专利名称：由人力和燃料电池供电电动机提供动力的混合动力机动脚踏车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有人力和燃料电池供电电动机混合驱动系统的自行车或机动脚踏车。燃料电池和蓄电池以及控制装置可以容纳在模块中，该模块安装在自行车前轮与座椅之间由自行车车架形成的三角形空间中。
背景技术：
美国专利No.5,242,335(Kutter)(′335)，其引用在此作为参考并附加作为本申请的附件，公开了一种由人力和电动机驱动的自行车。该专利公开了位于主动轮上的独特行星齿轮系，以便利用电动机的动力和人力。
美国专利No.6,286,616(Kutter)(′616)，其引用在此作为参考并附加作为本申请的附件，公开了一种具有电动机的混合动力机动脚踏车，该电动机在主动轮中具有转子和定子，用于利用人力和电力。
发明内容
本发明提供一种燃料电池，用于产生电力以驱动向诸如机动脚踏车或自行车的两轮车辆主动轮提供动力的电动机。燃料电池和蓄电池以及用于控制燃料电池和电动机的控制装置可以布置在模块中，该模块位于自行车前轮与骑车人座椅之间由自行车车架形成的三角形开口中。这允许易于布置燃料电池和蓄电池。燃料电池将向电动机提供电流。为电动机提供电流的燃料电池和蓄电池组合可以用于混合动力机动脚踏车，该机动脚踏车具有用于利用人力和由电动机提供的动力的机构。例如，这可以采用’355专利中公开的在主动轮上的行星齿轮系。其也可用在这样的情况中，即电动机结合到主动轮的轮毂中，主动轮由电动机的转子和定子以及人力来供能，如’616专利中所公开的那样。
参考附图可以更好地理解本发明的很多方面。图中部件不是必须按比例，取而代之，重点在于清楚地表示本发明的原理。而且，在附图中，相同的附图标记表示多个视图中相应的部件。
图1是一辆本发明的男式机动脚踏车的视图。
图2是一部分后轮和用于燃料电池的燃料罐模块的视图。
图3是本发明机动脚踏车的视图，其中从动力模块一侧上拆除了罩。
图4是用于部分地为本发明机动脚踏车提供动力的电动机的视图。
具体实施例方式
图1中所示的实施例表示具有混合动力驱动系统的机动脚踏车。该混合动力机动脚踏车110具有传统车架和车轮，分别为前轮112，和提供有动力的后轮114。该机动脚踏车具有踏板116，用于由骑车人通过踏板曲柄上的常规齿轮提供人力，踏板传动链118连接至踏板曲柄。
自行车车架具有由后连接支撑124支撑和加强的底部前叉120和顶部前叉122。动力模块126支撑在由120，122和124形成的三角形空间中。该动力模块126可以通过任何传统方式连接至自行车车架上，例如螺栓，其允许易于拆卸和安装。该自行车具有电动机156，其紧邻在后连接支撑124的后面。具有齿的塑料电动机传动带130驱动机动脚踏车的后轮114。该机动脚踏车具有骑车人的座椅136。
该机动脚踏车110具有行星齿轮系132。该行星齿轮系132非常类似于′335专利图1中所示的行星齿轮系。′335专利图1中所示的冠形齿轮6由踏板传动链118驱动。太阳轮3由电动机传动带130驱动。行星齿轮系132允许人力和来自电动机的动力以互补的方式使用。
该机动脚踏车110部分地由一个或多个依靠氢工作的燃料电池150提供动力。氢燃料罐134支撑在连接至机动脚踏车后部的燃料罐模块146中。该燃料罐模块146具有把手148以便拆卸，用于更换新模块。该模块146包括两个氢燃料罐134。
氢燃料罐可以在相当低的压力下以碳氢化物例如碳化铁的形式存储氢。这些燃料罐134可以用于从任何方便的氢气源补给燃料。应该理解也可以使用高压氢气罐。
动力模块126如图3中所示。其包括如图3中所示的多个蓄电池142和燃料电池150组。还可以有用于起动和停止燃料电池150的控制装置。该动力模块126还可以包括用于开启和关闭电动机的控制装置。该动力模块126可以连接至后连接支撑124，顶部前叉122或底部前叉120上。当蓄电池或燃料电池耗尽或无法工作时，可以更换整个模块。虽然动力模块是携带燃料电池150最方便的方式，但可以理解燃料电池和蓄电池可以安装在该车上，而不使用动力模块。由燃料电池150产生的电流传递至24伏电动机156，而任何补充功率用于给蓄电池充电。调节器(图中未表示)能够用于按照需要控制电流向蓄电池和电动机156的分配。电动机156装在连接至机动脚踏车车架上的壳体128中。
也可以提供控制装置以自动开启和关闭燃料电池，以节约燃料。该特征在图中未表示。
本发明中采用的燃料电池采用来自于氢燃料罐134的氢并从空气获得氧。氢可以由泵152泵送至燃料电池。空气可以由空气泵154泵送至燃料电池。氢和氧在燃料电池142中结合以产生电，水蒸气作为副产品。由于仅有水蒸气是副产品，在使用本发明时不会产生大气污染。虽然优选地燃料电池依靠氢和氧工作，但应该理解也可以使用产生电的其它类型燃料电池。在燃料电池使用氢和氧的情况中，氧从大气中获得。合适的线路将电控制装置蓄电池连接至电动机。电动机156具有电动机齿轮传动装置144，电动机驱动带130与其啮合。该电动机可以是无刷直流电动机或其它类型的直流电动机。本发明不限于直流电动机，通过将来自于燃料电池的电流转化成交流，可以采用其它类型的电动机。
该机动脚踏车非常有效，在机动脚踏车测试中已经证实了辅助供能机动脚踏车125公里距离仅需要45克氢。
蓄电池142可以是镍镉电池或耐用的锂电池。
应该指出的是因为使用较少量的氢，因此可以在家里或车库用较小的氢发生单元以产生氢来充满燃料罐。氢可以通过电解水产生。作为选择地，氢可以由甲醇和水混合物的重整器产生。
该机动脚踏车中采用的蓄电池可以是12或24伏蓄电池。
电动机的开启或关闭或调节其速度以辅助驱动机动脚踏车可以由软件控制，该软件确定踏板上的负载和它们的每分钟转数，以确定是否从电动机提供动力，和提供多少动力。该微处理器可以容纳在动力模块或电动机中以使用该软件。在确定电动机何时开启或关闭过程中，人工控制可以比软件优先。
在研究了下面的附图和详细说明后，本发明的其它系统，方法，特征，和优点对于本领域技术人员将显而易见。所有这样的附加系统，方法，特征，和优点将包括在该说明中，处于本发明的范围内，并由下面的权利要求所保护。
权利要求
1.一种至少部分由燃料电池提供动力的两轮机动车，包括支撑至少一个前轮和至少一个后轮以及座椅的车架，所述车架在轮之间形成开口，用于动力模块布置和连接至车架；支撑任一前轮的前轴；支撑任一后轮的后轴；动力模块，所述模块包括燃料电池、蓄电池和用于控制向车轮所提供动力的控制装置；燃料罐；用于可拆卸地将动力模块连接至车架上的装置；和用于向车轮提供动力的电动机。
2.根据权利要求1所述的由燃料电池提供动力的车，其中车架中位于车轮之间的开口为三角形。
3.根据权利要求1所述的由燃料电池提供动力的车，其中该车具有由电动机和由人供能的机械动力源组成的混合动力系统。
4.根据权利要求2所述的由燃料电池提供动力的车，其中该车具有由电动机和由人供能的机械动力源组成的混合动力系统。
5.根据权利要求1所述的由燃料电池提供动力的车，其中燃料电池设计成通过氢和氧产生电，氧从大气中获得，而氢从燃料罐中获得。
6.根据权利要求5所述的由燃料电池提供动力的车，其中氢以碳氢化物形式储存在燃料罐中。
7.根据权利要求6所述的由燃料电池提供动力的车，其中碳化物为碳化铁。
8.根据权利要求3所述的由燃料电池提供动力的车，其中机械动力由人机械地传递至由踏板驱动的车轮，踏板连接至与由链驱动的车轮上的齿轮互相连接的齿轮。
9.一种具有用于驱动主动轮的混合驱动系统的两轮机动车，包括支撑前轮和后轮以及座椅的车架；支撑前轮的前轴；支撑后轮的后轴；踏板曲柄；所述车具有燃料罐，用于产生电的燃料电池，蓄电池，和用于向主动轮提供动力的电动机，及用于控制燃料电池和电动机的控制装置；所述电动机具有转子和定子，形成具有第一转数每分(rpm)和第一转矩的第一驱动源和具有第二转数每分和第二转矩的第二驱动源，电动机的定子可旋转地布置在处于踏板曲柄和主动轮之间的轮轴和传动系轴的其中一个一上，其可以机械地与第二驱动源相连，以使得定子由第二驱动源驱动，而电动机的转子具有与第一驱动系统的第一转数每分和第二驱动系统的第二转数每分的总和相应的转速。
10.根据权利要求9所述的两轮车，其中燃料电池通过氢和氧产生电，且燃料罐设计成容纳氢。
11.根据权利要求9所述的两轮车，其中具有调节燃料电池的控制装置，和调节电动机速度的控制装置。
12.根据权利要求9所述的两轮车，其中第二驱动源是人力驱动系统。
13.根据权利要求9所述的两轮车，其中该车是自行车。
14.一种具有用于驱动主动轮的混合驱动系统的两轮机动车，包括支撑前轮和后轮以及座椅的车架；支撑前轮的前轴；支撑后轮的后轴；用于供应人力的踏板曲柄；所述车具有燃料罐，用于产生电的燃料电池，蓄电池，和用于向主动轮提供动力的电动机，及用于控制燃料电池和电动机的控制装置；并且所述主动轮具有行星齿轮系，该行星齿轮系具有由电动机驱动的太阳轮(3)，由所述人力驱动的冠形齿轮(6)，和混合驱动车主动轮(114)的行星齿轮架(5)，所述行星齿轮架(5)向主动轮(114)提供动力输出。
15.根据权利要求14所述的两轮车，其中燃料电池由氢和氧产生电，且燃料罐设计成容纳氢。
16.根据权利要求14所述的两轮车，其中具有调节燃料电池的控制装置，和调节电动机速度的控制装置。
17.根据权利要求14所述的两轮车，其中该车是自行车。
18.一种至少部分由燃料电池提供动力的两轮机动车，包括支撑至少一个前轮和至少一个后轮以及座椅的车架，所述车架在车轮之间形成开口，用于把动力模块布置和连接至车架；支撑任一前轮的前轴；支撑任一后轮的后轴；由人力驱动的踏板曲柄；动力模块，所述模块包括燃料电池，蓄电池，和用于控制向车轮所提供动力的控制装置；燃料罐；用于可拆卸地将动力模块连接至车架上的装置；和用于向车的主动轮提供动力的电动机；所述主动轮具有行星齿轮系，该行星齿轮系具有由电动机驱动的太阳轮(3)，由所述人力驱动的冠形齿轮(6)，和混合驱动车主动轮(114)的行星齿轮架(5)，所述行星齿轮架(5)向主动轮(114)提供动力输出。
19.根据权利要求9所述的两轮车，其中燃料电池由氢和氧产生电，且燃料罐设计成容纳氢。
20.根据权利要求9所述的两轮车，其中具有调节燃料电池的控制装置，和调节电动机速度的控制装置。
21.根据权利要求18所述的两轮车，其中所述车轮之间的开口为由顶部前叉(122)，底部前叉(120)和后连接支撑(124)限定的三角形。
22.根据权利要求18所述的两轮机动车，其中电动机通过链驱动太阳轮(3)，而冠形齿轮(6)由连接至踏板曲柄上的齿轮的链驱动，踏板曲柄由人力驱动。
23.根据权利要求22所述的两轮机动车，其中电动机通过链驱动太阳轮(3)，而冠形齿轮(6)由连接至踏板曲柄上的齿轮的链驱动，踏板曲柄由人力驱动。
24.根据权利要求18所述的由燃料电池提供动力的车，其中燃料电池设计成由氢和氧产生电，氧从大气中获得，而氢从燃料罐中获得。
25.根据权利要求18所述的由燃料电池提供动力的车，其中氢以碳氢化物形式储存在燃料罐中。
26.根据权利要求25所述的由燃料电池提供动力的车，其中碳化物为碳化铁。
27.根据权利要求18所述的由燃料电池提供动力的车，其具有传感器，以确定踏板的速度和踏板上的负载，并将该信息发送给车中的微处理器，该微处理器已经编程为根据踏板上的负载和其速度控制电动机的速度，从而在蹬车时提供期望的辅助。
全文摘要
提供一种混合动力机动脚踏车，其由人力通过踏板提供动力，并由电动机补充动力，电动机使用该机动脚踏车上的燃料电池所产生的电流。后轮连接至行星齿轮系，其允许提供人力和来自于电动机的动力。该行星齿轮系具有由电动机驱动的太阳轮，和由人力驱动的冠形齿轮，及向车主动轮提供动力输出的行星齿轮架。燃料电池和蓄电池及控制装置可以容纳在可更换模块中，该可交换模块位于形成在车架中位于前轮和座椅之间的三角形空间中。该车具有传感器，以确定踏板的转速和踏板上的负载，转速和负载发送给微型处理器，该微处理器编程为根据踏板上的负载和其速度控制电动机的速度，以为蹬车提供期望的助力。
文档编号B62M6/00GK101035707SQ200580033943
公开日2007年9月12日 申请日期2005年8月19日 优先权日2004年8月20日
发明者汉斯·彼得·内格利 申请人:汉斯·彼得·内格利