в тормозном механизме может вызывать замедление велосипеда 100, чтобы вводить в действие зарядную цепь 105.

Фиг. 2 - местный вид зарядной цепи 105 системы 100, в особенности части A по фиг. 1. Зарядная цепь 105 может включать в себя по меньшей мере одну катушку 185 (показанную в качестве катушек 185) в корпусе 190 катушек. Катушки 185 могут быть скомпонованы на раме 110 в положении, которое выравнивается с одним из колес 115. По меньшей мере один магнит 195 скомпонован на каркасе 200 колеса. По мере того, как пользователь приводит в движение велосипед 100 посредством нажатия педалей, колеса 115 вращаются. По мере того, как колеса 115 вращаются, магниты 195 выравниваются с катушками 185 на раме 110 транспортного средства. В то время как магниты 195 выравниваются с и проходят катушки 185, магнитное поле создается между катушками 185 и магнитом 195, возбуждая ток внутри катушек 185. Провод присоединен к корпусу 190 катушек и может передавать ток в модуль 120 электропитания.

Фиг. 3 - структурная схема по меньшей мере части системы, включающей в себя модуль 120 электропитания, присоединенный к зарядной цепи 105. Модуль 120 электропитания также может соединяться с внешним устройством 170, пользовательским устройством 165, фонарем 175, электродвигателем 150 и пользовательским интерфейсом 135. Модуль 120 электропитания, как пояснено, может включать в себя источник 125 питания и контроллер 130, выполненный с возможностью управлять источниками питания модуля 120. В одной из конфигураций, контроллер 130 может размыкать и замыкать соединение или переключатель 205 между модулем 120 электропитания и зарядной цепью 105. Это также может выполняться с помощью другого механизма. Для случая двухпозиционного тумблера, пользователь может вручную выключать переключатель и, таким образом, полностью деактивировать выработку электроэнергии перед поездкой. Переключатель 205 между модулем 120 электропитания и зарядной цепью 105 может размыкаться и замыкаться автоматически в зависимости от определенных условий системы 100. Переключатель 205 также может управляться на основании предпочтения пользователя. Примеры управления модулем электропитания описаны ниже.

Фиг. 4 иллюстрирует последовательность 400 операций для управления модулем 120 электропитания, а конкретнее, для управления соединением (например, переключателем 205 между модулем 120 электропитания и зарядной цепью 105. В некоторых примерах, переключатель 205 может замыкаться на основании запроса пользователя, а также на основании требований устройств в или на велосипеде 100 (например, вершины 405 и 425 блок-схемы). В еще одном примере, переключатель 205 может замыкаться на основании рабочего состояния велосипеда (например, торможения, ускорения, и т.д.). Рабочее состояние может определяться данными, выдаваемыми в контроллер 130 (например, вершины 455 и 475 блок-схемы).

Последовательность 400 операций может начинаться на вершине 405 блок-схемы, где контроллер может определять, был ли принят пользовательский ввод, который указывает, что требуется электроэнергия. Например, пользователь может, с помощью пользовательского интерфейса 135, командовать модулю 120 электропитания принимать электроэнергию из зарядной цепи 105. Это может иметь место, когда пользователь желает, чтобы электродвигатель 150 принимал электрическую энергию из модуля 120 электропитания. В еще одном примере, пользователь может пожелать заряжать его или ее мобильное устройство (например, пользовательское устройство 165).

Последовательность 400 операций может переходить на вершину 410 блок-схемы, где контроллер 130 может дать команду переключателю 205 для замыкания. Посредством замыкания переключателя 205, ток из катушек 185 может пропускаться из зарядной цепи 105 в источник 125 питания через провод 140. Модуль 120 электропитания может накапливать энергию в источнике 125 питания. Любое количество устройств затем может отбирать мощность из источника 125 питания. Например, электродвигатель 150 может отбирать мощность из источника 125 питания, а также фонарь 175.

На вершине 415 блок-схемы, переключатель 205 остается замкнутым до тех пор, пока не принят пользовательский ввод, указывающий, что электроэнергия не требуется из модуля 120 электропитания.

На вершине 420 блок-схемы, контроллер 130 командует переключателю 205 размыкаться, таким образом, прекращая электрический ток в модуль 120 электропитания.

На вершине 435 блок-схемы, контроллер 130 может определять, требует ли электроэнергии устройство, в том числе, внешнее устройство 170, фонарь 175, электродвигатель 150 или пользовательское устройство 165. Контроллер 130 может принимать указание из одного из этих устройств на связи с модулем 120 электропитания, что специфичное устройство требует питания. В одном из примеров, устройство могло бы иметь низкую накопленную электроэнергию (например, является низкой мощность аккумуляторной батареи устройства). В еще одном примере, устройство может питаться исключительно модулем 120 электропитания и могло быть недавно присоединено к модулю 120 электропитания. Таким образом, контроллер 130 может распознавать, что устройство нуждается в электроэнергии посредством команды устройства, отправленной непосредственно из устройства (например, данных, указывающих подсадку аккумуляторной батареи), и/или распознавания вновь добавленного устройства (например, подключения внешнего устройства 170 к модулю 120 электропитания). Если контроллер 130 распознает такую необходимость в электроэнергии, последовательность 400 операций переходит на вершину 440 блок-схемы, где переключатель 205 замкнут до тех пор, пока необходимость больше не распознается на вершине 445 блок-схемы (например, данные не указывают, что мощность аккумуляторной батареи устройства больше не является низкой, и/или не делают наглядным, что внешнее устройство, потребляющее электроэнергию, было отключено от модуля 120 электропитания).

На вершине 455 блок-схемы, контроллер 130 может определять, тормозит или нет велосипед. Это определение может производиться по приему сигнала, что тормозной механизм 185 был приведен в действие. Если распознано срабатывание тормозного механизма 180, последовательность операций переходит на вершину 460 блок-схемы, где переключатель 205 замкнут до тех пор, пока торможение не прекращается на вершине 465 блок-схемы.

На вершине 475 блок-схемы, контроллер 130 может определять, упала ли частота вращения педалей (например, количество нажатий педалей в минуту (PPM)) ниже предопределенной частоты. PPM может указывать состояние транспортного средства (например, движение вверх по склону, вниз по склону, спуск с горы, ускорение, и т. д.). Низкое PPM может указывать, что велосипед 100 движется вниз по склону или спускается с горы. Низкое PPM также может быть указателем торможения. В этих примерах, модуль 120 электропитания может замыкать зарядную цепь на вершине 480 блок-схемы, для того чтобы использовать в своих интересах рекуперативное торможение. В качестве примера, пороговая частота может иметь значение приблизительно 40 PPM. Зарядная цепь 105 может оставаться замкнутой до тех пор, пока PPM не превышает пороговую частоту на вершине 485 блок-схемы. PPM может передаваться в модуль 120 электропитания из внешнего устройства 170, такого как счетчик пробега.

Дополнительно или в качестве альтернативы, модуль 120 электропитания может принимать значение ускорения из счетчика пробега или измерителя ускорения. Ускорение также может указывать рабочее состояние велосипеда 100. Например, высокое ускорение может указывать движение вниз по склону наряду с тем, что низкое ускорение может указывать движение вверх по склону. Дополнительные факторы и данные также оказывают влияние на определение в отношении рабочего состояния велосипеда. Например, могут использоваться как ускорение, так и частота вращения педалей (например, PPM). В этом примере, низкая PPM с высоким ускорением может указывать, что велосипед движется вниз по склону или спускается с горы. Это побуждало бы переключатель 205 замыкаться, так как может быть необходимо некоторое торможение сопротивлением. С другой стороны, высокая PPM и низкое ускорение или скорость могут указывать, что велосипед движется вверх по склону. Высокая PPM и высокое ускорение могут указывать нажимание педалей в установившемся состоянии.

Быстрое замедление также может указывать торможение. Срабатывание в тормозном механизме может вызывать замедление велосипеда 100, чтобы вводить в действие зарядную цепь 105. Хотя не показано на фиг. 4, ускорение также может использоваться в качестве указателя, размыкать или замыкать переключатель 205 аналогично PPM. Например, по распознаванию замедления, переключатель 205 может замыкаться, активируя зарядную цепь 105.

Соответственно, описанные системы могут улучшать эффективность использования энергии и уменьшать сопротивление качению, создаваемое системами, такими как электродвигатели ступицы и динамо двигатели. Кроме того, движущийся компонент (например, колеса) не имеют механического соединения с недвижущимся компонентом (рамой велосипеда), вызывает от небольшого до никакого сопротивления, также устраняя ненужный износ и разрыв на транспортном средстве. Посредством управления переключателем 205 на основании состояния входного сигнала транспортного средства или пользователя, модуль электропитания может содействовать эффективной рекуперации энергии.

Несмотря на то, что примерные варианты осуществления описаны выше, не предполагается, что эти варианты осуществления описывают все возможные формы изобретения. Предпочтительнее, словесные формулировки, используемые в описании изобретения, являются скорее словесными формулировками описания, нежели ограничения, и понятно, что различные изменения могут быть произведены, не выходя из сущности и объема изобретения. Дополнительно, признаки различных вариантов осуществления реализации могут комбинироваться для формирования дополнительных вариантов осуществления изобретения.

Группа изобретений относится к области машиностроения, в частности к системам электропитания велосипедов. Система электропитания велосипеда содержит велосипед и модуль электропитания. Велосипед имеет зарядную цепь. Модуль электропитания выполнен с возможностью принимать электроэнергию из зарядной цепи на основании рабочего состояния велосипеда и устанавливать электрическое соединение между зарядной цепью и модулем электропитания в ответ на указание, что частота вращения педалей велосипеда не может превышать ненулевую пороговую частоту. Велосипед содержит раму, зарядную цепь, модуль электропитания, переключатель, расположенный электрически между зарядной цепью и модулем электропитания. Достигается упрощение конструкции. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система электропитания велосипеда, содержащая:

велосипед, имеющий зарядную цепь; и

модуль электропитания, прикрепленный к велосипеду и выполненный с возможностью принимать электроэнергию из зарядной цепи на основании рабочего состояния велосипеда и, в ответ на указание, что частота вращения педалей велосипеда не может превышать ненулевую пороговую частоту, устанавливать электрическое соединение между зарядной цепью и модулем электропитания, чтобы предоставлять возможность передачи электроэнергии между ними.

2. Система по п. 1, в которой указание включает в себя данные, указывающие срабатывание тормозного механизма.

3. Система по п. 1, в которой указание включает в себя данные, указывающие замедление велосипеда.

4. Система по п. 1, дополнительно содержащая переключатель, соединяющий зарядную цепь и модуль электропитания, при этом установление соединения между зарядной цепью и модулем электропитания включает в себя замыкание переключателя.

5. Велосипед, содержащий:

раму;

зарядную цепь, несомую рамой и выполненную с возможностью поглощать энергию, ассоциативно связанную с движением велосипеда;

модуль электропитания, несомый рамой; и

переключатель, расположенный электрически между зарядной цепью и модулем электропитания, причем модуль электропитания выполнен с возможностью, в ответ на указание, что ускорение вращения педалей не может превышать ненулевое пороговое ускорение вращения педалей, замыкать переключатель, чтобы предоставлять возможность передачи электроэнергии между зарядной цепью и модулем электропитания.

6. Велосипед по п. 5, в котором указание включает в себя данные, указывающие ускорение велосипеда, превышающее пороговое ускорение.

7. Велосипед по п. 5, в котором указание включает в себя данные, указывающие срабатывание в тормозном механизме.

8. Велосипед по п. 5, в котором указание включает в себя данные, указывающие ускорение велосипеда, превышающее пороговое ускорение.