一种脚踏式发电自行车儿童座椅的制作方法

本发明涉及儿童座椅技术领域，尤其涉及一种脚踏式发电，并可将电能用于生风产热的自行车儿童座椅。

背景技术：

自行车后座上安装儿童座椅的现象在生活中是非常常见的，其方便家长协同孩子出行，加强对孩子的监管。但家长在骑自行车时，孩子坐在车后通常处于被动的状态，在冬日，自行车骑行时一般较冷，孩子不动易受寒，而在夏日，天气炎热，孩子也非常不舒服。同时，鉴于小孩的好动性，在自行车行驶的过程中加入孩子的参与感非常重要。故需对自行车后座儿童座椅进行改进。目前市场上对自行车后座儿童座椅功能上的改进较少，且多是朝座椅的安全性、轻便性、减震能力等方向发展。

有公告为cn204037737u的中国专利申请介绍了一种保暖电动车座，其在电动车的座椅中增设发热元件，并共用电动车的电源，但自行车没有直接的电力来源；又有公告为cn107713482u的中国专利申请介绍了一种太阳能电暖椅，其利用太阳能产生电力以发热，但其缺少孩童的参与，且需要较大的太阳板空间。而公开号为cn201320065061.7的中国专利申请介绍了一种冬天不冷的自行车后座，但其仅是在后座上加设了两个脚蹬，供儿童下身运动以驱寒。另有公告号为cn204979039u的中国专利申请介绍了一种儿童娱乐健身发电自行车，其提供一个发电充电装置，可将自行车骑行时，轮子所产生的动能转换为电能存储，以用于其他产品的充电，但其发电不针对自行车后座上安装儿童座椅，由成年人骑车出行的情况。

技术实现要素：

发明目的，提供一种除儿童乘坐之外具有踩踏发电功能和风扇功能的自行车后座儿童座椅。

为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：

一种脚踏式发电自行车儿童座椅，包含车座、安装在车座前方的吹风装置、安装在车座下方的踏板发电装置；

所述踏板发电装置包括壳体、上端外露在壳体上方而底端延伸至壳体内的踏板、位于壳体内的齿轮组、棘轮棘爪机构、位于壳体内的右发电机以及左发电机；右发电机的输入轴上设有右发电机锥齿轮；左发电机的输入轴上设有左发电机锥齿轮；

所述棘轮棘爪机构包括两个结构相同的棘轮棘爪装置，每个棘轮棘爪装置包括座体、围绕座体的圆环形周向壁、位于圆环形周向壁内侧的棘轮、位于圆环形周向壁内的中间旋转体、自中间旋转体两端铰接的棘爪；棘轮的一侧为受力侧，而另一侧为倾斜的过渡段；当中间旋转体向第一方向转动时，棘爪推动棘轮受力侧转动，而带动圆环形周向壁及座体转动；当中间旋转体向第二方向转动时，棘爪沿着过渡段转动，此时圆环形周向壁及座体停止转动；

一个棘轮棘爪装置的座体相对中间旋转体的背面设有与左发电机锥齿轮啮合的左锥齿轮；且该座体及对应的左锥齿轮通过左棘轮输出传动轴安装在壳体上；另一个棘轮棘爪装置的座体相对中间旋转体的背面设有与右发电机锥齿轮啮合的右锥齿轮；且该座体与对应的右锥齿轮通过右棘轮输出传动轴安装在壳体上；

设置二级传动轴，该二级传动轴的一端与一个棘轮棘爪装置的中间旋转体固定，二级传动轴的另一端与另一个棘轮棘爪装置的中间旋转体固定；两个棘轮棘爪装置的安装位置相反且，即二级传动轴正转时，连接左锥齿轮的棘轮棘爪装置的棘爪推动棘轮受力侧转动，而连接右锥齿轮的棘轮棘爪装置的棘轮停止转动；二级传动轴反转时，连接左锥齿轮的棘轮棘爪装置的棘轮停止转动，而连接右锥齿轮的棘轮棘爪装置的棘爪推动棘轮受力侧转动；

所述齿轮组包括扇形不完全大齿轮、自扇形不完全大齿轮后端延伸的摇杆、与扇形不完全大齿轮啮合的摇杆小齿轮、与摇杆小齿轮同轴固定的摇杆大齿轮、与摇杆大齿轮啮合的中间小齿轮、与中间小齿轮同轴固定的中间大齿轮、与中间大齿轮啮合的一级传动小齿轮、与一级传动小齿轮同轴固定的一级传动大齿轮、与一级传动大齿轮啮合的二级传动小齿轮、与二级传动小齿轮同轴且向二级传动小齿轮两轴侧延伸的二级传动轴；所述扇形不完全大齿轮与壳体中间连接有弹簧；踏板的一端与壳体铰接，踏板的另一端为活动端；摇杆与踏板通过连杆连接；所述扇形不完全大齿轮与摇杆之间具有与壳体铰接的铰接轴，该铰接轴将扇形不完全大齿轮与摇杆形成杠杆机构；

当踏板下压时通过连杆下压摇杆而带动扇形不完全大齿轮向上摆动，从而带动与扇形不完全大齿轮啮合的摇杆小齿轮，再通过摇杆大齿轮依次带动中间小齿轮、一级传动小齿轮、二级传动小齿轮转动，二级传动小齿轮带动二级传动轴正向转动，从而连接左锥齿轮的棘轮棘爪装置的棘爪推动棘轮受力侧转动而带动左锥齿轮转动，通过左发电机锥齿轮带动左发电机转动工作；

当踏板失去下压力后，弹簧带动下压摇杆回位而带动扇形不完全大齿轮向下摆动，经过齿轮组使二级传动轴反向转动，从而连接右锥齿轮的棘轮棘爪装置的棘爪推动棘轮受力侧转动而带动右锥齿轮转动，通过右发电机锥齿轮带动右发电机。

所述吹风装置包括吹风箱体、位于吹风箱体内的蓄电池、电线、风扇；蓄电池与左发电机、右发电机并联连接。

进一步的，所述壳体内设有与壳体固定的中间板，所述齿轮组、右发电机及与右发电机配合的棘轮棘爪装置位于中间板的一侧，左发电机及与左发电机配合的棘轮棘爪装置位于中间板另一侧；各个齿轮的轴固定在壳体或者中间板上。

有益效果：本发明的脚踏式发电自行车儿童座椅至少具有以下优点：踩下和抬起踏板均可用于发电，且对发电机的输入动力通过齿轮系带动棘轮棘爪装置传动，传动系统简单，且能量利用率高；加入四杆机构，可利用杠杆定理省力，并起到一定加速作用，同时有利于机构结构的布置；通过踏板的形式发电，一方面脚的力度较大，相对手摇等发电形式更省力，另一方面通过脚运动可起到锻炼的效果，在夏日可获迎面吹风，帮助消除暑气；以发风的形式作为脚踩踏板发电的输出结果，可以激发儿童的兴趣；整体装置独立，结构简单，体积较小，不会影响自行车的正常行驶。

进一步的，述壳体内设有与壳体固定的中间板，所述齿轮组、右发电机及与右发电机配合的棘轮棘爪装置位于中间板的一侧，左发电机及与左发电机配合的棘轮棘爪装置位于中间板另一侧；各个齿轮的轴固定在壳体或者中间板上。

进一步的，踏板下压一次，扇形不完全大齿轮带动摇杆小齿轮正向转动一周，摇杆小齿轮相应的同轴摇杆大齿轮也正向转动一周；弹簧带动下压摇杆回位一次，扇形不完全大齿轮反向带动摇杆小齿轮转动一周，摇杆小齿轮相应的同轴摇杆大齿轮也反向转动一周。

进一步的，吹风箱体内还设有控制开关以及暖手套；暖手套内装有所述电热片；控制开关装于所述吹风箱体外侧，切换所述风扇与所述电热片的工作。在冬天，儿童上半身通过电热片发热驱寒。暖手套将电热片隔离，使电热片使用具有安全性。

进一步的，所述控制开关为六脚三控滑动开关，且控制开关内部有两个相互平行等长的铁丝，其位于开关的按钮内，随开关左右移动。通过一个控制开关切换风扇和电热丝的工作，因其特殊结构而使得电路简化。

进一步的，电热片采用远红外线碳纤维材料，安全便捷，在低压下即可发热，可直接装在布料中。

进一步的，车座包括支架、可调脚架、坐垫、靠垫、电线夹具，所述支架前部装有所述吹风装置，所述可调脚架在所述支架的左右两侧均有安装，且下方均装有所述踏板发电装置。

进一步的，支架两侧的可调脚架下各装有一个踏板发电装置，两个发电装置各有前、后发电机，故最终输出四路电流，通过并联的方式，引出同向的电流，汇成一路，输入蓄电池。

进一步的，同一个座体内的两个棘爪的前端均与棘轮接触，且该两个棘爪的后端通过一个棘爪回位弹簧连接，使该两个棘爪的前端与棘轮始终接触。

附图说明

图1是本发明的整体布置图；

图2是本发明的自行车装配图；

图3是本发明的踏板发电装置爆炸图；

图4是本发明的踏板发电装置局部爆炸图；

图5是本发明的踏板发电装置中踏板带动扇形不完全大齿轮部分的传动简图；

图6是本发明中采用的棘轮棘爪装置内部结构图；

图7是本发明的踏板发电装置的中间板装配正视图；

图8是本发明的踏板发电装置内部前侧传动简图；

图9是本发明的吹风/发热装置全剖正视图；

图10是本发明的吹风/发热装置内部电路原理图；

图11是本发明的吹风/发热装置采用特殊控制开关的电路图；

图12是本发明的整体全剖左视图；

图13是本发明的儿童座椅基本组件分布图；

图14是本发明的整体工作过程流程图。

以上附图中的标号与元件对应关系为：100-踏板发电装置；501-中间板；502-一级传动大齿轮；503-中间小齿轮；504-中间大齿轮；505-摇杆大齿轮；506-摇杆小齿轮；507-中间传动轴；508-摇杆传动轴；509-右锥齿轮；510-右棘轮输出传动轴；511-右发电机锥齿轮；512-右盖；513-右发电机；514-一级传动小齿轮；515-一级传动轴；516-二级传动小齿轮；517-二级传动轴；518-弹簧；519-摇杆；520-踏板转轴；521-连杆；522-定位杆；523-连杆转轴；524-踏板；525-左锥齿轮；526-左发电机；527-左发电机锥齿轮；528-左棘轮输出传动轴；529-左盖；600-棘轮棘爪机构；601-中间旋转体；602-棘爪；603-棘轮；604-座体；605-圆环形周向壁；606-棘爪回位弹簧；200-吹风/发热装置；201-右边风扇；202-右边电热片；203-吹风箱体；204-中间风扇；205-中间电热片；206-暖手套；207-左边电热片；208-左边风扇；209-控制开关；210-蓄电池；300-儿童座椅基本组件；301-可调脚架；302-电线夹具；303-支架；304-坐垫；305-靠垫；400-电线；5191-扇形不完全大齿轮；5192-铰接轴。

具体实施方式

请参阅图1、图2及图13所示，发明公开一种脚踏式发电自行车儿童座椅，包含车座300、安装在车座300前方的吹风装置200、安装在车座下方的踏板发电装置100。车座300包括支架303、可调脚架301、坐垫304、靠垫305、电线夹具302，所述支架303前部装有所述吹风装置200，所述可调脚架301在所述支架303的左右两侧均有安装，且下方均装有所述踏板发电装置100。

请结合图3至图8所示，所述踏板发电装置包括壳体(左盖529、右盖512)、上端外露在壳体上方而底端延伸至壳体内的踏板524、位于壳体内的齿轮组、棘轮棘爪机构、位于壳体内的右发电机513以及左发电机526；右发电机513的输入轴上设有右发电机锥齿轮511；左发电机526的输入轴上设有左发电机锥齿轮527。

所述棘轮棘爪机构包括两个结构相同的棘轮棘爪装置600，每个棘轮棘爪装置600包括座体604、围绕座体604的圆环形周向壁605、位于圆环形周向壁605内侧的棘轮603、位于圆环形周向壁605内的中间旋转体601、自中间旋转体601两端铰接的棘爪602；两个棘爪后端之间用棘爪回位弹簧606连接。棘爪回位弹簧606将两个棘爪的后端向内拉，从而使该两个棘爪602的前端与棘轮603始终接触；棘轮603的一侧为受力侧，而另一侧为倾斜的过渡段；当中间旋转体601向第一方向转动时，棘爪602推动棘轮603受力侧转动，而带动圆环形周向壁605及座体604转动；当中间旋转体601向第二方向转动时，棘爪602沿着过渡段转动，此时圆环形周向壁605及座体604停止转动；

一个棘轮棘爪装置600的座体604相对中间旋转体601的背面设有与左发电机锥齿轮527啮合的左锥齿轮525；且该座体604及对应的左锥齿轮525通过左棘轮输出传动轴528安装在壳体上；另一个棘轮棘爪装置600的座体604相对中间旋转体601的背面设有与右发电机锥齿轮511啮合的右锥齿轮509；且该座体与对应的右锥齿轮509通过右棘轮输出传动轴510安装在壳体上；

设置二级传动轴517，该二级传动轴517的一端与一个棘轮棘爪装置600的中间旋转体601固定，二级传动轴517的另一端与另一个棘轮棘爪装置600的中间旋转体601固定；两个棘轮棘爪装置600的安装位置相反且，即二级传动轴517正转时，连接左锥齿轮525的棘轮棘爪装置600的棘爪602推动棘轮603受力侧转动，而连接右锥齿轮509的棘轮棘爪装置600的棘轮603停止转动；二级传动轴517反转时，连接左锥齿轮525的棘轮棘爪装置600的棘轮603停止转动，而连接右锥齿轮509的棘轮棘爪装置600的棘爪602推动棘轮603受力侧转动；

所述齿轮组包括扇形不完全大齿轮5191、自扇形不完全大齿轮5191后端延伸的摇杆519、与扇形不完全大齿轮5191啮合的摇杆小齿轮506、与摇杆小齿轮506同轴固定的摇杆大齿轮505、与摇杆大齿轮505啮合的中间小齿轮503、与中间小齿轮503同轴固定的中间大齿轮504、与中间大齿轮504啮合的一级传动小齿轮514、与一级传动小齿轮514同轴固定的一级传动大齿轮502、与一级传动大齿轮502啮合的二级传动小齿轮516、与二级传动小齿轮516同轴且向二级传动小齿轮516两轴侧延伸的二级传动轴517；所述扇形不完全大齿轮5191与壳体中间连接有弹簧518；踏板524的一端与壳体铰接，踏板524的另一端为活动端；摇杆519与踏板524通过连杆521连接；所述扇形不完全大齿轮5191与摇杆519之间具有与壳体铰接的铰接轴5192，该铰接轴5192将扇形不完全大齿轮5191与摇杆519形成杠杆机构；踏板524下压一次，扇形不完全大齿轮5191带动摇杆小齿轮506正向转动一周，摇杆小齿轮506相应的同轴摇杆大齿轮505也正向转动一周；弹簧带动下压摇杆519回位一次，扇形不完全大齿轮5191反向带动摇杆小齿轮506转动一周，摇杆小齿轮506相应的同轴摇杆大齿轮505也反向转动一周。所述壳体内设有与壳体固定的中间板501，所述齿轮组、右发电机513及与右发电机513配合的棘轮棘爪装置位于中间板的一侧，左发电机526及与左发电机526配合的棘轮棘爪装置位于中间板另一侧；各个齿轮的轴固定在壳体或者中间板上。

当踏板524下压时通过连杆521下压摇杆519而带动扇形不完全大齿轮5191向上摆动，从而带动与扇形不完全大齿轮5191啮合的摇杆小齿轮506，再通过摇杆大齿轮505依次带动中间小齿轮503、一级传动小齿轮514、二级传动小齿轮516转动，二级传动小齿轮516带动二级传动轴517正向转动，从而连接左锥齿轮525的棘轮棘爪装置600的棘爪602推动棘轮603受力侧转动而带动左锥齿轮525转动，通过左发电机锥齿轮527带动左发电机526转动工作；

当踏板524下压时通过连杆521下压摇杆519而带动扇形不完全大齿轮5191向上摆动，从而带动与扇形不完全大齿轮5191啮合的摇杆小齿轮506，再通过摇杆大齿轮505依次带动中间小齿轮503、一级传动小齿轮514、二级传动小齿轮516转动，二级传动小齿轮516带动二级传动轴517正向转动，从而连接左锥齿轮525的棘轮棘爪装置600的棘爪602推动棘轮603受力侧转动而带动左锥齿轮525转动，通过左发电机锥齿轮527带动左发电机526转动工作；

当踏板524失去下压力后，弹簧518带动下压摇杆519回位而带动扇形不完全大齿轮5191向下摆动，经过齿轮组使二级传动轴517反向转动，从而连接右锥齿轮509的棘轮棘爪装置600的棘爪602推动棘轮603受力侧转动而带动右锥齿轮509转动，通过右发电机锥齿轮511带动右发电机513。

支架303两侧的可调脚架301下各装有一个踏板发电装置100，两个发电装置各有前后两个发电机，故最终输出四路电流，通过并联的方式，引出同向的电流，汇成一路，输入蓄电池210。资料查询可知，现有的踏板发电装置多是仅仅利用踏板踩下的能量，而忽略抬起的能量，仅是用弹簧让其复位，并用相应的传动机构防止反转减速。而本发明可以同时利用踏板踩下和抬起的能量，提高能量的利用率。

由上述的结构记载可知，踏板524带动齿轮组的传动是通过一个四杆机构实现的，该四杆机构包括踏板524、连杆521、摇杆519、中间板501，该四杆机构使得结构更加紧凑合理。若直接由摇杆519作为踏板524带动，则因脚踩踏板524需要一个平面作为脚跟的支撑，以使脚跟作为支点，而对应的轮系传动中的大齿轮过大，在结构布置上产生干涉，无法做成平面，故加入一个连杆521，使得踏板524的位置变高，以利于传动系统结构的布置。同时，四杆机构为双摇杆机构，其可通过控制杆长关系实现增速，并通过合理设置支点的位置，利用杠杆定理，减少下压踏板524所需的力。而中间板501上的定位杆522确定摇杆519的最低位置，使其介于双摇杆机构的死点之间，以免踏板524运动时有卡顿的现象。

请参阅图9至图12所示，所述吹风装置包括吹风箱体203、位于吹风箱体203内的蓄电池210、电线400、风扇；蓄电池210与左发电机526、右发电机513并联连接。

所述吹风箱体203内装有所述蓄电池210、电线400、风扇、位于风扇上方的暖手套206，所述暖手套206内装有所述电热片。由于要实现夏日吹风与冬日取暖的功能，故需要利用开关控制两者的工作。可知图8所示的电路中，将风扇与电热片并联接入电路，所在两个对应的支路上分别用两个开关控制。但由于两个开关控制对于孩童来说较难记忆，且操作较繁，在实际的电路连接中使得电路线路杂乱，可用一个具有特殊结构的控制开关209，即六脚三控滑动开关进行控制，其内部有两个相互平行等长的铁丝，其位于开关的按钮内，可随开关左右移动。使用该控制开关209，其接线图如图9所示，实现开关移至左侧，电热片工作；移至中间，两侧电路均断开，为关机状态；移至右侧，风扇工作。该电路在吹风箱体203内的布置如图10所示，可见吹风箱体203上开有相应的用以固定的螺纹孔以及用以将电线400接出至暖手套206中和将电线400从发电机接入的出线孔。由图7所示，风扇与电热片均有三个，即右边风扇201、中间风扇204、左边风扇208与右边电热片202、中间电热片205、左边电热片207。三个风扇均匀分布在吹风箱体203内，使产生的风力沿箱体开槽均匀分布送出。三个风扇隔离在箱体内，避免直接接触儿童。箱体面对儿童的一侧可设置金属网格结构避免儿童将手指伸入箱体内，提高使用安全性。而三个电热片均匀分布在暖手套206下方内侧，使产生的热量沿暖手套206下方内侧均匀散发。所述的风扇与电热片均不直接裸露，利用吹风箱体203和暖手套206隔离，保证使用的安全性，同时吹风箱体203可使风扇转动免受外界风力干扰，暖手套206可减缓发热片热量的发散。而所述的电热片采用远红外线碳纤维材料，安全便捷，在低压下即可发热，可直接装在布料中。所述蓄电池210输出电流经过稳压、降压电路后再输出，保证装置有效工作。

结合图14所示，所述蓄电池210通过电线400接收踏板524动能所转换的电能，故可远距离传送能量，所述电线400可固定在支架303、可调脚架301上的电线夹具302上，使其不杂乱分布，以免绕入自行车轮中。由于可调脚架301可调长度，在脚架较短时，电线400可绕在支架303上，并由电线夹具302固定。亦可将电线400装于支架303内部，但会提高支架303的加工难度，不太可取。本发明装置在原有的自行车后座儿童座椅的脚支架上增设踏板以及系列传动结构，可通过脚踩踏板的形式发电，并起到锻炼儿童身体的作用。该发明的儿童参与性较强，并以生风产热作为结果，更能激发儿童兴趣。同时，所述蓄电池210接收所产生的电能以供风扇或电热片工作，可通过吹风箱体203上的控制开关209切换模式，即“风扇吹风”、“关机”、“电热片取暖”三种模式，达到夏日送凉，冬日送暖的目的。可调脚架301可自由伸长或缩短，不仅保证舒适度，且还可保证方便踩下与抬起踏板524。而坐垫304、靠垫305的材质以及支架303的结构均符合人体舒适度的要求。

本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。