專利名稱：裝有合成驅(qū)動裝置的自行車的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種人力和電力共同驅(qū)動的，也可以由人力或電力單獨驅(qū)動的自行車，這種自行車能將人的輸出功率和電機的輸出功率線性合成后傳給車輪，共同驅(qū)動車輪前進。
自行車是一種人力驅(qū)動的短途代步工具；電動自行車是一種電力驅(qū)動的自行車新產(chǎn)品?，F(xiàn)有的自行車長時間騎行或快速騎行時，會使騎行者產(chǎn)生疲勞感；自行車的最高車速受到騎行者最大輸出功率的限制；現(xiàn)有的電動自行車整車重，耗電大，成本高，不適合人力單獨驅(qū)動，使用不便。如上海的DX－130電動自行車重55公斤，每百公里耗電約2度；杭州的TN861電動自行車重45公斤，每百公里耗電約1.6度。造成上述情況的原因之一是現(xiàn)有的電動自行車技術參數(shù)的設計和采用的傳動形式尚不十分合理，只能由一個動力源單獨驅(qū)動，或只能實現(xiàn)電機和腳踏的瞬時同時驅(qū)動。
現(xiàn)有專利技術中的自行車電動助推器(公告號CN85205116U)提供了一種可以安裝在后輪中心的電力驅(qū)動裝置，它的傳動裝置采用的N型行星傳動機構中心輪固定不動，只有一個自由度，只能將電機功率傳給棘輪軸檔，而腳踏的功率則通過飛輪傳給棘輪軸檔。通過分析，可以看出，只有當電機傳給棘輪軸檔的轉(zhuǎn)速和腳踏傳給棘輪軸檔的轉(zhuǎn)速相等時，才能夠?qū)崿F(xiàn)電機和腳踏同時驅(qū)動。但是，由于腳踏的速度和力難以準確控制，而且電機轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩而變化，所以，實際上它只能實現(xiàn)瞬時的同時驅(qū)動，而經(jīng)常處于電機和腳踏交替單獨驅(qū)動的狀況。這就造成了驅(qū)動中的沖擊和腳踏踩空現(xiàn)象。此外，同時驅(qū)動時電機處于非最佳效率工作狀態(tài)，只能實現(xiàn)力的合成而不能實現(xiàn)速度的合成，從而使它的最高驅(qū)動速度取決于電機單獨驅(qū)動的速度或腳踏單獨驅(qū)動的速度。現(xiàn)有專利技術中的雙動力源自行車(公開號CN87102191A)所采用的ZUWGW型行星傳動機構具有兩個自由度，在理論上能將兩個動力源輸出的速度合成，實現(xiàn)兩個動力源同時驅(qū)動。但是，由于它所采用的傳動裝置適用的傳動比范圍只有1～16，因此需要有低速、大扭矩電機做它的動力源，而國內(nèi)適合電動自行車的低速、大扭矩電機尚未達到生產(chǎn)實用階段。此外，它采用中軸齒輪箱傳動，體積大、部件多，成本高而且要配備特制車架，整車效率不高；在電機驅(qū)動時要靠腳踏住十字軸阻止其反轉(zhuǎn)，使騎行者腳上始終受到一個與自行車阻力成正比的靜力作用，易引起疲勞，使用時不安全。
本實用新型的目的是提供一種重量輕、成本低、速度高、使用方便、安全可靠、省力和節(jié)電的新型自行車，以滿足人們不斷發(fā)展的需求。
本實用新型的解決方案是(參照圖1和圖2)設計一個可以安裝在標準自行車后輪中心的合成驅(qū)動裝置4，它集電機、傳動裝置和離合器為一體，電機采用國內(nèi)高轉(zhuǎn)速直流永磁盤式電機的元器件改制，功率選擇為80瓦左右，直流電源的電壓為24伏；傳動裝置采用具有兩個自由度的N型行星傳動裝置，這種N型行星傳動裝置可以采用齒輪傳動，擺線針輪傳動或摩擦輪傳動，當采用漸開線齒輪傳動時，齒形可使用通用齒輪機床和刀具加工；兩個離合器能自動保證傳動裝置有確定的運動輸出和無運動干涉。在人單獨驅(qū)動時，偏心套5固定不動，腳踏功率由輸入軸8輸入，經(jīng)行星輪7通過中心輪6直接傳給車輪；在電機單獨驅(qū)動時，輸入軸8固定不動，電機功率由偏心套5輸入，經(jīng)行星輪7通過中心輪6直接傳給車輪；在人和電機同時驅(qū)動時，腳踏的功率由輸入軸8輸入，電機功率由偏心套5輸入，兩個功率經(jīng)行星輪7線性合成后，通過中心輪6直接傳給車輪，此時車輪的轉(zhuǎn)速是人單獨驅(qū)動使其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速和電機單獨驅(qū)動使其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速之和。這種合成驅(qū)動裝置4體積小，軸向尺寸約98毫米，徑向尺寸約170毫米，重量輕，僅4.5公斤左右，效率高，運行可靠維修方便。
本實用新型的車體1采用標準自行車零部件制成，成本低，重量輕當采用鋁合金制成的專用自行車零部件或制成20英寸及20英寸以下的車體1時，整車效果則更好。在車體1的適當部位安裝有供電裝置2和控制裝置3，合成驅(qū)動裝置4，與后輪中心同軸安裝，供電裝置2能與車架快速方便地安裝或拆卸，以便于使用。供電裝置2的電源選用兩組電壓相等的小容量，高比能量的電池，體積小重量輕。例如，用20英寸普通車零部件制成的車體1重約16公斤，用四個摩托車用蓄電池3M－4S做電源的供電裝置2重約4公斤?？刂蒲b置3重約0.5公斤，合成驅(qū)動裝置4重約4.5公斤，由它們組成的自行車整車重約25公斤，設定電機單獨驅(qū)動的時速為5～12公里／小時之內(nèi)。則每百公里耗電約0.5度，而最高車速為人單獨驅(qū)動所能達到的最高車速再加上5～12公里／小時。由此可見，這種自行車騎行方便自如，同時驅(qū)動即可提高車速又可省電，適用范圍廣，使用安全、經(jīng)濟、可靠，合成驅(qū)動裝置4還可以用于其它三輪或四輪車上，構成具有兩個動力源合成驅(qū)動功能的車輛。
本實用新型的具體內(nèi)容如下參照圖3，主開關K1聯(lián)接在兩組電壓相等的蓄電池之間，主開關K1上位接通時，兩組蓄電池串聯(lián)，主開關K1下位接通時，兩組蓄電池并聯(lián)，它們與開關K3、可控硅開關K4、電機10、開關K2串聯(lián)構成主回路，可控硅開關K4的門極和陰極分別接在自行車摩電機的正負極上，主開關K1接通后，使摩電機工作，當車輪轉(zhuǎn)速達到一定值時，摩電機產(chǎn)生的直流電壓V使可控硅開關K4觸發(fā)導通，主回路中的電流由電池正極經(jīng)開關K3、可控硅開關K4、電機10、開關K2回到電池負極，電機10得電壓開始工作。主回路中串聯(lián)可控硅開關K4起電機起動保護作用。主開關K1的接通與定向離合器的接合聯(lián)動，開關K2和開關K3是可自動復位的常閉開關，分別與自行車的兩個剎車手柄聯(lián)動，剎車時開關K2或(和)開關K3斷開，切斷主回路，電機10失去電壓停止工作，主開關K1斷開時，也可切斷主回路使電機10失去電壓停止工作。
參照圖4。電機10通過鍵16與芯軸15聯(lián)接，并通過螺母14定位套11、軸承17、芯軸15的軸肩、軸套20、軸承27、套40、軸承32、套38、滑座29、套35、擋片34和螺母33固定在車體1上，電機左端蓋開有鍵槽和接線孔，左端蓋凸出部分設置鋼球滾道，電機10右端的輸出軸就是傳動裝置的偏心套5。偏心套5通過軸承17支承在芯軸15上，偏心套5的中心線與芯軸15的中心線偏移距離為e。偏心套5上有兩個互為180°的孔，孔內(nèi)裝有離心鍵18和彈簧19，芯軸15與離心鍵18接觸部分加工有棘輪齒。偏心套5上的軸承21支承著行星輪7，軸承21的內(nèi)圈由偏心套5的軸肩與離心套5用左旋螺紋聯(lián)接的平衡塊26軸向固定，軸承21的外圈由行星輪7上的止口和用螺釘24固定在行星輪7上的軸承蓋25軸向固定。中心輪6與軸環(huán)44緊配合并固定成一體，軸環(huán)44與左端蓋46和右端蓋42緊配合定位，并用螺釘23固定成一體構成車輪的輪轂，分別通過軸瓦12、軸瓦41、鋼球13支承在電機10的鋼球滾道和輸入軸8的鋼球滾道上，軸環(huán)44與左端蓋46和右端蓋42之間分別有墊片45和墊片43，起密封和調(diào)節(jié)滾動支承間隙的作用。輸入軸8由軸承27和軸承32支承于芯軸15上，輸入軸8的大端設置鋼球滾道，大端端面通過緊配合安裝有八個均布的銷軸9，銷軸9上安裝有以轉(zhuǎn)動配合聯(lián)接的銷套22，銷套22插入行星輪7上與其配合的孔中。輸入軸8的小端有可安裝自行車飛輪的外螺紋和軸肩，小端端面加工有棘輪齒?；?9與車體1固定成一體，在軸向互為180°有二孔，孔與鎖止鍵39滑動配合聯(lián)接，鎖止鍵39可由一個中心軸固定在滑座29上的撥叉37操縱，彈簧36將鎖止鍵39壓向輸入軸8小端端面上的棘輪齒。撥叉37與滑座29之間插入一個楔鍵31，楔鍵31與滑座29滑動配合，彈簧30使楔鍵31插入一定距離，在楔鍵31上固定有拉索28，拉索28與主開關K1聯(lián)動。
中心輪6也可以在電機10和行星輪7之間用一個軸承支承在偏10套5上，中心輪6與軸環(huán)44脫開后采用鍵聯(lián)接傳遞動力。
中心輪6還可以通過齒套或銷或鍵與軸環(huán)44浮動聯(lián)接，此時偏心套5要改為互為180°的偏心套，平衡塊26要換成另一個由軸承支承的行星輪。
芯軸15、離心鍵18、彈簧19、偏心套5和軸承21構成一個常閉式的離心離合器；輸入軸8、鎖止鍵39、車體1、滑座29、彈簧36、撥叉37、楔鍵31、彈簧30和拉索28構成一個常開式的定向離合器。
綜上所述，在電機10不工作時，離心鍵18與芯軸15上的棘輪齒嚙合，限制偏心套5反轉(zhuǎn)；楔鍵31在彈簧30作用下插入滑座29與撥叉37之間一段距離，楔鍵31的斜面迫使撥叉37轉(zhuǎn)動一定角度，撥動鎖止鍵39與輸入軸8的棘輪齒脫開；由飛輪傳給輸入軸8的腳踏功率通過銷軸9和銷套22、行星輪7、中心輪6傳給輪轂。倒車時車輪的運動通過輪轂，中心輪6、行星輪7、銷套22和銷軸9傳給輸入軸8。在電機10工作時，離心鍵18先是被芯軸15上的棘輪齒頂出，隨偏心套5一起轉(zhuǎn)動，繼而在離心力的作用下與芯軸15完全脫離接觸。楔鍵31則由于主開關K1接通，在滑座29和撥叉37之間撥出一段距離，鎖止鍵39在彈簧36的作用下與輸入軸8的棘輪齒嚙合，限制輸入軸8反轉(zhuǎn)。在電機10單獨驅(qū)動情況，電機功率由偏心套5、行星輪7、中心輪6傳給輪；在電機10和腳踏同時驅(qū)動情況，電機功率由偏心套5傳給行星輪7；腳踏功率經(jīng)飛輪傳給輸入軸8，再通過銷軸9和銷套22傳給行星輪7。電機功率和腳踏功率在行星輪7合成后，通過中心輪6傳給輪轂。
合成驅(qū)動裝置4的支承結構以芯軸15為中心軸，各零件相互依托，芯軸15用螺母固定安裝在車體1上。地面對車輪的反力通過輻條傳給軸環(huán)44后分為兩個分力，左端通過左端蓋46、軸瓦12、鋼球13、電機10傳給芯軸15；右端經(jīng)右端蓋42、軸瓦41、鋼球13、輸入軸8、軸承27和軸承32傳給芯軸15。


附圖1是帶有合成驅(qū)動裝置的自行車示意圖；附圖2是具有兩個自由度的N型行星傳動簡圖；附圖3是電氣原理圖；附圖4是合成驅(qū)動裝置4的剖視圖。
本實用新型所提出的帶有合成驅(qū)動裝置的自行車集中了自行車和電動自行車的優(yōu)點，它與同種規(guī)格的電動自行車比，整車重量減少44％到65％，每百公里耗電減少69％到75％，本實用新型的電力驅(qū)動車速有5～6公里／小時和10～12公里／小時兩檔；它與同種規(guī)格的自行車比，重量僅增加9公斤，比人力驅(qū)動的自行車車速約可提高5～12公里／小時，克服了自行車長時間或快速騎行容易疲勞的弱點，達到了快速省力、實用經(jīng)濟的目的。這種自行車的特點是有一個與后輪中心軸同軸安裝的合成驅(qū)動裝置，合成驅(qū)動裝置能在車速超過5～6公里／小時時，安全可靠地實現(xiàn)電機和腳踏的合成驅(qū)動。人力輔助電力的驅(qū)動起到了提高車速和節(jié)省電能的作用，從而為選用小容量蓄電池做自行車的電源提供了現(xiàn)實可能性，克服了目前限制電動自行車發(fā)展因素中的蓄電池重量太重和壽命太短的弱點。
裝有合成驅(qū)動裝置的自行車可充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的自行車生產(chǎn)條件采用標準自行車零部件制做各種型號規(guī)格的車體，合成驅(qū)動裝置也可以用于其它三輪、四輪車輛，構成具有合成驅(qū)動功能的車輛，它還可以方便地用于舊自行車的改裝。帶有合成驅(qū)動裝置的自行車綜合了自行車和電動自行車的優(yōu)點，適合于不同年齡、性別的消費者。
圖1～圖4可作為本實用新型實施例的基本加工圖，車體1采用20英寸標準自行車零部件制成，供電裝置2的電源采用四節(jié)摩托車用蓄電池3M－4S分成電壓相等的兩組用主開關K1聯(lián)接。電機10選用額定功率80瓦、額定轉(zhuǎn)速3500轉(zhuǎn)／分的直流永磁盤式電機改制。合成驅(qū)動裝置4的N型行星傳動裝置采用漸開線齒輪傳動，中心輪6采用模數(shù)為1，齒數(shù)為100的漸開線內(nèi)齒輪，行星輪7采用模數(shù)為1，齒數(shù)為97的漸開線外齒輪，內(nèi)外齒輪均采用40Cr鋼鍛件，使用通過齒輪機床和刀具切削加工成形。此時，由齒輪模數(shù)和齒數(shù)確定的偏心套5的偏移距離e為1.5毫米。支承偏心套5的軸承17是超輕軸承1000801。輸入軸8、銷軸9和銷套22均采用軸承鋼淬火處理，軸瓦12和軸瓦41滲碳淬硬。軸承采用2＃二硫化鉬脂潤滑。前輪采用標準漲閘，后輪選用標準鉗形閘，電機單獨驅(qū)動的時速為5公里／小時和10公里／小時二檔，蓄電池充電器可選用市場現(xiàn)有的產(chǎn)品做為附件配套供應。改變合成驅(qū)動裝置4中N型行星傳動裝置的傳動比，可得到需要的各種不同的兩檔電力驅(qū)動車速，此時，電機10功率根據(jù)車速選擇。
權利要求1.一種包括車體1、供電裝置2、控制裝置3并具有兩個動力源驅(qū)動裝置的自行車，其特征在于有一個由電機10、具有兩個自由度的N型行星傳動裝置、離心離合器和定向離合器構成的合成驅(qū)動裝置4，合成驅(qū)動裝置4與自行車后輪中心軸同軸安裝。
2.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的合成驅(qū)動裝置4的具有兩個自由度的N型行星傳動裝置包括偏心套5、行星輪7、中心輪6、輸入軸8、銷軸9和銷套22，行星輪7與中心輪6采用漸開線齒輪傳動、或擺線針輪傳動、或摩擦輪傳動，電機功率由偏心套5輸入，腳踏功率由輸入軸8輸入，這兩個功率在行星輪7線性合成后，通過中心輪6傳給輪轂。
3.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的合成驅(qū)動裝置4采用的離心離合器是一個常閉式的離心離合器，它包括芯軸15、兩個離心鍵18、兩個彈簧19、偏心套5和軸承21，兩個離心鍵18互為180°布置。
4.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的合成驅(qū)動裝置4采用的定向離合器是一個常開式的定向離合器，它包括輸入軸8、兩個鎖止鍵39、兩個彈簧36、擋片34、撥叉37、楔鍵31、彈簧30、滑座29和拉索28。
5.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的合成驅(qū)動裝置4采用的電機10為高速直流永磁盤式電機，電機10左端蓋軸向開有鍵槽和接線孔、左端凸出部分設置鋼球滾道，電機10的輸出軸就是N型行星傳動裝置的偏心套5。
6.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的合成驅(qū)動裝置4的輸入軸8大端設置鋼球滾道，大端端面用緊配合安裝有八個銷軸9，小端有可安裝自行車飛輪的外螺紋和軸肩，小端端面設置有棘輪齒。
7.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的合成驅(qū)動裝置4的軸環(huán)44、左端蓋46及右端蓋42采用緊配合定位，采用若干組螺紋聯(lián)接成一個固定的輪轂，分別由軸瓦12和鋼球13、軸瓦41和鋼球13支承在電機10和輸入軸8上，軸環(huán)44與左端蓋46和右端蓋42之間分別有墊片45和墊片43。
8.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的控制裝置3的主回路中串聯(lián)一個可控硅開關K4、一個與定向離合器聯(lián)動的主開關K1，兩個分別與左右剎車手柄聯(lián)動的開關K2和開關K3。
9.根據(jù)權利要求1所述的自行車，其特征在于所述的控制裝置3的可控硅開關K4，加在K4門極與陰極之間的觸發(fā)電壓由摩電機產(chǎn)生的直流電壓V提供。
10.如權利要求1所述的自行車，其特征是車體1可以采用標準的自行車零部件，或采用由鋁合金制成的專用自行車零部件，也可直接利用各種型號規(guī)格的自行車改制；它的供電裝置2，采用小容量、高比能量的蓄電池做電源；蓄電池分為電壓相等的兩組，主開關K1聯(lián)接在兩組電壓相等的蓄電池之間，主開關K1有上位接通、斷開和下位接通三個工作位置。
專利摘要一種裝有合成驅(qū)動裝置的自行車，它由自行車體、供電裝置、控制裝置和合成驅(qū)動器構成。集電機、傳動裝置和離合器為一體的合成驅(qū)動器與自行車后輪中心同軸安裝。本實用新型可以用人力或電力單獨驅(qū)動，也可以用人力和電力共同驅(qū)動，其功率以線性合成后輸出。一架20英寸的裝有合成驅(qū)動裝置的自行車總重量約25公斤，使用時十分輕巧方便，它既可節(jié)省電力又可提高車速。本實用新型的合成驅(qū)動裝置同樣可以安裝在各種不同用途的三輪或四輪車上。
文檔編號B62M23/02GK2053190SQ8920787
公開日1990年2月21日 申請日期1989年5月26日 優(yōu)先權日1989年5月26日
發(fā)明者王科杰, 賴家清 申請人:王科杰