本發明涉及一種自行車助力裝置，具體涉及一種基于風力渦輪機的自行車儲能與助力系統。

背景技術：

隨著城市生活的快速發展，汽車擁有量越來越接近飽和。在國內大部分都市上下班交通擁堵、尾氣排放使得空氣質量嚴重惡化。在北上廣深等大城市更是通過限行限號各種方式控制使用車輛。人們都在呼吁和期盼一種新的替代或者補充的方式。而此時，自行車作為經濟便捷，低碳環保的最佳通勤解決方案再次落入人們的視線里。

但是，與之前的自行車技術有區別的是，當代的人們對自行車的科技性能有了一定要求，當遇到陡坡山路需要消耗巨大體力時，自行車往往使人們望而卻步。在這樣的情況下，助力自行車應運而生。與普通自行車相比，自行車助力系統加裝有電機、電池以及控制主板。與電動自行車最大的區別是，帶助力系統的自行車沒有控制閥門（普通的加速把手），而是通過力矩傳感器和電機控制器協作自動完成助力加速過程。助力自行車的核心動力技術主要由德國博世和日本雅馬哈所持有。其車型價格不菲，少則上萬元人民幣。除了價格昂貴，現今自行車助力系統主要問題在于續航能力弱，充電麻煩，一旦電量消耗完，電瓶就會成為累贅無法擺脫。

當客機在高空發動機失效時，機腹會伸出風力發電機來帶動緊急電源系統。如果我們將最新的風力發電系統風力渦輪機運用在自行車上產生電力帶動助力系統，就做到了清潔的可持續充電，一舉解決了自行車助力系統最大的壁壘。風力渦輪機，該項新的設計產生的電力與傳統的風力發電機相當，但葉片的直徑相較后者大幅減少。較小的葉片尺寸和其他因素使得新渦輪機可以比傳統的渦輪機聚集地更緊密。

現今國內外自行車助力系統，尚沒有小型風力渦輪機與助力系統裝置的結合。為了將風力渦輪機與自行車進行較好結合，我們進行了集成化模塊式設計。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種無需進行充電且根據騎行狀況進行車輪助力的基于風力渦輪機的自行車儲能與助力裝置，以解決上述背景技術中提出的問題。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于風力渦輪機的自行車儲能與助力系統，包括發電車簍本體和摩擦助力機構，所述發電車簍本體包括車簍本體，所述車簍本體的前部設有風力渦輪發電裝置，所述車簍本體內設有蓄電池，所述風力渦輪發電裝置與所述蓄電池相連接，所述摩擦助力機構包括助力支架，所述助力支架上設有摩擦輔助輪、固定圈、緊固裝置和電機，所述固定圈套裝在自行車的車架上并通過緊固機構固定在自行車車架上，所述摩擦輔助輪壓在自行車后輪的輪胎上，所述電機安裝在所述助力支架外側且能驅動所述摩擦輔助輪轉動，所述電機與發電車簍本體中的蓄電池相連接。

作為優選，其特征在于，所述風力渦輪發電裝置包括固定在車簍本體前部的外涵道，所述外涵道內有內涵道，所述內涵道中設有轉軸，所述轉軸上設有扇葉，所述轉軸的后端連接有發電機，所述發電機與蓄電池連接。

作為優選，所述內涵道的長度小于所述外涵道。

作為優選，所述外涵道的前端設有前支撐架，所述外涵道的后端設有后支撐架，所述內涵道的前后兩端分別與前支撐架和后支撐架固定連接，所述發電機固定在后支撐架上，所述轉軸的前端可轉動的安裝在所述前支撐架上，所述轉軸的后端與所述發電機連接。

作為優選，所述轉軸上設有兩層扇葉。

作為優選，兩層扇葉相互交錯排布。

作為優選，基于風力渦輪機的自行車儲能與助力系統還包括力矩傳感器和電機控制器，所述力矩傳感器安裝在自行車的五通外側或中軸上，所述力矩傳感器與電機控制器連接，所述電機控制器與電機連接，所述電機控制器安裝在自行車車架上。

作為優選，所述蓄電池上還設有usb接口和充電接口。

作為優選，所述蓄電池為鋰電池組。

作為優選，所述車簍本體的后壁和側壁為格柵。

本發明的有益效果是：

1）收集騎行中產生的電能進行利用，大幅減少電力消耗，不需要進行充電，節能減排。

2）適用于不同型號的自行車，可額外加裝，適應性強。

3）裝卸簡便快捷。裝置一共只有三個部件，模塊化程度高。

4）優化自行車的科技含量與可騎性，對自行車的推廣起到助推作用。減少汽車的使用，起到環保效果。

附圖說明

圖1是發電車簍本體的結構示意圖；

圖2是摩擦助力機構的結構示意圖。

附圖標記列表：

1-車簍本體；2-風力渦輪發電裝置；3-蓄電池；4-外涵道；5-內涵道；6-轉軸；7-扇葉；8-發電機；9-前支撐架；10-后支撐架；11-格柵；12-助力支架；13-摩擦輔助輪；14-固定圈；15-緊固裝置；16-電機。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步描述：

如圖1、圖2所示，一種基于風力渦輪機的自行車儲能與助力系統，包括發電車簍本體1和摩擦助力機構，發電車簍本體1包括車簍本體1，車簍本體1的前部設有風力渦輪發電裝置2，車簍本體1內設有蓄電池3，風力渦輪發電裝置2與蓄電池3相連接，摩擦助力機構包括助力支架12，助力支架12上設有摩擦輔助輪13、固定圈14、緊固裝置15和電機16，固定圈14套裝在自行車的車架上并通過緊固機構固定在自行車車架上，摩擦輔助輪13壓在自行車后輪的輪胎上，電機16安裝在助力支架12外側且能驅動摩擦輔助輪13轉動，電機16與發電車簍本體1中的蓄電池3通過導線相連接。

風力渦輪發電裝置2包括固定在車簍本體1前部的外涵道4，外涵道4內有內涵道5，內涵道5中設有轉軸6，轉軸6上設有扇葉7，轉軸6的后端連接有發電機8，發電機8與蓄電池3連接。內涵道5的長度小于外涵道4。

外涵道4的前端設有前支撐架9，外涵道4的后端設有后支撐架10，內涵道5的前后兩端分別與前支撐架9和后支撐架10固定連接，發電機8固定在后支撐架10上，轉軸6的前端可轉動的安裝在前支撐架9上，轉軸6的后端與發電機8連接。轉軸6上設有兩層扇葉7。兩層扇葉7相互交錯排布。

基于風力渦輪機的自行車儲能與助力系統還包括力矩傳感器和電機控制器，力矩傳感器安裝在自行車的五通外側或中軸上，力矩傳感器與電機控制器連接，電機控制器與電機16連接，電機控制器安裝在自行車車架上。

蓄電池3上還設有usb接口和充電接口。本例中蓄電池3優選為鋰電池組。、

為了減輕發電車簍本體1的重量，車簍本體1的后壁和側壁為格柵11。

通常情況下，當風通過發電機8葉片時，幾乎有一半的空氣被迫停留在葉片周圍，而不是通過它們，這些風中的能量就丟失了。傳統的風力渦輪機最多只能利用59.3%的風能，這個值被稱為貝茲極限（betzlimit）。而風力渦輪機，借鑒噴氣發動機技術的設計克服了存在于傳統風力渦輪機的一個基本缺陷。風力渦輪機的葉片周圍罩上遮蔽物，引導空氣通過葉片并使其加速，這便增加了電力產量。

風力渦輪機就像噴氣發動機的進氣口。當空氣進入時，空氣會被引導進一套可轉動的葉片——轉子。空氣推動轉子并出現在另一邊，此時空氣流動的速度比在渦輪機外流動的速度更慢。遮蔽物做成合適的形狀，以便其引導在外面相對流動較快的空氣進入轉子后面的區域。快速流動的空氣加速緩慢移動的空氣，使渦輪機葉片后的區域變成低氣壓，以吸納更多的空氣通過它們。

本發明引用風力渦輪機的設計原理，將其與自行車上的固定組件——車簍相結合。車簍本體1的前端隔出一定的厚度（約為10cm）以安裝風力渦輪發電裝置2。外圈大圓筒結構為外涵道4，使不經過扇葉7的空氣快速流過。內圈小圓筒結構為內涵道5，長約9cm。其中安裝兩組扇葉7以增大截面積。當自行車向前運行時，車簍本體1前部將受到最強的風力吹動不存在任何物體阻擋。具備一定速度后，空氣將有足夠動力推動扇葉7進行旋轉，從而帶動安裝在轉軸6上的發電機8進行工作。因為內涵道5長度要短于外涵道4，所以當內涵道5推動兩層扇葉7旋轉后速度變慢的空氣與外涵道4的高速空氣相結合后，由于流速越快氣壓越小，會在內涵道5末尾形成一個局部低壓區，加速內涵道5首端對于空氣吸納。利用車簍本體1前端的厚度構建外涵道4，并在其中設置內涵道5和扇葉7，并組合安裝在車簍本體1前部區域，不占用其他空間，是本發明一大巧妙之處。

當空氣推動扇葉7產生電力后，電力會在車簍本體1內部通過電線來到車簍本體1后部底板上的蓄電池3內。將風力渦輪發電裝置2和蓄電池3合二為一集成在車簍本體1內，可以極大地簡化商品的形態，方便市場上現有的自行車進行改造，減小對原自行車架構的損壞。為了增強助力自行車的可控性，本發明使用的是鋰電池組。現有市場上的鋰電池組，技術成熟且重量比起之前的蓄電池3組有著天然的優勢。標準的36v5ah鋰電池組凈重僅為1.5kg，經實際模擬操作判斷，并不會對正常生活中所需的自行車操作靈活性產生影響。此外，電池還外設充電接口，可用家庭交流電對其進行充電。并設usb接口，可為手機等小電器應急充電。

車簍本體1的側壁與后壁表面設計為格柵11。一是可以使經過扇片的空氣盡快通過，減少阻力。二是格柵11的設計降低了車簍本體1的重量，提高了龍頭的操作性能。

摩擦助力機構的結構如圖2所示，可拆卸式的設計可以方便地讓原本的自行車變成電動自行車。在使用時，只要把摩擦主力機構固定在自行車坐墊下面的支架上，讓前面的摩擦輔助輪13壓著自行車的后輪輪胎，就可以把自行車升級為電動自行車了。實現這個功能的原理很簡單，摩擦輔助輪13壓在自行車輪胎上，通過電機16帶動摩擦輔助輪13的轉動進而帶動自行車后輪轉動，整臺自行車就能獲得動力了。

因為和自行車座位主軸之間有一個緊固裝置15連接。在初次安裝之后，拆卸和再次安裝僅僅需要幾分鐘的時間，非常簡單。使用復合材料的摩擦輔助輪13，可以提供強有力的摩擦動力，使得能量傳輸極為有效。

為了在騎行中更好的控制自行車，可以加裝力矩傳感器和電機控制器，力矩傳感器安裝在自行車的五通外側或中軸上，電機控制器安裝在自行車車架上，力矩傳感器能夠檢測到自行車的騎行狀態，并將檢測到的信息傳輸給電機控制器，由電機控制器自動控制電機16的運轉，自動完成助力加速過程。

本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。