可分别独立驱动亦可同时驱动的模块化电动自行车 【技术领域】
本发明涉及一种电动自行车，更具体而言，本发明涉及一种以人力和以移动电源为动力的可分别独立驱动亦可同时驱动的模块式电动自行车(以下简称“本发明涉及的人力、电动自行车”)及其制造方法，该电动自行车包括由内置电机直接驱动的车轮以及可高倍率反复充放电的大功率环保电池；更符合在电力驱动状态下的人体工程学的车架主梁；除此之外，还有经过改良的脚踏。
背景技术
既往的自行车以人体的自然力为驱动力，故其结构须以符合人体工程学为要务。以人体自然力为驱动力的自行车，其应符合人体工程学(或称人体功效学)的设计必然采用较高的车架，车把与车座的高度基本等高或略有差别。较高的车架和车座，使得骑车人的基本坐姿是人体躯干前倾，人体重量自然分布于两个车轮上(虽然后轮的承重较大)，而身体前倾，既有利于人体重量自然分布于两个车轮上，扶稳车把，又便于骑车人的蹬踏(在加上腿地自重，蹬踏自然更为省力)。轮距较大，转向平稳。车把与车座(座位)之间的距离较短，车座与脚踏的几何连线基本垂直而沿水平线略有前移。车座为前端狭小的收腰三角形，不会妨碍两腿上下蹬踏。因车座较高而与脚踏之间的距离较大，可以有利于在骑行时腿的膝关节展开，大小腿蹬踏时可以伸直，既省力效能又较高。车轮采用轻质辐条，自身的荷载小，骑行省力。自行车结构的优点是非常明显的，但它较高的车架而引致的安全问题也是很明显的。而目前的电动自行车基本上仍然沿用了既往的以人体的自然力为驱动力的自行车的构架，只是在原有的构架上装设电力驱动装置，并没有根据电动自行车的基本特性作合理的调整，因此更增加了它的不安全隐患。
【发明内容】
与通常的自行车或电动自行车都不同，本发明涉及的人力、电动自行车的最大特点是前后车轮均采用驱动轮副。因此，本发明涉及的以人体自然力和以移动电源为动力的可分别独立驱动亦可同时驱动的模块化电动自行车实际上拥有两种驱动系统(人力驱动、电力驱动)、三套驱动结构(一套人力驱动的链轮链条结构、两套电力驱动的驱动轮副结构)。
本发明涉及的电动自行车，功率大、自重轻、噪音小，驾驶灵活、行驶更为平稳顺滑，因而更安全，更舒适，且能耗低、无污染。
【附图说明】
下面结合附图，具体描述本发明，图中相同的附图标记表示相同的部件。其中：
图1示出本发明的电动自行车的基本构造；
图2-1为图1的俯视图；
图2-2为电动自行车脚踏的细部；
图3-1和图3-2为电动自行车驱动轮副的示意图；
图4-1至4-4为方向器的几个实施例；
图4-5为自行车方向器的示意图；
图5为转向齿轮的示意图。
【具体实施方式】
本发明涉及的人力、电动自行车的基本构造主要如图1至图5所示：主要由车体、车架的前挡泥板1、前驱动轮副2、后驱动轮副201、前叉及避震器3、防护罩4、制动装置5及501(图中未画出)、方向器6、踏板7、主动轮(链轮)8、脚踏9、传动带(链条)10、座椅支架11、座椅12、1201座椅靠背、电池13、备用电池1301、工具箱14、后叉及避震器15、后挡泥板16、支撑架17、过渡轮(中间轮)18、车架主梁19、脚踏后缘(可调)901、轮胎2101、轮毂2102、制动盘夹2103、内置电机2104、轴承及防水防尘装置2105、固定螺栓2106、固定轴2107、飞轮2108(图中未示出)、滑移开关601、喇叭602、转向灯603、照明灯604、其他控制器605、主动转向轮(伞齿轮)611、上支撑轴612、从动轮转向(伞齿轮)613、下支撑轴614以及转向轴615组成。
如图1所示，本发明涉及的人力、电动自行车车架主梁19的前端伸入防护罩4内与前叉及避震器3连接，车架主梁19的后部与后叉及避震器15连接。前叉及避震器3的下端与驱动轮副2连接，后叉及避震器15的下端与驱动轮副201连接。支撑架17装在车架主梁19上。车架主梁19的制造材料可以采用金属，也可以采用足够机械强度的其他材料。车架主梁19上加工有各种装配孔，以利于装配不同的模块单元。
车架主梁19上装有人力驱动的传动结构即在前面装有脚踏9及主动链轮8、中间过渡轮18。在主动链轮8、中间过渡轮18以及驱动轮副201上的从动飞轮(图中未画出)上装有链条10。主动链轮8与脚踏7连接。当踏动脚踏9时，主动链轮8带动链条10转动，从而带动飞轮2108转动，后轮因此而转动。主动链轮8与从动飞轮2108的速比可以为1∶1，也可以大于或小于1∶1。除链轮8链条10外，传动结构可以皮带轮、万向接头、伞齿轮等传动结构传递动力。中间过渡轮18并非本发明涉及的人力、电动自行车必备的装置，应视实际情况确定。也就是说，可以配装也可以不配装中间过渡轮18。
脚踏9的细部如图2-2所示，由于脚踏9的位置前移，踏动时容易滑落，因此在脚踏上装有可以根据脚的大小前后调节的脚踏后缘901，踏动时，脚后跟正好抵住脚踏后缘901而不易滑下来。人力踏动只是本发明涉及的人力、电动自行车的辅助手段，因此当以电力驱动轮副时，脚踏9会自动收回在踏板7的下面，避免影响骑行，骑行时，脚踏9回弹出可以踏动的状态。
脚踏主动链轮8前移，在车架主梁19上的最佳位置是坐在车上的人体臀部引伸的垂直线前移70CM～90CM，符合东方成年人形体的最佳距离为75～80CM，符合西方成年人形体的最佳距离为80～85CM。
脚踏主动链轮8与座椅12虽然有较长的距离，但双腿可以较为舒展，不致令骑行者疲倦。脚踏主动链轮8虽然前移，但由于车轮的直径较小，前车轮所需的偏转半径较小，故不会影响电动自行车的转弯。
与既往的自行车相比，座椅12的高度较低，骑行者可以随时将双腿着地(两轮及两腿着地)，避免了传统自行车的坐垫较高，多数骑行者只能歪斜着以单腿着地的不安全状态。
车架主梁19较常见的电动自行车的车架长，轮距也较常见的电动自行车为大，较大的轮距有助于转向稳定。前后两轮的轮距应在90CM～140CM间，符合东方成年人形体的最佳轮距为100～125CM，符合西方成年人形体的最佳轮距为110～135CM。
本发明涉及的人力、电动自行车的大部分控制器为了方便操控而装设在方向器上。控制速度的滑移开关601直接装配在方向器6上，更加方便操控。方向器上共有两个滑移开关601，各控制一个驱动轮副。既可以只以一个驱动轮副2或201开动，又可以同时驱动前驱动轮副2、后驱动驱动轮副201及脚踏201。车速可以设定为无级变速，也可以设定为级段控速。大部分控制开关如喇叭控制开关602、转向灯开关603、照明灯开关604以及其他控制开关605～607均装配在方向器上。方向器6的中间还有一个多功能孔608可以配装遮阳或遮雨具，车头上也有若干个可以配装遮阳或遮雨具或其他器具的多功能孔608。
既往的自行车方向器(俗称“龙头”)多为如图4-5所示的形状，扶手处由曲拐连接(可称为曲拐龙头)，目前较为流行的自行车方向器或电动自行车方向器多为一直式棍状(可称为直棍式龙头)，且均为直接转向。本发明涉及的人力、电动自行车采用间接转向，即采用齿轮副转向机构转向，当然也可以采用蜗轮蜗杆副或其他形式的间接转向机构。间接转向的优点是转动平滑顺畅，同时还降低了转动的受力点，减少了前叉3在刹车时向前的剪切力，因而更安全。方向器6的形状如图4-1(可称为满月式)、图4-2(可称为航天式)、图4-3(可称为新月式)、图4-4(可称为半月式)，手感舒适，运用方便，这几种方向器通过上下支撑轴612/614装设在车架主梁19上，与主动转向齿轮611、上下支撑轴612/614、从动转向齿轮613、转向轴615组成转向机构，除方向器6及部分转向轴615外，主动转向齿轮611、从动转向齿轮613都装设在防护罩4内并通过下支撑轴614与前叉及避震器3连接。当转动方向器时，前轮(驱动轮副2)发生与方向器同向的转动。主动转向齿轮611与从动转向齿轮613的比值可以为1∶1，也可以大于或小于1∶1。
方向器握手部分的离地高度须适中，应在80CM～130CM间，符合东方成年人形体的最佳高度为90～120CM，符合西方成年人形体的最佳高度为95～125CM。方向器6也可以采用曲拐龙头或直棍式龙头。
座椅12的表面应由质地柔软而有弹性的制品包裹覆盖，体量应较自行车的座椅宽大。座椅椅面的离地高度须满足踩踏需要，高度应在50CM～95CM间，既能满足踩踏需要而又符合东方成年人形体的最佳高度为65CM～80CM，符合西方成年人形体的最佳高度为70CM～90CM。较低的座椅在行驶中更为安全。如有需要，可以装设座椅靠背1201，也可以不装设座椅靠背1201。座椅12在车架主梁19上的最佳位置是坐在车上的人体臀部引伸的垂直线与后轮的中心线相较前移10CM～20CM，较为安全而舒适。
座椅椅面的离地高度与方向器握手部分的离地高度差在40CM～65CM间，符合东方人形体的最佳高度差为35CM～50CM间，符合西方人形体的最佳高度差亦为35CM～55CM间。
车架主梁19上还有可以放置双脚的踏板7。
电池组13与驱动轮副2或201独立对应，即驱动轮副2或驱动轮副201各配置一组电池13，保证每一组电池可以给一个驱动轮副供电，驱动轮副2或201都能独立驱动电动自行车。必要时，驱动轮副2的电池组可以给驱动轮副201供电，驱动轮副201的电池组可以给驱动轮副2供电。电池13、备用电池1301可以设置在车体的后部或座位的下面或车体内其他安全、合适的地方。
本发明涉及的人力、电动自行车的前后车轮均采用了驱动轮副2/201。每一个驱动轮副即2或201相当于一个小发动机或一台小电机加上车轮，接通电源后都可以独立驱动车辆，接通驱动轮副2与201的电源即为同时驱动，电动自行车即可获得更大的能量，得到更大的动力。采用驱动轮副2或201为动力输出单元，可以获得较大的扭距力，且能耗小。驱动轮副2或201通常采用内置电机(可称为内置式驱动轮副)。
如图3所示为内置式驱动轮副，驱动轮副由轮胎2101、轮毂2102、制动盘夹2103、内置电机2104、轴承及防水、防尘装置2105、固定螺栓2106、固定轴2107以及通过导线连接的可以独立供应电源的电池组13以及在驱动轮副201上还装有的从动飞轮2108(图中未画出)组成。轮毂2102通过轴承与固定轴2107连接，可以在固定轴2107上自由旋转。轮毂2102多为金属制造，也可以是高强度的非金属材料。内置电机2104牢固地安装在轮毂2102的中间，内置电机2104的外层结构与轮毂2102连接并紧密构成一体。当固定内置电机2104的旋转时，轮毂2102亦同时旋转。轮毂2102可以与内置电机2104的外层结构加工为一体。内置式驱动轮副2或201采用的固定轴2107实际上就是内置电机2104的轴。内置式驱动轮副2或201通过导线与电池13连接。内置式驱动轮副为最典型的驱动轮副，体积小，结构紧凑，有很大的发展前景。
本发明涉及的人力、电动自行车的驱动轮副2或201的轮毂2102的直径通常较人力自行车的轮毂直径要小一些，通常以小10％～20％为宜。轮毂1102不包括轮胎2101的直径以不超过40CM为宜。
本发明涉及的人力、电动自行车既可全部配装驱动轮副2或201，也可以配装荷载轮(载重轮)。荷载轮(载重轮)与普通自行车车轮无异。在既有驱动轮副又有荷载轮的情况下，驱动轮副可以为转向导轮，也可以荷载轮为转向导轮。
从更为合理的动力安排的角度而言，如果在本发明涉及的人力、电动自行车上既采用驱动轮副，又采用荷载轮的话，应当将驱动轮副2装设在前为好，这是因为驱动轮副装设在前为爬行，装设在后为推行，爬行的效能较推行的效能为好。当然在设计的需要上也可以前轮采用荷载轮，后轮采用驱动轮副201。
为了本发明涉及的人力、电动自行车行驶的稳定，可以配装两个前轮，也可以配装两个后轮，使其成为三轮车或四轮车。
本发明涉及的人力、电动自行车实际行驶时，可以人力、电力(开动驱动轮副)同时使用。
驱动轮副2、201采用制动盘2103制动，制动刹车把手5装在方向盘6上，制动刹车把手5为前后轮刹车把手，可以同时制动前后车轮(实际上是首先制动后车轮。制动前车轮时，应比制动后车轮时有极短时间的滞后)，制动刹车把手501为后轮的刹车把手，只能制动后车轮。
在有特别需要的情况下，本发明涉及的以人力和以移动电源为动力的可分别独立驱动亦可同时驱动的模块式电动自行车可以不装设脚踏9以及与之相应的主动轮(链轮)8、脚踏9、传动带(链条)10、过渡轮(中间轮)18、飞轮这些装置，使其成为或改装成为电动摩托车。