WO2014190610A1 - 弹簧飞轮双储能平衡自行车及人力驱动系统 - Google Patents

Abstract

提供弹簧飞轮双储能平衡自行车及人力驱动系统。驱动系统由储能弹簧（1）、储能飞轮（2）两个储能部件组成，其利用储能弹簧的势能，推动储能飞轮高速旋转，高速旋转的储能飞轮会产生"陀螺效应"使车保持平衡，同时作为驱动系统的储能飞轮提供强大动能，驱动车向前行进。其具有结构简单、实用、省力、安全、快捷、高效的特点。

Description

弹簧飞轮双储能平衡自行车及人力驱动系统 本申请要求 2013 年 05 月 27 日提交中国专利局、 申请号为 201310201389.1、 发明名称为"新型弹簧飞轮双储能平衡自行车"的中国专 利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。 技术领域

本发明涉及新型弹簧飞轮双储能平衡自行车，按国际专利分类表 ( IPC ) 划分， 属于 B62M; 乘骑者驱动的轮式车辆或雪橇； 动力驱动的滑撬或自 行车； 专门适用这些交通工具的传动装置。

背景技术

目前， 现有和曾有的自行车的围绕着， 省力、 安全、 快捷、 高效做过 4艮有成效的努力， 也曾设计过许多优秀的方案， 如： 加装了飞轮作为助力 装置的自行车， 在骑行时， 将部分能量储存起来， 在费力时作为动力补偿， 有效的解决了自行车骑行费力的问题。 但仍然存在不足， 在上陡坡时， 必 须提前加速靠沖力骑上陡坡。 遇到下雨路滑或急转弯， 容易摔倒。 传统自 行车通过脚蹬脚踏做 360度的旋转， 链盘（周长约 560mm )通过链条带动 后轮， 使车子前进， 一只脚的做功行程为 180度 (280mm), —只脚在做功， 另一只脚属于从动状态， 效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型弹簧飞轮双储能平衡自行车， 以解决 现有自行车， 省力、 安全、 快捷、 高效， 的技术问题。

在性状、 结构及其结合上， 本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车 与最接近的现有技术不同的技术特征是： 取消了传统自行车的中轴设计， 采用储能弹簧、 储能飞轮两个储能部件组成的新的自行车驱动系统， 储能 飞轮设置在车架内， 储能飞轮一侧的第二棘轮， 由第二传动链条与车架上 的第一从动链轮连接， 第一从动链轮的两侧各有一组由同轴的第一棘轮、 第三棘轮和相应的第一传动链条和第二从动链轮组成的传动装置， 左右脚 蹬与导轨设置在车架的两侧， 导轨一端设置在前车架上， 另一端设置在车 架的中部， 向前倾斜， 脚蹬上设置有固定带， 第一传动链条的任意一点固 定在滑套连接柱上， 与滑套连接柱的整个行程保持平行， 弹簧滑套与储能 弹簧相接， 套在导向管外， 设置在脚蹬的 U形槽下， 与导轨平行， 弹簧滑 套与脚蹬挂扣相扣， 导轨前端设置有限位触发装置， 储能飞轮的另一侧由 离合器和第四棘轮组成的传动装置， 由两级减速链、 传动链轮、 第五棘轮 与后轮的第三传动链轮连接。 启动前， 先将支架撑起， 左右脚将脚蹬用力 向前推， 脚蹬触发限位触发装置， 弹簧滑套与脚蹬挂扣分离， 储能弹簧推 动固定在滑套连接柱上的第一传动链条， 第一传动链条利用第一棘轮、 第 三棘轮的单向结合功能， 带动第一从动链轮上的第二传动链条对储能飞轮 做功， 脚利用脚蹬上的固定带， 拉回脚蹬， 脚蹬挂扣与弹簧滑套相扣， 左 右脚反复蹬踏， 利用储能弹簧的势能（人脚无法企及的速度）， 不断的对储 能飞轮做功， 推动储能飞轮高速旋转， 根据 "飞轮效应"， 为了使静止的飞 轮转动起来， 一开始你必须使用很大的力气， 一圏一圏的反复的推， 每一 圏都很费力， 但每一圏的努力都不会白费， 飞轮越转越快， 达到某临界点 后， 飞轮的重力和沖力会变成推力的一部分，这时你无须花费很大的力气， 飞轮也会飞快的旋转， 而且不停的转动。 快速旋转的飞轮也会产生 "陀螺 效应"，陀螺有两个特点：等轴性和进动性： 当高速旋转的陀螺遇到外力时， 它的轴向不会随外力的方向而改变， 而是围绕一个定点进动。 这时， 收起 支架， 车保持平衡状态， 不会摔倒， 合上离合器， 高速旋转的储能飞轮通 过第四棘轮， 一级减速链、 二级减速链、 传动链轮、 第五棘轮带动后轮的 第三传动链轮， 驱动车子向前行进。 这样就实现了本发明的新型弹簧飞轮 双储能平衡自行车的解决： 省力、 安全、 快捷、 高效， 的技术问题的目的。

发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的有益效果是：

第一. 由于本发明弹簧飞轮双储能平衡自行车的设计方案中取消了传 统自行车的中轴设计， 采用储能弹簧、 储能飞轮两个储能部件组成的新的 自行车驱动系统， 利用储能弹簧的势能（人脚无法企及的速度）， 推动储能 飞轮高速旋转， 高速旋转的储能飞轮储存巨大的动能， 由离合器控制带动 减速链、 轮给后轮提供强大的动力。

在上陡坡时， 高速旋转的储能飞轮， 加上储能弹簧不断补充的势能， 自行车就可以轻松的骑上陡坡， 在上陡坡时， 双脚始终以均衡的力量对储 能弹簧做功， 不会出现传统自行车在陡坡时需要使出全身的力气， 所以比 现有的自行车更省力， 快捷。 同时离合器也是变速器， 在达到需要的速度 时， 分开离合器， 这时， 双脚仍然可以做功， 驱动储能飞轮高速旋转以储 存能量， 本发明适用于长途骑行， 旅游， 娱乐或越野。

第二. 由于本发明弹簧飞轮双储能平衡自行车的设计方案中设计了储 能飞轮， 储能飞轮在高速旋转时会产生 "陀螺效应"， 所以自行车能在任何 路况保持平衡， 当自行车侧面受到汽车沖撞时， 自行车会平行弹开， 避免 了被卷入车底的危险， 起到安全保护的作用。

第三. 由于本发明弹簧飞轮双储能平衡自行车的设计方案中取消了传 统自行车的中轴设计， 设计了导轨， 脚蹬沿着导轨做直线运动， 一只脚整 个行程（长约 500mm )都在做功，比普通自行车一只脚做功行程（约 280mm ) 更长， 效率提高将近一半。 如果两只脚同时做功， 那么效率会更高。

第四.由于本发明弹簧飞轮双储能平衡自行车的设计方案中取消了传 统自行车的中轴设计， 设计了导轨， 是现有传统自行车的重大改进， 它具 有： 结构筒单、 实用、 省力、 安全、 快捷、 高效的特点， 也可以作为三轮 车、 四轮车的驱动系统。 也可以设计为双人自行车或多人自行车， 中国是 自行车大国， 但不是自行车强国， 世界高端自行车市场， 没有中国的自行 车， 因为我们缺少自己的核心技术， 希望以技术为核心， 让中国的自行车 能在世界高端自行车市场占有一席之地。

新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的驱动系统将是最先进的自行车驱动 系统， 是自行车行业的又一次重大革新。

附图说明

附图给出本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的结构示意图； 图 1 : 是本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的侧视结构示意图； 图 2: 是本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的驱动系统结构示 意图；

图 3: 是本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的传动系统结构示 意图； 图 4: 是本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的脚蹬结构示意图； 图 5: 是本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的脚蹬与触发机构 相配合的结构示意图。

示意图中零部件的标号说明：

1.储能弹簧、 2.储能飞轮、 3.第一传动链条、 4.弹簧滑套、 5.导向管、

6.第一棘轮、 7.第二棘轮、 8.脚蹬、 9.第一从动链轮、 10.导轨、 11.限位触发 装置、 12.固定带、 13 滑套连接柱、 14.脚蹬挂扣、 15.第二传动链条、 16. 一级减速链、 17.二级减速链、 18.第三传动链轮、 19.后轮、 20.前轮、 21. 第二从动链轮、 22.第三棘轮、 23.离合器、 24.第四棘轮、 25.传动链轮、 26. 第五棘轮、 27.车架、 28.高强度防护外壳、 29.减震器、 30.靠背、 31.鞍座、

32.支架。

具体实施方式

图 1、 图 3中， 取消了传统自行车的中轴设计， 采用储能弹簧 1、 储能 飞轮 2两个储能部件组成的新的自行车驱动系统， 储能飞轮 2设置在车架 27内， 储能飞轮 2—侧的第二棘轮 7, 由第二传动链条 15与车架 27上的 第一从动链轮 9连接， 第一从动链轮 9的两边各有一组由同轴的第一棘轮 6、第三棘轮 22及相应的第一传动链条 3和第二从动链轮 21组成的传动装 置，左右脚蹬 8与导轨 10设置在车架 27的两侧，导轨 10—端设置在前车 架 27上， 另一端设置在车架 27的中部， 向前倾斜， 脚蹬 8上设置有固定 带 12, 第一传动链条 3的任意一点固定在滑套连接柱 13上， 与滑套连接 柱 13的整个行程保持平行， 弹簧滑套 4与储能弹簧 1相接， 套在导向管 5 夕卜， 设置在脚蹬 8的 U形槽下， 与导轨 10平行， 弹簧滑套 4与脚蹬挂扣 14相扣， 导轨 10前端设置有限位触发装置 11 , 储能飞轮 2的另一侧由离 合器 23和第四棘轮 24组成的传动装置，由一级减速链 16、二级减速链 17、 传动链轮 25、 第五棘轮 26与后轮 19的第三传动链轮 18连接。 储能弹簧 的直径约 25mm,长度约 500mm储能弹簧的劲度系数以人长时间蹬踏不累 为优选， 也可以根据个人的体质来选择， 导向管的外径比储能弹簧的内径 略小， 导向管与弹簧滑套的接触面， 较为精密， 确保储能弹簧做功的质量， 储能飞轮是由机械厂定制的， 直径为 350mm、 厚 20mm, 使储能飞轮能储 存更多的动能， 更有利于平衡， 储能飞轮用的轴承为高速轴承。

在图 4中，传动链条 3的任意一点固定在滑套连接柱 13上， 与滑套连 接柱 13的整个行程保持平行， 弹簧滑套 4与储能弹簧 1相接，套在导向管 5夕卜， 设置在脚蹬 8的 U形槽下， 与导轨 10平行， 弹簧滑套 4与脚蹬挂扣 14相扣， 导轨 10前端设置有限位触发装置 11。 （注： 常态下， 弹簧滑套与 脚蹬挂扣是相扣的， 图中为了更直观其结构， 所以是分开的）如图所示， 当将脚蹬 8推至限位触发装置 11时， 利用杠杆原理（见图 5 ), 弹簧滑套 4 与脚蹬挂扣 14分离， 推动连接在滑套连接柱 13上的第一传动链条 3。

下面通过使用方法， 更进一步阐述本发明的新型弹簧飞轮双储能平衡 自行车的动态关系： 首先撑起支架 32, 分开离合器 23 , 左右脚将脚蹬 8 用力向前推， 脚蹬 8触发限位触发装置 11 , 弹簧滑套 4与脚蹬挂扣 14分 离， 储能弹簧 1推动固定在滑套连接柱 13上的第一传动链条 3 , 第一传动 链条 3利用第一棘轮 6、 第三棘轮 22的单向结合功能， 带动第一从动链轮 9上的第二传动链条 15对储能飞轮 2做功， 脚利用脚蹬 8上的固定带 12, 拉回脚蹬 8, 脚蹬挂扣 14与弹簧滑套 4相扣， 左右脚反复蹬踏 8, 利用储 能弹簧 1的势能（人脚无法企及的速度）， 不断的对储能飞轮 2做功， 推动 储能飞轮 2高速旋转， 根据 "飞轮效应"， 为了使静止的飞轮转动起来， 一 开始 你必须使用很大的力气， 一圏一圏反复地推， 每一圏都很费力， 但每 一圏的努力都不会白费， 飞轮越转越快， 达到某临界点后， 飞轮的重力和 沖力会变成推力的一部分， 这时你无须花费 4艮大的力气， 飞轮也会飞快的 旋转， 而且不停的转动。 同时， 快速旋转的飞轮也会产生 "陀螺效应"， 陀 螺有两个特点： 等轴性和进动性： 当高速旋转的陀螺遇到外力时， 它的轴 向不会随外力的方向而改变， 而是围绕一个定点进动。 这时， 收起支架 ， 车保持平衡状态， 不会摔倒， 合上离合器 23 , 高速旋转的储能飞轮 2通过 第四棘轮 24、 一级减速链 16、 二级减速链 17、 传动链轮 25、 第五棘轮 26 带动第三传动链轮 18和后轮 19, 驱动车向前行进。 这样就实现了本发明 的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车的解决： 省力、 安全、 快捷、 高效的技 术问题目的。

实现本发明的最佳方案是， 利用自行车厂的基本设备， 按社会各阶层 的需求， 设计为高、 中、 低三个档次， 高档主要以碳纤维和钛合金为材料, 减轻车身重量， 提高安全性能， 以出口为主， 中低档为高强度钢结构， 成 本低， 适合广大群众， 采取大批量生产， 以供应需求， 让更多的人绿色出 行， 减少废气排放， 让我们呼吸的空气更清新， 让我们的视野更广阔， 让 我们的地球更美丽， 让我们的身体更健康， 更重要的是为了我们的后代留 下过冬取暖的煤油， 这是我们的责任， 这样就能更好的实现本发明的新型 弹簧飞轮双储能平衡自行车的实用价值和经济价值。

Claims

权 利 要 求

1、 新型弹簧飞轮双储能平衡自行车， 包括， 车架， 前轮， 后轮， 其特 征是： 取消了传统自行车的中轴设计， 采用储能弹簧（1)、 储能飞轮（2) 两个储能部件组成的新的自行车驱动系统，储能飞轮（ 2 )设置在车架（ 27 ) 内，储能飞轮（2)—侧的第二棘轮（7), 由第二传动链条（15)与车架（27) 上的第一从动链轮（9)连接， 第一从动链轮（9) 的两边各有一组由同轴 的第一棘轮 ( 6 )、 第三棘轮 ( 22 )和相应的第一传动链条（ 3 )和第二从动 链轮（ 21 )组成的传动装置， 左右脚蹬（ 8 )与导轨（ 10 )设置在车架（ 27 ) 的两侧， 导轨（10)—端设置在前车架（27)上， 另一端设置在车架（27) 的中部， 向前倾斜， 脚蹬（8)上设置有固定带 （12), 第一传动链条（3) 的任意一点固定在滑套连接柱（13)上， 与滑套连接柱 (13) 的整个行程 保持平行， 弹簧滑套（ 4 )与储能弹簧（ 1 )相接， 套在导向管（ 5 )外， 设 置在脚蹬（8) 的 U形槽下， 与导轨（10)平行， 弹簧滑套（4)与脚蹬挂 扣 （ 14 )相扣， 导轨（ 10 )前端设置有限位触发装置（ 11 )。

2、根据权利要求 1所述的新型弹簧飞轮双储能平衡自行车，其特征是： 储能飞轮（ 2 )的另一侧由离合器（ 23 )和第四棘轮（ 24 )组成的传动装置， 由一级减速链（16)、 二级减速链（17)、 传动链轮（25)、 第五棘轮 (26) 与后轮（19) 的第三传动链轮 ( 18)连接。

3、 一种人力驱动系统， 其特征在于， 包括：

支架；

储能弹簧（ 1 );

储能飞轮（2), 设置于所述支架内， 其一侧的第二棘轮（7)由第二传 动链条（15)与支架上的第一从动链轮（9)连接；

所述第一从动链轮（9) 的左右两边各有一组由同轴的第一棘轮（6)、 第三棘轮 ( 22 )和相应的第一传动链条（ 3 )、 第二从动链轮 ( 21 )组成的 传动装置；

导轨（10),设置在支架两侧，其上分别设有与之滑动配合的脚蹬（8); 导向管 （5), 设置在脚蹬（8) 的 U形槽下， 与导轨（10)平行， 其 外部套装相接的弹簧滑套（4)和储能弹簧（1), 所述弹簧滑套（4) 与脚 蹬（ 8 )上的脚蹬挂扣（ 14 )相扣，导轨（ 10 )前端设置有限位触发装置（ 11 ); 所述弹簧滑套（ 4 )设有滑套连接柱 ( 13 ), 所述第一传动链条（ 3 )的 任意一点固定在相应一侧的滑套连接柱（13)上， 与滑套连接柱（13) 的 整个行程保持平行。

4、根据权利要求 3所述的人力驱动系统，其特征在于，所述导轨（10) 一端设置在支架中部， 另一端向前倾斜。

5、 根据权利要求 3所述的人力驱动系统， 其特征在于， 所述脚蹬（8) 上设置有固定带 （12)。

6、 一种自行车， 包括车架（27)、 前轮（20)和后轮（ 19), 其特征在 于， 还包括：

储能弹簧（ 1 );

储能飞轮（2), 设置于所述车架（27) 内， 其一侧的第二棘轮（7) 由 第二传动链条（ 15 )与车架（ 27 )上的第一从动链轮（ 9 )连接， 另一侧与 所述后轮（ 19 )传动连接；

所述第一从动链轮（9) 的左右两边各有一组由同轴的第一棘轮（6)、 第三棘轮 ( 22 )和相应的第一传动链条（ 3 )、 第二从动链轮 ( 21 )组成的 传动装置；

导轨（10), 设置在车架（27)两侧， 其上分别设有与之滑动配合的脚 蹬（ 8 );

导向管 （5), 设置在脚蹬（8) 的 U形槽下， 与导轨（10)平行， 其 外部套装相接的弹簧滑套（ 4 )和储能弹簧（ 1 ), 所述弹簧滑套（ 4 ) 与脚 蹬（ 8 )上的脚蹬挂扣（ 14 )相扣，导轨（ 10 )前端设置有限位触发装置（ 11 ); 所述弹簧滑套（ 4 )设有滑套连接柱 ( 13 ), 所述第一传动链条（ 3 )的 任意一点固定在相应一侧的滑套连接柱（13)上， 与滑套连接柱（13) 的 整个行程保持平行。

7、 根据权利要求 6所述的自行车， 其特征在于， 所述储能飞轮（2) 的另一侧设有由离合器（23)和第四棘轮（24)组成的传动装置， 所述第 四棘（ 24 ) 由一级减速链 ( 16 )、 二级减速链（ 17 )、 传动链轮（ 25 )、 第五 棘轮 (26) 与后轮（19) 的第三传动链轮 (18)连接。

8、 根据权利要求 7所述的自行车， 其特征在于， 所述导轨（10)—端 设置在车架（27) 中部， 另一端向前倾斜。

9、 根据权利要求 7所述的自行车， 其特征在于， 所述脚蹬（8)上设 置有固定带 （12)。