CN1125819A - 人力驱动装置与动能回收利用技术 - Google Patents

Abstract

公开了一种人力驱动装置和动能回收技术，该装置将脚踏，背靠和手拉的力及人体的重力变为轴的回转力，以用于驱动，同时采用发电机蓄电池或者油泵或气泵回收制动能和动能，提出在每个车轮上都安装无刷电机，由发电机或蓄电池供电，每个电机都可独立停车和制动，以改善转弯和倒车性能，提出采用撑力油缸或气缸起动列车或车辆，以减小发动机容量。

本发明在解决城市环境污染方面，有特别重要的作用。

Description

人力驱动装置与动能回收利用技术

本发明涉及驱动装置，特别涉及人力驱动装置及动力回收利用技术。

现有的人力区动装置多采用脚踏或手力驱动，没有最大限度利用人的体能与体重，因而驱动力是很有限的。

本发明的目的是，提供一种人力驱动装置，此装置不仅利用了腿的蹬力，还利用了蹬腿时在人体背部产生的反作用力及人体的重力，还可同时利用手的扳力，这就使得驱动力比常见驱动装置提高了好多倍。

本发明的另一个目的是，利用发电机和蓄电池和/或油泵(或气泵)回收人力驱动或机动车辆或运动器材的多余能量供再次使用。特别是利用制动时回收的油压或气压用于撑力缸的驱动，例如火车、电车或其他人力或机动车起动时利用撑力缸的活塞撑向地面而使车辆在起动时大大减小发动机起动功率，从而可大大减小装机容量。

本发明的再一个目的是，利用安装在人力驱动装置座椅靠背上的按摩和磁力医疗器具达到运动健身治病的目的。

背靠和手扳驱动机构如图1所示。图上只表示一套机构的示意图，也可在座位两侧各安装一套同样的驱动机构。

靠背101向后靠时通过撑杆102使杠杆103向后摆动，连接于杠杆103下端的连杆104向前推动。连杆104的直线运动可通过曲轴或如图2所示的驱动臂，变成轴的回转运动，如果要使驱动臂下端向后转动，则连杆104必须通过另一根杠杆改变动作方向。当人体上身前倾时，活转座板109前梁下压与之活转连接的连杆110，并使另一驱动臂108向下转动。当手扳动手柄105时，其下端通过连杆107也能使驱动臂转动。因为向后靠时的驱动力最大，而向前倾时的驱动力最小，为了使驱动力平衡，可以在驱动力最大时使弹簧压缩或拉伸，而在驱动力最小时使弹簧贮存的弹力释放出来。

撑杆102的前端可卡在靠背101上的不同位置，以调整后靠力，不想后靠时，还可将撑杆向后转动到虚线位置，另外支点111，112和113可作上下调整以适应座位的上下调整。驱动臂可以安装在脚踏轴上，也可以安装在单独的中间轴上。图2上1为脚踏扳，3为棘轮，此棘轮使驱动臂仅在向前摆动时能驱动脚踏轴。4为驱动链轮，可以带动从动轴上的链轮31(见图3)。该链轮内装棘轮，使之仅当正转时才驱动从动轴。离合器21可接合电动机11。变速箱41为空档时，其输出轴仍带动变速箱61的输入轴，带动车轴或其它被拖动设备的传动轴。输出链轮或齿轮51不工作。变速箱61为空档时，发电机8不工作。踏动制动板7时变速箱61可换到增速比较高的高速档(可以有一个以上档)。变速箱41和61也可以合并成一个变速系统。

如果驱动人力较多，或者为了安装方便，两个变速箱可以对车轴垂直安装，如图4所示。这时，从动链轮601经伞齿轮602和603驱动变速箱604，后者输出轴上的连轴器608可用于驱动车轴或其他被拖动设备。

如果可能或经济上合算，电动机和发电机可采用电动机发电机两用电机或油泵(气泵)和油马达(气动马达)两用机代替。

最简便的方法是，将永磁无刷电机直接安装在车轮轮毂上。此种电机采用电子变频技术进行调速，并由电脑控制。当负载电流增大到设定值时，能自动减速。速度传感器不断向速度计数比较器输入信号，比较器每到一定时间与设定值或操作指令值进行一次比较，并实行自动调速。

最好在前轮和后轮上都安装无刷电机，并使左右侧电机都可独立停车和制动，这就使车辆的转向性能更好。前轮和后轮电机可同时驱动，也可同时或部分变成发电机，而人力驱动装置则通过一个变速机构驱动一个专用发电机。

电机或发电机产生的电力通过带有一系列电容器的电子稳压电路向蓄电池充电，装在轮毂上的电机也同时通过开关电路，由稳压电路连接蓄电池的输出端供电。电容用于吸收波涌电压或高峰电压，并使蓄电池获得连续稳定的充电。电容器最好分成几组，每组由额定电压不同的电压开关自动进行充电或放电。

采用这种驱动方式的优点是，机械传动系统比较简单，车辆转向和倒车比较灵活。变速箱61或605上还可安装油泵或气泵，必要时可代替发电机。当然还必须配备贮气缸或蓄压器。踏下制动踏板时，先使发电机增速，和/或接合气泵或油泵，再向下踏时才打开制动阀门。如果采用后一种驱动方式，制动时先使正在驱动的电机变成发电机，使专用发电机增速，起动气泵或油泵或使之增速，最后才使制动阀门打开。

采用气泵或油泵回收的动能，可用于制动闸，也可用于车辆起动或爬坡。为此，本发明提出在车轴上吊挂一个或一个以上气动或液压撑力缸。当车辆起动或爬坡时，可利用气压或油压推动活塞撑向地而而推动车辆前进，在车辆下陷或更换轮胎时可将汽车撑起。为了使撑力缸在开始动作时按照运行方向有一定的对地倾角，可另外安装一个控制撑力缸旋转角度的油缸或气缸(简称控制缸)。最好是将撑力缸吊挂在轴上，利用控制缸的活塞推动位于撑力缸底部，即轴上方的伸臂改变其倾角。

这一回收利用动能的技术也可广泛用于大型车辆，如汽车、火车、电车、地铁列车的起动。其效果是大大减少发动机容量并节约能源。

用气泵或油泵代替发电机时，气压或油压还可用于重物提升等。

如果只有一二人驱动，前述变速机构可用变速链轮代替。这时可以安装电动机，但最好不装单独发电机，但可安装电动机发电机两用电机。采用本发明的双轮自行车前后乘坐二人时，可以使用同一套背靠驱动机构，这时，可用一根U形管或皮带活动地固定在杠杆103上部实现，也可以在后轮支架两边各装一个脚踏驱动机构，可用链轮和链条直接与车轴上的链轮连接，再加上同样的背靠驱动机构，就可使后座上的乘客也能参与驱动，并使驱动力更均衡。

如果在靠背上不同位置装上带弹簧的磁块，背向后靠时，就会受到磁块的按摩，有助健康。

实施例1：为了制造无环境污染的多排座小巴士，采用本发明的人力驱动装置时，可在儿排座位的中间配置单独的总驱动轴，每个座位有一套独立的驱动机构，但前后座的链轮都使用一条公共链条，脚踏链轮内设棘轮，仅当内棘轮正转时，才对外链轮产生驱动作用，每个座位都有一个计费器，所计算出来的费用与内棘轮转动的圈数是成反比的，亦即按出力多少付费，不出力加倍收费。而在司机或乘务员前面有一个显示各个座位的应付费用的总台。当然各座位也可只是显示圈数，而由总台计算费用。当座位较多时这种巴士应当配油压泵(或气泵)和撑力缸。

实施例2：采用实施例1的基本结构，但只有与发电机或气泵(或油泵)连接的变速箱。整个车箱用钢轮吊挂在架空单轨上，电动机和制动器与钢轮装在一起。钢轨下方安装输电线路。每台吊挂车只由调速系统控制运行速度，且只允许单向行驶。

实施例3：本发明的人力驱动装置也适合用于圆盘式割草机或收割机。为了简化结构，可采用链轮变速机构。如图5所示，变速离合器C向右移动时，双链轮302的小链轮带动车轴上的链轮305旋转，使机器慢速前进。双链轮302的大链轮带动收割机的割刀圆盘机的割刀圆盘旋转，当离合器C向左移动时，链轮303就带动车轴上的链轮304使机器快速行走。割刀圆盘机构是用两根撑杆活动地固定在车架销轴上，可用一个手动(也可用挂在从动轴上的链轮)驱动机构驱动割刀机构提升或下降。

实施例4：印刷厂常用的手动托盘拖车是将拖车插入托盘座脚之间，而后将拖动手把向下压而使油泵排出压油将托盘托起的。这种拖车可以用本发明的人力驱动装置驱动。在这种场合下，可用油泵代替发电机，如果采用活塞泵，就根本不用变速箱，而由连杆104(图1)通过一个杠杆401(图6)推压油缸活塞402，而由弹簧405实现活塞后退。油缸可绕销轴403转动。另外有一个单独的脚踏板404帮助杠杆401。另外最好在车底架下而安装一二个撑力油缸。以便易于起动行走。为了使结构简单，脚踏驱动轴直接作为前轮车轴。这样，拖车上就有两个司机座位。

实施例5：在火车或地铁列车每根车轴附近安装一个由车轴驱动的油泵，当列车需要减速和/或制动时，就起动油泵运转。而在车轴上活转安装两个或两个以上撑力缸。另外每个撑力缸上要安装一个控制撑力缸前倾或后倾的控制缸。当列车向一个方向行驶时，油缸向一个方向倾斜，而向另一个方向行驶时，油缸向相反方向倾斜。

Claims (15)

1、一种人力驱动装置与动能回收利用技术，其特征是不仅利用脚踏的蹬力，而且利用蹬腿时在人体背部产生的反作用力及人体重力，手的扳力。可以同时利用这些力，也可以利用其中一种或者几种力进行驱动。同时采用发电机、蓄电池和/或油泵(或气泵)回收这些力产生的机械能或由这些力或其他能量驱动的设备产生的动能和制动能，并加以利用。

2、按照第1项要求的装置，其特征是靠背101(图1)向后靠时通过撑杆102使杠杆103向后摆动，连接于杠杆103下端的连杆104向前推动，后者的直线运动可通过曲轴或如图2所示的驱动臂变成驱动轴的回转运动。

3、按照第1和2项要求的装置，其特征是当人体上身前倾时，座扳109前梁下压连杆110，当手扳动手柄105时，手柄105的下端推动连杆107，都可以按照第2项要求的方法变成轴的驱动力。

4、按照第1～3项要求的装置，其特征是撑杆102的前端可卡在101上的不同位置以调整后靠力，也可向后翻而停止后靠动作。

5、按照第1～4项要求的装置，驱动臂(例如2和108)都内装仅当正转时才起驱动作用的棘轮，且驱动臂可安装在脚踏驱动轴上，也可安装在另一根中间驱动轴上。

6、按照第1、2、3和5项要求的装置和技术，其特征是根据驱动人数的多少，驱动轴可采用链轮变速机构带动从动轴(例如车轴)，也可以通过带电机的变速箱驱动从动轴。此变速箱的输出轴还可连接一个带高增速比的变速机构以驱动发电机和/或油泵(或气泵)而回收动能。

7、按照第1和6项要求的装置和技术，其特征是用油泵(或气泵)回收的动能可用于制动闸，重物提升，特别是利用可撑向地面的活塞撑力缸帮助汽车或列车起动和爬坡，也可用于强制停车，或在汽车轮胎下陷或更换轮胎时将汽车抬起。

8、按照第1和6项要求的装置和技术，其特征是电动机和发电机可用电动机发电机两用电机或油泵(气泵)和油马达(气动马达)两用机代替。

9、按照第1项要求的装置和技术，其特征是靠背上可安装带弹簧的磁力器件在后靠时对背部腰部进行按摩。

10、按照第7项要求的技术，其特征是有一个由油压或气动缸的活塞推动且位于撑力缸底部吊挂轴上方的伸臂，可以使撑力缸转动，从而在撑向地面时有一个与行进方向配合的对地倾角。

11、按照第6项要求的装置，其特征是用于两轮自行车时，后座乘客可利用与前座驱动杠杆103(图1)活转连接的U形杆或皮带进行驱动，或者也可在后轮支架两侧各安装一个脚踏和背靠驱动机构。

12、按照第1～6项要求的装置和技术、其特征是也可以将无刷电机直接安装在车轮轮毂上，而人力驱动装置通过变速系统驱动一台专用发电机。

13、按照第1～6项要求的装置和技术、其特征是最好将前后轮都装上无刷电机，每个电机要都可独立控制停车和制动；前轮和后轮可同时驱动或者只有前轮或后轮驱动，前后轮电机都可变成发电机，或者只有后轮电机或前轮电机变成发电机。

14、按照第1～6项和12～13项要求的装置和技术，其特征是电机或发电机发电时产生的电力通过带有一系列电容的电子稳压电路向蓄电池充电，而驱动电机时，也是通过开关电路由同一稳压电路连接蓄电池的输出端供电。

15、按照第1～6和12～14项要求的技术，其特征是电容器最好分成几组，每组由额定电压不同的电压开关自动控制充电或放电。