專利名稱：省力儲能自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種省力自行車，具體地是一種能夠儲存剎車能量，并且釋放該能量的自行車。
背景技術(shù)：
自1890年以來，自行車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計沒有很大變化，部分原因歸咎于汽車業(yè)的迅速發(fā)展，這種發(fā)展壟斷了機械業(yè)，在某種程度上抑制了相對薄弱的自行車業(yè)。目前常見的有完全由人力驅(qū)動的自行車及其加入動力的產(chǎn)品，如摩托車，電瓶車及電瓶助動車。但如何有效地利用人力驅(qū)動自行車，多年來沒有多大進展。如何有效地利用人力能量，以往主要注重于兩方面，一是減小阻力，這方面已基本達到極限。另一方面是如何儲能，增加系統(tǒng)效率。我們知道，驅(qū)動自行車的能量一部分花費在克服空氣及機械阻力，另一部分花費在剎車上。如何儲存及利用這部分能量一直是沒有解決的問題。隨著社會對能源的合理利用及環(huán)境保護越來越重視，這部分能量的回收及合理利用就顯得更加重要。
以往曾有人提出過不同的裝置，但都因種種原因無法實施。有人提出一種彈簧儲能裝置，利用車行時的動能壓縮彈簧來達到剎車的目的，在人車需要加速時再將這部分彈性勢能釋放出來。但因為彈簧的能量密度太小，其回收的能量與其裝置本身所需要的重量不相稱，所以很難實施。另一種方案是液壓儲能，利用因壓縮而引起的液體體積變化來儲存能量。但液體可壓縮性很差，如利用液體的壓縮性儲能需要相當(dāng)大的壓力才能保證安全可靠。氣壓儲能壓力可比液壓小得多，但因其能量密度太小，并有安全性問題，而無法實現(xiàn)。目前液壓通常用于壓力傳輸。壓力儲能目前還沒有輕型、適用的技術(shù)。利用蓄電池儲能的電瓶車，目前已有產(chǎn)品。但蓄電池本身的重量可觀，而且價格不菲，壽命也受限制，充電時間較長，在電用完后，蓄電池基本是騎車人的負擔(dān)。蓄電池本身還占有自行車有限的有用空間。另外，為了對環(huán)境保護，廢蓄電池需要處理，這也增加了電池的成本。利用飛輪儲能，目前已有針對汽車，特別是公共汽車的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述問題，提供一種利用車輪飛輪儲能放能、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、省能省力的自行車。
本發(fā)明省力儲能自行車，包括車輪、制動裝置，還包括一個設(shè)置在車輪上的車輪發(fā)電機和飛輪電動機，所述車輪發(fā)電機包括車輪發(fā)電機定子和車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子，所述車輪發(fā)電機定子固定在車輪軸上，所述車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞車輪軸旋轉(zhuǎn)，所述車輪軸輸入端與制動和加速裝置連動；所述飛輪電動機包括飛輪電動機定子和飛輪電動機轉(zhuǎn)子，所述飛輪電動機定子固定在車輪軸上，所述飛輪電動機轉(zhuǎn)子與飛輪電動機定子同軸且繞飛輪定子設(shè)置在輻條之間，所述車輪電動機定子上的輸出導(dǎo)線與飛輪發(fā)電機的輸入端連接。
本發(fā)明省力儲能自行車，其中所述車輪軸上還設(shè)有一個離合器，所述離合器輸出端與車輪軸連接，其輸入端與制動和加力裝置連動。
本發(fā)明省力儲能自行車，其中所述離合器由若干組相嚙合的齒輪和離合傳動環(huán)組成，每組相嚙合的齒輪中設(shè)有兩個摩擦輪，第一摩擦輪與離合傳動輪接合，第二摩擦輪與車輪軸接合，制動時，第一摩擦輪與離合傳動輪接合，將動力傳遞給車輪電機轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
本發(fā)明省力儲能自行車，其中所述車輪電動機定子由若干磁性線圈組成。
本發(fā)明省力儲能自行車，其中所述飛輪轉(zhuǎn)子安裝在真空殼體內(nèi)。
本發(fā)明省力儲能自行車，其中所述真空殼體由非導(dǎo)磁材料制成。
本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于利用飛輪儲能，在剎車時驅(qū)動飛輪運轉(zhuǎn)來儲存動能，并在加速時將飛輪運轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化成車輪運轉(zhuǎn)力矩以驅(qū)動自行車前進。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、省能省力。
本發(fā)明省力儲能自行車的其他細節(jié)和特點可通過閱讀下文結(jié)合附圖詳加描述的實施例即可清楚明了。


圖1是本發(fā)明省力儲能自行車車輪發(fā)電機和飛輪電動機部分的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是圖1中離合器的A-A剖視圖；圖3是圖1中車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子的B-B剖視圖；圖4是圖1中車輪發(fā)電機定子的C-C剖視圖；圖5是本發(fā)明省力儲能自行車飛輪定子和轉(zhuǎn)子的側(cè)剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明省力儲能自行車的一個具體實施例，如圖1所示，本發(fā)明省力儲能自行車的部分剖視圖，其中包括車輪1、制動裝置和加速裝置(圖中未示出)、飛輪2等，還包括一個設(shè)置在車輪上的車輪發(fā)電機3，和安裝在飛輪上的飛輪電動機4。
所述車輪發(fā)電機3包括車輪發(fā)電機定子31和車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32，由若干磁性線圈組成的所述車輪發(fā)電機定子31和永磁材料的車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32繞車輪1軸設(shè)置，車輪發(fā)電機定子31固定在車輪上并與車軸同軸，車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32通過滾動軸承固定在車輪軸上并由固定在車體上的傳動機構(gòu)和離合器5帶動，其外側(cè)套有套筒33。車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32的軸34上還設(shè)有一個離合器5在自行車需要制動時再使離合器5接合。如圖2-4所示，離合器5由若干組相嚙合的齒輪機構(gòu)51和離合傳動環(huán)52組成，本實施例中設(shè)有兩組齒輪機構(gòu)51，每組齒輪機構(gòu)51中設(shè)有兩個摩擦輪53，54，第一摩擦輪53與離合傳動輪52接合，第二摩擦輪54與車輪電機轉(zhuǎn)子的軸34接合，離合器5的輸入端與制動和加速裝置連動。
離合器5的離合動作通過把手上的車閘和旋轉(zhuǎn)加力柄來控制，其手控方式與摩托車手閘和旋轉(zhuǎn)加力柄控制離合器的動作類似。離合的動作可通過機械傳動或液壓來實現(xiàn)。本實施例中采用鋼纜，由連接在手閘和加力柄上的鋼纜的拉力傳至離合器5上，控制離合器5上的各個傳動輪運動，以達到離合的目的。與此同時，手閘和加力柄的操作還推動一個多聯(lián)開關(guān)，通過改變車輪電機定子線圈和飛輪電機定子線圈之間的連接方式來實現(xiàn)加速和制動。所述加速和制動將在下面進一步詳細說明。
如圖1，5所示，飛輪電動機4包括由若干磁性線圈組成的飛輪電動機定子41和飛輪電動機轉(zhuǎn)子42，飛輪電動機定子41環(huán)繞飛輪安裝在車輪軸上，飛輪電動機轉(zhuǎn)子42與飛輪2同軸且繞飛輪定子41設(shè)置在輻條6之間，飛輪轉(zhuǎn)子42通過軸承與飛輪2連動，所述車輪發(fā)電機定子31上的輸出導(dǎo)線與飛輪電動機4的輸入端連接。
考慮到空氣的摩擦阻力，飛輪轉(zhuǎn)子42可置于真空殼體內(nèi)(圖中未示出)，真空殼體由非導(dǎo)磁材料制成，如高分子材料。飛輪定子41可置于真空殼體內(nèi)，也可在殼體外。這部分主要基于安全和空氣阻力兩方面的考慮，特別是阻力作用在轉(zhuǎn)速較高時尤為顯著。因此真空封閉飛輪可有效地增加飛輪轉(zhuǎn)速，以減小飛輪旋轉(zhuǎn)的能量損失。
本發(fā)明的構(gòu)思是利用剎車能量，使車輪發(fā)電機3發(fā)電，并將電能輸送給飛輪電動機。具體工作過程是在正常行駛時，不加荷載或電流，車輪發(fā)電機定子31和車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32之間無電磁力矩，車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32可自由轉(zhuǎn)動。
在制動時，車輪1制動，車輪發(fā)電機定子31與車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32之間產(chǎn)生相對運動，使車輪發(fā)電機定子31線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該感應(yīng)電動勢通過連接在飛輪電動機定子41上的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生驅(qū)動飛輪電動機轉(zhuǎn)子42旋轉(zhuǎn)的力矩，從而達到飛輪儲能的目的。與此同時，在車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32與車輪發(fā)電機定子31之間產(chǎn)生的電磁力矩，使得固定在車輪上的套筒33與離合傳動輪52之間產(chǎn)生減小二者之間相對運動的力矩，從而實現(xiàn)剎車的目的。該連接與通過車輪發(fā)電機定子31線圈及飛輪定子41的線圈閉合電路中的感應(yīng)電流大小成正比。在松開車閘時，飛輪2儲存的能量釋放，帶動車輪1轉(zhuǎn)動。
車輪發(fā)電機3可與車輪同軸或者與所述飛輪電機4系統(tǒng)結(jié)合成一體。
在省略離合器5時，車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子32與車輪通過一個齒輪傳動系統(tǒng)連接。將車輪發(fā)電機3與飛輪電動機定子線圈4之間的連接開路，正接，及反接可達到正常行駛，剎車、及加速的目的。
控制電流的強弱及旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速及線圈的接法，即可加速或減速飛輪，與此同時控制車行速度。本實施例中，以36根輻條為例，車輪發(fā)電機定子31的線圈和電磁鐵共有九組，第一，四，七組；第二，五，八組；及第三，六九組線圈分別相串聯(lián)，以產(chǎn)生三相交流電。車輪電機轉(zhuǎn)子32上的永磁磁鐵共有十二個磁極，六個南極，六個北極，相互交替。
權(quán)利要求
1.一種省力儲能自行車，包括車輪、制動裝置，其特征在于還包括一個設(shè)置在車輪上的車輪發(fā)電機和飛輪電動機，所述車輪發(fā)電機包括車輪發(fā)電機定子和車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子，所述車輪發(fā)電機定子固定在車輪軸上，所述車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞車輪軸旋轉(zhuǎn)，所述車輪軸輸入端與制動和加速裝置連動；所述飛輪電動機包括飛輪電動機定子和飛輪電動機轉(zhuǎn)子，所述飛輪電動機定子固定在車輪軸上，所述飛輪電動機轉(zhuǎn)子與飛輪電動機定子同軸且繞飛輪定子設(shè)置在輻條之間，所述車輪電動機定子上的輸出導(dǎo)線與飛輪發(fā)電機的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的省力儲能自行車，其特征在于所述車輪軸上還設(shè)有一個離合器，所述離合器輸出端與車輪軸連接，其輸入端與制動和加力裝置連動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的省力儲能自行車，其特征在于所述離合器由若干組相嚙合的齒輪和離合傳動環(huán)組成，每組相嚙合的齒輪中設(shè)有兩個摩擦輪，第一摩擦輪與離合傳動輪接合，第二摩擦輪與車輪軸接合，制動時，第一摩擦輪與離合傳動輪接合，將動力傳遞給車輪電機轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的省力儲能自行車，其特征在于所述車輪電動機定子由若干磁性線圈組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的省力儲能自行車，其特征在于所述飛輪轉(zhuǎn)子安裝在真空殼體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的省力儲能自行車，其特征在于所述真空殼體由非導(dǎo)磁材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種省力自行車，如何儲存及利用剎車能量一直是沒有解決的問題。本發(fā)明提供一種利用飛輪儲能、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、省能省力的自行車。包括車輪、制動裝置，還包括一個設(shè)置在車輪上的車輪發(fā)電機和飛輪電動機，車輪發(fā)電機包括車輪發(fā)電機定子和車輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子，車輪發(fā)電機定子固定在車輪軸上，車輪軸與制動和加速裝置連動；飛輪電動機包括飛輪定子和飛輪轉(zhuǎn)子，飛輪定子環(huán)繞飛輪安裝在車輪盤上，飛輪轉(zhuǎn)子與飛輪同軸且繞飛輪定子設(shè)置在輻條之間，車輪發(fā)電機定子上的輸出導(dǎo)線與飛輪電動機的輸入端連接。在剎車時驅(qū)動飛輪運轉(zhuǎn)來儲存能量，在加速時將飛輪轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化成車輪轉(zhuǎn)動力矩，驅(qū)動自行車前進。
文檔編號B62M1/00GK1462708SQ0212102
公開日2003年12月24日 申請日期2002年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月30日
發(fā)明者季中 申請人:季明