一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车的制作方法
【专利摘要】一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车，在转向装置外径后部固定连接横向放置的储能器外壳，储能器的左、右端面盖的中心孔由轴承固定主轴，主轴外径中部与主飞轮的左、右轮体中心孔固定连接。主飞轮端面的半径中部间隔均等角度钻若干个圆孔，圆孔内由轴承固定行星飞轮轴，轴外径中部与行星飞轮中心孔固定连接。行星飞轮边缘两侧间隔均等角度固定连接若干个质量块，若干个行星飞轮轴的右端外径分别与一个驱动轮的中心孔固定连接。若干个驱动轮的外径与一个固定在右端面盖内侧的环形轨道内径紧密接触。人力脚踏链轮驱动主轴转动，主轴通过环形轨道将人体机械能储入行星飞轮，放松离合器手柄，主轴通过变速器输出轴向后轮传递惯性动力矩驱动自行车行驶。
【专利说明】一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车 所属【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种附加行星飞轮系统储能器的人力驱动交通工具，尤其是能利用事 先储存的人体机械能进行助力驱动自行车行驶的省力交通工具。
【背景技术】
[0002] 目前，有关采用飞轮质量块储能助力使人力自行车省力的技术方案，中国专利局 2011年1月22日在第27卷02号发明专利公报上公开了"一种附加飞轮组惯性储能机械 装置的助力自行车"的专利申请（申请号=201010210812.0)，并于2012年11月07日公告 授予发明专利权（专利号：201010210812. 0)。
[0003] 该发明专利的技术方案中"管型支撑梁"内设置多个回转的飞轮，依靠飞轮组转动 的惯性动力矩助力。由于其"管型支撑梁"位于骑车人的两腿中间，"管型支撑梁"外径尺 寸不宜大于250MM，于是，"管型支撑梁"内部设置的多个回转飞轮的直径数值就不可能大于 110MM。这样，其半径就不大于55MM。由于，多个回转飞轮的半径数值很小，其必须加大回转 飞轮的轴向长度增加回转飞轮的质量数值才能提供所需的飞轮惯性动力矩。这导致，骑车 人为了起步的省力，在全程都必须拖带大于16kg的飞轮质量块。大于16kg的飞轮质量块 提供给骑车人的惯性动力矩的助力效果在自行车行驶到缓坡道路中被飞轮质量块产生的 阻力负荷所抵消。因此，该发明专利技术方案的助力自行车骑车人有时达不到全程省力的 目的。
【发明内容】
[0004] 为了克服" 一种附加飞轮组惯性储能机械装置的助力自行车（专利号： 201010210812.0)"发明专利技术方案存在回转飞轮质量块质量数值大、半径数值小，存在 助力效果有时被飞轮质量块产生的阻力负荷所抵消的不足，本发明提供一种附加行星飞轮 系统储能器的助力自行车，该附加行星飞轮系统储能器的助力自行车通过加大行星飞轮的 半径数值减小了飞轮质量块的质量数值。从而，让助力自行车骑车人实现了达到全程省力 的目的。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将"一种附加飞轮组惯性储能机械 装置的助力自行车（专利号：201010210812. 0) "技术方案中纵向安装的"管型支撑梁"；改 进为横向安装的储能器外壳。并将储能器外壳和行星飞轮系统的直径相对原技术方案的直 径加大若干倍。并且，在行星飞轮边缘处按均等角度固定连接若干个质量块增大行星飞轮 的转动惯量。这样，本本发明中的行星飞轮系统在与专利号：201010210812. 0技术方案中 若干个飞轮的转动惯量数值相等的情况下，行星飞轮系统质量块的质量数值就可以大幅度 减小。行星飞轮质量块的质量数值小，其产生的阻力负荷就小。于是，本发明的助力自行车 行驶到缓坡道路时其阻力负荷不能全部抵消行星飞轮系统质量块的助力效果，因而能够让 骑车人达到全程省力的目的。
[0006] 本发明的有益效果是，可以让骑车人在减小人力驱动交通工具质量数值的情况 下，达到全程省力的目的，方便实用，结构简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0008] 图1是本发明一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车的整体结构示意图。
[0009] 图2是本发明一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车的行星飞轮系统储能 器的结构纵向A-A剖面示意图。
[0010] 图3是本发明一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车的行星飞轮系统储能 器的结构横向B-B剖面示意图。
[0011] 图1、图2、图3中：1.后轮减震器，2.上支撑杆，3.后轮支撑架，4.储能器左端面 盖，5.主飞轮左轮体，6.行星飞轮轴承，7.行星飞轮，8.储能器主轴，9.行星飞轮轴，10.挡 风罩，11.弹簧，12.环形轨道支撑杆，13.离合器控制手柄，14.转向装置，15.储能器外 壳，16.前轮减震器，17.前轮，18.前轮轴，19.驱动轮，20.环形轨道，21.主飞轮右轮体， 22.单向链轮，23.主轴轴承，24.脚踏链条，25.储能器右端面盖，26.脚踏板，27.脚踏链 轮，28.脚踏链轮轴，29.下支撑杆，30.后轮链条，31.后轮链轮，32.离合器，33.后轮轴， 34.后轮，35.动力输出链轮，36.变速器。
【具体实施方式】
[0012] 在图1、图2、图3中，储能器外壳（15)外径前部的外缘与转向装置（14)的外径 外缘固定连接，转向装置（14)的内径由轴承固定连接方向把手轴，方向把手轴的上端与方 向把手的外径中心点固定连接，方向把手的左手把与离合器控制手柄（13)活动连接，方向 把手轴的下端与两个前轮减震器（16)上端固定连接，两个前轮减震器（16)下端与前轮轴 (18) 的两端固定连接，前轮轴（18)的中部由轴承固定连接前轮（17)，上述储能器外壳（15) 的左侧与储能器左端面盖（4)固定连接，右侧与储能器右端面盖（25)固定连接，储能器左 端面盖（4)、储能器右端面盖（25)的中心孔与主轴轴承（23)的外径固定连接，主轴轴承 (23)的内径与储能器主轴（8)的外径固定连接，储能器主轴（8)的外径中部间隔一定距离 与主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)的中心孔固定连接，主飞轮左轮体（5)、主飞轮右 轮体（21)的外缘与挡风罩（10)的两端固定连接，主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)端 面的半径中部间隔均等角度钻若干个圆形孔，主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)端面 的每个圆形孔内分别与一个行星飞轮轴承（6)的外径固定连接，主飞轮左轮体（5)与主飞 轮右轮体（21)端面相对的行星飞轮轴承（6)的内径分别与一根行星飞轮轴（9)的两边外 径固定连接，每一根行星飞轮轴（9)的中部轴外径分别与一个行星飞轮（7)的中心孔固定 连接，若干根行星飞轮轴（9)伸出主飞轮右轮体（21)圆形孔的轴端外径分别与一个驱动轮 (19) 的中心孔固定连接，上述的储能器右端面盖（25)内侧间隔均等角度固定连接若干根 环形轨道支撑杆（12)，若干根环形轨道支撑杆（12)的外径分别套一个弹簧（11)，若干根环 形轨道支撑杆（12)的外径穿过环形轨道（20)外径的若干个端面孔，上述的储能器主轴（8) 伸出储能器右端面盖（25)的轴外径与单向链轮（22)的内径固定连接，单向链轮（22)的外 径轮齿与脚踏链条（24)啮合，脚踏链条（24)还与脚踏链轮（27)的外径轮齿啮合，脚踏链 轮（27)的中心孔与脚踏链轮轴（28)的右侧外径固定连接，脚踏链轮轴（28)的外径两端分 别固定连接方向相反的脚踏板（26)，脚踏链轮轴（28)的左侧外径与两个轴承的内径固定 连接，两个轴承的外径与轴承座内径固定连接，轴承座的外径上部与下支撑杆（29)的下端 外径固定连接，下支撑杆（29)的下部外径与储能器外壳（15)后部外径下侧固定连接，上述 储能器外壳（15)外径后部的上段外缘与上支撑杆（2)的一端固定连接，上支撑杆（2)的外 径上部前段固定连接座垫，上支撑杆（2)的下部中段与下支撑杆（29)的上端固定连接，上 支撑杆（2)的下部后段与两个后轮减震器（1)的上端活动连接，两个后轮减震器（1)的下 端分别与两个后轮支撑架（3)的上部后段活动连接，两个后轮支撑架（3)的后端与后轮轴 (33)的两端固定连接，后轮轴（33)的轴外径中部与两个后轮轴承的内径固定连接，两个后 轮轴承的外径与后轮轮毂的内径固定连接，后轮轮毂的左侧固定连接离合器（32)的压盘， 后轮轴（33)左侧的轴外径与离合器轴承的内径固定连接，离合器轴承的外径与后轮链轮 (31) 的中心孔固定连接，后轮链轮（31)的右侧端面固定连接离合器（32)的摩擦片，离合器 (32) 的摩擦片由离合器弹簧作用与离合器（32)的压盘紧密接触，离合器弹簧套在后轮轴 (33) 左侧的轴外径上，后轮链轮（31)的外径轮齿与后轮链条（30)啮合，上述变速器（36) 的右端面与储能器左端面盖（4)的外侧固定连接，变速器（36)动力输入轴的内键槽与储能 器主轴（8)左侧轴端外径的外键槽插入啮合，变速器（36)动力输出轴的左侧轴外径与动力 输出链轮（35)的中心孔固定连接，动力输出链轮（35)的外径轮齿与后轮链条（30)啮合形 成动力连接。
[0013] 本发明一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车实施例的储能器外壳（15)是 圆环形构件，延自行车的前进方向横向置放，外直径Φ = 820丽，内直径Φ = 780丽，长度 L = 60MM，由两根直径Φ = 20MM的钢管制成，质量m = I. 5kg，若由复合碳纤维材料制作， 质量m = 0. 3kg。实施例的储能器主轴⑶最大直径Φ = 25丽，长度L = 140丽，由45# 元钢制成，质量m = 0. 35kg。实施例的主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)的直径Φ = 770丽，长度L = 3丽，由复合碳纤维材料制造，质量m = 0. lkg，数量为各1个。实施例的 若干个行星飞轮轴（9)的最大直径Φ = 18丽,长度L = 8(MM,由45#元钢制成,质量m = 0. 13kg，数量为4个。实施例的若干个行星飞轮（7)的直径Φ = 360MM，轮体是4MM厚的 复合碳纤维板，轮体的复合碳纤维板质量m = 0. 05kg，轮体边缘两侧按平均角度固定连接 若干个质量块，若干个质量块的总质量m = 0.8kg，每个行星飞轮轴（9)的两边外径分别与 一个轴承的内径固定连接，轴承质量m = 0. 035kg，每个轴承的外径固定的轴承座的质量m =0. 065kg，若干个驱动轮（19)的最大外径Φ = 60MM，长度L = 10MM，由铸钢制成，质量m =0. 2kg，数量为4个。每个行星飞轮（7)的总质量m = I. 45kg，数量为4个，其55%的质 量集中在轮缘处。实施例的1个环形轨道（20)内径为锥形，最小内径Φ = 450MM，最大内 径Φ = 460丽，其外径Φ = 470丽，长度L = KMM，由铸钢制成，质量m = I. 0kg，若干个驱 动轮（19)的外径与环形轨道（20)的内径紧密接触，驱动轮（19)与环形轨道（20)的转速 比约为7. 5 : 1。脚踏链轮（27)与单向链轮（22)的速比为1 : 6,变速器（36)内的4个 齿轮由轻质的非金属材料制造，外壳由铝合金制造，总质量m= 1.8kg。脚踏板（26)有左、 右两个，脚踏板（26)由力杆与活动踏板组成，两根力杆的一端相互反方向并按90度角垂直 固定连接在脚踏链轮轴（28)外径的两端，两根力杆的另外一端反方向并按90度角垂直活 动连接脚踏板。脚踏板（26)的右侧力杆有两个挡位，关闭卡销时右侧力杆与左侧力杆长度 相等可以绕脚踏链轮轴（28)的中心进行360度转动踩踏，打开卡销时右侧力杆比左侧力杆 伸长5-30cM，并且，能够按60度角上、下往复踩踏。脚踏板（26)驱动脚踏链轮（27)以55 转/分的速度转动，储能器主轴（8)的转速为330转/分，行星飞轮（7)的转速为2475转/ 分，变速器（36)挂入高速档位时变速器动力输出链轮（35)与储能器主轴（8)的转速比为 1 : 1，变速器（36)挂入低速档位时变速器动力输出链轮（35)与储能器主轴（8)的转速比 为1 : 2,变速器动力输出链轮（35)与后轮链轮（31)的速度比为2 : 1，后轮（34)的外径 Φ = 600丽。本实施例的总质量m = 24kg。
[0014] 当骑车人脚踏本实施例脚踏板（26)驱动脚踏链轮（27)驱动储能器主轴（8)转动 时，行星飞轮轴承（6)、行星飞轮（7)、储能器主轴（8)、行星飞轮轴（9)、挡风罩（10)、主飞轮 左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)、若干个驱动轮（19)绕储能器主轴（8)中心转动，储能器整 体获得第一个转动角速度分量O 1形成第一次惯性储能。由于若干个驱动轮（19)与环形 轨道（20)在弹簧（11)的作用下相互紧密接触，储能器主轴（8)通过环形轨道（20)将驱动 力传递给4个驱动轮（19)，4个驱动轮（19)绕环形轨道（20)内径转动带动4个行星飞轮 (7) 绕4根行星飞轮轴（9)中心转动。这样，储能器整体获得第二个角速度分量ω2形成第 二次惯性储能。于是，本发明一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车实施例的储能器 主轴（8)和4个行星飞轮轴（9)的角速度产生叠加效应ω 1+ω2。
[0015] 当骑车人用力连续蹬踏本实施例脚踏板（26) 20次（约10转），脚踏链轮（27)达到 55转/分的频率时，本发明实施例中的储能器主轴（8)转动速度达到330转/分，其角速度 O1 = IIji弧度/秒，储能器主轴（8)储蓄的人体机械能产生的力矩L1=Oi R12U12 /2 0
[0016] L1 = 6 X (0· 19)2 X (11 π ) 2/2 X 20 π = 257. 89/125. 66 = 2· 05Ν · M
[0017] (式中R1为行星飞轮轴（9)中心至储能器主轴（8)中心的距离，Co1为储能器主轴 (8) 的角速度）
[0018] 此时，4个行星飞轮（7)的转动速度达到2475转/分，其角速度ω2 = 82. 5 Ji弧 度/秒。4个行星飞轮（7)储蓄的人体机械能产生的力矩：
[0019]
【权利要求】
1. 一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车包括，后轮减震器（1)、上支撑杆（2)、 后轮支撑架（3)、储能器左端面盖（4)、主飞轮左轮体（5)、行星飞轮轴承（6)、行星飞轮（7)、 储能器主轴（8)、行星飞轮轴（9)、挡风罩（10)、弹簧（11)、环形轨道支撑杆（12)、离合器控 制手柄（13)、转向装置（14)、储能器外壳（15)、前轮减震器（16)、前轮（17)、前轮轴（18)、 驱动轮（19)、环形轨道（20)、主飞轮右轮体（21)、单向链轮（22)、主轴轴承（23)、脚踏链条 (24)、储能器右端面盖（25)、脚踏板（26)、脚踏链轮（27)、脚踏链轮轴（28)、下支撑杆（29)、 后轮链条（30)、后轮链轮（31)、离合器（32)、后轮轴（33)、后轮（34)、动力输出链轮（35)变 速器（36)，其特征在于：储能器外壳（15)外径前部的外缘与转向装置（14)的外径外缘固 定连接，转向装置（14)的内径由轴承固定连接方向把手轴，方向把手轴的上端与方向把手 的外径中心点固定连接，方向把手的左手把与离合器控制手柄（13)活动连接，方向把手轴 的下端与两个前轮减震器（16)上端固定连接，两个前轮减震器（16)下端与前轮轴（18)的 两端固定连接，前轮轴（18)的中部由轴承固定连接前轮（17)，上述储能器外壳（15)的左侧 与储能器左端面盖（4)固定连接，右侧与储能器右端面盖（25)固定连接，储能器左端面盖 (4)、储能器右端面盖（25)的中心孔与主轴轴承（23)的外径固定连接，主轴轴承（23)的内 径与储能器主轴（8)的外径固定连接，储能器主轴（8)的外径中部间隔一定距离与主飞轮 左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)的中心孔固定连接，主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21) 的外缘与挡风罩（10)的两端固定连接，主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)端面的半径 中部间隔均等角度钻若干个圆形孔，主飞轮左轮体（5)、主飞轮右轮体（21)端面的每个圆 形孔内分别与一个行星飞轮轴承（6)的外径固定连接，主飞轮左轮体（5)与主飞轮右轮体 (21)端面相对的行星飞轮轴承（6)的内径分别与一根行星飞轮轴（9)的两边外径固定连 接，每一根行星飞轮轴（9)的中部轴外径分别与一个行星飞轮（7)的中心孔固定连接，若干 根行星飞轮轴（9)伸出主飞轮右轮体（21)圆形孔的轴端外径分别与一个驱动轮（19)的中 心孔固定连接，上述的储能器右端面盖（25)内侧间隔均等角度固定连接若干根环形轨道 支撑杆（12)，若干根环形轨道支撑杆（12)的外径分别套一个弹簧（11)，若干根环形轨道支 撑杆（12)的外径穿过环形轨道（20)外径的若干个端面孔，上述的储能器主轴（8)伸出储 能器右端面盖（25)的轴外径与单向链轮（22)的内径固定连接，单向链轮（22)的外径轮齿 与脚踏链条（24)啮合，脚踏链条（24)还与脚踏链轮（27)的外径轮齿啮合，脚踏链轮（27) 的中心孔与脚踏链轮轴（28)的右侧外径固定连接，脚踏链轮轴（28)的外径两端分别固定 连接方向相反的脚踏板（26)，脚踏链轮轴（28)的左侧外径与两个轴承的内径固定连接，两 个轴承的外径与轴承座内径固定连接，轴承座的外径上部与下支撑杆（29)的下端外径固 定连接，下支撑杆（29)的下部外径与储能器外壳（15)后部外径下侧固定连接，上述储能器 外壳（15)外径后部的上段外缘与上支撑杆（2)的一端固定连接，上支撑杆（2、）的外径上 部前段固定连接座垫，上支撑杆（2)的下部中段与下支撑杆（29)的上端固定连接，上支撑 杆（2)的下部后段与两个后轮减震器（1)的上端活动连接，两个后轮减震器（1)的下端分 别与两个后轮支撑架（3)的上部后段活动连接，两个后轮支撑架（3)的后端与后轮轴（33) 的两端固定连接，后轮轴（33)的轴外径中部与两个后轮轴承的内径固定连接，两个后轮轴 承的外径与后轮轮毂的内径固定连接，后轮轮毂的左侧固定连接离合器（32)的压盘，后轮 轴（33)左侧的轴外径与离合器轴承的内径固定连接，离合器轴承的外径与后轮链轮（31) 的中心孔固定连接，后轮链轮（31)的右侧端面固定连接离合器（32)的摩擦片，离合器（32) 的摩擦片由离合器弹簧作用与离合器（32)的压盘紧密接触，离合器弹簧套在后轮轴（33) 左侧的轴外径上，后轮链轮（31)的外径轮齿与后轮链条（30)啮合，上述变速器（36)的右 端面与储能器左端面盖（4)的外侧固定连接，变速器（36)动力输入轴的内键槽与储能器主 轴（8)左侧轴端外径的外键槽插入啮合，变速器（36)动力输出轴的左侧轴外径与动力输出 链轮（35)的中心孔固定连接，动力输出链轮（35)的外径轮齿与后轮链条（30)啮合形成动 力连接。
2. 根据权利要求1所述的一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车，其特征在于： 所述的储能器外壳（15)横向安装在自行车转向装置（14)的后部。
3. 根据权利要求1所述的一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车，其特征在于： 所述的若干个行星飞轮（7)的轮体边缘两侧按平均角度固定连接若干个质量块。
4. 根据权利要求1所述的一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车，其特征在于： 所述的若干个驱动轮（19)的外径与环形轨道（20)的内径紧密接触。
5. 根据权利要求1所述的一种附加行星飞轮系统储能器的助力自行车，其特征在于： 所述的脚踏板（26)的右侧力杆有两个挡位，关闭卡销时右侧力杆与左侧力杆长度相等可 以绕脚踏链轮轴（28)的中心进行360度转动踩踏，打开卡销时右侧力杆比左侧力杆伸长 30cM，并且，能够按60度角上、下往复踩踏。
【文档编号】B62M11/14GK104340322SQ201310341451
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】董长军, 董天翔 申请人:嘉兴禾工能源科技有限公司