CN102991630A

CN102991630A - 环保自行车及其车轮与发电器

Info

Publication number: CN102991630A
Application number: CN2011103067033A
Authority: CN
Inventors: 甘万达
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2011-10-08
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: EP2441657A3; US10604203B2; TW201223824A; CN106314621A; EP2441657A2; CN102991630B; US20120086183A1; EP2441596A1; TWI526363B

Abstract

本发明提供一环保自行车及其车轮与发电器，该自行车包括：一车架、二车轮、一第一内建齿轮模块、一第二内建齿轮模块以及一传动元件。车架包括一踏板、一前支撑单元、一后支撑单元以及一座椅架。二个车轮分别连结于前支撑单元与后支撑单元。传动元件设置于车架内或是一连结于车架的保护管内。第一内建齿轮模块以及第二内建齿轮模块耦合于该踏板以及至少一车轮。传动元件连结第一内建齿轮模块与第二内建齿轮模块以传递动力于至少二个车轮之一。本发明可达到较佳环境保护目标与碳排放减量。

Description

环保自行车及其车轮与发电器

技术领域

本发明涉及一种自行车，尤其涉及一种可达到较佳环境保护目标与碳排放减量的环保脚踏车。

背景技术

自行车是一种脚踏驱动、人力驱动或混合驱动的车载工具，具有二个轮胎连结于一车架。从自行车问世以来，自行车经历持续连续不断的改良与进步。随着现代化材料的问世以及电脑辅助设计，自行车的革新仍旧持续。许多通勤或城市脚踏车(例如：美国或欧洲城市脚踏车)配备有15至21段外部齿轮模块，该外部齿轮模块包括需要较高成本且需复杂手续定期保养的链轮以及变速器。然而，当考虑未来环境技术时，许多缺点仍然存在于现行自行车的制造的过程中。有鉴于“越环保越好”的价值已成为全球潮流，许多崭新且富创意性的自行车制造法已被提出，以下将详述传统自行车制造法。

美国专利US 5,197,927披露一种齿轮变速系统，其中包括一个连接于后方多个飞轮以及一环形链轮群的链条、一前变速器及一后变速器。一旦前变速器或后变速器各自地被驱动，链条切换于环形链轮群的链轮之间，或者切换于后方多个飞轮之间。

在上述传统的齿轮变速系统中，链条或是变速器均未受自行车车架保护，如此将增加故障或是在一般气候下机械腐蚀的可能性。另外，由于复杂的安装方法以及定期保养困难，当变速器损坏时或是链条生锈或腐蚀后，传统的自行车即被丢弃。因为如此，全球的废弃物以及碳排放量于是增加，此结果将与环境保护的目的背道而驰。

对于传统自行车的轮胎，一个改良型的轮胎结构一直不断被期待，但到目前为止此领域的技术仍未满足此需求。许多轮胎，例如标准型的轮胎，通常包括一个中空的环状橡胶管，环绕于一金属或塑胶内框设置。环状橡胶管内通常填充有空气或惰性气体，当人们驾乘自行车时提供弹性和舒适性。依照道路品质的不同，此种充气轮胎很容易刺破或漏气，导致气体逸出环状橡胶管，使轮胎不适合继续使用。此外，如果轮胎被刺破，爆胎可能伤害骑乘者或是危害骑乘者的安全。

美国专利US6752187披露一种此领域通知的轮胎，其中一无内胎的轮胎包括一基座。基座具有一内表面可与轮幅元件结合、一相反的外表面可与此无内胎轮胎的轮圈结合、以及一体成形的侧壁自内表面的交点延伸至外表面的交点。尽管此结构特征解决了标准轮胎的问题，然而一旦无内胎轮胎变形后，很难将轮胎固定。并且，此种无内胎轮胎的制造成本相当昂贵。

因此，当考虑未来自行车工业的环保趋势时，在选择传统轮胎或无内胎轮胎之间时是一个两难的选择。根据统计，每年大约生产有10万吨天然橡胶以及12万吨合成橡胶，其中超过一半的数量是用于轮胎制造，且越来越多的数量用于制造其他产品。于是，发明一种新的对环境友善的轮胎制造方法或结构，以制造更耐用且可长期使用的轮胎已成为一个迫切的问题，如此才能克服目前的困境。

近日来，另一方面，由于电动自行车具有低环境污染，低碳排放的特点，近来越来越多的研究集中在电动自行车。然而，由于传统的电动自行车仍然需要利用电力驱动，因此一个笨重且需连接市电插座充电的马达必须配备于电动自行车上。

美国专利US5368122披露一种具有伞形齿轮的直流马达，且伞形齿轮包括一驱动装置以及一传动环，该直流马达设置于后方三脚支撑结构。传动环借由直流马达以及伞性齿轮而旋转。以及，美国专利US 6412800中，一种套件被披露，该套件设置于自行车的踏板轴的下方，且包括一电力马达、一控制器以及齿轮，已供给自行车动力。美国专利US6131683披露一种电动自行车，其中包括一应用轴向磁导通驱动的直流平板马达，其中该马达利用一控制电路、一踏板负载感测器、一踏板旋转速度感测器、一力矩感测器、一减速机构、一传动装置及齿轮等装置使车轮旋转。

在上述专利中，一个电动马达必须设置于一自行车的一车架上，且电动马达通过齿轮或传动装置耦合于一车轮，如此将导致高成本以及重量的增加。另外，虽然电动马达可设置于自行车的轮毂中，自行车的轮幅必须一个一个的重新固定于轮毂以重新结合，导致需要许多时间用以组装。因此，前述马达是笨重、续航力低且不便于通勤者、城市或是户外骑乘的用途。

于是，一个环保脚踏车的需求存在，此环保脚踏车克服此技术领域中传统传动系统固有的结构性问题。以及，另一个环保脚踏车的需求存在，此环保脚踏车必须克服此技术领域中电动马达的复杂问题。本发明的一目的在于克服一个或多个上述问题所产生的负面影响。

发明内容

本发明的基本概念是希望保护环境，且让我们的生活比以前更好更环保。借由4R的原则，也即，减量(reduce)、再利用(reuse)、回收(recycle)及再生(regeneration)，一人力驱动以及混合驱动的环保自行车于是被提出。混合驱动的环保脚踏车可以至少利用人力或电力来源而驱动，其中电力来源可以是一般可再充电的电池、太阳能电池、燃料电池等等。

具有多个内建齿轮模块(也即internal-gear module、hub-gear module、planetary gear module或epicycle gear module)的系统可被用于自行车传动比转换系统，以满足未来环保科技产品的需求。拥有较长寿命周期(life cycle)且免保养的特性，内建齿轮模块带给骑乘者更好的体验，无论是通勤使用、城市使用或是山路的情况。外建的齿轮模块(也即链轮及变速器)的齿轮及结构组件是暴露于外部环境。相反的，内建齿轮模块以及其润滑剂是被密封于轮毂壳或是连通管壳内，其中轮毂壳或连通管壳是对应于至少一自行车的驱动轮或是踏板。此外，通过整合内部传动比转换控制组件，多个内建齿轮模块的传动比的转换是可以借由单一步骤完成，其中单一步骤是对应于一个连结于多个内建齿轮模块的单一控制杆或是一单一扭转变换器(开关)便可实现。

在一具体实施例中，一环保脚踏车包括一车架、二车轮、一第一内建齿轮模块、一第二内建齿轮模块以及一传动元件。车架包括一踏板、一前支撑单元(前支撑单元为单一支架或双支架)、一后支撑单元(后支撑单元为单一支架或双支架)以及一座椅架，其中座椅架包括一座垫或一座鞍。二个车轮分别连结于前支撑单元及后支撑单元。传动元件设置于车架内或者连结于车架的一保护管内，中传动元件的主要部分设置于保护管中。第一内建齿轮模块以及第二内建齿轮模块耦合于踏板以及至少一车轮。传动元件连结第一、二内建齿轮模块，以传递动力至至少一车轮。

传动元件是一动力传动耦合单元，其对应于多个内建齿轮模块是由至少一链条、一皮带、一转轴、一可挠性杆件或可挠性缆索所构成。大部分的第一内建齿轮模块、第二内建齿轮模块、传动元件以及一选择性安装的马达大体上均可以密封设置于车架内或是保护管当中。于是，整个动力传动系统可以免于可能的外部损害或腐蚀，一个耐用的环保自行车即可完成。当骑乘此自行车时，来自骑乘者的外力或选择性设置的驱动马达的机械动力可被传递到至少一车轮(驱动轮)。如果第一、二内建齿轮模块均提供最简单的三段传动比，则多达九段传动比可提供给骑乘者。因此，骑乘者可以沿着自行车道以最小的力量、最轻松的方式骑乘此自行车。

在另一具体实施例中，本发明的环保自行车的每一车轮分别包括多个轮幅、一轮毂、一轮环、一轮胎及多个填充物。轮环连结于轮幅的外端，轮毂设置于连结于轮幅的内端，且轮胎受轮环所支持而环绕设于其上。多个填充物填充于受轮环所支持的轮胎内，其中多个填充物是由多孔材料或者气态物质所组成(例如：空气、氮气或是氩气等)。本发明的车轮的轮胎填充有至少包括一或多个多孔材料的填充物，以取代传统的气体充气的内胎。于是，相较于传统的轮胎，本发明的轮胎适用于各种车道状况，且提供安全的驾乘体验，以及可防止轮胎爆胎的危险。

在另一具体实施例中，一用于本发明的环保自行车的发电器包括一盘状转子、多个磁性件其中每一磁性件包含至少一北磁极N与一南磁极S、以及一定子。盘状转子连结于车轮的轮毂，且包括一环形区域。多个磁性件的南北磁极交错地设置于盘状转子的环形区域。多个磁性件的长宽比大体上大于2∶1以达到较佳的磁电发电效率。定子设置于防护盖或防污盖内，且定子包括至少一第一感应极柱及一线圈。在此，感应极柱是依弧线方式对齐于盘状转子的环形区域，且线圈环绕于感应极柱以供电于环保自行车。由于感应极柱的外表面的形状非正方形，当发电器被驱动时将具有更高的发电效率。基于整合4R(减少、再利用、回收及再生)的原则，盘状转子还可以对应于一碟刹模块，其中碟刹模块与发电器共用盘状转子。当利用一刹车控制模块控制碟刹模块动作时，发电器可借由回收自行车的动能或者，在一具体实施例中，骑乘者的动能以产生电力，此电力可用于点亮背后照明发光二极管以达到警示功能。当背后照明发光二极管被点亮时，自行车移动的速度也同时减缓，得以产生一个更安全的骑乘经验，并成就本发明的一目的包括能源再利用或无碳排放下电力再生的目的。

在本发明的另一具体实施例中，一环保自行车包括一车架。车架包括一踏板、一前支撑单元、一后支撑单元以及一座椅架。一驱动轮至少连结于前支撑单元或后支撑单元。一齿轮模块连结于踏板及驱动轮，以改变传动比。一第一传动元件耦合于踏板、齿轮模块以及传动轮。第二传动元件将传动于其中的机械动力耦合于齿轮模块以及第一负载装置之间，其中第一负载装置不同于驱动轮。第一负载装置是一内建或者一外部装置且具有发电功能，例如一具有发电功能的前方照明灯、后方照明灯、闪光警示灯或者收音机，或者是一具有发电功能的驱动马达，反之亦然。第一负载装置还以有线或无线的连结方式耦合于一第二负载装置，其中第二负载装置是一前方照明灯、后方照明灯、闪光警示灯或者收音机或其组合。并且，第二负载装置也可以是一可移动式的电子装置，该电子装置可以配备有全球卫星定位系统(GPS)、个人数字助理(PDA)、或是手机(即移动电话)功能或是其组合。于是，借由本发明目的或创新的一能量回收机构，本发明的环保自行车更加减少碳排放(温室气体)的目标便可以被达成。

附图说明

图1为本发明的实施例的一的环保自行车的示意图；

图2为图1的环保自行车的部分结构透视图；

图3为图1的环保自行车的部分结构透视图，其中传动元件包括一无接头的转轴、一斜齿轮及轴承，且大部分的传动元件是设置于属于车架部分结构的保护管16内；

图4A为图1中的环保自行车的传动系统的示意图，其中传动系统包括第一、二内建齿轮模块；

图4B为本发明的另一实施例的环保自行车的传动系统的示意图，其中传动系统的齿轮不具轮齿；

图5为图1中的环保自行车的一变形例的部分结构示意图，其中传动元件包括一具有二个接头的转轴及一具有弯曲外型的保护管16’；

图6为本发明的环保自行车的另一变形例的示意图，其中大部分的传动元件设置于属于车架部分结构的保护管中；

图7为图1的环保自行车的车轮的实施例之一的示意图；

图8A为图7的车轮的部分结构爆炸图；

图8B为图8A的车轮于组装后的剖面图，其中轮胎内填充有尺寸、大小、形状不同的多孔填充物(260)；

图9为本发明的环保脚踏车的车轮的另一变形例的示意图；

图10A为图9的车轮的部分结构爆炸图；

图10B为图10A的车轮于组装后的剖面图，其中轮胎内填充有尺寸、大小、形状不同的多孔填充物(260)；

图10C为图9的车轮于组装后的另一实施例的示意图，其中车轮的轮胎内填充有尺寸、大小、形状不同的多孔填充物(260)；

图11A为图1的环保自行车的第一发电器(440)的部分结构示意图；

图11B及图11C为本发明的环保自行车的第一发电器(440)的变形例的示意图；

图12A为图11A中的第一发电器(440)的实施例的侧视图；

图12B为第一发电器(440)的另一实施例的侧视图；

图13A为本发明的环保自行车的第一发电器的示意图，其中显示定子、多个第一感应极柱、多个第二感应柱、盘状转子以及多个磁性件的位置关系；

图13B为定子的多个感应柱的侧视图，其中显示图13A中感应极柱的一外表面；

图14显示一运用于本发明的环保自行车的发电器的电路图；

图15为图1的环保自行车的部分结构示意图，其中显示一第一负载装置(480)，同时具备发电器以及驱动马达的功能；

图16显示一运用于本发明的环保自行车的发电器的另一实施例的电路图；

图17A显示图14的电路图中，由发电器的线圈所产生的交流输入电压被转换为直流输出电压前的交流输入电压的示范波形；

图17B显示图14的电路图中，发电器的三相交流输入电压转换为大体上为直流输出电压后的直流电压输出电压的示范波形；以及

图17C显示图16的电路图中，典型单相交流输入电压转换为直流输出电压后的直流输出电压的示范波形。

其中，附图标记说明如下：

1、1’～环保自行车

10～车架

11～前支撑单元

12～后支撑单元

13～防尘壳

14～底部连通管壳

143～轮毂壳

145～侧壁

15～把手架

16、16’～保护管

161～内表面

162～端部

163～端部

17～座椅架

18～刹车控制模块

21～末端

22～末端

24～底端

100～传动系统

120～第一内建齿轮模块

121～输入齿轮

122～输出齿轮

130～曲柄组

134～踏板

135～转轴

140～第二内建齿轮模块

141～输入齿轮

142～输出齿轮

150～第一传动元件

151～第一动力传动部

152～第二动力传动部

153～转轴

154～轴承

155～接头

158～端部

160～第二传动元件

200、200’～车轮

210～轮辐

211～末端

215～轮毂

220～轮环

221～胎唇固定区

225～定点

227～安装面

228～空间

229～基部

230～轮胎

231～底部区域

233～胎唇区域

235～空间

240～内层

245～空间

250～填充阀

260～填充物

270～减压阀

280～多功能阀

400～发电模块

410～第一发电系统

420～防护盖

440～第一发电器

442～盘状转子

4421、4421’、4421’、4421’～磁性件

4425～孔洞

443～环形区域

444～第一定子

4442～第一感应极柱

4444～线圈

445～内环区域

446～第一整流器

450～控制模块

451～第一开关

452～第二开关

453～第三开关

454～第四开关

460～单一传动比控制模块

465～碟刹模块

470～第一电力储存装置

472～第一电压调节器

4g0～第一负载装置

4811～支架

482～第二定子

483～第二转子

484～第二线圈

485～磁性件

489～第二整流器

490、490’～第二负载装置

492～第一电源模块

492’～第二电源模块

493～背后照明发光二极管

494、496～电流

a～宽度

b～高度

B～转轴

C～中轴线

D5～工作距离

I～外力

I’～动力

O、O’～动力

P1～第一尺寸

P2～第二尺寸

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

本发明的各式实施例可简化公知自行车的复杂设计、减少生产成本，并减少飞轮、前变速器、链条、链轮、后变速器的空间消耗。此外，本发明的环保自行车可使得对安全操作机制有所需求的骑乘者感受最舒适的骑乘感受。为成就上述目的以及设计一对环境友善(生态友善或是土地友善)且运用4R核心原则的环保自行车，更多的内容将于后续说明。首先，本发明提供一环保自行车的传动系统，传动系统减少元件或其零件暴露于外部或具腐蚀性的环境中，并成就一可长时间使用的环保自行车。接着，为了减少橡胶生产过程中废弃材料的产生，本发明还提供一更安全且可更长期使用的环保自行车的车轮。最后，二个利用不同设计原则用于产生电力供环保自行车，并采用更环保的设计理念的发电器将于后续说明。

请参见图1、图2。图1显示本发明的环保自行车1的优选实施例的示意图。环保自行车1包括一车架10、一传动系统100、二个车轮200、一发电模块400以及一单一传动比控制模块460。

车架10包括一前支撑单元11、一后支撑单元12、一轮毂壳143、一底部连通管壳14、一把手架15、一保护管16、一座椅架17以及一刹车控制模块18。前支撑单元11具有单一支撑单元或双支撑单元，包括一或二个末端21。后支撑单元12具有单一支撑单元或双支撑单元，包括一或二个末端22。在一具体实施例中，前支撑单元11以及后支撑单元12均具有二个支撑单元，且包括二个末端。后支撑单元12的二个末端22与轮毂壳143利用螺丝锁合。二个末端21连结于二个车轮200之一，且二个末端22连结于另一车轮200(驱动轮)。如图2所示，底部连通管壳14以及轮毂壳143大体上分别具有一类似圆柱的内部空间，以及底部连通管壳14具有二个侧壁145。

如图3所示，保护管16是属于车架10的一部分，或者保护管16是连结于车架10的独立元件。保护管16具有一内表面161以及二个端部162及163，其中端部162之一连结于底部连通管壳14，且另一端部163连结于轮毂壳143。在此实施例中，保护管16是一单一元件，然而保护管16可包括多个组件，且不应被局限于此。如图5所示，在另一实施例中，保护管16’具有一弯曲状的外型，且包括多个组件。如图1所示，座椅架17具有一内表面23，且座椅架17的底端24通过车架10连结于底部连通管壳14。由于轮毂壳143、底部连通管壳14、保护管16以及座椅架17为中空结构，于是一连续性的通道便可以形成于座椅架17的顶端25及轮毂壳143之间。

请参阅图2、图3及图4A，传动系统100包括一第一内建齿轮模块120、一曲柄组130、一第二内建齿轮模块140以及一第一传动元件150。另外，传动系统100可还包括第二传动元件160以及第一负载装置480。

请参照图4A，其中为简化附图，在图4A中仅显示第一内建齿轮模块120、曲柄组130、第二内建齿轮模块140、第一传动元件150、驱动轮200以及第一负载装置480，其中保护管16(或16’)以及底部连通管壳14未显示于图4A中。可旋转的曲柄组130设置于底部连通管壳14的二侧壁145上，且包括二个踏板134以及二个转轴135，其中转轴135连结或耦合于第一内建齿轮模块120。第一内建齿轮模块120设置于底部连通管壳14的内部空间，且第二内建齿轮模块140设置于轮毂壳143的内部空间。第一、二内建齿轮模块120、140均为内变速模块，可利用市面上可购得的产品，例如：简单的行星齿轮组合。此齿轮组合可提供三段变速，或者更多，或者无限制的传动比变速，其中第一、二内建齿轮模块120、140包括至少一具有或不具有轮齿的行星轮。第一、二内建齿轮模块120、140可还耦合于单一传动比控制模块460，利用单一动作以改变传动比，以创造更简便的齿轮控制方法以及更好的骑乘体验。第一内建齿轮模块120可包括一输入齿轮121、一行星轮123以及一输出齿轮122，且第二内建齿轮模块140可包括一输入齿轮141、一输出齿轮142以及一个或多个具有轮齿或不具轮齿的行星轮142，其中输入齿轮121、141，以及输出齿轮122、142可为具有轮齿或不具轮齿的联动轮、斜齿轮、链轮或一行星轮或多个行星轮，如图3、图4A及图4B所示。实质上，联动轮可以包括一圆形板、一无轮齿的圆形(球形或盘状)元件或是一轮状具有轮齿或不具有轮齿的元件所构成。轮毂壳143可还包括一拖架壳或防尘壳13以建构一完全密封的空间供第二内建齿轮模块140设置。

请参阅图3。第一传动元件150为一动力传动耦合单元，且大部分的第一传动元件150均设置于属于车架部分结构的保护管16(或16’)当中。在此实施例中，第一传动元件150包括一第一动力传动部151、一第二动力传动部152、一转轴153以及二个轴承154。转轴153可以是利用具有合金渗杂的高张力金属材料，或者是由包括玻璃纤维或碳渗杂的材料的可挠性元件所构成，其中碳渗杂的材料包括碳纤维材料。转轴153的二个端部158分别延伸进入其所对应的保护管16(或16’)的二个端部162及163，且二个动力传动部151及152固定于转轴153的两端。第一动力传动部151为一斜齿轮，设置于邻近底部连通管壳14的位置，且与第一内建齿轮模块120的输出齿轮121以相交会的方式连结。第二动力传动部152为一斜齿轮，设置于邻近轮毂壳143的位置，且与第二内建齿轮模块140的输入齿轮141以相交会的方式连结。轴承154设置于保护管16(或16’)的内表面161，用以支撑或者限制转轴153的移动。每一轴承154包括多个滚珠环设于其中。然而，在另一实施例中，轴承154可利用低摩擦力构件或刚性材料取代滚珠功能。

值得注意的是，虽然在此实施例中第一传动元件150通过转轴153自第一内建齿轮模块120传动机械动力至第二内建齿轮模块140，但并不限定于此。第一传动元件150可以是由一链条、皮带、可挠性杆件或者可挠性缆索所构成。此外，二个动力传动部151及152可以是一齿轮、斜齿轮或是链轮，且二个动力传动部151及152可以实质上是一联动轮可以包括一圆形板、一无轮齿的圆形(球形或盘状)元件或是一轮状具有轮齿或不具有轮齿的元件所构成。

请参阅图15。第二传动元件160为一刚性或可挠性的驱动轴，设置于座椅架17，其中座椅架17还包括一座鞍及一座垫，座垫实质上对齐座椅架17的中轴线C。第二传动元件160延伸进入底部连通管壳14，并连结输入齿轮122与第一负载装置480。第二传动元件160是利用具有合金渗杂的高张力金属材料或者是由包括玻璃纤维或碳渗杂的材料的可挠性元件所构成，其中碳渗杂的材料包括碳纤维材料。在此实施例中，第二传动元件160是一转轴，但并不限定于此，第二传动元件160可以是由一链条、皮带、可挠性杆件或者可挠性缆索所构成。

请参阅图1及图4A。单一传动比控制模块460是一单一控制杆或是一单一扭转变换器(变速开关)。单一传动比控制模块460设置在把手架15或者车架10的其它位置，并且耦合于第一、二内建齿轮模块120、140。第一负载装置480是一发电器或者一具有发电功能的驱动马达。第一负载装置480是内建或者一外部装置，其细节结构将于后方篇幅说明。

操作方法将会于下列说明。当一使用者也即一骑乘者以人力的方式施予曲柄组130一外力时，由于曲柄组130的转轴135的旋转，第一内建齿轮模块120开始动作，并且通过设置于其中的多个链轮、齿轮或者行星轮的连结，该外力或是驱动力I将会因为使用者是否或是如何控制单一传动比控制模块460而转换为一低传动比、直接驱动或高传动比的输出动力O。接着，请参照图3，由于第一内建齿轮模块120的输出齿轮122与转轴153的第一动力传动部151接合，来自第一内建齿轮模块120的输出动力I传递至第一传动元件150的转轴153。然后，借由转轴153的第二动力传动部152以及第二内建齿轮模块140的输入齿轮141的接合，传递的动力传递至第二内建齿轮模块140。相似的，请参见图3，假使单一传动比控制模块460被驱动，输出动力O可借由第二内建齿轮模块140转换为具有三或多个不同传动比的输出动力O’，此输出动力O’将平顺的驱动环保自行车1沿一道路移动。采用人力或是电动力是取决于道路状况，使用者还可以选择性的启动第一负载装置480，其中来自第一负载装置480的一输出动力I’借由第二传动元件160传递至转轴153。

值得注意的是，请参阅图4B，输入与输出齿轮121、122、输入齿轮141以及动力传动部151、152可以是具有轮齿或不具轮齿的一联动轮、齿轮、碟盘、球轮或是链轮。在另一具体实施例中，如图5所示，二个动力传动部151、152是以不相交会的方式与输入齿轮141或输出齿轮121相接，且转轴153分为三段，以适应保护管16’的弯曲外形，其中每一段转轴153是利用接头155连结。

请参见图6。图6显示本发明的环保自行车1’的另一变形例的示意图。在此实施例中，与环保自行车1相同或相似的元件将不再描述。在此实施例中，移除了连结于车架10的保护管16(图1)，并且大部分的第一传动元件150设置车架10的后支撑单元12。

请参阅第1及图4A。本发明环保自行车1以及1’的创新的传动系统100的优点为曲柄组130不直接连结于第一传动元件150。取而代之的是，分别来自使用者的外力或第一负载装置480的动力I或I’首先传递至第一内建齿轮模块120，再传递至第二内建齿轮模块140，在此，由于第一内建齿轮模块120配置有三个或更多的速度传动比，且第二内建齿轮模块140配置有三个或更多的速度传动比，因此外力或动力被改变为九个或更多的不同速度传动比。并且，不同于传统的传动系统，大部分的传动元件150、第一内建齿轮模块120以及第二内建齿轮模块140被密封于保护管16(或16’)、底部连通管壳14、轮毂壳143或是车架10内。于是，这将防止零件暴露于外部环境，增加实用性并大幅减少保养环保自行车1以及1’所需的时间及劳力。此外，借由动力传动部具有较传统链轮小的半径，传递骑乘者力矩的需求可以利用包括高张力金属化合物、玻璃纤维或碳纤维的材料而制成，使得同时成就低成本与重量轻的目的。

请参照图7、图8A、图8B。环保自行车1的车轮200包括一轮毂215、多个轮辐210、一轮环220、一轮胎230、一填充阀250、一减压阀270以及多个多孔的填充物260或者气态材料。

轮毂215是一圆筒状物，其中每一轮辐210的一末端固定于轮毂215。轮辐210自轮毂215扩散并在另一末端211终结。轮环220具有一基部229，支撑每一轮辐210的末端211。基部229延伸至一定点225。一轮环220的安装面227大致拥有一凹陷的外形延伸并连结于二个相反的定点225。侧壁223自定点225向外延伸，并终结于胎唇固定区域221。轮胎230是一单一且大体上封闭的管状元件，包括一底部区域231，底部区域231受胎唇固定区域221所支持。填充阀250设置在底部区域231并延伸进入被轮胎230环绕的空间235。在一具体实施例中，多孔的填充物260为一喷发剂是一可产生多孔结构的物质在接触空气或大气后硬化或产生相变化。气态材料或多孔的填充物260通过填充阀250被填充进入轮胎230的空间235内。在一具体实施例中，如图8B所示，多个多孔的填充物260包括一第一尺寸P1以及一第二尺寸P2，其中第一尺寸P1大于第二尺寸P2。在填充过程中，底部区域231逐渐地撑高，直到紧密地与侧壁223接合。由于底部区域231的结构特征，胎唇固定区域221协助轮胎230与轮环220稳定且紧密地结合。减压阀270连接于轮胎230，假使在气态材料或多孔的填充物260填充进入空间235后，空间235内的压力超过负荷，减压阀270用以释放过度填充的空气、气态材料或是填充物。

请参阅图9、图10A、图10B及图10C。图9为本发明另一实施例的车轮200’的示意图。图10A为图9车轮200’的部分结构爆炸图。图10B为图9的车轮200’的剖面图。图10C为图7的另一实施例的车轮200于结合后的剖面图。在此实施例中，与车轮200相同或相似的元件及其相对关系将不再描述。车轮200与车轮200’的差异为车轮200’还包括一内胎或是一内层240，并且填充阀250以及减压阀270被一多功能阀280所取代。轮胎230’包括一胎唇区域233，受胎唇固定区域221所支撑。于是，侧壁223、安装面227以及轮胎230’构成一空间228。在一具体实施例中，内层240选择性的设置于空间228中，内层240为一封闭的管状元件，其中一空间245定义于其内部。多功能阀280设置于内层240内且延伸进入空间245。气态材料或是多个多孔填充物260借由多功能阀280填充于内层240的空间245或是空间228中(如图10C所示)。在另一方面，一旦空间245或是空间228被多孔的填充物260饱满的填充后，且假使空间245或是空间228内的填充压力超出负荷，超填装的空气、气态材料或者多个填充物可借由多功能阀280释放出来。

本发明的车轮200利用至少一多个多孔的填充物取代传统气体填充的内胎，于是车轮的实用性得以提高，且减少轮胎刺穿的风险，以成就本发明较安全且较环保的目的。

请参照图1并参考图11A至图15。发电模块400包括一第一发电系统410、一控制模块450以及一第一电源模块492。背后照明发光二极管493设置于座椅架17。值得注意的是，在一另一实施例中，第一负载装置480可作为一传动系统100的驱动马达。同时，第一负载装置480也用作为第二发电系统，其运作方式将于后续说明。

请参阅图11A及图12A。第一发电系统410包括一防护盖420、一第一发电器440、一第一电源模块492(图1、图14、图16)。第一发电系统410还可以与碟刹模块465结合(图11A-图11C)。在一实施例中，防护盖420设置在前支撑单元11上，第一发电器440包括一盘状转子442设置在轮毂215，且包括一环形区域443及一内环区域445。盘状转子442的直径D2大致上大于10公分，如此碟刹模块465可与第一发电系统410共用盘状转子442，以节省生产成本并构成环保自行车1所需的要素。环形区域443定义于盘状转子442对齐于防护盖420的部分。多个磁性件4421(其中每一磁性件包含至少一北磁极N与一南磁极S)大体上规律地间隔且大致平行于盘状转子442的环形区域443的表面，并设置于环形区域443的圆周区域内，其中多个磁性件4421的南磁极S与北磁极N交替的设置于其内。于是当环保自行车1移动时，第一发电器440的多个磁性件4421绕一车轮200的转轴B转动。多个孔洞4425设置在盘状转子442的内环区域445，用以散发因刹车的摩擦力所产生的热。在一具体实施例中，磁性件4421的形状是一矩形，其中每一磁性件4421高度b与宽度a的比值大致上大于2∶1，以成就更好的发电效率，但并不限定于此。如图11B所示，磁性件4421’为一梯形。如图11C所示，磁性件4421”为一橄榄形。值得注意的是，大体上每一磁性件4421’及磁性件4421”的外部区域较磁性件4421’及磁性件4421”的内部区域具有较大的宽度或大小，此设计也可成就更好的发电效率。

请参阅图12B。在另一实施例中，磁性件4421”’是嵌入在盘状转子442内。详而言之，每一磁性件4421”’的外表面大致与盘状转子442的外表面平行且齐平。

请参阅图12A与图13A。第一定子444对齐盘状转子442的磁性件4421，且第一定子444设置在防护盖420内。第一定子444包括三个第一感应极柱4442及三个线圈4444。三个第一感应极柱4442与环形区域443的表面具有间隔且大致平行。在磁性件4421的外表面以及与其对应的第一感应极柱4442的外表面之间定义一工作距离D5，工作距离D5较佳地是小于2至3公厘，以达到拥有较佳发电效率的目的。线圈4444分别围绕在第一感应极柱4442，且其中第一感应极柱4442的外表面的长宽比大致上大于2∶1以与磁性件4421的外表面匹配。如图13A所示，第一定子444还包括一多个第二感应极柱4912以及线圈4913。第二感应极柱4912跨越盘状转子442的表面，设置于第一感应极柱4442的相反侧，以创造更好的发电效率。相似于第一定子444，三个第二感应极柱4912对应于盘状转子442的磁性件4421，并且三个第二感应极柱4912的外表面不是正方形，以成就更高且更稳定的发电效率。值得注意的是，在此实施例中，如图13B所示，优选地实施例中，每一第一感应极柱4442的表面为非正方形，以成就更高且更稳定的发电效率。如图14所示，第一整流器446，一三相全波段整流器，电性连结于第一定子444的三个线圈4444，以转换周期性逆转电流或电压的交流电(AC)成为一直流电(DC)。

请参阅图12A。碟刹模块465可以被装设在另一防护盖或是在同一防护盖420当中。碟刹模块465包括液压辅助刹车块466，设置于盘状转子442的表面的相反两侧。使用者可以选择性的选用橡胶块或是刚性块作为刹车块446，以在必要时阻止或减缓环保自行车1的移动。

请参阅图14。第一电源模块492包括一第一电力储存装置470及一第一电压调节器472，其中第一电力储存装置470可以被装设在车架10的部分结构内或是可以嵌设于防护盖420内，以形成一紧密的结构设计。第一电压调节器472电性连结或耦合于第一整流器446，并且第一电力储存装置470电性连结或耦合于第一电压调节器472。第一电力储存装置470可以是可再充电的电池、可再充电的燃料电池以及电容等等。在一具体实施例中，第一电力储存装置470设置在防护盖420当中，如图11A所示。在此实施例中，包括一第二负载装置490，且利用有线或无线的连结关系电性耦合于第一电力储存装置470，其中第二负载装置490为一前方照明灯、后方照明灯、闪光警示灯或者收音机或其组合。或者，在另一实施例中，第二负载装置490是一具有全球卫星定位系统(GPS)、个人数字助理(PDA)、手机(即移动电话)或是具有通话功能的可移动式电子装置或是其组合。

请参照图15。第一负载装置480包括一第二定子482、一第二转子483、一第二整流器489、一支架4811以及一第二电源模块492’。第二电源模块492’包括一第二电压调节器486以及一第二电力储存装置488，其中第二电力储存装置488嵌设在另一防护盖(或是防尘壳)或是车架的部分结构内。支架4811可还包括一具有或不具有滚珠轴承的承载件。支架4811设在座椅架17的内表面23上，且第二定子482包括至少一第二线圈484设置于其上。第二转子483对应于第二定子482，且包括多个磁性件485。多个磁性件485以南磁极与北磁极交错的方式，设置于第二传动元件160圆柱形的外表面的空间，且当一外力或机械力施加在曲柄组130的踏板134时，磁性件485绕一中轴线C旋转。第二整流器489耦合于第二定子482的第二线圈484，以转换周期性逆转电流或电压的交流电流(AC)或电压成为直流电流(DC)或电压。在一具体实施例中，第二电力储存装置488以有线或无线的连结方式，并借由控制模块450耦合于第二负载装置490(或490’)或背后照明发光二极管493，其中第二电力储存装置488是一再充电的电池、可再充电的燃料电池以及电容等。

请参照图1、图14。控制模块450设置于车架10的把手架15上，如图1所示，且包括一第一开关451、一第二开关452、一第三开关453、一第四开关454。第一开关451耦合接于背后照明发光二极管493与第一发电器440(或是具有发电功能的第一负载装置480)之间。第二开关452分别耦合接于第一(或第二)整流器446(或489)以及第一(或第二)电压调节器472(或486)之间。第三开关453耦合接于第一(或第二)电压调节器472(或486)、第一(或第二)电力储存装置470(或488)以及第二负载装置490。第四开关454耦合接于第一发电器440以及第二负载装置490(或490’)之间，或者第四开关454耦合接于第一负载装置480以及第二负载装置490(或490’)之间。第一、二、三、四开关451-454可装设在单一组合的控制模块450当中，或者依照需求(可彼此分离)设置于不同车架10的不同位置。控制模块450可在结构上连结于碟刹模块465或刹车控制模块18，或者这些装置可以彼此整合并耦合于一自动电控(微电脑)装置以成就更好的骑乘体验。

请参照图1、图11A及图15。依照不同的实施方式，当环保自行车1移动时或是骑乘者施予踏板134一外力时，第一发电器440的盘状转子442可单独转动，或者第二传动元件160可单独转动。或者，盘状转子442以及第二传动元件160可同时转动。请参照图14、图16。假使第二开关452关闭，由第一发电器440所产生的电力耦接于第一电压调节器472，并且将大部分的电力储存于第一电力储存装置470。在另一实施例中，由第一负载装置480所产生的电力耦合并储存于第二电力储存装置488。当第三开关关闭时，第二负载装置490接收来自第一电力储存装置470或是第一电压调节器472整流后的直流电流(DC)或电压，其中如图13A所示，这些直流电流(DC)或电压是耦合接于交流电流(AC)或电压496或494。在另一实施例中，第一负载装置480转换交流电流(AC)或电压496或494为机械能，并通过第二传动元件160加速环保自行车1，其中第一负载装置480产生一辅助的机械力量，使环保自行车1更轻松的在一上坡路段前进。在另一方面，当环保自行车1在一下坡路段移动时且第二开关452关闭时，第一负载装置480回收环保自行车1下坡产生的动能，并产生电力或能源。于是，在没有城市电力的状况下，第二电力储存装置488可获得充电。在另一实施例中，假使第四开关454关闭，且第三开关开启，第二负载装置490可直接利用第一发电器440或第一负载装置480所产生的电力。

请参照图1、图4A及图15。在另一实施例中，第一负载装置480更用作于传动系统100的驱动马达，其中储存于第二电力储存装置488的电力可作为第一负载装置480所需的电力或能量。在此实施例中，借由第二定子482所产生的磁力以驱动第二转子483，并且此磁力通过第二传动元件160传递至第一内建齿轮模块120，使环保自行车1的传动轮200轻松的在车道上朝前移动。

请参阅图1、图12A及图14。在另一实施例中，假使刹车控制模块18与第一开关451彼此连结，当刹车控制模块18动作时，背后照明发光二极管493将会亮起。在此实施例中，照明发光二极管493利用储存于第一电力储存装置470或是由第一发电器440所产生的电力而产生照明。此外，当第一开关451或第二开关452关闭(closed)后，由于第一发电器440回收动能以产生电能，因磁力所产生的摩擦阻力于是产生，此摩擦阻力将阻碍环保自行车1的移动，以成就本发明的目的。

利用三相整流器446可稳定第一发电器440所产生的交流电流或电压。请参照图16，图16显示一运用于普通整流器446’以及包括一个第一感应极柱及一个线圈的定子444’的电路图。图17A显示图14或图16的电路图中，交流输入电压被转换为直流输出电压前的电压波形。以及，图17B显示图14的电路图中，交流输入电压转换为直流输出电压后的电压波形。图17C显示图16的电路图中，交流输入电压转换为为直流输出电压后的波形。如图17B所示，通过三相整流器446转换过后的输出电压的电压波形较通过普通整流器446’转换过后的输出电压的电压波形(图17C)拥有较稳定且较少波纹的表现。

在一变形例中，如图1所示，第一电力储存装置470可以设置在前支撑单元11，或者车架10的任何部分。在另一变形例当中，如图1所示，第二负载装置490(或490’)是一前方照明发光二极管设置于把手架15或车架10上，并利用第一电力储存装置470所提供的电力或是由第一发电器440所发出的电力而产生照明。在另一实施例中，第二负载装置490以有线或无线的连接方式电性耦合接于第一电力储存装置470。第二负载装置490可为前方照明灯、后方照明灯、闪光警示灯、收音机、全球卫星定位系统(GPS)、个人数字助理(PDA)、手机、移动电子装置或是其组合。

发电模块400或是第一负载装置480可克服传统方法中需要利用都市电力以插座充电的程序所带来的不便。借由利用电力储存装置470以及第一发电器440，电力可以直接或间接的借由人力而产生，不需要产生温室气体或产生碳排放。尤其是在下坡路段骑乘时，环保自行车1的动能可以被转换为电能并储存于电路储存装置470(或488)以供后续使用。例如，在上坡路段时，用以驱动第一负载装置480作为一驱动马达。

虽然本发明已以优选实施例披露于上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种环保自行车，包括：

一车架，包括一踏板、一前支撑单元以及一后支撑单元；

二个车轮，分别连结于该前支撑单元与该后支撑单元；

一第一内建齿轮模块及一第二内建齿轮模块，耦合于该踏板以及至少一该车轮；以及

一传动元件，连结于该第一内建齿轮模块及该第二内建齿轮模块。

2.如权利要求1所述的环保自行车，其中该车架还包括：

至少一连通管壳，其中该连通管壳结合于该车架并设置在该传动元件的一端；以及

一保护管，连结于该连通管壳，其中至少该传动元件的主要部分是设置于该保护管内。

3.如权利要求2所述的环保自行车，其中该保护管是属于该车架的一部分或连结于该车架。

4.如权利要求2所述的环保自行车，其中该保护管还包括一内表面及至少一轴承设置于该内表面，用以支撑该传动元件。

5.如权利要求1所述的环保自行车，其中该传动元件是由一链条、一皮带或一转轴所构成。

6.如权利要求1所述的环保自行车，其中该传动元件是由一可挠性杆件或一可挠性缆索所构成。

7.如权利要求1所述的环保自行车，其中该传动元件是由包括玻璃纤维或碳纤维的材料所构成。

8.如权利要求2所述的环保自行车，其中该传动元件是一动力传动耦合单元包括具有轮齿或不具有轮齿的一联动轮、一斜齿轮或一链轮。

9.如权利要求1所述的环保自行车，其中第一内建齿轮模块还包括一具有轮齿或不具有轮齿的行星轮。

10.如权利要求1所述的环保自行车，其中该第一以及第二内建齿轮模块耦合于一单一传动比控制模块，以利用单一动作切换该第一或第二内建齿轮模块的传动比。

11.一种车轮，用于一环保自行车，包括：

多个轮幅；

一轮环，连结于所述多个轮幅的外端；

一轮毂，连结于所述多个轮幅的内端；

一轮胎，围绕该轮环并受该轮环所支撑；以及

多个填充物，填充进入受该轮环所支撑的该轮胎。

12.如权利要求11所述的车轮，其中该轮胎是由一大体上密封的管体所构成。

13.如权利要求11所述的车轮，还包括一填充阀，用以填充所述多个填充物。

14.如权利要求11所述的车轮，还包括一减压阀，用以排除一部分的所述多个填充物。

15.如权利要求11所述的车轮，其中所述多个填充物包括二个或多个具有不同形状、尺寸或大小的填充物。

16.如权利要求11所述的车轮，其中所述多个填充物是由多孔材料或是气态物质所构成。

17.一种发电器，用于一环保自行车以产生电能，包括：

一盘状转子，连结于一车轮的一轮毂，且包括一环形区域；

多个磁性件，其中所述多个磁性件的南磁极与北磁极交错设置在该盘状转子的该环形区域内；以及

一定子，包括一感应极柱及一线圈，其中该感应极柱大体上对齐该盘状转子的该环形区域，且该线圈环绕于该感应极柱。

18.如权利要求17所述的发电器，其中该定子还包括多个第一感应极柱，其中所述多个第一感应极柱的外表面与该盘状转子的该环形区域的表面具有间隔且大至平行。

19.如权利要求18所述的发电器，其中所述多个感应极柱的外表面的高度与宽度的相对比值大于2∶1。

20.如权利要求19所述的发电器，其中所述多个磁性件的外表面与所述多个感应极柱的外表面之间具有一工作距离，该工作距离大体上小于2公厘。

21.如权利要求17所述的发电器，其中所述多个感应极柱的外表面的高度与宽度的相对比值大于2∶1。

22.如权利要求17所述的发电器，其中所述多个磁性件的外表面与该盘状转子的环形区域的表面具有间隔且大致上平行。

23.如权利要求17所述的发电器，其中该定子还包括多个第二感应极柱，跨越该盘状转子的表面设置在所述多个第一感应极柱的相反侧。

24.如权利要求17所述的发电器，其中该感应极柱的外表面的形状不是一正方形。

25.如权利要求17所述的发电器，其中该盘状转子的直径大体上大于10公分。

26.如权利要求17所述的发电器，还包括一电力储存装置，其中该电力储存装置包括一可再充电的电池、可再充电的燃料电池或电容。

27.如权利要求26所述的发电器，还包括一负载装置，其中该负载装置以有线或无线的方式电性耦合于该电力储存装置。

28.如权利要求27所述的发电器，其中该负载装置是一前方照明灯、后方照明灯、闪光警示灯或者收音机或其组合。

29.如权利要求27所述的发电器，其中该负载装置是一可移动的电子装置，具备全球卫星定位系统GPS、个人数字助理PDA或手机的功能。

30.如权利要求26所述的发电器，其中该电力储存装置嵌设于一防护盖内或是该环保自行车的一车架的一部分内。

31.如权利要求17所述的发电器，还包括一碟刹模块对应于该盘状转子，其中该碟刹模块与该发电器共用该盘状转子。

32.如权利要求31所述的发电器，其中当该碟刹模块动作时，该发电器利用回收的动能以产生电能。

33.一种环保自行车，包括：

一车架，包括一踏板、一前支撑单元以及一后支撑单元；

一驱动轮，连结于该前支撑单元或该后支撑单元；

一齿轮模块，连结该踏板与该驱动轮，以改变传动比；

一第一传动元件，耦合该踏板、该齿轮模块以及该驱动轮；以及

一第二传动元件，耦合传动动力于该踏板以及一第一负载装置之间，其中该第一负载装置不同于该驱动轮。

34.如权利要求33所述的环保自行车，其中该第一负载装置是一内建或者一外部装置且具有发电功能。

35.如权利要求33所述的环保自行车，其中该第一负载装置耦合于一第二负载装置，其中该第二负载装置是一前方照明灯、后方照明灯、闪光警示灯或者收音机或其组合。

36.如权利要求33所述的环保自行车，其中该第一负载装置耦合于一第二负载装置，其中该第二负载装置是一可移动的电子装置，具备全球卫星定位系统GPS、个人数字助理PDA或手机的功能。

37.如权利要求33所述的环保自行车，还包括一电力储存装置，电性耦合于该第一负载装置，其中该电力储存装置是一可再充电的电池、可再充电的燃料电池或电容。

38.如权利要求37所述的环保自行车，其中该第一负载装置耦合于该第二负载装置，且该电力储存装置以有线或无线的方式电性耦合于该第二负载装置。

39.如权利要求37所述的环保自行车，还包括一防护盖，设置于该车架，其中该电力储存装置嵌设于该防护盖内或是该车架的一部分内。

40.如权利要求33所述的环保自行车，其中该第二传动元件是由包括玻璃纤维或碳纤维的材料所构成。

41.如权利要求33所述的环保自行车，其中该第二传动元件是由一链条、一皮带或一转轴所构成。

42.如权利要求33所述的环保自行车，其中该第二传动元件是由一可挠性杆件或一可挠性缆索所构成。

43.如权利要求33所述的环保自行车，还包括一刹车模块，其中当该刹车模块动作时，该第一负载装置利用回收的动能以产生电能。