CN1093484C - 自行车助力器 - Google Patents

Abstract

一种自行车助力器，可将行驶中的自行车当需要制动减速时，将其动能转化为势能，同时产生制动效应，而当自行车需要加速或爬坡时，将储存的势能释放做功，对骑车者起助力作用，并有减少体能消耗的效果。助力器由弹簧机构和储能齿轮传动系、释能(助力)齿轮传动系，和操纵系统所构成。助力器安装在自行车三角架后部，用链条传动与自行车后轮轴连系。按本助力器所采用的结构数据，其助力效果相当于骑车者脚踩飞轮踏板5至18公斤力，持续15米路程(26寸自行车)。

Description

自行车助力器

本发明涉及一种将机械能交替转化的装置。具体涉及自行车在行驶中当需要制动减速时将其动能转化为安装在车上的助力器的势能，而当自行车需要加速或爬坡时，此助力器可将储存的势能释放做功，对骑车者起助力和减少体能消耗的作用。

当今自行车有各种不同结构的制动装置。但原理上都是通过将自行车连同骑车者的动能转化为热能来达到制动的效果。而制动所发生的热能则消散在大气中不能再利用。这就使骑车者体能做功所产生的机械能在制动时白白散失了。骑车者都知道在骑车途中通常总是会因道路交通情况而需要重复多次杀车减速(或停车)，再用力加速，或者遇到坡路便需用力克服上坡阻力，而下坡时又常常因车速过快而杀车减速。由此可见，由自行车制动装置所消耗的骑车者体能无疑在骑车者整个路程中所消耗掉的体能总量中占有相当的份量。这点从人们在直通无阻的平坦路面骑车匀速前进时并不感到吃力便可体验到。有一种山地自行车的链条传动装置可以变换传动比，这虽可起到使骑车者增加车子驱动力或者提高车速的作用。但实际上并不具有减少骑车者体能消耗的效果。

本发明的目的是提供一种安装在自行车上的助力器。当自行车在行驶中需要制动减速时，将其动能转化为可再利用做功的势能，并且在此能量转化过程中对自行车产生制动效果。而当自行车需要加速或上坡时，此助力器又可释放储存的势能做功，对骑车者起到助力作用，并且减少体能消耗。

本发明的目的是通过以下方案来实现的，为便于说明整个技术方案，下面将此助力器整个方案分为机械能交替转化方案、传动方案和操纵方案来分别加以阐述。

助力器的机械能交替转化方案：

本方案是在助力器中采用一种弹簧机构，在弹簧受压缩时，将自行车动能转化为弹性势能，而在弹簧伸张时，其势能释放做功，转化为自行车动能，实现机械能的交替转化。为使弹簧在释能行程终点时，弹簧剩余的势能仍对骑车者有明显助力效果，弹簧机构有预加压缩量。

按此方案所设定的弹簧系数2.5公斤/毫米、工作行程90毫米  预压缩量30毫米、以及传动方案设定的传动系速比8∶1等数据。弹簧机构在进行释能做功时给骑车者的助力作用相当于骑车者脚踩自行车飞轮踏板5-18公斤力，持续15米的路程(16寸自行车)。显然这对骑车者在需要加速或上短坡时有明显的助力效应。

助力器的传动方案：

本方案是将助力器本体安装在自行车三角架后部，在自行车后轮轴左端加装一链轮，此链轮与助力器输出入共用轴端的链轮以链条连接。助力器中有二套齿轮传动系，一是储能传动系(速比1∶8)另一是释能(助力)传动系(速比8∶1)。此二套传动系都各有一个双向离合器，分别用来控制助力器进行储能或释能(助力)的运作。因助力器的弹簧机构工作行程是有限制的(最大90毫米)，故在储能传动系中安装有限位离合器。当弹簧被压缩到工作行程终点时，此离合器便使传动系自动脱开。而在释能(助力)传动系中则安装有超越离合器，当弹簧机构伸张到工作行程终点时，传动系就自动脱开。助力器二套传动系之间设置有锁死机构，使其弹簧机构不运作时，能够停留在其工作行程的任一位置。

助力器的操作方案：

本方案采用二套手动钢丝操纵装置，分别用于操纵助力器的储能和释能(助力)运作。储能钢丝装置的操纵杆共用自行车头左端的后轮杀车杆。当骑车者用手扣紧后轮杀车杆时，首先是拉动助力器储能离合器的操纵钢丝，使储能运作开始，同时产生能量转化的制动效应。如骑车者进一步扣紧杀车杆，后轮杀车块就开始起作用，制动效果加强。

另一种用于操纵释能(助力)运作的钢丝装置，其钢丝操纵杆则安装在车头右端前轮杀车杆上方由骑车者用右手掌母指操作。

此操纵方案使骑车者既可方便操纵助力器进行储能或释能(助力)的交替运作，又完全保留自行车原有制动装置的操作性能和制动效能，而且在紧急杀车时，还具有增强自行车原有制动效果的作用。

下面结合实例和附图对本发明的结构作进一步说明。

图1是助力器本体正视图图2是图1的侧视图图3是助力器的传动系统图图4是助力器在自行车上的安装图图中1、弹簧 2、输出入轴 3、链轮 4、释能传动系 5、释能传动系II轴

6、释能传动I轴 7、储能传动系II轴 8、储能传动系I轴

9、储能传动系离合器拨又摇臂 10、齿条杆 11、斜块 12、顶杆

13、弹簧座 14、双向离合器 15、自行车后轴链轮 16至27、齿轮

28、双向离合器 29、超越离合器 30、限位离合器 31、助力器固定板

32、拨杆 33、摇臂 34、助力器

如本实例图1、图2、图3、所示，当双向离合器28与齿轮16啮合时，储能运作便开始，自行车动能从后轮轴链轮15经助力器链轮3、轴2，储能传动系齿轮26、16、17、18，二级减速后由齿轮19、齿条10将弹簧1压缩而转化为弹性势能。当弹簧压缩到极限位置时，齿条杆10的斜块11推动顶杆12使限位离合器30动作，于是齿轮26脱离轴2的驱动。故此时双向离合器28，即使尚未分离，传动系也不会卡死。当双向离合器14与超越离合器29的内圈啮合时，因其转速高于外圈(即齿轮23)，便带动外圈转动。于是释能(助力)运作开始，弹簧储存的势能经齿条10、齿轮20、轴6、释能传动系齿轮21、22、23、26二级增速后再经轴2，链轮7传递到自行车后轮轴做功、产生助力作用。当弹簧1伸张到工作行程终点时，超越离合器29的内圈也就停止转动，助力运作结束。此时，即使双向离合器14仍然处于结合状态，以致自行车后轴轴由被动轴转变成主动轴而通过传动系带动齿轮23，也就是超越离合器的外圈转动，但外圈此时只是超越内圈空转，所以对传动系不会产生卡死故障。

如图3后示，当双向离合器28与齿轮24啮合，双向离合器14与齿轮25啮合时，齿轮16和齿轮23便都与轴7、轴5处于活动连接，此时即使自行车后轮轴传递来驱动力，齿轮26也只是带动齿轮16、23空转，所以助力器便处在停止运作状态。在此状态下，助力器弹簧的伸张力虽然会通过齿条10、齿轮19、20分二路经齿轮18、17、24和经齿轮21、22、25共同作用到齿轮27上，由于作用力方向是相反的，二路传动的齿轮都转不动，故起到将弹簧锁死停留在其工作行程的任一位置上的作用。

如图1、图2所示，弹簧1的压缩和伸张是在一个密闭空间中进行的。此空间灌满稠性油。弹簧座13的底面有阻尼孔，当弹簧座13随着弹簧的压缩或伸张而往复移动时，密闭空间的稠性油便被挤压而流过阻尼孔，产生阻尼效应，使弹簧能平稳地交替运作。

如图4所示，助力器储能系双向离合器的操纵钢丝二端的接头分别与自行车头左端后轮杀车手柄摇臂33和助力器壳体外侧离合器拨叉摆动臂9连接。接点位置可以调节。正确接点位置是在骑车者用手掌握提杀车手柄约二分之一其最大摆角时，储能离合器就能接通传动系，使储能运作开始，而后轮制动块也被拉动但尚未与轮圈接触。如继续扣紧手柄，则离合器继续保持接通状态，后轮制动快则开始起制动作用。

助力器另一套用于操纵释能(助力)离合器的钢丝装置的二端接头分别与车头右端手把上方的摆杆32和助力器壳体外侧双向离合器的摆动臂4相连接。骑车者可用右手掌母指拨动摆杆32，用右手掌操纵前轮杀车，互不干扰。

Claims (4)

1、一种自行车余能驱动助力器，其特征是助力器与自行车后轮轴机械连接，助力器有自行车余能储存和释放机构并各备有可随机操纵其离合的装置。

2、根据权利要求1所述的助力器，其特征是：助力器中有一个交替式、间歇性运作的弹簧机构和一组传递自行车后轮轴机械能的储能齿轮系，一组传递弹簧势能到自行车后轮轴的释能(助力)齿轮系。

3、根据权利要求1所述的助力器，其特征是：储能齿轮系中有控制储能运作开始和停止的双向离合器和弹簧压缩行程限位离合器；在释能(助力)齿轮系有控制释能(助力)开始与停止的双向离合器和保持弹簧在伸张行程中与自行车后轮轴单向传动的超越离合器；当二个齿轮传动系都不运作时使弹簧停留在其工作行程任何位置的自动锁死机构。

4、根据权利要求1所述的助力器，其特征是：储能齿轮系采用的钢丝操纵系统与自行车后轮杀车装置在车头左端共用一个连动的操纵手把；(释能助力)齿轮系采用的钢丝操纵系统在车头右端装有独立操纵拨杆。

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