专利名称：电动自行车的电动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动自行车的电动装置，用该装置，在用压力摩擦轮胎而旋转驱动的轮胎直接接触方式的自行车中，根据车轮的旋转力和行驶条件，使驱动辊自动地变化，以最少的摩擦压力驱动自行车。
电动自行车不同于仅靠马达驱动的摩托车，它主要依靠人力行驶，马达驱动用于辅助行驶。即，其动力兼用人力和马达驱动力。
电动自行车按驱动方式可分为，将马达和减速器装在车身上、连接皮带或链子驱动的链驱动方式；马达和减速器装在车轮上驱动的直接驱动方式；用压力摩擦自行车轮胎而旋转驱动的轮胎直接接触方式等。
对于电动自行车而言，以下几点是很重要的，即，必须最大限度地减轻重量。在同一重量下，必须提高马达动力装置的效率。在马达不动作仅靠脚踏板行驶时，必须使行驶阻力最小，在成本方面必须经济。
韩国实用新型公告94-5540(1994.8.18)号、94-8681(1994.12.17)号和96-2581(1996.3.27)号揭示了上述链驱动方式和直接驱动方式的电动自行车，其中，在马达的减速装置即马达的小齿轮与从动齿轮(或皮带轮)之间组装了多个减速齿轮进行驱动，因此，能量损失大，效率低，重量增加，成本也高。
为了解决上述问题，出现了用压力摩擦驱动旋转自行车轮胎的轮胎直接接触方式的电动自行车。该方式不采用减速器，而是将驱动辊直接用压力与自行车车轮接触。本发明属于这种轮胎直接接触方式电动自行车的范围。
但是，现有的轮胎直接接触方式电动自行车中，与轮胎接触的驱动辊是固定着的，由在轮胎与驱动辊之间的接触面上产生的强制性摩擦力使自行车驱动，因此，当轮胎的空气压力减少时，轮胎与驱动辊之间的摩擦力也减少，在起动时或上坡行驶时驱动辊有时空转而不动作。而当轮胎的空气压力过高时，轮胎与驱动辊的摩擦力过大，在下坡或平地行驶时，因不必要的摩擦力而损失电能，脚踏行驶时阻力大。
此外，为了提高旋转摩擦力，在驱动辊的表面上形成齿或突起，在行驶时容易使轮胎破损。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种电动自行车的电动装置，用该装置，在用压力摩擦轮胎而旋转驱动的轮胎直接接触方式的自行车中，根据车轮的旋转力和行驶条件，使驱动轮自动地变化，以最少的摩擦压力驱动自行车。
图1是本发明的分解立体图。
图2是本发明中驱动辊的结合断面图。
图3是本发明中夹具的断面图。
图4是本发明结合状态的底面图。
图5是本发明的动作状态图。
图6是本发明动作时的向量分析图。
下面，参照附图详细说明本发明的构造和作用效果。
图1是本发明的分解立体图。图2是本发明中驱动辊的结合断面图。图3是本发明中夹具的断面图。图4是本发明结合状态的底面图。图5是本发明的动作状态图。本发明基本上由作为驱动机构的马达(10)、被马达(10)驱动旋转的驱动辊(20)、支承马达(10)和驱动辊(20)的主托架(30)、可转动地支承在主托架(30)上的夹具托架(40)、与夹具托架(40)连接并安装在自行车车座管上的夹具(50)构成。
在马达(10)的旋转轴(11)上组装着小齿轮(12)，在小齿轮(12)的安装面，通过旋转轴(11)中心的假想中心线之中的一条线上，以旋转轴(11)为对称一体地突设着一对弹簧垫圈(13a)(13b)，该弹簧垫圈(13a)(13b)插入形成在后述主托架(30)上的马达支承槽(35a)(35b)内，被密封螺母(14a)(14b)固定。
驱动辊(20)由齿轮(20a)和辊(20b)构成为一体，形成有贯通其两端面的轴槽(20c)，齿轮轴(23)可插入该轴槽(20c)内。在该轴槽(20c)的两端部，形成口径比轴槽大的轴承槽(21a)(21b)。驱动辊(20)备有插入轴承槽(21a)(21b)内的轴承(22a)(22b)、插入于轴承(22a)(22b)中心孔之间且两端有垫圈部(24a)(24b)的齿轮轴(23)、供齿轮轴(23)插入的柱(25)、与齿轮轴(23)的垫圈部(24a)(24b)结合的密封螺母(26a)。标号(27a)(27b)(27c)表示环。
主托架(30)由基板(31)和在该基板(31)两端垂直一体形成的2个侧板(32a)(32b)构成。在该2个侧板(32a)(32b)上，形成有用于结合后述夹具托架(40)的夹具托架结合孔(33a)(33b)。在2个侧板中的一个侧板上(32a)上，形成有用于插入并支承马达(10)的马达插入槽(34)、马达支承槽(34a)(34b)和用于支承驱动辊(20)的驱动辊支承槽(36)。
在另一个侧板(32b)上，形成齿轮轴支承部(37)，该齿轮轴支承部(37)与基板(31)平行地从侧板上端面一体地延长，然后该延长的端部与侧板(32b)平行地向下延伸。与侧板(32b)平行的齿轮轴支承部(37)的面和侧板(32b)上，分别形成可供齿轮轴(23)插入的齿轮轴插入孔(38a)(38b)。主托架(30)的底面部形成为稍稍倾斜。
夹具托架(40)由基板(41)和在该基板(41)两端面垂直一体延伸的2个侧板(42a)(42b)构成。基板(41)上设有用于固定后述夹具的夹具固定孔(43)和夹具支承孔(44)，夹具支承孔(44)供从夹具(50)伸出的支承突起(53)插入。将上述侧板(42a)(42b)再延长形成突起部，在该突起部上形成主托架结合孔(45a)(45b)。该结合孔(45a)(45b)与形成在主托架(30)上的夹具托架结合孔(33a)(33b)对应，由密配合螺栓(46)和密封螺母(47)插入该结合孔(45a)(45b)与主托架(30)结合。在一个侧板(42a)上形成与扭转弹簧(49)的一个部位结合的弹簧结合槽(49a)，密配合螺栓(46)插入柱(48)和扭转弹簧(49)内。
夹具(50)由平行配设的二个板形成为二层构造，各板上设有夹具托架固定孔(52a)(52b)，将二个板的一侧弯曲成圆形，形成与自行车车座管结合的车座固定槽(51)。在一个板的一侧面上形成支承突起(53)，该支承突起(53)与形成在夹具托架(40)上的夹具支持孔(44)结合。未说明的标号(54)是螺栓，(55)是螺母，用于夹具托架(40)与夹具(50)的结合。
下面说明具有上述构造的本发明的结合关系。把轴承(22a)(22b)装入驱动辊(20)的两端轴承槽(21a)(21b)内，插入齿轮轴(23)，把环(27a)插入驱动辊(20)的齿轮(20a)一侧后，将密封螺母(26a)与垫圈部(24a)结合。接着，一边把伸出于驱动辊(20)的辊(20b)一侧的齿轮轴(23)插入主托架(30)的齿轮轴支承部(37)的齿轮轴插入孔(38a)内，一边依次将环(27b)、柱(25)、环(27c)套在齿轮轴上。然后穿过齿轮轴插入孔(38b)，垫圈部(24b)从侧板(32b)的面伸出后，用密封螺母(26b)结合在垫圈部(24b)并固定，驱动辊(20)就被设置在主托架(30)的驱动辊支承槽(36)内。这样，驱动辊(20)与主托架(30)结合。
弹簧垫圈(13a)(13b)插入马达支承槽(35a)(35b)，马达的旋转轴(11)插入马达插入槽(34)后，用密封螺母(14a)(14b)紧固，则马达(10)与主托架(30)结合。
如上所述，把马达(10)和驱动辊(20)组装在主托架(30)上，把密配合螺栓(46)插入该主托架(30)的夹具托架结合孔(33b)后，通过主托架结合孔(45a)(45b)将夹具托架(40)与密配合螺栓(46)结合，然后结合扭转弹簧(49)和柱(48)，通过夹具托架结合孔(33a)使密配合螺栓(46)的垫圈部伸出于主托架(30)外部，用密封螺母(47)结合，这样，把夹具托架(40)组装到主托架(30)上。这时，扭转弹簧的一端支持在马达(10)本体上，另一端的端部弯曲并与夹具托架(40)的弹簧结合槽(49a)接合，使主托架(30)接受缓冲。
然后，把自行车的车座管(60)部位插入车座管固定槽(51)，将夹具(50)结合在自行车上后，支承突起(53)插入夹具托架(40)的夹具支承孔(44)内，使夹具托架固定孔(52a)(52b)与夹具固定孔(43)对齐，用螺栓(54)和螺母(55)组装。这时，自行车的轮胎(70)和车座管(60)从中间下侧越往上侧宽度越宽，所以，使夹具(50)上下移动，驱动辊(20)的辊部(20b)在轻轻接触自行车轮胎(70)外周面的位置被固定在车座管(60)上。
把马达的电源接头与安装着电池的控制器连接(图未示)，作动准备就绪。
下面参照图5说明具有上述构造和结合关系的本发明的动作。
本发明的基本作动原理是，通过轮胎(70)中心、驱动辊(20)与轮胎(70)的接触点以及支承驱动辊(20)使其可转动地轴设着托架部件等之间的力学配置，根据自行车的行驶条件(路况条件)，把驱动辊(20)和轮胎(70)的压力强度自动调节为自行车车轮能旋转的最小限度的摩擦压力。
换言之，在平地上行驶时，根据轮胎(70)的空气压力，驱动辊(20)以车轮能旋转的最小压力使轮胎(70)旋转，在上坡时，驱动辊(20)自动地提高旋转摩擦力，无论在何种情况下，驱动辊(20)也不空转，摩擦压力从零至100地自动被调节。
这里所述的摩擦压力为零是表示驱动辊(20)与轮胎(70)之间没有摩擦压力。摩擦压力为100，是表示不切断马达(10)电源地制动使车轮停止时，驱动辊的旋转被停止，将此时的摩擦压力作为100。
下面，详细说明具有上述作动原理的本发明的动作。图中，连接夹具托架(40)与主托架(30)的密配合螺栓(46)是作为旋转中心的铰接点(Hinge Point)，把马达(10)驱动时旋转轴(11)的旋转力通过小齿轮(12)传递给与其啮合着的驱动辊(20)的齿轮(20a)，驱动辊(20)就旋转。
这时，齿轮轴(23)的一端插入在齿轮轴支承部(37)的齿轮轴插入孔内，被柱(25)、环(27c)支承并由密封螺母(26b)固定。与齿轮轴(23)结合着的轴承(22a)(22b)插入在形成于驱动辊(20)两端的轴承槽(21a)(21b)内，所以，驱动辊(20)以固定着的齿轮轴(23)为支点旋转，使与其密接着的轮胎(70)旋转。
固定在自行车的车座管(60)上的夹具(50)和固定支承该夹具(50)的夹具托架(40)，由主托架(30)和密配合螺栓(46)轴支着，借助于轴设在密配合螺栓(46)上的扭转弹簧(49)，以密配合螺栓(46)为旋转轴，安装着马达(10)和驱动辊(20)的主托架(30)在夹具托架(40)上接受缓冲，驱动辊(20)的辊部(20b)与轮胎(70)轻轻接触，同时主托架(30)以铰接点即密配合螺栓(46)为轴自由旋转，与轮胎(70)的接触点可变，以最小的摩擦压力将马达(10)的旋转力传递到车轮。
图6是本发明动作时的向量解析图，如图5和图6所示，马达(10)驱动时，驱动辊(20)沿着与马达旋转方向相反的方向逆旋转，在A点与轮胎(70)接触，轮胎(70)朝着马达(10)的旋转方向旋转，自行车被驱动前进。
设轮胎(70)与驱动辊(20)的接触点A与车轮中心的延长线是S，车轮中心与铰接点即密配合螺栓(46)的轴中心延长线是H，S与H之间的夹角为α，延长线H与A点处切线Q之间的夹角为β，使tanβ＞tanα，即，X＞Y地形成铰接点，将本发明装置紧固在自行车的车座管(60)上。这时，角α、β的大小根据马达(10)的摩擦力、轮胎(70)的空气压、自行车的行驶条件决定。
从力学方面看，在β＞α时，驱动辊(20)在与轮胎(70)的接触点A处不打滑，使轮胎(70)旋转，α越小摩擦力越大，当α即将成为0度时(即Y接近O，H与S即将重合时)摩擦力达到最大，形成为无限大力，当α超过了0度时，摩擦力丧失。相反地，在β≤α时，摩擦力为零。
因此，在β＞α的条件下，驱动辊(20)在轮胎(70)的面上不打滑，产生摩擦旋转力，行驶阻力(骑车者的体重、坡道等)越大，在马达(10)旋转力的作用下，驱动辊(20)的接触点A向箭头D方向移动，随着该移动，α变小，由于S的长度不变，所以，推压轮胎(70)的力变大，摩擦力上升，克服行驶阻力使车轮旋转。
上述驱动辊(20)的接触点A朝箭头D方向移动的原因是，驱动辊(20)以铰接点即密配合螺栓(46)为轴可改变旋转，而轮胎(70)以固定着的旋转轴为中心旋转，所以，旋转的驱动辊(20)与轮胎(70)之间的作用力与反作用力使驱动辊(20)沿轮胎(70)面朝D方向移动。
行驶阻力减小时，由于轮胎(70)的空气压作用，作用于驱动辊(20)与轮胎(70)之间的作用力与反作用力相对地减小，驱动辊(20)的接触点A朝着D方向的相反方向返回，α增大，摩擦力减小。
根据上述原理，α随着车轮的行驶阻力随时变化，保持着使车轮旋转的摩擦力。
即，在马达(10)驱动的行驶中，将铰接点(Hinge Point)作为轴，根据车轮行驶阻力程度等行驶条件，α相应地变化，驱动辊(20)仅产生所需的摩擦力，将旋转力传递给轮胎(70)驱动车轮。
在马达(10)驱动的行驶中，本发明装置根据车轮的因道路条件造成的行驶阻力程度，以铰接点为轴不断地摆动。
即，随平地、倾斜路等路面条件电动摩擦力(α角的大小)随时变化，接触点A不断地在每个瞬间自动调节其位置。这时，角α应设定为在马达(10)的驱动状态，能使制动动作时驱动辊(20)的旋转停止的程度。
在同时用马达(10)驱动和人力踩踏板驱动时，根据踏板的踏力大小分担马达(10)驱动力和踏板驱动力，行驶阻力减小，α角增大。
因此，当踏板驱动速度大于马达(10)的驱动速度时，马达(10)的能量消耗几乎为零。
切断马达(10)的电源，只用人力踩动踏板的能量驱动自行车时，轮胎(70)与驱动辊(20)之间的摩擦力为零。即，由于车轮的旋转，与车轮接触的驱动辊的接触点A在惯性作用下，受到从接触点A朝D′方向的力，驱动辊(20)脱离轮胎(70)(β≤α)，摩擦力几乎为零，不产生马达(10)的行驶阻力。
当然，在轮胎(70)与驱动辊(20)之间存在着一定程度的摩擦力，但该摩擦力很小，与驱动速度相比可以忽略不计，所以，驱动辊(20)和与齿轮连接着的马达(10)的空转能量损失也可以忽略不计。
本发明的重要特征之一是，在不踩动踏板的突然起动时，即使突然起动马达(10)，被起电力驱动的马达(10)的驱动力由轮胎(70)的空气压缓和，可防止马达(10)的损伤。
本发明与已往的轮胎直接接触方式电动自行车中的在驱动辊表面形成齿或突起的强制压力摩擦方式不同，本发明中的驱动车轮的驱动力是利用力学原理配设的摩擦力，驱动辊(20)与轮胎(70)的接触面和轮胎(70)面越光滑越有利。
其原因是，轮胎(70)或驱动辊(20)的表面越光滑，接触面越大，角α的变化敏度越高，可提高效率。
此外，本发明与自行车车轮的尺寸无关，具有同一速度和上坡能力。其原因是，驱动辊(20)以一定的旋转速度被驱动时，只在驱动辊(20)的单位时间圆周移动距离与其接触的轮胎(70)旋转，所以，与车轮的大小无关地以同一速度行驶。因此，本发明用于各种自行车也具有完全相同的行驶性能，具有广泛应用性。
具有上述构造和动作效果的本发明，根据行驶条件可以使驱动辊自动变化，以最小的摩擦压力驱动自行车。所以，防止不必要的摩擦损失，同时防止空转，不仅防止电能损失，而且可延长同一电池容量的行驶距离和时间。由于驱动辊与轮胎的接触面是光滑的，所以能防止轮胎的破损，在急起动时即使突然起动马达，被起电力驱动的马达的驱动力由轮胎的空气压缓和，可防止马达的损伤。另外，与自行车的车轮尺寸无关，具有广泛利用性，不需要减速器等，在经济方面也有利。
权利要求
1.电动自行车的电动装置，该电动装置由马达、驱动辊以及支承它们的托架构成，该自行车是用压力摩擦轮胎而驱动的轮胎直接接触方式的电动自行车，其特征在于，托架部件支承着与轮胎接触的驱动辊，将该托架部件可转动地轴设着并固定在自行车的车座管上，用弹簧将驱动辊与轮胎接触地支承着，通过车轮中心、驱动辊与轮胎的接触点、作为旋转中心的铰接点间的力学配置，根据自行车的行驶条件，驱动辊与轮胎之间的摩擦压力自动地调节成为自行车车轮能旋转的最小摩擦力。
2.如权利要求1所述的电动自行车的电动装置，其特征在于，驱动辊由轴槽、轴承槽、轴承、齿轮轴构成，以结合固定在主托架上的齿轮轴为轴心旋转；上述轴槽贯通驱动辊两侧面形成，上述轴承槽由位于轴槽两端部的大于轴槽的口径形成；上述轴承插入轴承槽内；上述齿轮轴插入在轴槽与轴承中心孔之间。
3.如权利要求1所述的电动自行车的电动装置，其特征在于，托架部件由主托架、夹具托架、夹具和密配合螺栓构成；主托架具有基板和在基板两端垂直延伸一体地形成的2个侧板，在该2个侧板上形成夹具托架结合孔，在一个侧板上形成插入支承马达用的马达插入槽、马达支承槽和支承驱动辊用的驱动辊支承槽，将另一个侧板的上端面与基板平行地延伸，再将其端部向下侧延伸，其上设有齿轮轴支承部，该齿轮轴支承部备有供驱动辊的齿轮轴插入的齿轮轴插入孔；夹具托架具有基板和在基板两端垂直延伸一体形成的2个侧板，基板上设有固定夹具用的夹具固定孔和夹具支承孔，夹具支承孔供突出于夹具的支承突起插入；将2个侧板延伸形成突起部，在该突起部上形成可供密配合螺栓插入的主托架结合孔，在一个侧板上形成与扭转弹簧的一侧端部结合的弹簧结合槽；夹具由平行配设的二个板形成为二层构造，各板上设有夹具托架固定孔，将二个板的一侧弯曲成圆形，形成与自行车车座管结合的车座固定槽；在一个板的一侧面上形成支承突起，该支承突起与上述夹具支持孔结合；密配合螺栓将主托架与夹具托架连接，扭转弹簧套设在该螺栓上，该密配合螺栓作为托架部件的旋转中心。
全文摘要
电动自行车是用压力摩擦轮胎驱动的轮胎直接接触方式的电动自行车,与轮胎接触的驱动辊由托架部件支承,把托架部件可转动地轴设着并固定在自行车的车座管上,用弹簧使驱动辊与轮胎接触,通过车轮中心、驱动辊与轮胎的接触点、作为旋转中心的铰接点之间的力学配置,根据自行车的行驶条件,使驱动辊与轮胎间的压力自动调节为自行车车轮能转动的最小摩擦力,使驱动辊根据自行车的行驶条件自动地变化,以最小的摩擦压力驱动自行车。
文档编号B62M11/00GK1202440SQ97120370
公开日1998年12月23日 申请日期1997年12月8日 优先权日1997年6月18日
发明者薛万泽 申请人:林炳大