本发明涉及一种将车辆运行中散失的势能(减速、刹车、减震弹簧以上部分上下颤动)收集、蓄存起来,并有效地作用于车辆前进的弹簧蓄能马达。本马达第一步要用在自行车上:弹簧蓄能自行车。 对自行车刹车、减速所失落能量的利用,经检索尚未发现这种资料。
对自行车鞍座震动势能的利用,国内已公开了几份专利申请,其中最有代表性的是CN85100785A(申请号)提出由鞍座震动带动一升速变速器,该变速器的输出轴又与车轮相接。
自行车散失势能的利用,是有三个环节的:收集、蓄存、利用,如果“利用”这个环节不解决好,一切都没有实际意义。上述发明没有有效地解决这个问题。因为,如果此震动所产生的飞轮转速等于或小于当时的车速,则其作用等于或小于零;即使这个速度大于车速,也不能很好地利用,因为完全听凭鞍座震动,驾车者的意志不起作用;况且该发明根本没有考虑能量的蓄存问题,而这一环节是不可少的,否则能量进来,马上就得出去,速度没有连续性,虽然能使车辆得到一些前进的动力,实际是不能协调的。
本发明的目的是要提供一种能收集、蓄存、利用车辆颤动、刹车、减速时散失的能量的弹簧蓄能马达,和由它装备的弹簧蓄能自行车,不但能有效地节约能量,提高车速,而且在需要的时候,在蓄能同时又起到了刹车、减速作用。
本发明是这样完成的:在唯一的轴上串联多个平面螺旋弹簧。当车颤动时,由齿条带动在轴上空转的齿轮转动,并由于棘轮机构的作用,使弹簧卷紧;在需要刹车、减速时,则将轴一端的能量输入轮与车轮接通,这样既卷紧了弹簧,又起到了刹车、减速作用。而在轴的另一端是能量输出轮,与自行车后轴上地驱动飞轮相接,在需要的时候,只要抬起操纵棘爪,与轴固定、与弹簧终端也固定的终端弹簧控制轮,就在弹簧的作用下,带动轴转动,而轴又带动与其固定的能量输出轮转动,从而驱动车辆前进。本马达能量输出的时间是有选择性的;同时,能量既然由弹簧蓄存,能量的输出也是有“弹性”的:车速再快,也快不过弹簧,必然会将输出的势能作用于车轮;另外,附加给车的力又不会是很强或很弱的(骤然前冲或不起作用),因为弹簧经过试制是能够恰到好处的。这样,自行车散失能量的收集、蓄存和利用问题就较圆满地解决了。
目前我国(乃至世界)大批生产的只有一种两轮自行车,另外的“挎斗”或“三轮”多为自制,精度差、速度慢、费力;因此,急需一种载重100公斤(骑车者以外),半日能跑五十公里,比现有自行车稳定、舒适、省力的新型自行车。配置弹簧蓄能马达的自行车就可以达到这个目的。该车称为弹簧蓄能自行车,三轮;靠背座;有顶棚,可充做风帆。由于利用了散失的机械能和风能比普通自行车效率高,适于市内交通、短途贩运、全家出游。整车合2-3台普通自行车价钱。
附图是本发明的示意图。图1为弹簧蓄能马达,图中,1能量输出轮,2终端弹簧控制轮,3操纵棘爪,4壳体,5轴,6盖,7起端弹簧轮,8限制棘爪,9齿条,10齿轮,11轴承,12能量输入轮,131~13n平面螺旋弹簧,141~14n弹簧连接轮。图2为图1的三个局部视图:A向视图(图中15为棘爪)、B向视图和平面螺旋弹簧13正视图。图3、图4为弹簧蓄能自行车的两个视图,图中:16弹簧,17前轮,18梁架,19底框,20弹簧,21后轮,22充能齿轮,23介轮,24刹车轮,25后轴,26轴承座,27脚蹬L形副件,28棚,29后立柱,30调节杆,31驱动飞轮,32驱动飞轮。
下面结合附图对本发明作进一步说明:
如图1、图2:壳体4固定在自行车底框上,齿条9上端与车梁架铰接。当车运行时,梁架不断上下颤动,于是齿条9往复运动,从而带动齿轮10转动;固定在齿轮10上的棘爪15带动起端弹簧轮7转动;由于限制棘爪8的作用,轮7不能倒转。
平面螺旋弹簧13的小径一端(“起端”)与轮7固定,外圆一端与弹簧连接轮14固定,这样,经过若干(n)副弹簧与弹簧连接轮,一直到最后的终端弹簧控制轮2,形成一组串联的弹簧副。由于操纵棘爪3的作用,控制轮2不能任意转动,于是所有弹簧逐渐卷紧,能量就这样收集、蓄存起来。
另外,当自行车需要刹车、减速时,则将能量输入轮12与固定在后轴上的充能齿轮接通,使轴5反时针方向旋转(如图2,自箭头方向看去,假设轴5顺时针旋转为释能方向),由于限制棘爪8的作用,所有的弹簧又卷紧了,既蓄存了能量,又起到了刹车、减速作用。
如果抬起操纵棘爪3,由于弹簧的作用,则终端控制轮2(与轴5固定)带动轴5转动,轴5又带动与其固定的能量输出轮1转动,而1又与后轴上的驱动飞轮相接,这样能量就释放出来了。
几点说明:
A、轮1、2、12与轴5固定,其余均空转;
B、为使能量减少“遗漏”,可增加棘爪15的数量,并使其位置有所差异,即棘爪不同时工作,比如,一个工作,一个在1/2位置,一个在1/4位置,棘爪的数量在6~8之间,同时工作的只有两个。
C、如果所有弹簧都已卷紧,操纵棘爪3仍未抬起,这时只要α角正确(见A视图),轮7不转,齿轮仍可顺时针方向转动,并发出较大声音,提醒骑车者。α角可通过实验确定。
D、在外形尺寸许可的情况下,应尽量多的串联弹簧,并加大弹簧外径,以求增加蓄能“容量”。
E、为减低成本,并使结构紧凑,凡空转的轮可镶铸铁套;可考虑在箱内注油,进行自然润滑。
下面将结合图3、图4对弹簧蓄能自行车作进一步说明。
该弹簧蓄能自行车三轮,前轮17一个,直径30mm,后轮21两个,可用普通28吋自行车后轮,装在后轴25两端,一为固定,一为空转。轴25两端各装有一口1203轴承,并安装在轴承座26内,而轴承座26用螺栓和定位销固定在底框19上。弹簧蓄能马达4用螺栓、定位销固定在底框19上,齿条9上端与梁架18铰接。梁架18与底框19,后部用弹簧20相连接,前端用弹簧16相连接。马达能量输出轮1与后轴25上的驱动飞轮31相接。在需要刹车和减速时,操纵拨叉(图上没给出),移动在小轴上滑动的介轮23,就会使马达能量输入轮12与在后轴25上固定的充能齿轮22相连接,从而起到蓄能和减速的作用;如减速不够,则可与后轴25上固定的刹车轮24并用。
座位、货架都固定在梁架18上,而后座和货架是可以互换的,视需要而定;前座靠背的仰角可用调节杆30调节。为使骑车者舒适,脚蹬加L形附件27,托住脚跟。棚28可遮阳、挡雨、顺风或偏顺风可立起固定在车后两根立柱29上,做帆用。
该车宽800mm,高1450mm。双人型,前、后轮中心距800mm,整车长1690mm;单人型,前后轮中心距400mm整车长1290mm,车后仍可有儿童座位或小货架。