CN103715821A - 自行车发电机 - Google Patents

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Abstract

一种自行车发电机，包括：定子，限定旋转轴线的旋转构件；布置为面向所述定子的磁铁；第一传递结构，当所述旋转构件沿着第一方向旋转时，第一传递结构以第一转速比将所述旋转构件的旋转运动传递到所述磁铁；以及第二传递结构，当所述旋转构件沿着第二方向旋转时，第一传递结构以第二转速比将所述旋转构件的旋转运动传递到所述磁铁。第二转速比大于所述第一转速比。

Description

自行车发电机
技术领域
本发明涉及发电机，并且更具体而言涉及用于自行车的发电机。
背景技术
存在已知的自行车发电机，其用于对与自行车相关联的不同部件充电，例如电气变速系统或灯。例如，日本专利申请公开No. JP2007230340A公开了一种配置在自行车的中轴中且用于对电气变速系统进行充电的发电机，其全部内容通过引用并入本文。美国专利No. 7,002,280(“'280 专利”)公开了一种配置在自行车的轮毂中的发电机或电机，其全部内容通过引用并入本文。
鉴于上文所述，存在对于改进的自行车发电机的需要。本发明解决了本领域中的这种需要以及其它需要，对于本领域技术人员而言，这从本公开将变得清楚。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种自行车发电机，包括：定子；限定旋转轴线的旋转构件；布置为面向定子的磁铁；第一传递结构，当旋转构件沿着第一方向旋转时，第一传递结构以第一转速比将旋转构件的旋转运动传递到磁铁；以及第二传递结构，当旋转构件沿着第二方向旋转时，第二传递结构以第二转速比将旋转构件的旋转运动传递到磁铁。第二转速比大于第一转速比。在优选实施例中，该自行车发电机包括固定地支承定子的基体构件，并且第一传递结构包括配置在磁铁与旋转构件之间的第一单向离合器，第二传递结构包括配置在磁铁与旋转构件之间的第二单向离合器和配置在磁铁与旋转构件之间的行星齿轮机构。优选地，第二单向离合器配置在旋转构件与行星齿轮机构之间，其包括配置在第二单向离合器与磁铁之间的齿圈构件和至少一个行星齿轮构件。在优选实施例中，自行车发电机包括支承磁铁并且配置在行星齿轮构件与磁铁之间的支承构件。优选地，当旋转构件沿着第一方向旋转时，仅第一传递结构向磁铁传递旋转运动，并且当旋转构件沿着第二方向旋转时，仅第二传递结构向磁铁传递旋转运动。
通过参考下文的描述可以最佳地理解本发明及其另外的特征和优点。
附图说明
图1为包括根据本发明的优选实施例的发电机的自行车的中轴和曲柄的局部剖视图；
图2为发电机的示意图，表示当曲柄沿着第一方向旋转时从曲柄向磁铁的旋转运动的传递；以及
图3为发电机的示意图，表示当曲柄沿着第二方向旋转时从曲柄向磁铁的旋转运动的传递。
具体实施方式
现在将参考附图对选定实施例进行说明。从本发明中本领域技术人员将会清楚，下面的实施例的描述仅提供用于例示，而不是为了对本发明进行限制，本发明由所附权利要求及其等同物限定。
首先参考图1，示出了根据本发明的实施例的发电机10。在优选实施例中，发电机10构成为配置或安装在自行车102的中轴100中的中轴轴承单元。但是，这并不是对本发明的限制。本发明的发电机可以构成为包括旋转构件、杆或轴的其它装置。具体而言，本发明的发电机也可以构成为前发电机轮毂或后发电机轮毂。
图1为中轴100(其为大致圆柱形)和发电机10的局部剖视图。如图1至图3所示，发电机10包括基体构件12、曲柄轴14、磁铁单元16、定子18、第一传递结构20和第二传递结构22。在优选实施例中，基体构件12为轴承适配器。基体构件12具有圆柱形状并且固定到中轴100。曲柄轴14延伸穿过基体构件12。曲柄轴14由基体构件12经由两个轴承单元(未图示)能够旋转地支承，两个轴承单元分别配置在基体构件12的两个开口端部。由于基体构件12与曲柄轴14之间经由轴承单元的关系为自行车的技术人员所熟知的这点将是清楚的，所以为了简要起见，本文将不具体地讨论该关系。曲柄轴14对应于旋转构件并且限定了延伸穿过曲柄轴14的旋转轴线A1。如现有技术中已知的那样，曲柄轴14连接到用于对曲柄轴14赋予旋转运动的曲柄臂和踏板(未图示)。定子18由基体构件12固定地支承。
如图2和图3所示，定子18包括环形线圈24和配置成包围线圈24的磁轭26。'280专利公开了自行车发电机中的磁轭、线圈和其它部件的示例性实施例，因此为了简要起见，本文将不具体地讨论线圈24和磁轭26。在优选实施例中，磁铁单元16包括偶数个单独的磁铁16A(在图2和图3中仅示出了单个单独的磁铁16A)和支承构件16B。偶数个单独的磁铁16A沿着周向以大约相等的间隔而间隔开，并且被沿着周向以相等间隔配置的交替N极和S极磁化，而且每个磁铁16A面向磁轭26。支承构件16B优选地具有圆柱形状。支承构件16B本质上是行星齿轮机构(在下文讨论)内的太阳齿轮，并且支承磁铁16A用于相对于定子18旋转。如本领域中已知的那样，旋转的磁铁单元16(在下文描述)与定子18的相互作用产生电力，可以根据期望来使用所产生的电力(例如，对蓄电池108充电)。
在优选实施例中，第一传递结构20和第二传递结构22安装在曲柄轴14上。第一传递结构20包括安装在曲柄轴14上的第一单向离合器20A。第一传递结构20提供第一传递路径P1，用于将曲柄轴14的旋转运动传递到磁铁单元16。在第一传递路径P1上，第一单向离合器20A配置在磁铁单元16与曲柄轴14之间。将理解，当在本文中使用时，“之间”未必表示沿着周向的两个部件之间，而是表示齿轮系或传递路径内的两个部件之间。
第二传递结构22包括第二单向离合器28和行星齿轮机构30。第二传递结构22提供第二传递路径P2，用于将曲柄轴14的旋转运动传递到磁铁单元16。在第二传递路径P2上，第二单向离合器28配置在磁铁单元16与行星齿轮机构30之间并且配置在曲柄轴14与行星齿轮机构30之间。
如在图2和图3中最佳所示，第二单向离合器28安装在曲柄轴14上。行星齿轮机构30包括齿圈构件32和多个行星齿轮构件34(在图2和图3中仅示出了单个行星齿轮构件34)。齿圈构件32能够旋转地与第二单向离合器28接合。行星齿轮构件34配置在齿圈构件32与磁铁单元16的支承构件16B(太阳齿轮16B)之间，并且能够旋转地与齿圈构件32和支承构件16B接合。行星齿轮构件34由固定于基体构件12的支承结构(未图示)能够旋转地支承，从而防止行星齿轮构件34相对于基体构件12移位。本领域技术人员将理解行星齿轮机构30的操作以及齿圈构件32、行星齿轮构件34、支承构件16B、第一单向离合器20A和第二单向离合器28与磁铁单元16之间的齿轮连接。
如在图2和图3中所示，在优选实施例中，第一传递路径P1从曲柄轴14延伸到第一传递结构20(第一单向离合器20A)并且延伸到磁铁单元16。优选地，第一传递路径P1为当曲柄轴14由骑车者沿着驱动方向D1(当从右侧观察自行车时的顺时针方向)旋转或蹬踏时的传递路径。优选地，第二传递路径P2从曲柄轴14延伸到第二单向离合器28、齿圈构件32、行星齿轮构件34和磁铁单元16。优选地，第二传递路径P2为当曲柄轴14由骑车者沿着非驱动方向D2(即，当从右侧观察自行车时的向后或逆时针方向)旋转或蹬踏时的传递路径。换言之，在优选实施例中，当曲柄轴14沿着驱动方向D1旋转时，第一单向离合器20A连接磁铁单元16和曲柄轴14，并且当曲柄轴14沿着非驱动方向D2旋转时，第二单向离合器28、齿圈构件32和行星齿轮构件34连接磁铁单元16和曲柄轴14。
在操作中，当曲柄轴14沿着驱动方向D1旋转时，磁铁单元16(磁铁16A)的转速约等于曲柄轴14的转速(经由第一传递路径P1)。换言之，当曲柄轴14沿着驱动方向D1旋转时，第一传递结构20以第一转速比将曲柄轴14的旋转运动传递到磁铁单元16。当磁铁单元16相对于定子18旋转时，以第一速率发电并且将电储存在蓄电池108中。另一方面，当曲柄轴14沿着非驱动方向D2旋转时，由于行星齿轮机构30中的齿轮传动的结果，使得磁铁单元16的转速大于曲柄轴14的转速(经由第二传递路径P2)。换言之，当曲柄轴14沿着非驱动方向D2旋转时，第二传递结构22以大于第一转速比的第二转速比将曲柄轴14的旋转运动传递到磁铁单元16。当磁铁单元16相对于定子18旋转时，以比第一速率更高或更快的速率发电并且将电储存在蓄电池108中。当在本文中使用时，“转速”表示每单位时间的旋转速度或完整的转动或旋转的数量。另外，“转速比”表示磁铁单元16(磁铁16A)的转速相对于曲柄轴14的转速之比，并且磁铁单元16(磁铁16A)的转速除以曲柄轴14的转速等于“转速比”。
在优选实施例中，第一转速比为1(或1:1)并且第二转速比大于1(或1:1)。在另一优选实施例中，第二转速比在约9(或9:1)与约300(或300:1)之间。但是，这些比值都不是对本发明的限制，只要第二转速比大于第一转速比即可。
本文所述的齿轮系(例如，行星齿轮机构)并不是对本发明的限制。将旋转构件或曲柄轴14的旋转运动传递到磁铁16A使得磁铁16A沿着一个方向以与沿着相反方向不同的速度比旋转的任何传递结构都在本发明的范围内。换言之，在曲柄轴14的转速相同的条件下，使得磁铁16A经由第二传递结构的转速大于磁铁16A经由第一传递结构的转速的任何构成都在本发明的范围内。
利用该构成，当骑车者首先开始骑车时以及在所期望的其它时间，骑车者能够通过使曲柄轴14沿着非驱动方向D2旋转而向蓄电池108充电。
在理解本发明的范围时，当在本文中使用时，术语“包括”及其派生词旨在成为开放式的术语，其明确说明所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其他未述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。上述解释也适用于具有相似意思的词，例如术语“包含”、“具有”和它们的派生词。而且，术语“零件”、“段”、“部分”、“构件”或“元件”当用作单数时，可以具有单个零件或多个零件的双重意思。当在本文中使用来描述上述实施例时，下面的方向性术语 “向前”、“向后”、“向右”、“向左”、“向外”、“向前”、“向内”、“向下”、“向上”、“上方”、“下方”、“竖直”、“水平”和“横向”及任何其他相似的方向性术语是指装备有自行车控制装置的自行车的那些方向。因而，这些术语当使用来描述自行车控制装置时，应该相对于装备有自行车控制装置的自行车解释为在水平面上以正常骑行位置使用。最后，当在本文中使用时，程度术语，例如“基本上”、“大约”和“近似”意味着被修饰术语的合理偏离量，以便使得最终结果不被显著改变。
虽然在下文中以某些权利要求形式给出了本发明的某些方面，但是发明人设想到呈许多权利要求形式的本发明的各种方面。例如，虽然本发明的仅一个方面记载为根据35 U.S.C. §112, ?6的装置加功能权利要求，但是其它方面同样可以实施为装置加功能权利要求或以其它形式实施，例如以计算机可读介质实施。(旨在根据35 U.S.C. §112, ?6被对待的任何权利要求将以词语“用于……的装置”开始)。因而，申请人保留在提交申请后追加附加权利要求以寻求用于本发明的其它方面的这样的附加权利要求的形式的权利。
因而，尽管示出和描述了本发明的示例性实施例，但是应该理解本文所用的所有术语为描述性的，而不是限制性的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以由本领域普通技术人员做出许多变化、变更和替代。

Claims (11)

1. 一种自行车发电机，包括：
定子，
限定旋转轴线的旋转构件，
布置为面向所述定子的磁铁，
第一传递结构，当所述旋转构件沿着第一方向旋转时，该第一传递结构以第一转速比将所述旋转构件的旋转运动传递到所述磁铁；以及
第二传递结构，当所述旋转构件沿着第二方向旋转时，该第二传递结构以第二转速比将所述旋转构件的旋转运动传递到所述磁铁；并且其中所述第二转速比大于所述第一转速比。
2. 根据权利要求1所述的自行车发电机，还包括基体构件，其中所述定子由所述基体构件固定地支承，并且其中所述旋转构件能够相对于所述基体构件旋转。
3. 根据权利要求2所述的自行车发电机，其中，所述基体构件具有圆柱形状并且固定到自行车车架上，其中所述旋转构件为自行车曲柄轴，并且其中所述自行车曲柄轴延伸穿过所述基体构件。
4. 根据权利要求1所述的自行车发电机，其中，所述第一转速比为1:1。
5. 根据权利要求4所述的自行车发电机，其中，所述第二转速比大于9:1。
6. 根据权利要求1所述的自行车发电机，其中，所述第一传递结构包括配置在所述磁铁与所述旋转构件之间的第一单向离合器，并且其中所述第二传递结构包括配置在所述磁铁与所述旋转构件之间的第二单向离合器、和配置在所述磁铁与所述旋转构件之间的行星齿轮机构。
7. 根据权利要求6所述的自行车发电机，其中，所述第二单向离合器配置在所述旋转构件与所述行星齿轮机构之间。
8. 根据权利要求7所述的自行车发电机，其中，所述行星齿轮机构包括配置在所述第二单向离合器与所述磁铁之间的齿圈构件和至少一个行星齿轮构件。
9. 根据权利要求8所述的自行车发电机，还包括配置在所述行星齿轮构件与所述磁铁之间的支承构件，其中所述磁铁由所述支承构件支承。
10. 根据权利要求1所述的自行车发电机，其中，所述磁铁绕所述旋转轴线旋转。
11. 根据权利要求1所述的自行车发电机，其中，当所述旋转构件沿着所述第一方向旋转时，仅所述第一传递结构向所述磁铁传递旋转运动，并且其中当所述旋转构件沿着所述第二方向旋转时，仅所述第二传递结构向所述磁铁传递旋转运动。
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