Транспортное средство с комбинированным мускульным и электрическим приводом

Транспортное средство с комбинированным мускульным и электрическим приводом

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к области легких электротранспортных средств, таких как велосипеды, электроскутеры, инвалидные коляски, снабженные педальным (мускульным) и электрическим приводом.

С учетом цен на транспортные услуги, в том числе и из-за роста цен на ископаемые углеводороды и растущего внимания к защите окружающей среды, стремления придерживаться здорового образа жизни, возрастает интерес к транспортным средствам с электроприводом. Источником электроэнергии в таких устройствах является аккумуляторная батарея. При уменьшении заряда возникает необходимость в подзарядке батареи. Это можно сделать, подключив аккумуляторную батарею к внешней сети через соответствующе устройство. Наличие у указанных средств и педального привода позволяет использовать для заряда батареи мускульную энергию. Такому решению посвящено настоящее изобретение.

Уровень техники

Хотя изобретение может быть использовано на любом виде указанных транспортных средств, далее оно будет описано на примере велосипеда.

Известны различные технические решения, направленные на обеспечение возможности заряда аккумуляторной батареи с помощью велосипеда и мускульной энергии.

Так известна «Аварийная система зарядки на базе велосипеда» (патент US 6717280 B1, A63B 21/005; H02K 7/18, 28/02/2000). В предлагаемом решении к педальному узлу велосипеда, установленного на подставке (переднее колесо), с помощью ремня или цепи подключен генератор с маховиком. Таким образом, велотренажер превращен в электростанцию, приводимую мускульной энергией, позволяющую заряжать аккумуляторную батарею или запитывать требуемые потребители. Недостатком известного решения является необходимость установки дополнительного оборудования (генератор с маховиком) и исключение основной функции велосипеда - возможности передвижения в процессе зарядки аккумуляторной батареи.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Электрический велосипед с возможностью самозарядки» (патент US 7906849 B2, F02B 63/04, 30/09/2009). В предлагаемом решении электровелосипед также установлен в опоры (колеса оторваны от земли) и преобразователь переключен в реверсивный режим (движение «назад»). При вращении педалей и вращении заднего колеса в направлении «вперед» преобразователь переходит в тормозной (рекуперативный) режим и происходит преобразование механической энергии в электрическую, которая заряжает аккумуляторную батарею. Уровень зарядного тока может определяться задатчиком скорости (ручкой «газа»). Недостатком известного решения является исключение основной функции велосипеда - возможности передвижения в процессе зарядки. Кроме того, величина номинального зарядного тока обычно существенно меньше разрядного тока. Превышение номинального зарядного тока снижает эффективность (КПД) процесса заряда и сокращает срок службы аккумуляторной батареи. Кроме того, предлагаемое техническое решение может быть применено только в электровелосипедах, в которых электродвигатель (мотор-колесо) установлен в заднем колесе велосипеда, связанном с педальным узлом цепной передачей.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является устранение ряда отмеченных недостатков известных устройств - обеспечение возможности зарядки аккумуляторной батареи в процессе движения велосипеда, движимого мускульной энергией седока, и обеспечение максимальной длительности жизненного цикла аккумуляторной батареи, путем ограничения величины зарядного тока, задаваемого седоком, не более допустимых значений. Это обстоятельство исключает сокращение срока службы аккумуляторной батареи вследствие некорректных режимов заряда. Кроме того, данное решение может быть применено в электровелосипедах как с задним, так и с передним размещением электродвигателя (мотор-колеса). Использование предложенного решения в двигательном режиме мотор-колеса позволит ограничить разрядный ток аккумуляторной батареи на допустимом заданном уровне, что также способствует увеличению срока службы аккумуляторной батареи.

Указанные цели достигаются в предлагаемом электрическом велосипеде. Он содержит по крайней мере один электродвигатель, связанный с колесом велосипеда через механическую передачу или без нее, и систему управления, включающую в себя обратимый преобразователь, обеспечивающий регулирование скорости и/или момента указанного электродвигателя, источник питания - аккумуляторную батарею и орган управления. Орган управления снабжен переключателем режима работы «движение - свободный ход - зарядка» и задатчиком величины тормозного тока (аналоговым или дискретным), а обратимый преобразователь снабжен датчиком тока потребления от аккумуляторной батареи, задатчиком предельного значения разрядного и зарядного токов аккумуляторной батареи, устройством сравнения фактического и предельного значений тока батареи, выход которого через узел связи воздействует на устройство токоограничения обратимого преобразователя.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого технического решения.

Схема содержит педальный узел (1), связанный механически с колесом (2) (колесами) транспортного средства, которые в свою очередь связаны с обратимым электродвигателем (3). Электродвигателем (3) управляет обратимый преобразователь (4), снабженный датчиком тока (5) аккумуляторной батареи (6). Транспортное средство имеет переключатель режима работы (7), связанный с задатчиком скорости (8) и задатчиком тока торможения (9), с помощью которых человек выбирает режим - движение, свободный ход либо зарядка батареи (5) и управляет движением транспортного средства. Также схема содержит задатчик предельного значения зарядного и разрядного тока батареи (10), с выхода которого сигналы поступают на устройство сравнения (11), где они сравниваются с сигналом с датчика тока. Результат сравнения воздействует на устройство токоограничения (12) обратимого преобразователя (4) через узел связи (13).

Рассмотрим работу схемы, представленной на примере велосипеда. Возможны три режима работы.

1. Режим «движение» - на электрическом ходу, при котором человек, управляющий транспортным средством, выбрав на переключателе работы (7) режим «движение», управляет величиной скорости либо моментом, подведенным к колесу велосипеда от электродвигателя с помощью задатчика скорости (8) при разгоне и с помощью задатчика тормозного момента (9) при торможении. При этом тормозной и разгонный токи аккумуляторной батареи ограничены заданными необходимыми величинами с помощью устройства сравнения (11) через узел связи (13), который воздействует на устройство токоограничения (12) преобразователя (14). При превышении модуля тока аккумуляторной батареи над заданным значением на выходе устройства сравнения (11) подается сигнал, который через узел связи (13) воздействует на вход устройства токоограничения (12) преобразователя, уменьшая ток двигателя (13) и, соответственно, ток батареи до заданного уровня.

2. Режим «свободный ход» - движение от педального привода, преобразователь блокирован.

3. Режим «зарядка» - режим движения, при котором водитель имеет возможность задавать небольшой тормозной момент, используя энергию педалирования при движении для заряда аккумуляторной батареи. При этом ток заряда аккумуляторной батареи прямо пропорционален заданному тормозному моменту и скорости движения велосипеда от педалей. С увеличением скорости движения растет и ток заряда аккумуляторной батареи. При превышении тока аккумуляторной батареи над заданным значением на выходе устройства сравнения появляется сигнал, который через узел связи воздействует на вход устройства токоограничения преобразователя, уменьшая тормозной ток двигателя и, соответственно, ток батареи до заданного уровня. Таким образом, при увеличении скорости движения обеспечивается автоматическое ограничение зарядного тока аккумуляторной батареи на заданном уровне. Применение предложенного устройства обеспечивает еще одно положительное свойство. Таким образом, в режиме ограничения зарядного тока аккумуляторной батареи при увеличении скорости уменьшается дополнительный механический момент сопротивления, связанный с зарядом аккумуляторной батареи, и повышается комфортность движения.

Для повышения мощности приводной установки электрического велосипеда без кардинального изменения конструктивных элементов (толщины обода, диаметра спиц и т.д.) можно установить электродвигатели в оба колеса, и переднее, и заднее, с соответствующими обратимыми преобразователями. Система управления таким велосипедом должна быть верхнего уровня, которая в соответствии с режимом движения сконфигурирована таким образом, что обеспечено следующее распределение моментов (мощностей): при разгоне доминирует заднее колесо, при торможении - переднее.

1. Транспортное средство с комбинированным мускульным и электрическим приводом, содержащее колеса, связанный с ними педальный привод, по крайней мере один электродвигатель, связанный с колесом транспортного средства через механическую передачу или непосредственно, и систему управления, включающую в себя обратимый преобразователь, обеспечивающий регулирование скорости и/или момента указанного электродвигателя, источник питания - аккумуляторную батарею и орган управления, включающий в себя переключатель режима работы «движение - свободный ход - зарядка», связанный с задатчиком скорости и тормозного тока, а обратимый преобразователь снабжен датчиком тока потребления от аккумуляторной батареи, задатчиком предельного значения разрядного и зарядного токов аккумуляторной батареи, устройством сравнения фактического и предельного значений тока батареи, выход которого через узел связи воздействует на устройство токоограничения обратимого преобразователя.

2. Транспортное средство по п.1, в котором электродвигатели установлены в переднее и заднее колеса.

3. Транспортное средство по п.2, которое снабжено системой управления, которая в соответствии с режимом движения автоматически обеспечивает такое распределение моментов (мощностей), что при разгоне доминирует заднее колесо, а при торможении - переднее.