CN111391954A - 一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车 - Google Patents

Abstract

一种可四人合力、自充电的组合式多功能情侣电动自行车，其特征在于：基于专利ZL201720168458.7和发明专利公告号：CN107399402A、CN 108045491A的基础上，不牺牲之前所有功能，直接利用车轮与驱动轮的高“直径比”实现减速，不仅可以保持电机总是运行在最高效率的工作状态，还可以非常简便地让驱动轮与车轮离合，起到高效率“离合器”的作用，纯人力骑行时，没有任何机械传动损耗。总体配合电气设计、调试好后，可在行驶中自动切换电机的发电机/电动机工作状态；自动调整充电电流大小；自动按预设保持“巡航”速度；进一步较理想的解决在25公里时速以下自发电、自充电的高效率互换问题。意外功能亮点：可以随时秒变(只需将后轮撑离地面即可)为既能健身又能发电充电的多人、多功能动感单车。

Description

一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车

技术领域：

本发明属于设计制造自行车领域。

背景技术：

自行车的发明距今已有二百多年的历史，随着各种交通工具的飞速发展，自行车早已经不再是时代的宠儿，越来越多的自行车道被电动车和机动车所强占，污浊的空气与都市的嘈杂也取代了原有骑车在路上飞驰的舒畅。不得不承认的是，自行车好像离我们的生活越来越远了。然而，现实生活中自行车出行的真实现状究竟是怎样的？人们到底还有没有骑自行车的必要？自行车如何适应这个高速发展的社会？面对这些问题，最近，我们又看到省会城市，又有许多“绿道”、“自行车道”、人行道、盲道，都在悄然恢复，甚至比以前修得更好、更宽，可惜，在上面行驶的自行车却是寥寥无几。随着人们生活水平的提高，急需要有一种适合各种路况，上得街，下得乡；乘得人，载得货；行得爽，停的稳；遮得阳，挡得雨；进得电梯，入得家门的新型自行车。作为人们访友聚会、郊游健身、休闲购物等富于情趣的交通需求——自行车已不仅仅是单纯的代步工具，人们更期待一种新的设计使之具备更多能满足家庭不同场合需求的功能，这不仅能够给家庭的使用带来便利，更能最大化发挥产品的功能、资源合理利用，低碳节能减排，创建文明和谐健康的社会正能量。

本发明内容：

一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车，其特征在于：由于专利ZL201720168458.7和发明专利公告号：CN107399402A、有效地解决了自行车有史以来只能动平衡，慢行停车即倒，困扰骑行者，容易引发诸多交通事故的安全问题，行驶平稳安全，停车静平衡稳当；得以让基于此的安全规定，如“禁止骑车带人、禁止骑车撑伞、禁止并排骑行”……等问题都迎刃而解；ZL201820116874.7和发明专利公告号：CN 108045491 A又比较理想的解决了满载六人(4成人+2小孩+“环保购物车”)使用一台400W(考虑拆开后单独骑行电动自行车的功率上限)电机，爬坡动力不足的问题，本发明在基于专利ZL201720168458.7和发明专利公告号：CN107399402A、CN 108045491 A 的基础上，不牺牲之前所有功能，解决如何在25公里时速以下自发电、自充电的高效率互换问题。

发明专利公告号：CN107399402A“设计后(或前)轮轴可加装限速 (15公里)自行车马达，上坡助力，下坡回馈制动并发电给电池充电。”虽然解决了“电动助力自行车在骑行中自充电”在历史上从“无”到“有”的问题、从“不可”到“可”的问题，但由于现有所谓“电动自行车”都是靠“双脚落地”来实现“静平衡”的，压根就没有考虑骑手自己蹬车，更没有指望人力蹬车来发电，给电池充电。没有市场需求，也就没有技术需求，“凡是电动自行车都必采用轮毂电机”变成了根深蒂固的技术偏见，整个行业里都无一例外，那些真正搞《国标》倡导的“电动助力自行车”的商家，如“中置电机”、改装“山地电动自行车”等的都被认为“不入行”，是在走“回头路”，是落后的，淘汰的；而所谓行业内的商家宁可巨资花在“高、大、上、洋”，也从不认为：电动自行车的本质就是一辆“必要时，可以使用电动助力的脚踏车”，当“量变”到不需要脚踏时，就“质变”为“机动车”、“电动车”了；也不回过头来，实实在在想一下如何让自行车载人、载物、撑伞、慢行(停车)、并排行驶，不仅安全稳当还很轻松省力，甚至还可以电动爬坡、下坡自充电……CN107399402A也被带进了“死胡同”，使用一台不带减速齿轮和内离合器的轮毂电机做实验，这样虽然也能反过来给电池充电，但是转换效率是很低的。

本发明使用一台不带任何减速装置的两用(电动/发电)高效率电机，直接利用前(或后)车轮与驱动轮的高“直径比”实现减速，不仅可以保持电机无论是“电动”还是“发电”，总是运行在最高效率的工作状态；还可以非常简便地让驱动轮与车轮离合，起到高效率“离合器”的作用，纯人力骑行时，没有任何机械传动损耗。

这种电机的特征就是用于“驱动”时，电机即使超过额定转速，也能确保电动自行车不会超过25公里时速；在25公里时速以下，尤其起步时，要观察电机的转速，配合“离合器”和调速手把让电机尽可能的接近额定转速状态，最大限度“高效节电”，这是因为永磁电机的原理告诉我们，从理论上说，只有当电磁力(安匝数)与永磁场力相等时，扭矩才是最高的，这时你再加大输入电流而电机转速不再上升，那就等于在白白浪费电，你只能分开离合器让电机上升到额定转速，发挥出“最佳功率”积累能量，如图3中的“发电链轮”直径比较大，有“惯性飞轮”效应，助力驱动轮，这时可缓慢合上离合器，同时加大蹬车力度；当电机工作在发电状态时，倒是可以让电机转速越高越好，反正永磁场力是一定的、不变的，那么就让它多“切割几次磁力线”发更多的电，即使电机短时超载也无妨。

电机的工作原理说明如图1，为了简明扼要，这里略去了其它保护、控制、霍尔等电路，以三相驱动三角形连接为例说明如下：当电机工作在驱动状态时，三相驱动上下臂各MOS管导通顺序组合为V1-V2，V2-V3，V3- V4，V5-V4，V5-V6，V1-V6通过K1、K2、K3对电动机供电；当电机工作在发电状态时，K1、K2、K3关闭，K4开通并可随骑手意愿手动控制电流强弱将电机回馈输出的交流电整流后对电池充电。

为了在行驶中，让电机尽可能工作在高效率状态，仪表盘上除了一般的电压、电流显示外，还应分别设有电机的转速显示和车速显示。

电机采用“单端出轴”的设计，一组链轮用于“驱动”，与驱动轮的速比小于N∶1，以保持电机转速在最高效率工作的同时，电动车起步有力，行驶不超速；另一组链轮用于“发电”，与驱动轮的速比大于N∶1，以保障电动自行车在任意车速或制动时，电机都能切换至发电、充电工作状态(当然这只是理论上的理想状态，实际因材而异，还须试验和调试)。总体配合电气设计调试好后，就堪比小轿车的“自动挡”原理一样，自动切换电机的发电机/电动机工作状态；自动调整充电电流大小；自动按预设保持“巡航”速度。配上自动驾驶仪还可以实现“自动驾驶”……当然，最末一句只是后话，本发明还没有实质性设计，也没有权利要求；但可以说为以后的自行车“自动驾驶”做了必要的前期准备。

电机轴或驱动轮轴上的两组链轮分别安装方向相反的单向轴承或自行车飞轮，设置有电动/发电自动(或手动)切换装置，以防止电机轴和驱动轮轴两端链轮齿数不一致而导致链轮的线速度不一致而造成“机械能内耗”甚至“卡死”；使用单向轴承和专门制造的槽键连接链轮精度、效率、噪声指标及性价比都相对要高些；使用自行车飞轮标准件，仅适用于原理试验阶段。

图3中的驱动轮应允许轴向灵活自由移动0.5至2公分，以防止车轮不正时造成卡死；驱动轮的易耗件橡胶轮是由两片圆心带有花键孔的钢碟夹持，用4颗沉头螺钉固定，并做好防松处理，可独立方便的更换；驱动轮摇臂转动以电机轴为轴心，转动配合固定在电机端盖轴承座外圈，配合精密，转动灵活。

电机、驱动轮、链条链轮、离合器摇臂和机座可集成为一个整体，就像自动挡轿车的变速器总成一样，配备对应的电线插头和离合器拉线接头，便于在自行车前(或后)轮设置的专用支架上，秒拆、秒装。

电机和驱动器的两组驱动和发电的链条、链轮、单向轴承都要设置链罩密封，既可以保障骑手的人、物安全，又可以防止泥沙侵入加大机械能损耗，还能收集飞溅的润滑油回流到链条，保持高效率的机械传动。

以上“单端出轴”设计可以省去一套链罩，可共用一套“电动/发电自动(或手动)切换装置”简化工艺，降低造价；实际上“两端出轴”的设计，也是可以的；那样虽然成本相对高些，但优点就是：有利于保证预计有几公斤重的装置总成的重心依然靠近“整车”的正中线，不会影响“单车”骑行的“动平衡”。

下面对照图4分析双向驱动器的原理

电机助力自行车行驶时，电机轴主动，驱动轮轴从动：

电机驱动链轮配置单向轴承可逆不可顺(即：相对电机轴可以有逆时针角位移；但不可以有顺时针角位移)；

电机发电链轮配置单向轴承可顺不可逆(即：相对电机轴可以有顺时针角位移；但不可以有逆时针角位移)；

驱动器驱动链轮无单向轴承；

驱动器发电链轮无单向轴承；

当电机拖动驱动轮行驶时，电动/发电自动(或手动)切换装置“常闭”在“电动”状态，电机轴通过驱动器发电链轮反过来拖动电机发电链轮的转速大于电机驱动链轮转速，由于是同方向，又有电机驱动链轮和发电链轮都配置了方向相反的单向轴承，所以即使有一定的速度差，也不会影响运行；因为，电动/发电自动(或手动)切换装置“常闭”在“电动”状态时，电机发电链轮保持“同方向空转”，即使有些许“摩擦力”，那也是给电机驱动链轮“助力”。

助力自行车超过25公里速度或制动时，驱动轮轴主动电机轴从动：

电机驱动链轮可逆不可顺(即：相对电机轴可以有逆时针角位移；但不可以有顺时针角位移)；

电机发电链轮可顺不可逆(即：相对电机轴可以有顺时针角位移；但不可以有逆时针角位移)；

驱动器驱动链轮无单向轴承；

驱动器发电链轮无单向轴承；

当电动机控制器检测到电动车超过了25公里速度时，“立即指挥”电动/发电自动(或手动)切换装置自动“动断”切换到“发电制动”状态(此时，电机驱动链轮保持原方向空转)，驱动器拖动电机加速旋转发电，通过驱动器发电链轮拖动电机发电链轮的转速大于电机驱动链轮转速，由于是同方向，又有电机驱动链轮和发电链轮都配置了方向相反的单向轴承，所以即使有一定的速度差，也会继续运转，这时，四个链轮、两根链条的惯性合力，还有电动助自行车整车(包括人和货)的惯性力都可以通过驱动轮、链轮、链条传递到电机发电链轮，“助力”启动电机发电，所有“正能量”都照单全收，都被及时利用。

附图说明：

图1是电原理图；

图2是整体结构图；

图3是单边出轴驱动装置；

图4双向驱动器的原理分析；

图5是驱动装置剖视图；

图6电动/发电切换装置棘轮剖视图及原理图；

图7高效率电动/发电两用电机内部结构图。

具体实施方式与前景展示：

经过专利化、标准化、商标化、档案化设计、互联网管理后，可以成为“车主属性不变”，“使用权共享”的多功能、多用途的“共享单车”、“共享电单车”、“共享组合式4人合力+电动4轮自行车”。每一辆车都具备唯一的出厂编号，便于管理机关为车主建档，颁发“行驶证”；购车人为车主的属性始终不变，“共享单车”运营商，充当“物业管理”的角色，可以在一座城市的楼盘、超市、机关、学校等，有序投放设置充电桩及存取点，与点上的物业管理连锁运营(各点单位，为了拉客源、为了方便本单位的员工、业主、师生，理当乐意合作，何况还可分享利润)数据共享，实时发布到用户手机上，存取单车或组合车自便，可兼容“不锈钢多功能环保购物车”但须自费自备自保管不共享。原发明所述的“不锈钢多功能环保购物车”、“积木式环保购物包装盒”，看起来不起眼，但经过专利化、商标化、标准化设计后，推到超市、农贸市场是购物车，推回客厅“简单变形”后，就是一个“移动茶几”，放在厨房就是一辆“餐车”；出行可以随身携带各种包装兜袋甚至餐具器皿，可以搭载在任何一组按本发明更新换代后的共享单车上，让人们拒绝使用一次性包装或餐具从根本上解决白色污染有了可操作性。

本发明还有一项显而易见的功能亮点：这就是如若将电机驱动轮总成设计安装在后轮，就可以随时秒变(只需将后轮撑离地面即可)为既能健身又能发电充电的多人、多功能动感单车；无论户外狂风暴雨暴雪，都可以足不出户，或者“自驾游”交通受阻时，在野外营地，景区帐篷内外，伴随着美妙的音乐，在快乐健身娱乐的同时，不知不觉地给电动助力自行车充电满满哈；这尤其在实现“共享”之前的推广普及阶段，显得非常的超级实用和实惠。

以上所述实施例仅表达了本专利的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，本专利的保护范围应以所附权利要求为准。

所述车有效地解决了自行车有史以来只能动平衡，慢行停车即倒，容易引发诸多交通事故……不能分神左顾右盼、照看小孩、骑车撑伞等困扰骑行者的安全问题；可以将鞍座调高至极限，使骑行既高效省力又平稳安全，停车静平衡稳当；一般平坦路面，可以很轻松地达到15公里的速度，无需开启电动；随着这个“瓶颈问题”解决后，人们无须分心、分力用于“动、静平衡”，可将人力全部解放出来，用作驱车和发电的能量，辟如，采用更高效的踏板式齿轮传动取代链轮脚蹬，骑手扶着手把，在车上“踏步踏”、“蹦”、“跳跃”都可以驱车前进；再配上“自动驾驶仪”，甚至连骑手在车上跳“劲舞”、练“功夫”的绝大部分能量都可以转变成驱车动能。

在目前，人们还持怀疑的眼光和技术偏见下，所述车，最珍贵难得的，世界上独一无二的，历史上空前的新颖性、创造性、实用性，就是可以徒手秒变成一辆普通单车，徒手调低(当然，不调低也完全符合)坐凳就是一辆完全符合且超越(可以在行驶中自发电、自充电)《新国标》的多功能“电动自行车”；人们一家老小出行，无需驾驶证，只需要随身携带牵着一宠物似的“环保购物车”出门(“提篮小买”)，随处都可以“取车”搭载，到达“交车”后，便捷卸下“环保购物车”宠物，牵回家里，宠物秒变回“移动茶几”或“移动餐车”；让少使用或不使用一次性包装和餐具成为“可能”。

可以预期：若干年后，本发明专利推广普及了、都实现标准化、共享经济化了，无须进电梯、入家门了，也就无须“秒拆”“秒装”了，由于解决了“自发电、自充电”的问题，也无须(或减少)将电池搬到楼道或杂物间充电造成不安全的隐患；“组合式”自然就水到渠成变成非专业人员“无法拆卸”的“固定式”(需要特别强调是：此“固定式”绝不是游乐场所的那种“拆开就不能单骑的”超宽大、超笨重的多轮多人“大篷车”，那只是一种禁止上路的游乐设施，概念不可混淆。)，更便于实现智能无人驾驶、无人化管理，“组合式”就完成了其历史使命；到那时，两个轮子的“单车”和“独轮车”一样，除了用作表演、竞技、健身等特殊用途器械外，作为普通人们(不包括那种受过专门训练，取得资格认证，如驾驶执照等的特殊人群)的“交通工具”也将进入历史博物馆，甚至还有可能被写入与时俱进的《交规》，禁止上路行驶。

Claims (8)

1.一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车，其特征在于：基于快速将两辆可以分别正常骑行的亲子电动自行车并排组合成6座四轮电动自行车，中间还搭载一辆购物推车的基础上，发明了25公里时速以下自发电、自充电的高效率能量互换装置。

2.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：使用一台不带任何减速装置的两用(电动/发电)高效率电机，直接利用车轮与驱动轮的高“直径比”实现减速，不仅可以保持电机总是运行在最高效率的工作状态，还可以非常简便地让驱动轮与车轮离合，起到高效率“离合器”的作用，纯人力骑行时，没有任何机械传动损耗。

3.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：电机采用“两端出轴”或“单端出轴”(将两套驱动设在同一边)的设计，一组链轮用于“驱动”，与驱动轮的速比小于N∶1，以保持电机转速在最高效率工作的同时，电动车起步有力，行驶不超速；另一组链轮用于“发电”，与驱动轮的速比大于N∶1，以保障电动自行车在任意车速或制动时，电机都能切换到发电、充电的高效工作状态。

4.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：电机轴或驱动轮轴两组链轮分别安装方向相反的单向轴承或自行车飞轮，设置有电动/发电自动(或手动)切换装置。

5.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：电机驱动轮总成可以“秒拆”“秒装”；驱动轮应允许轴向自由移动0.5至2公分，以防止车圈不正时造成卡死；驱动轮的易耗件橡胶轮可独立方便的更换。

6.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：仪表盘上分别设有电机的转速和车速同时显示。

7.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：电机轴或驱动轮轴上两组驱动和发电的链条、链轮、单向轴承都设置了链罩密封严实，既可以保障骑手的人、物安全；又可以防止泥沙侵入加大机械能损耗，还能收集飞溅的润滑油回流到链条，保持高效率的机械传动。

8.根据权利要求1所述的一种可四人合力、自充电的组合式情侣电动自行车其特征在于：经过专利化、标准化、商标化、档案化、互联网管理后，可以成为“车主属性不变”，“使用权共享”的“共享单车”；“情侣自行车”；“轮椅车”；“家庭旅游购物车”；无须驾照接送老人婴幼儿的低速6座4轮雨(阳)篷“老年代步车”；集健身发电充电于一体的多人、多功能“动感单车”等“万能”电动自行车；可以随“天时”、随“地利”、随“人和”换手、结算、交友，甚至可在行驶中的车上进行。

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