专利名称：陆路轮式车辆上的自重能利用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及陆路轮式车辆上包括车辆自身重量及所载人、货物等所有重量的自重能利用装置，适用于陆路上行驶的自行车、童车、残疾人用车、三轮车、独轮车、摩托车、汽车、火车及非水田用拖拉机等所有陆路轮式车辆及叉车等陆地行驶的轮式搬运车辆。
当今世界能源比较紧张，寻找和开发新的能源十分必要，众所周知，由于地心引力的作用，导致车辆在陆路上行驶时产生一种垂直于路面的重力，也就是车辆对路面产生一种压力，此压力成为行驶时的一种阻力，而此重力的存在即自重的存在实际上意味着能量的存在，确切地说自重是一种能量－－自重能。如何开发利用数以亿计的陆路上行驶的轮式车辆上的自重能，以减轻其人力驱动车辆的体力消耗和机动车辆的汽油等能源的耗用，就成为一个重要课题。由于数以十亿计的车轮，特别是充气轮胎，在陆地上滚动过程中，大量能源均耗在使轮胎被压缩后恢复原形的作无用功上，其能量浪费和人力消耗是非常惊人的！何况提高车速后对改善道路交通状况和提高数以亿计人们的时间利用亦将带来巨大的社会效益。中国专利申请号为91220691及92103721所提出的齿轮、齿条、飞轮等结构方案，其机构比较复杂，能量又不能储存，难以实现自重能连续转换作功，且输入件伸出的距离必然较长，所以水平方向的阻力必定较大，这样实际得到的辅助驱动力就比较小。
本发明的目的，在于提供几种结构特别简单，效果明显，能使车辆在行驶过程中实现自重能的连续转换作功，并能实现自重能输入件伸缩距离及阻力均较小而储存的能量及输出力矩均较大的轮式车辆自重能利用装置。
本发明的目的是这样实现的本发明装置在轮上装有至少一个自重能输入件及一个自重能转换储存和输出机构，该机构一端的零件与自重能输入件的一端相连。在车轮滚动过程中，利用车辆上的自重能迫使这些输入件相继与地面接触然后陆续离开，这样各输入件就交替压向轮心方向，将自重能转换成弹簧或磁能等储存。由于一个输入件尚未离开地面而后一个已与地面接触，所以弹簧等储能件始终处于储有能量和不断输出之中，这样就实现了连续转换作功而成为一种辅助驱动力。由于本装置设有储能结构，且对储能件又可采用预紧预压等措施，从而保证了输入件实现短距离伸缩和大容量储能。又由于输入件伸出轮外的距离很短，所以其水平方向的阻力就很小。大力矩输出效果则由大力矩结构保证。这样，实际得到的辅助驱动力不但较大而且连续。所以一旦将本装置装到车辆上，这种驱动力就立即存在了。
本发明优点是1.由几个简单件组成，结构特别简洁。
2.自重能利用量高。由于设有储能结构且在一个轮上可装很多个自重能输入件，所以在轮子整转中能实现自重能的连续转换作功，又可在车辆的前后轮上同时装，这样自重能利用量就大大增加，所以具有很高的实用价值和巨大的经济效益。
3.数以亿计的人力驱动车辆加本装置后，无论省力或加快车速都具有明显效果，比如以日常自行车每分钟蹬50转、速比2.4，则后轮每分钟转120转，若在轮上装10个输入件，则每分钟可得1200次或连续不断的额外辅助驱动力！这对节时节能，减少几亿人的体力消耗和提高道路利用率将带来巨大的社会效益。
4.自重能转换比例高。弹簧和磁极间距离压缩后斥力增大，垫托力增加，从而使充气轮胎的沉陷率减小，达到摩擦阻力下降并产生辅助驱动力；当输入件转过轮的最低点后，又可吸收磁及弹簧等复位时放出的能量成为辅助驱动力；采用杠杆机构使之快速移近或预压预紧，是利用了作用在两磁极间的力与其距离的平方成反比的库仑定律，因此可达到使输入端伸缩较小距离而能够储较大磁力或弹力的结果，从而使车轮滚动过程中各输入件产生的水平阻力减少到微小程度；机构设计又能实现尽可能大的输出力距。这些都能大大提高自重能转换成辅助驱动力的比例。何况是利用原来成为阻力的自重力来作功，变害为利。
5.由于可大幅度增加辅助驱动力并减少摩擦阻力，为设计理想的人力轿车创造了条件，使之真正成为现实。
6.不但不污染环境，而且随着人力轿车的出现和使用汽油的助动自行车等的减少，以及汽车等随着辅助驱动力的获得而可用小马力发动机，相对来讲可减少环境污染。
现通过实施方案，结合附图详述如下
图1为本发明的弹簧外圈式结构示意图图2为本发明的弹簧钢板外圈式结构示意图图3为本发明的永磁外圈式结构示意图图4为本发明的发条式结构示意图图5为本发明的弹簧式结构示意图图6为本发明的永磁式结构示意图图7为本发明的弹簧外圈钢珠式结构示意图图8为本发明的弹簧外圈杆式结构示意图图9为本发明的弹簧外圈连杆式结构示意图
图10为本发明的液压、气压、气液压式结构示意图
图11为自重能输入件端部圆弧形示意图
图12为自重能输入件端部的一种形状示意图
图13为自重能输入件端部的一种形状示意图
图14为自重能输入件端部的一种形状示意图
图15为自重能输入件端部的一种形状示意图
图16为自重能输入件上拉式杠杆机构示意图
图17为自重能输入件上推式杠杆机构示意图
图18为永磁中心轴示意图
图19为弹簧中心轴示意图实施方案一参照
图1、图2。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构2或30中有一个外圈10或29，该外圈内有至少一个弹簧9或至少一个弹簧钢板28，该弹簧或钢板的各一头与轮8上零件相连，另各一头与所说的外圈相连、伸入外圈孔或槽中活动连接，所说的输入件与该外圈活动连接。当轮8滚动时该输入件的输入端与地面接触而被逐渐压向轮心方向，从而弹簧压缩或钢板弯曲位移储能并在车轮滚动过程中实现输出。当所说的输入件达到一定数量时，自重能就实现连续转换输出作功。这是因为充气轮胎总有一定沉陷，所以从侧面看轮子与地面实际为线接触而非点接触，当输入端部被压进并与沉陷轮胎处于同一尺寸而尚未离开地面时，第二个输入件已被压进作功，以此类推，在整个360度转动中就实现了连续作功。实际上，当自重达到一定量而将其中一个输入件压进时，由于外圈的转动，使轮上所有的输入件均同时缩向轮心方向，轮在转动过程中又相继压住各输入件端部而连续作功的。所以一旦轮子开始转动后，各输入件仅出现微量伸缩，从而大大减小了伸出端的阻力，使弹簧就一直处于储有能量并随轮同步转动过程中实现连续输出作功。
实施方案二参照图3。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构3中有一个外圈11，该外圈内有至少一个能量储存和放出件31，该放出件为一对同极相对置的永久磁铁12、13，该磁铁中的一块12与轮8上零件相连，另一块13与所说的外圈相连，所说的输入件与该外圈活动连接。该外圈用铜或不锈钢等抗磁性材料制造，以不妨碍内装磁铁实现相对位移。
实施方案三参照图4。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构4中有一个外圈14，该外圈内有一个弹性发条15，该发条的一头与轮8上零件相固连，另一头与所说的外圈相固连，所说的输入件与外圈活动连接。
实施方案四参照图5。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构5为至少一个弹簧16，该弹簧的一头与轮8上零件相连，另一头与自重能输入件1相连。
实施方案五参照图6。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构6有至少一个能量储存和放出件32，该放出件为一对同极相对置的永久磁铁17、18，该磁铁中的一块17与轮8上零件相连，另一块18与自重能输入件1相连。
实施方案六参照图7。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构35中有一个外圈34，该外圈内有至少一个弹簧钢板33，该钢板的一头与轮8上零件相连，另一头伸入该外圈孔或槽中活动连接，至少一个转换传递构件36由固连在轮8上近外缘处弯管37，该管中装的钢珠38及该管一头孔中活动装有的传递件39组成。该管另一头孔中有自重能输入件1的一端活动连接，该传递件的另一端与外圈34活动连接。钢珠也可改液压或气压传动。
实施方案七参照图8。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构40中有一个外圈41，该外圈内有至少一个弹簧钢板43，该钢板的一头与轮8上零件相连，另一头伸入该外圈的孔或槽中，至少一个转换传递构件42为杆件，该杆的一头与轮8上零件活动连接，另一头与自重能输入件1活动连接，并又与外圈41活动连接。
实施方案八参照图9。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存和输出机构45中有一个外圈44，该外圈内有至少一个弹簧钢板47，该钢板的一头与轮8上零件相连，另一头伸入该外圈的孔或槽中，至少一个转换传递构件46为连杆，该连杆活动支承于轮8的近轮缘处，该杆两端分别与该外圈及自重能输入件1活动连接。
实施方案九参照
图10。本发明的自重能输入件1为轴杆形件，自重能转换储存输出机构7为包括活塞19及蓄能器20的液压机构、气压机构或气液压机构，在吸油(气)及进油(气)路中用单向阀21控制，出口处可加顺序阀22控制其压力，过压时经单向阀23卸压。该活塞的一端与自重能输入件间断性连接，另一端与油、气管路的一端相连接，该管路的另一端与该蓄能器相连接。所说的蓄能器可以是气液直接接触式蓄能器、弹簧式蓄能器、活塞式蓄能器、气囊式蓄能器、重锤式蓄能器或压力容器，所说的输出机构接受该输入件间断性推压其活塞19而实现能量输入，最后经叶轮输出变成辅助驱动力。
参照
图11至
图19。上述方案中的自重能输入件1上可连有一个杠杆机构26，该输入件的输入端可具有弧形25，也可为形似马鞍形24，以跨入安装在轮缘两边，该输入件可利用轮圈上的孔作支承点。弹簧9、16永磁铁12、13、17、18中可用心轴27导向。上述外圈上可以有一凸块，以将外圈转动一定度数后使该凸块搁在轮的零件上，从而使外圈内的弹簧、永磁铁或弹性发条实现预紧。上述自重能输入件可具弯曲形。上述六至八实施方案均为增大输出力矩方案，因力的作用点接近于轮的外缘，所以可达到自重能转换比例高的效果。上述方案中的能量储存和放出件的一端具有可位移的性能。
本发明装置装在轮8上，不但可装在前后轮上或前后轮之间，也可装在两前轮、两后轮之间或轮侧。当装在实心轮胎的车轮上时，自重能输入件可串装在实心轮胎上的孔中。
本发明亦可用齿轮等变速，将自重能转换为高速旋转的飞轮储能，或采用切割磁力线使之转换为储入蓄电池、干电池中的电能。
权利要求1.陆路轮式车辆上的自重能利用装置，适用于陆地上行驶的所有轮式车辆，该装置有至少一个自重能输入件(1)，其特征在于轮(8)上装有一个自重能转换储存和输出机构(2、3、4、5、6、7、30、35、40、45)，该机构一端的零件与自重能输入件(1)的一端相连。
2.根据权利要求1所述的自重能利用装置，其特征在于自重能转换储存和输出机构(2、3、4、30)由一个外圈(10、11、14、29)及该外圈内的至少一个能量储存和放出件(9、15、28、31)组成，该放出件的一端与轮(8)上的零件相连，另一端与所说的外圈相连。
3.根据权利要求1所述的自重能利用装置，其特征在于自重能转换储存和输出机构(5、6)为至少一个能量储存和放出件(16、32)，该放出件的一端与轮(8)上零件相连，另一端与自重能输入件(1)相连。
4.根据权利要求1所述的自重能利用装置，其特征在于自重能转换储存和输出机构(35、40、45)由一个外圈(34、41、44)，至少一个转换传递构件(36、42、46)及该外圈内至少一个能量储存和放出件(33、43、47)组成，该放出件的一端与轮(8)上零件相连，另一端与所说的外圈相连，所说构件的一端与所说的外圈或轮(8)上零件相连，另一端与自重能输入件(1)的一端活动连接。
5.根据权利要求2、3或4所述的自重能利用装置，其特征在于能量储存和放出件(9、15、16、28、31、32、33、43、47)的一端具有可位移的性能，该放出件可以是弹簧、弹簧钢板、弹性发条、一对同极相对置的永久磁铁、液压件、气压件。
6.根据权利要求4所述的自重能利用装置，其特征在于转换传递构件(36)由轮(8)上固连的弯管(37)，该管中可以装有钢珠(38)、液体、气体及该管一头孔中活动装有的传递件(39)组成，该管另一头孔中有自重能输入件(1)的一端活动连接，该传递件的另一端与外圈(34)活动连接。
7.根据权利要求4所述的自重能利用装置，其特征在于转换传递构件(42)为杆件，该杆件的一端与轮(8)上零件活动连接，另一端与自重能输入件(1)活动连接并又与外圈(41)活动连接。
8.根据权利要求4所述的自重能利用装置，其特征在于转换传递构件(46)为活动支承于轮(8)上的连杆，该连杆的一端与自重能输入件(1)活动连接，另一端与外圈(44)活动连接。
9.根据权利要求1所述的自重能利用装置，其特征在于自重能转换储存和输出机构(7)为包括活塞(19)及蓄能器(20)的液压机构、气压机构、气液压机构，在吸油、气及进油、气路中用单向阀(21)控制，出口处加顺序阀(22)控制其压力，过压时经单向阀(23)卸压，该活塞的一端与自重能输入件间断性连接，另一端与油、气管路的一端相连接，该管路的另一端与该蓄能器相连接。
10.根据权利要求9所述的自重能利用装置，其特征在于蓄能器(20)可以是气液直接接触式蓄能器、弹簧式蓄能器、活塞式蓄能器、气囊式蓄能器、重锤式蓄能器、压力容器。
11.根据权利要求2或4所述的自重能利用装置，其特征在于外圈(10、11、14、29、34、41、44)上可以有一个凸块。
12.根据权利要求1所述的自重能利用装置，其特征在于自重能输入件(1)的输入端可为形似马鞍形(24)。
13.根据权利要求1所述的自重能利用装置，其特征在于自重能输入件(1)上可连有一个杠杆机构(26)。
专利摘要陆路轮式车辆自重能利用装置为用于自行车、三轮车、摩托车、汽车、火车等的辅助驱动装置。本实用新型是在轮(8)滚动过程中由于车辆自身重量等迫使自重能输入件(1)产生位移，从而外圈(10)随之转动而使弹簧(9)压缩，将自重能转换、储存并在车轮转动过程中逐步输出时成为辅助驱动力。由于在一个轮上可装多件输入件及能实现自重能的连续转换作功，且能使输入件端部产生的阻力减到很小，从而获得较大的辅助驱动力。
文档编号B60K25/00GK2202673SQ9323278
公开日1995年7月5日 申请日期1993年12月21日 优先权日1993年12月21日
发明者谢鑫泉 申请人:谢鑫泉