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1、(10)申请公布号 CN 104113162 A (43)申请公布日 2014.10.22 CN 104113162 A (21)申请号 201410377067.7 (22)申请日 2014.08.04 201310427133.2 2013.09.18 CN H02K 7/18(2006.01) H02J 7/14(2006.01) (71)申请人 杜文娟 地址 310016 浙江省杭州市上城区海潮路 46 号 3 单元 202 室 (72)发明人 杜文娟 (54) 发明名称 利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置 及使用方法 (57) 摘要 本发明涉及一种利用自然力控制发电补充蓄 电池电。
2、量的装置及使用方法。其特别之处是本发 明设有重力离合装置和充电单元， 重力离合装置 是根据自行车行驶的状况利用重力自动控制是否 给蓄电池充电。充电单元是利用自行车后轮的动 力发电， 发出的电给蓄电池充电。有益之处是在 无电源场合， 可以用自行车给蓄电池充电。 利用自 然力的重力和自锁机构自动控制给蓄电池补充能 量， 以减轻人力负载。即当自行车下坡时， 充电单 元与自行车自动结合， 给蓄电池充电。 当自行车上 坡或平地行驶时， 充电单元与自行车自动分离， 以 减轻人力负载。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 12 页 (19)中华人民共和国。
3、国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图12页 (10)申请公布号 CN 104113162 A CN 104113162 A 1/1 页 2 1. 一种利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置的使用方法， 包括自行车及其后 架和后轮、 蓄电池 ； 其特征在于， 还包括 ： 重力离合装置 ： 其包括安装架及夹子、 自锁机构、 顶杆和重锤杆 ； 所述安装架通过夹子 与自行车的后架固连 ； 自锁机构设置在安装架的楔槽中， 其包括滑块、 钢球和弹簧 ； 所述顶 杆的一端与自锁机构的钢球间断性接触， 顶杆的另一端与重锤杆间断性接触 ； 所述重锤杆 与安装架上的第二支轴铰接 。
4、； 所述蓄电池设置在所述夹子上 ； 充电单元 ： 其包括支架、 充电装置 ； 其中， 所述支架上部与安装架中的第一支轴铰接 ； 支架下部设置充电装置 ； 支架还通 过自锁机构的滑块与自锁机构连接 ； 其中， 所述充电装置包括摩擦轮、 发电机和充电器， 摩擦轮与自行车的后轮间断性接 触 ； 摩擦轮与发电机连接 ； 发电机通过充电器与蓄电池连接 ； 当外部负载与蓄电池连接时， 蓄电池为外部负载提供电力 ； 上述装置的使用方法 ： 第一步骤 ： 当自行车进行上坡行驶期间， 充电单元在重力作用下， 其支架绕第一支轴转 动到自由垂直状态， 支架与安装架的夹子的夹角大于 90， 其摩擦轮与自行车的后轮处于。
5、 分离状态 ； 第二步骤 ： 当自行车进行下坡行驶期间， 充电单元在重力作用下， 其支架绕第一支轴转 动， 支架与安装架的夹子的夹角小于 90， 充电装置的摩擦轮与自行车的后轮接触， 并被自 行车的后轮带动 ； 当自行车的后轮行驶中产生抖动时， 与支架连接的自锁机构自动锁住支 架， 阻止摩擦轮与自行车的后轮分离 ； 转动的摩擦轮带动发电机转动发电， 发电机发出的电 通过充电器储存在蓄电池中 ； 第三步骤 ： 当自行车进行平地行驶时， 重锤杆在重力作用下， 绕第二支轴朝后轮的相 反方向转动， 重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状， 重锤杆的上部推动顶杆， 顶杆推动自 锁机构的钢球， 使自锁机构释放。
6、支架， 于是支架在重力作用下， 绕第一支轴朝后轮的相反方 向转动， 支架与安装架的夹子的夹角呈直角状， 摩擦轮与自行车的后轮分离 ； 发电机停止发 电 ； 重复步骤1、 步骤2和步骤3， 也就是摩擦轮带动的发电机不断地间断性供电给蓄电池 ； 蓄电池不断储存电能 ； 此后， 当外部负载与蓄电池连接时， 蓄电池为外部负载提供电力。 权 利 要 求 书 CN 104113162 A 2 1/4 页 3 利用自然力控制发电补充蓄电池电量的装置及使用方法 技术领域 0001 本发明是关于蓄电池领域， 特别是涉及一种蓄电池充电的装置。 背景技术 0002 蓄电池适合携带于野外无电源场合。特别是对于骑自行车。
7、旅行的车友， 在野外宿 营时， 非常需要有一个能给手提电脑、 收音机， 照明支持电力的蓄电池。 然而， 在野外却没有 可以给蓄电池充电的电源。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种在自行车行驶中， 利用自行车轮的转动发电给蓄电池充 电的装置及方法。 0004 本发明主要技术思路 ： 为减少人力负载， 充电装置是在自行车下坡时自动给蓄电池充电。 而在上坡时， 充电装 置自动与自行车分离。自动离合机构采用非耗电机构。蓄电池采用锂电池， 因为锂电池在 相同体积下重量约为铅酸电池的 1/6-1/5。 0005 本发明的具体技术方案 ： 包括自行车及其后架和后轮、 蓄电池 ； 其特征在于， 还包 。
8、括 ： 重力离合装置 ： 其包括安装架及夹子、 自锁机构、 顶杆和重锤杆 ； 所述安装架通过夹子 与自行车的后架固连 ； 自锁机构设置在安装架的楔槽中， 其包括滑块、 钢球和弹簧 ； 所述顶 杆的一端与自锁机构的钢球间断性接触， 顶杆的另一端与重锤杆间断性接触 ； 所述重锤杆 与安装架上的第二支轴铰接 ； 所述蓄电池设置在所述夹子上 ； 充电单元 ： 其包括支架、 充电装置 ； 其中， 所述支架上部与安装架中的第一支轴铰接 ； 支架下部设置充电装置 ； 支架还通 过自锁机构的滑块与自锁机构连接 ； 其中， 所述充电装置包括摩擦轮、 发电机和充电器， 摩擦轮与自行车的后轮间断性接 触 ； 摩擦轮。
9、与发电机连接 ； 发电机通过充电器与蓄电池连接 ； 当外部负载与蓄电池连接时， 蓄电池为外部负载提供电力 ； 上述装置的使用方法 ： 第一步骤 ： 当自行车进行上坡行驶期间， 充电单元在重力作用下， 其支架绕第一支轴转 动到自由垂直状态， 支架与安装架的夹子的夹角大于 90， 其摩擦轮与自行车的后轮处于 分离状态 ； 第二步骤 ： 当自行车进行下坡行驶期间， 充电单元在重力作用下， 其支架绕第一支轴转 动， 支架与安装架的夹子的夹角小于 90， 充电装置的摩擦轮与自行车的后轮接触， 并被自 行车的后轮带动 ； 当自行车的后轮行驶中产生抖动时， 与支架连接的自锁机构自动锁住支 架， 阻止摩擦轮与。
10、自行车的后轮分离 ； 转动的摩擦轮带动发电机转动发电， 发电机发出的电 说 明 书 CN 104113162 A 3 2/4 页 4 通过充电器储存在蓄电池中 ； 第三步骤 ： 当自行车进行平地行驶时， 重锤杆在重力作用下， 绕第二支轴朝后轮的相 反方向转动， 重锤杆与安装架的夹子的夹角呈直角状， 重锤杆的上部推动顶杆， 顶杆推动自 锁机构的钢球， 使自锁机构释放支架， 于是支架在重力作用下， 绕第一支轴朝后轮的相反方 向转动， 支架与安装架的夹子的夹角呈直角状， 摩擦轮与自行车的后轮分离 ； 发电机停止发 电 ； 重复步骤1、 步骤2和步骤3， 也就是摩擦轮带动的发电机不断地间断性供电给蓄电。
11、池 ； 蓄电池不断储存电能 ； 此后， 当外部负载与蓄电池连接时， 蓄电池为外部负载提供电力。 0006 本发明与现有技术相比的特点是 ： 一、 在无电源场合， 可以用自行车给蓄电池补充动能。 0007 二、 利用自然力的重力和自锁机构自动控制给蓄电池补充能量， 以减轻人力负载。 即当自行车下坡时， 装置与自行车自动结合， 向蓄电池提供电能。 当自行车上坡或平地行驶 时， 装置与自行车自动分离， 停止向向蓄电池提供电能， 以减轻人力负载。 0008 三、 在野外休息时， 如遇蓄电池储存的电力不够用时， 可以转动自行车的后轮， 继 续给蓄电池补充能量。 附图说明 0009 图 1 是本发明的立体。
12、示意图。 0010 图 2 是图 1 另一个角度的立体示意图。 0011 图 3 是图 2 的部分零件的分解图。 0012 图 4 是本发明上坡时的示意图。 0013 图 5 是图 4 的 A 部放大视图。 0014 图 6 是本发明下坡时的示意图。 0015 图 7 是图 6 中 B 部放大视图。 0016 图 8 是图 4 中的 D-D 剖视图。 0017 图 9 是本发明在平地时的示意图。 0018 图 10 是图 9 中的 C 部放大视图。 0019 图 11 是另一实施方法的示意图。 0020 图 12 是电路示意图。 具体实施方式 0021 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一。
13、步说明 ： 重力离合装置 ：（参见图 1 至图 6） 该装置主要是根据自行车行驶的状况自动控制是否 给蓄电池充电。其包括安装架 11 及夹子 111、 自锁机构 12、 顶杆 13 和重锤杆 14 ； 安装架 11 通过夹子 111 与自行车的后架 71 固连 ； 蓄电池 3 设置在夹子 111 上 ； 自锁机构 12 设置在安装架的楔槽 129 内 （参见图 6 和图 7） ； 该自锁机构包括滑块 121、 钢球 122 和弹簧 123。钢球 122 分别与滑块 121 的下边、 弹簧 123 的一端、 楔槽 129 的下边 接触。滑块 121 的下边与钢球 122 接触， 滑块 121 的。
14、上边与楔槽 129 的上边接触。弹簧 123 的一端与钢球 122 接触， 另一端顶在楔槽 129 的一端。图 7 所示状态， 滑块 121 只能向左移 说 明 书 CN 104113162 A 4 3/4 页 5 动， 这是由于钢球 122 被弹簧 123 顶着， 将滑块 121 压紧在楔槽 129 上， 所以滑块 121 不能 向右移动， 从而形成了自锁状态。但如果顶杆 13 的一端将钢球朝弹簧 123 方向推动， 钢球 122 就不再压紧滑块 121， 滑块 121 才可以向右移动。而顶杆 13 的移动是由重锤杆 14 控制 的。重锤杆 14 铰接于安装架 11 上的第二支轴 19， 重。
15、锤杆 14 上部与顶杆 13 有间断性接触。 0022 蓄电池 3 设置在夹子 111 上 ； 参见图 1、 图 3、 图 8 和图 12， 充电单元包括支架 21、 充电装置 2。 0023 所述充电装置 2 包括摩擦轮 41、 发电机 43 和充电器 51， 摩擦轮 41 与自行车的后 轮 72 间断性接触 ； 摩擦轮 41 与发电机 43 连接 ； 发电机 43 通过充电器 51 与蓄电池 3 连接 ； 当外部负载与蓄电池 3 连接时， 蓄电池 3 为外部负载提供电力。 0024 设计充电装置2中的摩擦轮41和发电机43的参考示例 ： 通常情况下， 自行车的平 均时速为每小时20公里， 。
16、因此自行车车轮行进中的线速度为333 m/min。 假如摩擦轮41设 计为直径 70 毫米， 则摩擦轮 41 在自行车后轮 72 的带动下， 具有约 1500r/min 转速。如果 摩擦轮 41 直接与发电机 43 的转子连接， 则根据同步电机的转速公式 n=60f/p （n 是发电机 的转速， f 是交流电的频率， 即 50Hz， p 是定子励磁的极对数） 设计发电机 ： 发电机定子励磁 极对数是 2， 50Hz， 转速是 1500r/min。发电机 43 发出的电通过充电器 51， 输入到蓄电池 3 中， 储存电能 （现有技术的充电器 51 通常具有整流和稳压功能） ； 另一种方法可以让发。
17、电机 43 具有 3000r/min 转速 ： 方法是在摩擦轮与发电机 43 之间设置调速器 42 （见图 8） ， 也就是 利用调速器 42 把摩擦轮 41 的转速调高一倍， 调速器 42 与发电机 43 连接的输出轴转速达 到 3000r/min ； 这种状况的发电机定子励磁极对数是 1， 50Hz， 转速是 3000r/min。但缺点是 增加调速器 42 会增加本发明装置的重量。 0025 充电单元的支架21上部与安装架11上的第一支轴28铰接 （参见图1、 图2、 图3和 图 8） ； 支架 21 下部与调速器 42 的外壳固连 （如果不设置调速器 42， 则支架 21 下部与发电 机。
18、 43 的外壳固连） ； 充电器 51 可以设置在支架 21 上 ； 也就是充电装置 2 的大部分零部件均 安装在支架 21 上， 当支架 21 绕安装架 11 上的第一支轴 28 转动， 充电装置 2 也随之转动。 0026 支架 21 还通过滑块 121 与自锁机构 12 连接 （见图 2、 图 3） 。支架 21 上设置一滑 槽 211， 自锁机构 12 的滑块 121 设有一圆销 1211， 圆销 1211 位于滑槽 211 内。当支架 21 转 动时， 通过圆销 1211 带动滑块 121 移动。或者， 滑块 121 固定时， 控制支架 21 不转动。这 样， 自锁机构 12 就可以。
19、通过控制支架 21， 进而控制充电装置 2 的运动。 0027 由于自行车是人力带动， 长途骑行， 所以安装在自行车上的本发明的补充蓄电池 电量的装置的总重量应按照骑行者各自的体力进行设计， 力求轻型。由于锂电池在相同体 积下重量约为铅酸电池的 1/6-1/5。所以本发明的装置中优先采用锂电池。 0028 上述装置的使用方法 ： 步骤1 ： 参见图2、 图4、 图5， 当自行车进行上坡行驶期间， 安装在支架21上的充电装置 2 和重锤杆 14 在重力作用下自由垂直， 支架 21 与安装架的夹子 111 的夹角大于 90， 其摩 擦轮 41 与自行车的后轮 72 处于分离状态 ； 步骤 2 ： 。
20、参见图 6、 图 7， 当自行车进行下坡行驶期间， 安装在支架 21 上的充电装置 2 在 重力作用下， 绕第一支轴 28 转动 （到达图 6 所示状态） ， 支架 21 和重锤杆 14 与安装架的夹 子111的夹角小于90， 摩擦轮41与自行车的后轮72接触， 并被自行车的后轮72带动 （摩 擦轮优先采用橡胶材料， 因其具有较好的弹性和较大的摩擦系数） ； 当自行车的后轮 72 行驶 说 明 书 CN 104113162 A 5 4/4 页 6 中产生震动时， 摩擦轮 41 就有离开后轮 72 的倾向。这时候自锁机构 12 就会阻止摩擦轮 41 与后轮 72 分离， 也就是在震动时， 支架 。
21、21 通过圆销 1211 要拨动滑块 121 向右移动， 但由于 滑块 121 被钢球 122 压紧在楔槽 129 中， 从而锁住支架 21 不能转动， 这样， 摩擦轮 41 继续 保持与后轮 72 接触， 被后轮 72 带动。摩擦轮 41 带动发电机 43（或通过调速器 42 带动发 电机 43） 发电， 发出的电通过充电器 51 输入到蓄电池 3 中， 储存电能。 0029 步骤 3 ： 参见图 9、 图 10 当自行车进行平地行驶时， 重锤杆 14 在重力作用下， 绕第 二支轴 19 朝后轮 72 的相反方向转动 （到达图 9 所示状态） ， 重锤杆 14 与安装架的夹子 111 的夹角。
22、呈直角状， 重锤杆 14 的上部推动顶杆 13， 顶杆 13 推动自锁机构 12 中的钢球 122， 使 楔槽 129 中的滑块 121 不再被压紧， 滑块 121 和支架 21 一起被释放， 于是支架 21 在重力作 用下， 绕第一支轴 28 朝后轮 72 的相反方向转动 （到达图 9 所示状态） ， 支架 21 与安装架的 夹子 111 的夹角呈直角状， 摩擦轮 41 与后轮 72 分离， 这样， 发电机 43 停止发电。 0030 重复步骤 1、 步骤 2 和步骤 3， 也就是摩擦轮 41 带动的发电机 43 不断地间断性供 电给蓄电池 3， 蓄电池不断地存储电能。此后， 当外部负载连接。
23、到蓄电池 3， 蓄电池 3 给外部 负载提供电力。 0031 另一实施方法 ： 对于体力好的骑者， 在平地行驶时， 也可以利用本发明对蓄电池实 施充电。方法是在平地上 （见图 11） ， 将摩擦轮 41 调整到与后轮 72 接触， 然后将夹子 111 固 定在后架 71 上。这样， 自行车在下坡和平地行驶时， 都可以给蓄电池充电。而在上坡时， 摩 擦轮 41 与后轮 72 是分离的， 不再消耗骑者的体力。 0032 另外， 当在野外休息时， 如遇蓄电池储存的电力不够用时， 可以转动自行车的后 轮， 继续给蓄电池补充电能。 说 明 书 CN 104113162 A 6 1/12 页 7 图 1 。
24、说 明 书 附 图 CN 104113162 A 7 2/12 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 8 3/12 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 9 4/12 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 10 5/12 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 11 6/12 页 12 图 6 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 12 7/12 页 13 图 7 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 13 8/12 页 14 图 8 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 14 9/12 页 15 图 9 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 15 10/12 页 16 图 10 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 16 11/12 页 17 图 11 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 17 12/12 页 18 图 12 说 明 书 附 图 CN 104113162 A 18 。