人力车用柔性直流传动系统及方法与流程

1.本发明涉及人力车传动系统技术领域，具体为一种人力车用柔性直流传动系统及方法。


背景技术：

2.人力车是现代社会中所常见的交通工具，常见的人力车包括两轮脚踏自行车、三轮脚踏自行车、含有人力驱动功能的助力自行车、含有人力驱动功能的电动两轮或三轮车等，在骑行过程中，需要骑行人员通过踩动人力车上的机械传动机构来实现对人力车的驱动，由此实现骑行人员的骑行活动。
3.人力车上常见的机械传动机构大多由踏板、齿盘以及传动链条组成，由于齿盘与传动链条之间是啮合连接，在长时间的工作过程中，容易出现滑脱的情况，暴露在外界的传动结构也容易锈蚀，进而导致传动过程的不流畅，因此需要定期对传动结构进行维护保养，尤其是有机械变档功能的因为结构更复杂更是如此，使用过程存在一定的不便。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
5.人力车用柔性直流传动系统，包括：
6.发电模块，其包括设于人力车车体上的发电装置、以及设于发电装置发电输入端的驱动组件，所述驱动组件能够带动发电装置发电输入端活动，促使发电装置输出电能；
7.驱动电机，其输入端与发电装置输出端相连，所述驱动电机的输出端能够驱动人力车行进；
8.电子调速模块，其包括用于检测发电装置与驱动电机电能数据的监测部、能够控制驱动电机启停的执行部、以及设于发电装置中接收监测部电信号并对执行部进行控制的处理部，所述处理部能够根据发电装置输出电能通过执行部来控制驱动电机转速；
9.所述发电模块以及驱动电机外部均设有将二者包裹在其内部的密封外壳，所述密封外壳与人力车车体相连。
10.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
11.进一步的，所述发电装置输出为三相交流电，且发电装置输出端与驱动电机之间设有整流滤波模块。
12.进一步的，所述驱动电机内部设有动能回收模块。
13.进一步的，所述电子调速模块连接有为电子调速模块整体进行供电的外接电源，所述外接电源与动能回收模块相连。
14.人力车用柔性直流传动方法，其特征在于：包括以下步骤：
15.s1.发电装置在驱动组件的带动下产生交流电并输送至整流滤波模块进行整流滤波；
16.s2.整流滤波模块将整流滤波后的直流电输送至电子调速模块；
17.s3.监测部检测整流滤波模块输出电能符合启动标准后，由电子调速模块中的处理部控制执行部来将输出电能输入驱动电机，促使驱动电机启动；
18.s4.在输入驱动电机电能达到标准后，电子调速模块保持驱动电机占空比为100％
19.s5.停止活动驱动组件，发电装置不再为驱动电机供给电能，驱动电机在人力车整体惯性作用下继续活动，动能回收模块对驱动电机内部此时产生电能进行回收并输送至外接电源中；
20.s6.人力车整体停止活动，外接电源继续对电子调速模块进行供电，电子调速模块中的监测部实时对发电装置输出电能进行监测，在发电装置输出电能时，重复步骤s3～s6。
21.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进
22.进一步的，所述步骤s3中，整流滤波输出电能标准为ug-uz＞us时启动驱动电机，其中，ug为发电装置整流输出的电压理想值，uz为整流滤波模块压降，us为传动系统整体最低传动电压。
23.进一步的，所述步骤s4中，电子调速模块调节驱动电机pwm为i*(rg+rm+re)/(ug-um-uz)，其中，i为传动系统整体额定电流，rg为发电装置内阻，rm为驱动电机内阻，re为电子调速模块内阻，um为驱动电机的反电动势。
24.进
‑‑
步的，所述步骤s4中当(ug-um-uz)《＝(rg+rm+re)*i时，经电子调速模块驱动的驱动电机占空比＝100％。
25.进一步的，所述当驱动电机占空比为100％时，ig＝im，其中，ig为无刷发电机整流输出电流，im为无刷电动机电流。
26.有益效果
27.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
28.本发明通过所设的发电模块以及驱动电机来代替现有人力车中机械传动结构，在驾驶人员活动驱动装置时，即可由发电模块产生电能来促使驱动电机运动，而发电模块与驱动电机外部可设置全包裹式的密封外壳也能够有效的实现驱动电机以及发电装置的防水以及防尘，有效的减少对人力车的维护次数，同时，由于人力在控制驱动组件进行发电时，其输出极为不稳定，因此，通过电子调速器对驱动电机的控制方法，将驱动电机的占空比限制为只有0％与100％两种状态，有效的避免了在发电过程中电流过大而烧坏驱动电机的情况，确保了驱动电机在骑行过程中的正常工作。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为人力车用柔性直流传动系统的结构框图；
31.图2为人力车用柔性直流传动方法的流程框图；
32.图3为发电模块侧视结构示意图；
33.图4为人力车用柔性直流传动系统安设于人力车上时的结构示意图；
34.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
35.1、发电模块；101、驱动组件；102、发电装置；2、驱动电机；3、外接电源；4、密封外壳。
具体实施方式
36.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
37.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，“第一”、“第二”仅用于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。因此术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
41.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
42.请参阅图1-4，本发明提供人力车用柔性直流传动系统，包括能够进行发电的发电模块1、与发电模块1相连的驱动电机2、以及能够对驱动电机2进行控制的电子调速模块。
43.其中，发电模块1为常见的发电装置102，具体包括设于人力车车体上的发电装置102、以及设于发电装置102发电输入端的驱动组件101，驱动组件101能够带动发电装置102发电输入端活动，促使发电装置102输出电能，发电装置102可为常见的无刷发电机，而驱动组件101可为人力车上常见的两个脚踏杆以及连杆，连杆贯穿无刷发电机的中心，将两个脚踏杆分别固定在人力车座椅的两侧处。
44.而驱动电机2可为常见的无刷直流电机，其输入端与发电装置102输出端相连，驱动电机2的输出端与人力车的后轮中轴相连，能够驱动人力车行进。
45.具体的，为避免人力踩动驱动装置时，发电装置102不规则的输出损伤驱动该电
机，电子调速模块包括用于检测发电装置102与驱动电机2电能数据的监测部、能够调节驱动电机2占空比的执行部、以及设于发电装置102中接收监测部电信号并对执行部进行控制的处理部，电子调速模块能够控制驱动电机2的占空比，并在输入驱动电机2电流超过驱动电机2额定电流时将驱动电机2占空比限制为100％。
46.考虑到发电效率的问题，发电装置102为无刷交流发电机，其输出为三相交流电，并在发电装置102输出端与驱动电机2之间设有整流滤波模块，整流滤波模块可安装于车体上，也可于发电装置102安装于一起，同被包裹于密封外壳4内部。
47.同时，为有效的实现柔性直流传动系统整体的低维护率，在发电模块1以及驱动电机2外部均设有将二者包裹在其内部的密封外壳4，密封外壳4与人力车车体相连，密封外壳4可为常见的三防外壳，也可将柔性直流传动系统中的其他部件设置于密封外壳4内部，有效的避免外界环境对各个电子器件的影响，为方便电子器件的散热，也能够在密封外壳4表面设置散热翅片，提高散热效率，避免在封闭环境内过热损坏相关部件。
48.为进一步的提升对能量的利用效率，在驱动电机2内部设有动能回收模块，动能回收模块为常见的动能回收装置，能够在驱动电机2不再有电能输入时，电子调速器利用无刷电动机反电动势进行同步整流，反向输出至动力电输入端，输送至动能回收模块用于动能回收，也为了保持电子调速器在没有发电模块1电能输入时也能够顺利实现其监测工作，电子调速模块连接有为电子调速模块整体进行供电的外接电源3，外接电源3与动能回收模块相连，在进行动能回收时，对外接电源3进行充电，以备后续使用。
49.为更清晰且详尽的说明本发明的工作流程以及工作原理，现公开人力车用柔性直流传动方法，包括以下步骤：
50.s1.发电装置102在驱动组件101的带动下产生交流电并输送至整流滤波模块进行整流滤波。
51.s2.整流滤波模块将整流滤波后的直流电输送至电子调速模块。
52.s3.监测部检测到ug-uz＞us后，由电子调速模块中的处理部控制执行部来将输出电能输入驱动电机2，促使驱动电机2启动。
53.其中，ug为发电装置102整流输出的电压理想值，uz为整流滤波模块压降，us为传动系统整体最低传动电压。
54.s4.在当(ug-um-uz)＞(rg+rm+re)*i时，电子调速模块能够通过霍尔传感器持续采集霍尔信号，不断更新无刷电动机电气相位数据，并以此为依据更新无刷电动机三相与动力电正负极间通断控制状态，从而持续驱动无刷电动机，此时驱动电机2占空比为i*(rg+rm+re)/(ug-um-uz)。
55.而在驾驶人员踩动驱动装置使得发电装置102的输出功率能够使得电子调速模块所检测数据满足(ug-um-uz)《＝(rg+rm+re)*i时，电子调速模块控制驱动电机2的占空比为100％，此时ig＝im，由此可得，ig以及im均与无刷发电机扭力成完全线性正比关系，无刷发电机扭力与无刷电动机扭力成完全线性正比关系，可以实现类似机械传动的效果。
56.其中，i为传动系统整体额定电流，rg为发电装置102内阻，rm为驱动电机2内阻，re为电子调速模块内阻，um为驱动电机2的反电动势，ig为无刷发电机整流输出电流，im为无刷电动机电流。
57.s5.停止活动驱动组件101，发电装置102不再为驱动电机2供给电能，驱动电机2在
人力车整体惯性作用下继续活动，动能回收模块对驱动电机2内部此时产生电能进行回收并输送至外接电源3中。
58.s6.人力车整体停止活动，外接电源3继续对电子调速模块进行供电，电子调速模块中的监测部实时对发电装置102输出电能进行监测，在发电装置102输出电能时，重复步骤s3～s6。
59.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.人力车用柔性直流传动系统，其特征在于，包括：发电模块(1)，其包括设于人力车车体上的发电装置(102)、以及设于发电装置(102)发电输入端的驱动组件(101)，所述驱动组件(101)能够带动发电装置(102)发电输入端活动，促使发电装置(102)输出电能；驱动电机(2)，其输入端与发电装置(102)输出端相连，所述驱动电机(2)的输出端能够驱动人力车行进；电子调速模块，其包括用于检测发电装置(102)与驱动电机(2)电能数据的监测部、能够调节驱动电机(2)占空比的执行部、以及设于发电装置(102)中接收监测部电信号并对执行部进行控制的处理部，所述电子调速模块能够控制驱动电机(2)的占空比，并在输入驱动电机(2)电流大于等于驱动电机(2)额定电流时将驱动电机(2)占空比限制为100％；所述发电模块(1)以及驱动电机(2)外部均设有将二者包裹在其内部的密封外壳(4)，所述密封外壳(4)与人力车车体相连。2.根据权利要求1所述的人力车用柔性直流传动系统，其特征在于：所述发电装置(102)输出为三相交流电，且发电装置(102)输出端与驱动电机(2)之间设有整流滤波模块。3.根据权利要求2所述的人力车用柔性直流传动系统，其特征在于：所述驱动电机(2)内部设有动能回收模块。4.根据权利要求3所述的人力车用柔性直流传动系统，其特征在于：所述电子调速模块连接有为电子调速模块整体进行供电的外接电源(3)，所述外接电源(3)与动能回收模块相连。5.人力车用柔性直流传动方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.发电装置(102)在驱动组件(101)的带动下产生交流电并输送至整流滤波模块进行整流滤波；s2.整流滤波模块将整流滤波后的直流电输送至电子调速模块；s3.监测部检测整流滤波模块输出电能符合启动标准后，由电子调速模块中的处理部控制执行部来将输出电能输入驱动电机(2)，促使驱动电机(2)启动；s4.在输入驱动电机(2)的电能达到标准后，电子调速模块保持驱动电机(2)占空比为100％；s5.停止活动驱动组件(101)，发电装置(102)不再为驱动电机(2)供给电能，驱动电机(2)在人力车整体惯性作用下继续活动，动能回收模块对驱动电机(2)内部此时产生电能进行回收并输送至外接电源(3)中；s6.人力车整体停止活动，外接电源(3)继续对电子调速模块进行供电，电子调速模块中的监测部实时对发电装置(102)输出电能进行监测，在发电装置(102)输出电能时，重复步骤s3～s6。6.根据权利要求5所述的人力车用柔性直流传动方法，其特征在于：所述步骤s3中，整流滤波输出电能标准为ug-uz＞us时启动驱动电机(2)，其中，ug为发电装置(102)整流输出的电压理想值，uz为整流滤波模块压降，us为传动系统整体最低传动电压。7.根据权利要求5所述的人力车用柔性直流传动方法，其特征在于：所述步骤s4中，当(ug-um-uz)＞(rg+rm+re)*i时，电子调速模块调节驱动电机(2)占空比为i*(rg+rm+re)/(ug-um-uz)，其中，i为传动系统整体额定电流，rg为发电装置(102)内阻，rm为驱动电机(2)
内阻，re为电子调速模块内阻，um为驱动电机(2)的反电动势。8.根据权利要求7所述的人力车用柔性直流传动方法，其特征在于：所述步骤s4中当(ug-um-uz)<＝(rg+rm+re)*i时，经电子调速模块驱动的驱动电机(2)占空比为100％。9.根据权利要求8所述的人力车用柔性直流传动方法，其特征在于：当驱动电机(2)占空比为100％时，ig＝im，其中，ig为无刷发电机整流输出电流，im为无刷电动机电流。

技术总结
本发明提供了一种人力车用柔性直流传动系统，包括能够进行发电的发电模块、与发电模块相连的驱动电机、以及能够对驱动电机进行控制的电子调速模块；通过所设的发电模块以及驱动电机来代替现有人力车中机械传动结构，而发电模块与驱动电机外部可设置全包裹式的密封外壳也能够有效的实现驱动电机以及发电装置的防水以及防尘，有效的减少对人力车的维护次数，同时，由于人力在控制驱动组件进行发电时，其输出极为不稳定，因此，通过电子调速器对驱动电机的控制方法，将驱动电机的占空比限制为只有0％与100％两种状态，有效的避免了在发电过程中电流过大而烧坏驱动电机的情况，确保了驱动电机在骑行过程中的正常工作。驱动电机在骑行过程中的正常工作。驱动电机在骑行过程中的正常工作。


技术研发人员：王志鹏
受保护的技术使用者：王志鹏
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/9/7