CN105253120A - 储能助力装置及具有该装置的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能助力装置及具有该装置的车辆，属于能量回收和利用技术领域，所述储能助力装置包括刹车力获取装置、无级变速装置、刹车力存储装置和刹车力输出装置，其中无级变速装置包括相对设置的第一无级变速转盘和第二无级变速转盘，第一无级变速转盘和第二无级变速转盘之间设置有转盘滚子，转盘滚子上设置有扇形齿轮与扇形齿轮相配合的齿条和滑槽组合，齿条和滑槽组合的控制端用于连接车辆的刹车装置。本发明中，刹车时首先带动无级变速装置运动，由无级变速装置将输入和输出的转速改变，从而根据不同的刹车力度改变储能速度，达到储能的最大化。本发明整体结构简单、拆装方便、易维护维修、制造成本低。

Description

储能助力装置及具有该装置的车辆

技术领域

本发明涉及能量回收和利用技术领域，特别是指一种储能助力装置及具有该装置的车辆。

背景技术

目前，自行车采用的储能助力装置主要有如下两种方案：

1)电池组带动发动机式：此类装置主要利用车轮内部的电子元件将刹车时的能量转变为电能储存在电池组中，在启动时通过电池组带动发动机转动，发动机直接驱动后轮转动。此类装置需要有较高的防水等性能，制造加工精度较高，通常造价较高；因环境变化容易使装置内部电子元件失效损坏，不易维修。

2)飞轮助力自行车：在自行车上加装一套飞轮传动机构，包括飞轮架、连杆和与轮轴相连的曲轴驱动装置，轮轴转动带动大质量储能飞轮转动，利用飞轮储存的力矩通过传动机构传递到车轮上实现助力。此类装置由于大质量飞轮需要在启动时用更大力驱动，在不连续骑行情况下省力效果较低；飞轮在行驶过程中处于高速转动状态，在不释放助力时会产生部分能量浪费，故此装置只适用于一般上下坡较多的路况下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、拆装方便、能量利用率高、制造成本低的储能助力装置及具有该装置的车辆。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种储能助力装置，包括刹车力获取装置、刹车力存储装置和刹车力输出装置，所述刹车力获取装置和刹车力存储装置之间设置有无级变速装置，其中：

所述无级变速装置包括相对设置的第一无级变速转盘和第二无级变速转盘，所述第一无级变速转盘和第二无级变速转盘之间设置有转盘滚子，所述转盘滚子上设置有扇形齿轮与扇形齿轮相配合的齿条和滑槽组合，所述齿条和滑槽组合的控制端用于连接车辆的刹车装置；

所述刹车力获取装置包括驱动轴和设置在所述驱动轴上在车辆刹车时能够与所述第一无级变速转盘啮合的刹车盘；

所述刹车力存储装置采用发条或发动机；

所述刹车力输出装置采用齿轮传动输出。

另一方面，提供一种车辆包括上述的储能助力装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明中，刹车时首先带动无级变速装置运动，由无级变速装置将输入和输出的转速改变，从而根据不同的刹车力度改变储能速度，在保证所需刹车效果与常规刹车效果相同的情况下，达到储能的最大化。本发明利用了机械结构和零件进行设计，使得整体结构简单、拆装方便、易维护维修、制造成本低。

附图说明

图1为本发明的储能助力装置的整体结构示意图；

图2为本发明的储能助力装置应用于自行车时自行车的车把控制机构的结构示意图；

图3为本发明的储能助力装置中限位固定滑槽的结构示意图；

图4为本发明的储能助力装置中刹车力获取装置的结构示意图；

图5为图4中的刹车力获取装置的侧面截面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种储能助力装置，如图1-5所示，包括刹车力获取装置1、刹车力存储装置3和刹车力输出装置4，刹车力获取装置1和刹车力存储装置3之间设置有无级变速装置2，其中：

无级变速装置2包括相对设置的第一无级变速转盘21和第二无级变速转盘22，第一无级变速转盘21和第二无级变速转盘22之间设置有转盘滚子23，转盘滚子23上设置有扇形齿轮与扇形齿轮24相配合的齿条和滑槽组合25，齿条和滑槽组合25的控制端用于连接车辆的刹车装置(当车辆是自行车时，可连接至刹车线；当车辆是汽车等时，可连接至脚踏板处)；

刹车力获取装置1包括驱动轴11和设置在驱动轴11上在车辆刹车时能够与第一无级变速转盘21啮合的刹车盘12；

刹车力存储装置3采用发条或发动机；

刹车力输出装置4采用齿轮传动输出。

应用时，将本发明的储能助力装置安装在车辆上，刹车力作用于刹车盘12，刹车盘12带动无极变速装置2转动，无极变速装置2由转盘滚子23传递转矩，改变转盘滚子23的偏移角度能够改变左右两转盘(第一无级变速转盘21和第二无级变速转盘22)的转速比。通过车辆的刹车装置(如刹车线等)的拉伸控制齿条和滑槽组合25中齿条的位移，扇形齿轮24、齿条和滑槽组合25的相对运动控制滚子23的偏移角度，从而根据不同刹车情况转速比连续变化。之后，无极变速装置2将动力存储在刹车力存储装置3中，当需要时，由刹车力输出装置4将刹车力存储装置3中存储的动力输出使用。

本发明中，刹车时首先带动无级变速装置运动，由无级变速装置将输入和输出的转速改变，从而根据不同的刹车力度改变储能速度，在保证所需刹车效果与常规刹车效果相同的情况下，达到储能的最大化。本发明利用了机械结构和零件进行设计，使得整体结构简单、拆装方便、易维护维修、制造成本低。

本发明中，刹车力存储装置3优选采用发条，发条具有高扭力、不易疲劳及其转角与扭力大小成正比、成本低等特点，具体的，刹车力存储装置3可以包括发条盒31，发条盒31的动力输入端连接第二无级变速转盘22的动力输出端，发条盒31和第二无级变速转盘22之间设置有用于控制发条单向运动的第一棘轮32和第一棘爪33。

进一步的，发条盒31的动力输出端可以设置有用于控制发条的能量释放的第二棘轮34和第二棘爪35，第二棘爪35的控制端连接有发条助力启动开关36。发条助力启动开关36控制第二棘爪35的上下位移。发条助力启动开关36的基本设计可以参照目前自行车多档变速器，利用单根或双根钢线，通过转动开关拉动钢线，产生位移。发条助力启动开关36可以设置在车辆上任意方便的位置，例如当车辆是自行车时，可以设置在车把上。

为了方便将刹车力存储装置3中存储的动力输出，发条盒31的动力输出端设置有第一传动齿轮37，刹车力输出装置4包括第一传动轴41和第二传动轴42，其中：

第一传动轴41上设置有能够与第一传动齿轮37啮合的第二传动齿轮43；

第二传动轴42上设置有用于输出动力的第三传动齿轮44；

第一传动轴41和第二传动轴42之间设置有用于单向传递动力的单向内啮合式棘轮机构45。

发条能量通过第一传动齿轮37、第二传动齿轮43和第三传动齿轮44将转矩传递出来。其中单向内啮合式棘轮机构45为保证车辆正常行驶时齿轮不会发生干涉运动。

优选的，如图1-3所示，储能助力装置还可以包括用于限制第一传动轴41移动位置的限位固定滑槽46，限位固定滑槽46可以包括带有长条形透孔461的框形壳体462，透孔461沿长度方向的两端内侧分别设置有第一弹簧463和第二弹簧464，第一弹簧463和第二弹簧464的末端分别连接有第一矩形卡块465和第二矩形卡块466，透孔461的中部设置有顶部相对的第一三角形卡块467和第二三角形卡块468，第一三角形卡块467和第二三角形卡块468的后部与框形壳体462之间分别设置有第三弹簧和第四弹簧(未示出)；

第一矩形卡块465、第一三角形卡块467和第二三角形卡块468之间形成第一轴移动位置L1，第二矩形卡块466、第一三角形卡块467和第二三角形卡块468之间形成第二轴移动位置L2；

第一传动轴41上设置有用于使第一传动轴41在第一轴移动位置L1和第二轴移动位置L2之间切换从而使第一传动齿轮37和第二传动齿轮43啮合或断开的滑动控制口48，滑动控制口48连接有滑动装置控制开关49。图2中51为刹车控制开关。

滑动装置控制开关49控制滑动控制口48的前后位移，通过拉动控制口48使轴上齿轮脱离啮合状态，例如在自行车需要倒车时，先拨动滑动装置控制开关49使第一传动轴41通过限位固定滑槽46从第一轴移动位置L1滑动到第二轴移动位置L2，齿轮啮合断开，此时可实现倒车；倒车完毕，拨回滑动装置控制开关49使第一传动轴41归位。滑动装置控制开关49的基本设计也可以参照目前自行车多档变速器，利用单根或双根钢线，通过转动开关拉动钢线，产生位移。

作为对本发明的改进，如图4-5所示，刹车力获取装置中，刹车盘12沿轴向可滑动地连接在驱动轴11上，刹车盘12靠近第一无级变速转盘21的一侧上设置有用于与第一无级变速转盘21啮合的齿轮面121，刹车盘12远离第一无级变速转盘21的一侧上设置有用于受刹车力挤压从而能够使刹车盘12沿轴向移动的挤压斜面122，该挤压斜面122使得刹车的下压力作用于刹车盘的同时提供轴向运动力；驱动轴11上靠近第一无级变速转盘21的一侧安装有用于使刹车盘12归位的归位弹簧111，用来保证在不刹车时使得刹车盘12归位(驱动轴11的左端处有一挡片，使其挡住归位弹簧111)。

优选的，驱动轴11上远离第一无级变速转盘21的一侧设置有用于驱动刹车盘12的键112，以用于在驱动轴11和刹车盘12之间传递扭矩；并且该侧末端还设置有用于与第三传动齿轮44啮合的第四传动齿轮13。第四传动齿轮13可以与驱动轴11为一体结构，并且为便于力矩调节，如图1所示，第四传动齿轮13与第三传动齿轮44之间还可以设置有第五传动齿轮50。在刹车力获取阶段，该第四传动齿轮13可以用于将车辆的动力传递给驱动轴11，在刹车力使用阶段，该第四传动齿轮13可以用于将存储的动力返回给车辆。

综上，本发明利用发条弹簧作为储能元件，设计齿轮、棘轮等机构，借鉴无级变速器的基本设计结构进行设计。首先利用车辆的刹车力，可以将其刹车盘分为两部分，一部分作为本发明储能助力装置的输入端，刹车时通过刹车力带动储能助力装置储能。储能助力装置包括刹车力获取装置、无级变速装置、刹车力存储装置和刹车力输出装置，其中无级变速装置可以根据刹车的力度控制其转速比。刹车时首先带动无级变速装置运动，由无级变速装置将输入和输出的转速改变，从而根据不同的刹车力度改变储能速度，在保证所需刹车效果与常规刹车效果相同的情况下，达到储能的最大化。刹车力存储装置是由发条分别安装在无级变速装置和刹车力输出装置之间，通过棘轮控制其单向运动以保证其储能。刹车力输出装置通过单向齿轮组将发条能量传递出去，实现启动助力。其中，刹车力输出装置设有两个控制开关，分别控制发条能量释放和输出装置齿轮组的连接与断开，发条能量释放开关即发条助力启动开关由刹车起始端控制，保证刹车结束后启动；齿轮组开关即滑动装置控制开关使得自行车在倒车时不会发生运动干涉，同时在骑行速度较快或关闭储能机构时使用。

本发明使用全新的构思设计，利用发条的高扭力、不易疲劳及其转角与扭力大小成正比等特点，设计合理的储能助力装置，实现了对刹车能量的充分利用；利用无级变速能够连续控制转动比的原理，合理设计无级变速装置及其所需的转动角度，对于不同的刹车情况均可实现不同程度的储能；本方案利用简单的机械结构和零件进行设计，使得整体机构容易维护维修，且成本较低。

另一方面，本发明还提供一种车辆，包括上述的储能助力装置，具体结构与上相同，此处不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种储能助力装置，其特征在于，包括刹车力获取装置、刹车力存储装置和刹车力输出装置，所述刹车力获取装置和刹车力存储装置之间设置有无级变速装置，其中：

所述无级变速装置包括相对设置的第一无级变速转盘和第二无级变速转盘，所述第一无级变速转盘和第二无级变速转盘之间设置有转盘滚子，所述转盘滚子上设置有扇形齿轮与所述扇形齿轮相配合的齿条和滑槽组合，所述齿条和滑槽组合的控制端用于连接车辆的刹车装置；

所述刹车力获取装置包括驱动轴和设置在所述驱动轴上在车辆刹车时能够与所述第一无级变速转盘啮合的刹车盘；

所述刹车力存储装置采用发条或发动机；

所述刹车力输出装置采用齿轮传动输出。

2.根据权利要求1所述的储能助力装置，其特征在于，所述刹车力存储装置采用发条，所述刹车力存储装置包括发条盒，所述发条盒的动力输入端连接所述第二无级变速转盘的动力输出端，所述发条盒和第二无级变速转盘之间设置有用于控制所述发条单向运动的第一棘轮和第一棘爪。

3.根据权利要求2所述的储能助力装置，其特征在于，所述发条盒的动力输出端设置有用于控制所述发条的能量释放的第二棘轮和第二棘爪，所述第二棘爪的控制端连接有发条助力启动开关。

4.根据权利要求3所述的储能助力装置，其特征在于，所述发条盒的动力输出端设置有第一传动齿轮，所述刹车力输出装置包括第一传动轴和第二传动轴，其中：

所述第一传动轴上设置有能够与所述第一传动齿轮啮合的第二传动齿轮；

所述第二传动轴上设置有用于输出动力的第三传动齿轮；

所述第一传动轴和第二传动轴之间设置有用于单向传递动力的单向内啮合式棘轮机构。

5.根据权利要求4所述的储能助力装置，其特征在于，所述储能助力装置还包括用于限制所述第一传动轴移动位置的限位固定滑槽，所述限位固定滑槽包括带有长条形透孔的框形壳体，所述透孔沿长度方向的两端内侧分别设置有第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧和第二弹簧的末端分别连接有第一矩形卡块和第二矩形卡块，所述透孔的中部设置有顶部相对的第一三角形卡块和第二三角形卡块，所述第一三角形卡块和第二三角形卡块的后部与所述框形壳体之间分别设置有第三弹簧和第四弹簧；

所述第一矩形卡块、第一三角形卡块和第二三角形卡块之间形成第一轴移动位置，所述第二矩形卡块、第一三角形卡块和第二三角形卡块之间形成第二轴移动位置；

所述第一传动轴上设置有用于使其在所述第一轴移动位置和第二轴移动位置之间切换从而使所述第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合或断开的滑动控制口，所述滑动控制口连接有滑动装置控制开关。

6.根据权利要求1-5中任一所述的储能助力装置，其特征在于，所述刹车盘沿轴向可滑动地连接在所述驱动轴上，所述刹车盘靠近所述第一无级变速转盘的一侧上设置有用于与所述第一无级变速转盘啮合的齿轮面，所述刹车盘远离所述第一无级变速转盘的一侧上设置有用于受刹车力挤压从而能够使所述刹车盘沿轴向移动的挤压斜面，所述驱动轴上靠近所述第一无级变速转盘的一侧安装有用于使所述刹车盘归位的归位弹簧。

7.根据权利要求6所述的储能助力装置，其特征在于，所述驱动轴上远离所述第一无级变速转盘的一侧设置有用于驱动所述刹车盘的键，并且该侧末端还设置有用于与所述第三传动齿轮啮合的第四传动齿轮。

8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-7中任一所述的储能助力装置。