CN1106311C - 脚踏型交通工具的电能产生器 - Google Patents

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Abstract

一种可装设在一脚踏车或其它类似装置之脚踏车踏板部内之电能产生器，其系经由一对不同外径的皮带轮及一齿轮箱所驱动，以使该发电器转子的转速可达到脚踏器转轴相对于踏板部间旋转速度的数倍而该踏板部籍由一脚部的踩踏保持水平并透过该转轴将动力传送至曲柄使之旋转推动此脚踏车前行。高速运转中的发电器能输出足够的电压点亮一排LED指示灯，并可对一电容器进行充电，以备脚踏器暂停踩动时仍能使其持续发亮。

Description

脚踏型交通工具的电能产生器
本发明是关于一种脚踏型交通工具之电能产生器，其可借助于脚的踏动力明显地增加电能的产生而应用于改善道路安全需求上。
诸如脚踏车等脚踏型交通工具之所以特别容易发生交通事故，不但因其本身所能提供给骑乘者的安全保护措施非常薄弱甚或根本形同虚设，更主要的原因是其它车辆的驾驶者无法清楚地看到他们，尤其是在黑夜里及天候不佳的情况下。有许多国家强制规定脚踏车在天色昏暗时须使用警示灯光，也有许多国家要求须装设反光板，但这些传统型设施实在有许多缺点需要改善。假如这些警示灯具是由干电池提供电力，不但本身容易故障，骑乘者也很可能忘记启动它。至于一般传统型电能产生器，不论其是由轮心或轮框带动，显而易见的缺点是须花费更多的体力去踩动它而使得人们不愿意使用，而且只要脚踏车一停下来就马上失去照明的电力，此举将意味着会发生明显而潜在的危险，例如当脚踏车在等候交通号志或遇到交叉路口时。至于反光板则是要在驶近车辆灯光能够照到的时候才会有效，例如其车灯不够亮或成一个角度下接近时，将不具反光效果。
近年来LED(发光二极管)已经被用来取代或加强警示灯的使用，其优点是有较低的耗电率及更为持久耐用，甚至在白天使用亦具备良好效果。闪烁的LED不但能引起人们较大的注意，更值得称道的是可直接装设在脚踏器上，行进中它们转动的光环不但能引起注意，对方驾驶人更可籍LED光轨迹所呈现的形状判断自己与脚踏车之间的互动方位，光轨亦为正圆(当两者互成直角接近)，光轨迹为垂直线(当在其前面或背面)，或呈现为椭圆时则表示互成一角度接近中。至于方向则当然地可籍LED光的颜色加以区分，通常若见到红色光则表示处在脚踏车后方，若见到白色或绿色光则表示正在接近当中。
诚如上述，将LED装设在脚踏器上实在具备诸多好处，但假如其电力仍用干电池来供应，则骑乘的人仍可能会遇到耗光电力等无法掌握的麻烦，无论如何，假如无法解决干电池高成本和废弃电池处理的环保问题，此举将不符合当前需求。
日本专利公告号第07291174A号和美国专利第5662405号均提议改良脚踏车之脚踏器结构，使之成为一电能产生器以供电给装在脚踏器之踏脚框或踏板部上的LED使用。将一永磁性磁铁装设在脚踏器的轴心或转轴上，另又在踏脚框或踏板部设置一组缠绕线圈或电磁器，当踩动脚踏器时其转轴和踏板部间产生相对的旋转运动，这使得分别设于其上的永磁性磁铁和缠绕线圈之间亦产生同样的相对旋转运动，并借此种磁感效应产生所需要的电流，这和一般习用脚踏车上用的发电系统原理相同。
感应型发电机产生的电压是线圈和定子的数目及转子转速的函数。前项日本专利所刊载的这种系统所存在的最基本缺点即是在正常情况下转子或转轴的转速太低，每踩动连接于转轴的曲柄一圈时，该脚踏器转轴相对于踏板部或踏脚框的转速差也只有一圈，据查脚踏车骑乘人员踩动曲柄的速率通常只在每分钟30至60圈之间。该项日本专利第07291174A号专利也承认到有此问题存在并认为其唯一的解决方法是增加线圈之缠绕圈数，目前本发明人据此加以计算发现此论点行不，因为会增加无法接受的成本和过大尺寸的定子，我们应该时时牢记地在心的是这个装置是要容装在脚踏器的踏板部内。
美国专利说明书US-A-5634707(Bailey)在图4和5中公开了一种方案，其中一步进电机通过尺寸不等的带轮驱动，由此该步进电机被移离脚踏器转轴并转动的比脚踏器快。但受限于脚踏车的脚踏器，带轮之比不可能大于约2∶1，这样步进电机所产生的电压不能足以大到能持续点亮LEDs或给电容器或电池充电，后者用以在脚踏器停止转动时保持LEDs点亮。
Bailey的方案只能在脚踏器转动时间歇地且闪亮地点亮LEDs，因此当骑车者不蹬车或停驶时就不能点亮LEDs。
本发明的主要目的是改善上述提议。
根据本发明，提供了一种脚踏器，用于脚踏车之类的装有脚踏器的交通工具，该脚踏器包括一相对于转轴转动的踏板部；发电装置，安装在踏板部内在转轴的一侧并偏离转轴，且用以点亮发光二极管的一个阵列，和一在转轴和发电装置之间的柔性传动装置，其特征在于踏板部之内的啮合齿轮介于柔性传动装置和发电装置之间，这样对于脚踏器相对于转轴的每次转动，发电装置的转子都经历足够的回转以持续点亮发光二极管。
一电容器最好安装在踏板部之内以便由发电装置充电，且连接于发光二极管，这样当脚踏器停止转动时发光二极管至少仍可暂时地被点亮。
发光二极管最好安装在踏板部的一远端处在一电路板(10)上，该电路板在使用时隐藏住柔性传动装置和齿轮。
电路板最好容纳在一透光罩内，该透光罩从踏板部的所述远端延伸并遍及所述远端的长度，由此来自透光罩的光线在使用时将在交通工具的前和后方向以及侧向上显示。
在所述透光罩内可设置有反射镜面，用以将选自几个所述发光二极管的光线沿前和后方向投射。
该反射镜面被设置在该透光罩内以便能够自由转动而且每个反射镜面的重量均偏离中心以便于不论脚踏器处于何种倾斜角度时均能够保持相同的姿态。
发电装置的转子可转动地安装在踏板部内，以便绕大体平行于转轴的轴线的一条轴线转动。
发电装置可包括定子装置，其大体平行于转轴并相对于踏板部(2)是静止的。
啮合齿轮可在齿轮箱内，位于发电装置的一端。
柔性传动装置可包括一绕过直径不等的皮带轮的无接点皮带，其中一个皮带轮相对于转轴是静止的，另一个驱动啮合齿轮。所述皮带轮之比可以约为2∶1。
啮合齿轮有5∶1的输出比。
在踏板部的一侧暴露于轴线的发光二极管可不同于在踏板部的相对侧暴露的发光二极管，并且设置有当脚位于脚踏器上时促使选择脚踏器之特定取向的装置。所述不同在于颜色，数量和/或分布。
在转轴的相对侧上踏板部的重量可以是不同的，这样在脚放于其上之前踏板部取一非水平的姿态。
脚踏器的下侧可以有一突起物。
设置方式最好是当转轴和踏板部之间的相对转速是30rpm时，发电装置有约2伏的输出。
一种本发明的较佳实施例，现在在此参照下列附图加以说明：
图1为根据本发明所叙述的脚踏车脚踏器总成的纵向剖面图；
图2是沿着图1中II-II断面之剖视图。
图3是沿着图1中III-III断面之剖视图。
较佳实施例的详细说明
图1所示脚踏车之脚踏器20由一脚踏车之曲柄(未示)之一端部21延伸而形成。就人们所熟知的脚踏车，其亦设有第二支曲柄，其与第一支曲柄互成180°，且都于其上装设有一脚踏器，骑乘人员将脚分放在每边的脚踏器上加以踩动就能使曲柄转动进而推动这部机器。该脚踏器包括有一轴心或转轴1且与其所连接的曲柄保持相对静止状态，更于其上设置有一踏脚框或踏板部2并籍着轴承22及23的作用和转轴间可相对地旋转，当骑乘人员将脚置于踏板部2上时会迫使其保持在水平状态，每踩动曲柄完成一整圈旋转后，转轴1也会对踏板部2完成一整圈的相对旋转运动。到目前为止所论及的脚踏器20与一般传统用的并无不同，故在此不再加以赘述。
然而根据本发明，一皮带轮4设置在转轴1的末端且相对于其静止，更以一无接点皮带6连接于另一较小外径之皮带轮5，而两皮带轮间的外径比为2∶1。该皮带轮5则连接于一齿轮箱7的一端以便带动其中的复数个齿轮更进而驱动发电器3中的转子，该齿轮箱则可将发电器3内的转子速度提升至皮带轮5转速的五倍。齿轮箱7与发电器3的组合总成是一项具有专利的产品并已上市，故在此不另加说明。本项组合总成被容装在踏板部2之内转轴1的其中一侧，至于容装在踏板部2之内转轴1另一侧空间中的则是电容器8，该电容器被用来储存发电器3所生产的电力以持续点亮LED阵列9，如果在运行一段短时间后即因脚踏车呈静止状或骑乘人员停止踩动而使发电器中止发电，亦足以使其持续发亮。
籍这些装置动作可以发觉到，每当曲柄完成一全周的旋转时，也就是有人将脚踏上踏板部2的顶部14使其保持水平状进行踩踏而转动时，皮带轮4相对于踏板部2也将会完成一全周的旋转，如此一来造成发电器的转子将会以数倍于曲柄转速的速度旋转，通常此速度可达300rpm，当曲柄转速介于30至60rpm时。发电器转子此一300rpm的转速足以产生超过2伏特的输出电压，这个电压值将会是同时可点亮LED9又可充电给电容器8所需要的最小值。
LED阵列9固定在一电路板10上后再容装至位于脚踏器踏板部2之末端部位上的一透光罩13内，该透光罩内部更设计有若干个反射镜面12用来投射光速至前方和后方，该二个方向因没有其它的反射镜面会挡住LED因而可将光束沿着脚踏车的侧边向外投射出去。
另一种在此未加附图说明的结构中，使用一种可以自由转动的外加式反射镜面取代和透光罩同材质且一体成型的反射镜面，该种反射镜面具有重量偏离中心的不平衡特性以致于它们将始终皆保持在同一姿势相位而不管脚踏器处于何种角度的位置。在此种方式中它们将向前方及向后方投射光束而不管脚踏器所处的方向。
朝背后发射的光也许可以是红色而朝前方发射的则可以选用另一不同光色，例如白色，如此一来对方车辆的驾驶人将可很容易地了解脚踏车朝什么方向前进。
为防止骑乘人员落脚在脚踏器踏板上的位置发生错误(亦即如此会使红色光朝前方放射)，特于踏板底面设有一突起物15以警惕骑乘者是否正落脚于此面上，又由于总成结构3、7的重量大于电容器8的重量，以致于脚踏器在无人踩用时会呈一不水平的态势，较佳的方式是将较重的总成结构3、7设置于脚踏器的踏板后段11就会使该脚踏器朝后面倾斜，当骑乘者尚未把脚放上去之前就会感知该脚踏器总是朝后面倾斜而不是朝前面倾斜。根据一般实用的脚踏器均是成对供应，故每一对中二个脚踏器上与曲柄连接的螺纹部分均分别设计成对手向，以便在与曲柄连接时不会混淆颠倒。
很明显地，不论是具有二个脚踏器的脚踏车或别种形式的脚踏器还是装有脚踏器的交通工具均可同理地装上这些电能产生器、电容器、LED等。本发明亦很明显地可籍该发电器3的强效发电能力取代抑或加强电能的产生而被应用在其它设施上，例如声响式警报器。
本发明首次提供一可以实用又有效的方式给脚踏车或其它类似装置，可应用在其上之警示灯、警报器或警告系统等不想依赖干电池也不敢依赖使用者一定会记得启动它的所有相关装置。本发明是属于一种内藏式且防傻式的安全警示系统，应用在脚踏车上时有种非人为的强制性效果且不致增加人们无法接受的成本，也不会升高电池使用量造成环保上的疑虑。另外值得一提的优点是，根据本发明而研发的脚踏器可当成一种取代品或“改良品”，以致于装设在现有的机器上时只需花费很小的代价就能改头换面而与新产品并无二致。

Claims (17)

1.一种脚踏器(20)，用于脚踏车之类的装有脚踏器的交通工具，该脚踏器包括一相对于转轴(1)转动的踏板部(21)；发电装置(3)安装在踏板部(2)内在转轴(1)的一侧并偏离转轴(1)，且用以点亮发光二极管(9)的一个阵列；和一在转轴(1)和发电装置(3)之间的柔性传动装置(4，5，6)，其特征在于踏板部(2)之内的啮合齿轮(7)介于柔性传动装置(4，5，6)和发电装置(3)之间，这样对于脚踏器相对于转轴的每次转动，发电装置的转子都经历足够的回转以持续点亮发光二极管。
2.如权利要求1所述的脚踏器，其特征在于一电容器(8)安装在踏板部(2)之内以便由发电装置(3)充电，且连接于发光二极管(9)，这样当脚踏器(20)停止转动时发光二极管(9)至少仍可暂时地被点亮。
3.如上述任一权利要求所述的脚踏器，其特征在于发光二极管(9)安装在踏板部(2)的一远端处在一电路板(10)上，该电路板在使用时隐藏住柔性传动装置(4，5，6)和齿轮(7)。
4.如权利要求3所述的脚踏器，其特征在于电路板(10)容纳在一透光罩(13)内，该透光罩(13)从踏板部(2)的所述远端延伸并遍及所述远端的长度，由此来透光罩(13)的光线在使用时将在交通工具的前和后方向以及侧向上显示。
5.如权利要求4所述的脚踏器，其特征在于在所述透光罩(13)内设置有反射镜面(12)，用以将选自几个所述发光二极管(9)的光线沿前和后方向投射。
6.如权利要求5所述的脚踏器，其特征在于该反射镜面(12)被设置在该透光罩(13)内以便能够自由转动而且每个反射镜面的重量均偏离中心以便于不论脚踏器(20)处于何种倾斜角度时均能够保持相同的姿态。
7.如权利要求1或2所述的脚踏器，其特征在于发电装置(3)的转子可转动地安装在踏板部(2)内，以便绕大体平行于转轴(1)的轴线的一条轴线转动。
8.如权利要求7所述的脚踏器，其特征在于发电装置(3)包括定子装置，其大体平行于转轴(1)并相对于踏板部(2)是静止的。
9.如权利要求1或2所述的脚踏器，其特征在于啮合齿轮是在齿轮箱(7)内，位于发电装置(3)的一端。
10.如权利要求1或2所述的脚踏器，其特征在于柔性传动装置包括一绕过直径不等的皮带轮(4，5)的无接点皮带(6)，其中一个皮带轮(4)相对于转轴是静止的，另一个(5)驱动啮合齿轮(7)。
11.如权利要求10所述的脚踏器，其特征在于所述皮带轮(4，5)之比约为2∶1。
12.如权利要求1或2所述的脚踏器，其特征在于啮合齿轮(7)有5∶1的输出比。
13.如权利要求4所述的脚踏器，其特征在于踏板部(2)的一侧暴露于轴线的发光二极管(9)不同于在踏板部(2)的相对侧暴露的发光二极管(9)，并且设置有当脚位于脚踏器(20)上时促使选择脚踏器之特定取向的装置。
14.如权利要求13所述的脚踏器，其特征在于所述不同在于颜色，数量和/或分布。
15.如权利要求13所述的脚踏器，其特征在于在转轴(1)的相对侧上踏板部(2)的重量是不同的，这样在脚放于其上之前踏板部取一非水平的姿态。
16.如权利要求13所述的脚踏器，其特征在于脚踏器(20)的下侧有一突起物(15)。
17.如权利要求13所述的脚踏器，其特征在于设置方式是当转轴(1)和踏板部(2)之间的相对转速是30rpm时，发电装置(3)有约2伏的输出。
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