具有电子锁的自行车的制作方法

本发明涉及自行车，特别是涉及传动装置与电子锁一体化的自行车。

背景技术：

自行车可以说是最常见的代步工具，其以骑行者脚踩踏板为动力，绿色环保，越来越受到人们的欢迎，应用场合以及使用人群越来越广，如作为环保的交通工具被广大民众用来上下班代步或短距离出行，避免道路拥堵带来的不便；另外越来越多的健身爱好者、户外爱好者使用自行车来骑行锻炼、出游等；再另外自行车亦发展为一项竞技体育运动，如公路自行车赛、山地自行车赛、场地自行车赛等。然而，现有自行车的锁具在自行车上是单独设置的，容易损坏或被盗贼撬开造成自行车丢失，其成本较高且影响自行车的外观，影响了自行车的应用与发展。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种自行车，其电子锁内置于车架壳体内、并与传动装置集成，结构简单且安全可靠。

本发明提供一种自行车，包括车架、车架壳体、车轮、以及设置于车架壳体内用以驱动所述车轮的传动装置，以及同样设置于车架壳体内并与所述传动装置一体化设计并相作用的电子锁

在一实施例中，所述电子锁包括用于将所述电子锁固定于所述自行车的车架壳体上的外壳以及穿设于外壳内的锁杆，所述锁杆能够在一锁车位置和一解锁位置之间活动，在所述锁车位置，所述锁杆与所述自行车的传动装置配合以切断对所述车轮的动力传输。

在一实施例中，所述电子锁还包括与锁杆相作用的闭锁杆以及驱动闭锁杆移动的电子解锁器，所述闭锁杆形成有朝向锁杆的自由端，锁车时所述自由端与锁杆插接对锁杆限位，解锁时所述电子解锁器驱动闭锁杆的自由端脱离锁杆，锁杆反向移动复位解锁。

在一实施例中，所述电子解锁器包括电池、以及由所述电池驱动的线圈，所述线圈环绕闭锁杆设置，线圈通电产生磁场驱动闭锁杆的自由端脱离锁杆。

在一实施例中，所述电子解锁器还包括控制单元以及通信单元，所述通信单元接收解锁命令并产生相应的信号给控制单元，控制单元根据解锁命令控制电源与线圈在预定的时间内连通。

在一实施例中，所述电子解锁器还包括检测单元以及报警单元，所述检测单元包括若干传感器，检测单元将检测结果传输至控制单元，控制单元通过通信单元上传检测结果并根据检测单元的检测结果启动报警单元。

在一实施例中，所述锁杆上形成有对应闭锁杆的自由端的闭锁槽，所述闭锁杆上套设有弹簧，电子锁锁车时闭锁杆的自由端插接于闭锁槽内，闭锁杆上的弹簧为伸长状态，电子锁解锁时闭锁杆的自由端脱离闭锁槽，闭锁杆上的弹簧被压缩。

在一实施例中，所述锁杆上套设有弹簧，电子锁锁车时，锁杆压缩弹簧，电子锁解锁时锁杆上的弹簧恢复形变伸长并带动锁杆复位解锁。

在一实施例中，所述电池为充电电池或超级电容，所述电子锁还包括与所述充电电池或超级电容连接的发电机，所述发电机与自行车的所述传动装置相连接，利用骑行者对自行车的驱动使发电机发电并对充电电池或超级电容充电。

在一实施例中，所述发电机与传动装置之间设置有齿轮箱用于提升发电机转速。

在一实施例中，所述电子锁的锁杆与所述传动装置配合的一端形成一尖端。

在一实施例中，所述传动装置包括定向传动机构以及链轮传动机构，所述定向传动机构包括与脚蹬连接的主动轴、与链轮传动机构连接的从动轴、以及设置于主动轴与从动轴之间的换向单元，所述链轮传动机构与自行车的后轮连接且无传统飞轮离合器，在锁车位置，所述电子锁直接或间接与从动轴和链轮传动机构其中之一相作用以锁住所述从动轴和链轮传动机构其中之一以使后轮无法转动。

在一实施例中，所述从动轴上设有啮合齿，在锁车位置时，所述电子锁的一锁杆伸入至啮合齿内限定从动轴的转动。

在一实施例中，所述传动装置包括设置于所述车架壳体内的传动机构，所述电子锁固定连接于所述车架壳体上并安装在所述传动机构的周边以方便电子锁锁杆锁住传动机构。

在一实施例中，所述传动装置包括定向传动机构以及链轮传动机构，所述定向传动机构包括与脚蹬连接的主动轴、与链轮传动机构连接的从动轴、以及设置于主动轴与从动轴之间的换向单元，所述链轮传动机构与自行车的后轮连接且无传统飞轮离合器，所述换向单元包括包括同向齿轮组和反向齿轮组，根据所述主动轴的转动方向，所述主动轴与从动轴之间选择性地通过所述同向齿轮组或反向齿轮组形成传动以带动所述从动轴始终正向转动，在锁车位置，所述电子锁与所述同向齿轮组和反向齿轮组至少其中之一相作用以锁住所述同向齿轮组和反向齿轮组至少其中之一以使后轮无法转动。

相较于现有技术，本发明自行车的电子锁在功能与外形上均与自行车的传动装置一起整合在车架壳体内，一般人难以拆除破坏锁具，这种一体化的传动与电子锁设计使得整车结构及安装简单、使用维护方便、更加安全可靠。

附图说明

图1为本发明自行车一实施例的结构示意图。

图2为图1所示自行车去除车架、车架壳体、车轮后的结构示意图。

图3为图1所示自行车的定向传动机构以及电子锁的结构示意图。

图4为图3的纵向剖视图。

图5为图3的横向剖视图。

图6为图3所示电子锁的结构示意图。

图7为图6的剖视图。

图8为图6的爆炸图。

图9为电子锁的发电单元的结构示意图。

图10为图9的剖视图。

图11为电子锁的电路方框图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施方式对本发明自行车及其电子锁进行详细说明。

如图1-2所示，本发明自行车包括车架10、前后车轮12、车架壳体15、安装于车架壳体15内的传动装置14、以及与传动装置14相作用的电子锁16。其中，所述传动装置14实现骑行者与自行车之间的动力传输，即将骑行者蹬踏自行车的行为转化为自行车的车轮12(本实施例中为后车轮12)的转动，驱动自行车前行。

本实施例中，所述传动装置14包括上述车架壳体15、以及容纳在车架客体15内的定向传动机构18和链轮传动机构20。由于定向传动机构18和链轮传动机构20容纳在车架壳体15内，外界看不到任何齿轮、链条和链轮结构，使得自行车传动部分外形美观，使用上更加安全方便。

如图3-5所示，所述定向传动机构18具有一主动轴22与自行车的脚蹬24相连接，骑行者可正、反向蹬踏脚蹬24驱动主动轴22转动；一从动轴26与链轮传动机构20连接；以及一换向单元28在主动轴22与从动轴26之间传动，保证不论主动轴22正转还是反转，从动轴26总输出正向转动给链轮传动机构20。所述链轮传动机构20连接从动轴26与后轮12，形成大距离的传动并最终带动自行车行进。

在本实施例中，链轮传动机构20主要包括输出链轮202、后链轮204以及连接在输出链轮202与后链轮204之间的链条206。输出链轮202固定在从动轴26一端，后链轮204与后车轮12固定连接并与输出链轮202位于自行车同一侧。后链轮204及后车轮12通过一轴承208与自行车后轴210连接，从而后链轮204及后车轮12可相对于自行车后轴210转动。本实施例中，由于后链轮204与后车轮12是固定连接的，其间没有传统的飞轮离合器，因此从动轴26、链轮传动机构20和后车轮12都是同步转动的：当脚蹬骑行自行车时，链轮传动机构20能够带动后车轮12转动；当下坡、惯性滑行或推行时，后车轮12的转动反过来会带动链轮传动机构20转动。也就是说，在本实施例中，只要后车轮12转动，从动轴26、输出链轮202、链条206、后链轮204就会转动，反之亦然。因此，只要直接或间接(锁住正向或反向轮组)锁住从动轴26或链轮传动机构20的任何位置，即可锁住后车轮12。

在所示的实施例中，所述电子锁16与定向传动机构18的从动轴26相作用，限制从动轴26与链轮传动机构20之间的动力传输，最终动力无法传输至车轮12，实现锁车。如图6-8所示，本实施例中，所述电子锁16整体呈方块状，包括外壳30、锁杆32、闭锁杆34、以及电子解锁器36。

所述外壳30上形成有安装孔31，用于将电子锁16固定安装于车架壳体15上。本实施例中，所述电子锁16安装于定向传动机构18的下方。电子锁16除了在功能上与自行车传动机构18、20整合在一起外，在外形上也与车架壳体15整合在一起，除了对本车结构比较熟悉的人外，一般人无法短时间拆除或破坏车锁16。这种一体化的传动与电子锁设计使得整车结构及安装简单、使用维护方便、更加安全可靠。

所述锁杆32用于与定向传动机构18的从动轴26作用，两者相卡形成限位，切断从动轴26通过链轮传动机构20向后车轮12的动力传输、以及后车轮12反向对从动轴26的动力驱动，实现锁车。所述闭锁杆34将锁杆32保持在与从动轮26相卡的位置，保证锁杆32与从动轴26相互卡死，加强锁车后的可靠性。所述电子解锁器36用于电子锁16的电动解锁，解锁时闭锁杆34复位，锁杆32复位，整个电子锁16恢复至解锁状态。

所述外壳30内形成有对应锁杆32的穿孔38，锁杆32穿设于穿孔38内，锁杆32的两端均穿出穿孔38并伸出至外壳30之外。锁杆32朝向定向传动机构18的一端(图4示为上端)形成尖端40，与从动轴26相作用；锁杆32的另一端(图4示为下端)形成操作端42，锁车时手指按压操作端42即使锁杆32移动，使其尖端40伸出与从动轴26相卡，将车锁死，本结构简单、操作方便。本实施例中，所述从动轴26形成有啮合齿27，所述尖端40伸入至从动轴26的啮合齿27内使两者形成限位，实现锁车。在其它实施例中，也可以在从动轴26上形成对应的槽孔，尖端40插入至槽孔内形成限位，或对同向齿轮组70、反向齿轮组72、链轮传动机构20的任何齿槽位插入限位，实现锁车。

所述锁杆32上还套设有弹簧44，用于解锁时锁杆32自动复位。所述锁杆32在靠近其操作端42处沿径向向外突出形成有挡环46，对弹簧44形成限位。较佳地，所述外壳30内还形成有环绕所述穿孔38的环槽48，所述环槽48靠近锁杆32的操作端42，其外径略大于锁杆32上的挡环46的外径。所述锁杆32装配于外壳30内时，弹簧44环套于锁杆32上且收容于环槽48内，同时弹簧44的两端卡置于锁杆32的挡环46与环槽48的上端面之间。当电子锁16处于解锁状态时，弹簧44处于自然伸长状态；当电子锁16锁车时，锁杆32被压出，挡环46随着锁杆32移动压缩弹簧44；当电子锁16再次解锁时，压缩弹簧44在弹性回复力的作用下恢复形变伸长，通过挡环46推动锁杆32复位解锁。

所述闭锁杆34相对于锁杆32垂直设置，闭锁杆34朝向锁杆32的一端形成自由端50，所述自由端50与锁杆32相作用以锁定锁杆32的位置。较佳地，所述锁杆32在靠近其尖端40处沿径向内凹形成有闭锁槽52，用于与闭锁杆34相插接。较佳地，所述闭锁杆34上套设有弹簧54，闭锁杆34在靠近其自由端50的位置处形成有凸环56。所述弹簧54环套于闭锁杆34上并位于凸环56与电子解锁器36之间。当电子锁16处于解锁状态时，锁杆32上的闭锁槽52偏离闭锁杆34，此时闭锁杆34的自由端50抵顶于锁杆32的外壁面上，弹簧54处于压缩状态；当电子锁16锁车时，锁杆32被向上压出使得闭锁槽52移动至正对闭锁杆34，在被压缩的弹簧54的弹性回复力的作用下，闭锁杆34的自由端50向右伸出插入至闭锁槽52内，将锁杆32限位，此时弹簧54处于伸展状态。

所述电子解锁器36用于电子锁16锁定后的自动解锁，其包括电池58、线圈60、以及控制电池58与线圈60的通断的控制单元电路板61(见图7)。较佳地，所述电池58可以是充电电池、超级电容等，如此可以反复多次充电使用。外壳30、闭锁杆34和凸环56优选地为导磁材料制成，所述线圈60环绕闭锁杆34，线圈60通电时在导磁的外壳30、闭锁杆34和凸环56形成的磁路上产生磁场，可使所述闭锁杆34在磁场力的作用下朝向线圈60移动。如此当电子锁16在锁定后接到解锁命令时，控制单元根据解锁命令控制电池58在预定时间内对线圈60供电，产生磁场，使闭锁杆34朝向线圈60移动，闭锁杆34的自由端50随着闭锁杆34的移动逐渐脱离锁杆32的闭锁槽52，如此锁杆32不受闭锁杆34的限制，在其弹簧44的作用下移动复位，在此过程中，随着闭锁杆34的移动弹簧54再次被压缩，整个电子锁16回到解锁状态。当达到预定时间，自行车完成解锁后，电池58对线圈60的供电自动断开。

较佳地，所述电池58可与一发电单元62连接，如图5、图9-11，所述发电单元62包括发电机64以及连接发电机64与定向传动机构18的从动轴26的齿轮箱66。较佳地，所述发电机64为永磁同步发电机；所述齿轮箱66内可以有多级齿轮升速机构，本实施例中为两级行星齿轮升速结构。所述齿轮箱66的输入轴与从动轴26之间可以有单个或多个小齿轮68进行传动，从动轴26的转动经由小齿轮68及齿轮箱66的多级行星轮传动后转速得以大幅提升，如此可以带动发电机64进行发电。发电机64所产生的交流电经过电路板61上的充电电路65，如整流、滤波、稳压电路等形成低压直流电源，不仅对电路板61上的电子元器件供电，还对电池58进行充电，如此电子锁16可以利用骑行者在骑行过程中消耗的体能充电而无需借助外部充电电源，节能环保、维护方便。

较佳地，如图10及11所示，所述电子锁16还包括有通信单元、检测单元等，其中检测单元可以包括单个或多个传感器，以检测自行车、电子锁16的状态信息以及是否有异常情况，如检测电子锁16的位置信息、锁定状态、电子锁16内的电池的电压等。所述通信单元用于电子锁16与无线智能终端，如用户手机、ipad等之间的通信，即可以通过终端向电子锁16下达开锁指令，也可将电子锁16的各项检测结果上传至终端，实现对自行车的远程监控。所述终端与电子锁16之间的通信方式可以是蓝牙、wifi、移动无线通讯或窄带物联网等。所述电子锁16的各个电子器件之间的工作均通过控制单元进行协调，所述控制单元可以是soc(片上计算控制系统)，mcu(微处理器)、fpga(现场可编程门阵列)、asic(专用集成电路)等。

所述控制电路板61根据检测单元的结果产生相应的控制信号控制电子锁16进行相应的动作，并将相应的检测结果发送至智能终端、管理平台等，或者根据通信单元接收的命令控制电子锁16进行解锁等。例如，电路板61上的控制单元经通信单元接收到监控信号时，控制单元经检测单元读取相应的传感器信号，检测电子锁16的位置、状态、电池电压电流信息等，并将检测数据经通信单元实时回传至终端，以实现远程监控自行车。再例如，电路板61上的检测单元检测到电子锁16存在异常状况时，控制单元会获取检测信息并产生相应的控制信号启动声光驱动电路，发出声光报警信号，并可同时经由通信单元将异常状况上传，向远程终端报警。如此本发明自行车不仅能实现电子开锁，还能远程监控自行车，整车结构及安装简单，使用维护方便，更加安全可靠。

另外，本发明自行车的定向传动机构18包括主动轴22、从动轴26以及换向单元28，骑行者以任意方向蹬踏自行车均可驱动自行车向前行进，进一步改善用户体验。具体地，本实施例中，所述从动轴26平行设置于主动轴22的一侧，所述换向单元28包括同向齿轮组70、反向齿轮组72、以及传动滑动件74。其中主动轴22的两端与脚蹬24连接，骑行者蹬踏脚蹬24带动主动轴22转动，根据蹬踏脚蹬24的方向，所述主动轴22可以形成正向转动或反向转动。所述传动滑动件74容纳在一滑动件支架73内并与主动轴22相作用，根据主动轴22的转动方向与同向齿轮组70或反向齿轮组72形成传动连接，以将主动轴22的转动传递至同向齿轮组70或反向齿轮组72，进而在主动轴22与从动轴26之间通过同向齿轮组70或反向齿轮组72形成传动，带动从动轴26始终正向转动。

具体地，正向蹬踏脚蹬24，主动轴22正向转动，传动滑动件74移动至与同向齿轮组70啮合，主动轴22通过同向齿轮组70带动从动轴26随之同向转动，从动轴26形成正向转动；反向蹬踏脚蹬24，主动轴22反向转动，传动滑动件74移动至与反向齿轮组72啮合，主动轴22通过反向齿轮组72带动从动轴26随之反向转动，从动轴26仍形成正向转动。如此，所述定向传动机构18根据蹬踏方向形成不同的传动路径，无论骑行者是正向还是反向蹬踏脚蹬24，都可以驱动自行车向前行进。

本实施例中，所述主动轴22的中央的外壁面上形成有外螺旋76；所述传动滑动件74为中空的滑套结构，内壁面上形成有与主动轴22的外螺纹相匹配的内螺纹78。当将传动滑动件74套设于主动轴22上时，两者的内螺纹78与外螺纹相啮合(还可以是滚珠丝杆啮合)。主动轴22正向转动时，在主动轴22的外螺纹与传动滑动件74的内螺纹78的作用下，传动滑动件74朝向同向齿轮组70移动(图5为向下移动)；反之主动轴22反向转动时推动传动滑动件74朝向反向齿轮组72移动(图5为向上移动)。较佳地，所述传动滑动件74的两端分别形成有棘齿75，所述棘齿75具有相反的朝向。所述同向齿轮组70与反向齿轮组72均在其朝向传动滑动件74的侧面上分别形成啮合齿80，所述同向齿轮组70与反向齿轮组72的啮合齿80的方向相反，并分别与传动滑动件74的对应的端部的棘齿75相匹配，如此传动滑动件74的棘齿75与同向齿轮组70、反向齿轮组72形成啮合，驱动同向齿轮组70、反向齿轮组72随主动轴22的转动进行相应的传动。较佳地，同向齿轮组70与反向齿轮组72的啮合齿80也为棘齿，且与传动滑动件74对应端部的棘齿75反向。

具体地，所述同向齿轮组70包括依次啮合的奇数个齿轮。本实施例为3个，包括主动轴22上的驱动齿轮702、从动轴26上的从动齿轮704和位于其间的惰轮706，如此通过同向齿轮组70的传动，从动轴26与主动轴22具有相同的转向。反向齿轮组72包括依次啮合的偶数个齿轮。本实施例为2个，包括主动轴22上的驱动齿轮722和从动轴26上的从动齿轮724，通过反向齿轮组72的传动，从动轴26与主动轴22具有相反的转向。上述啮合齿80形成在驱动齿轮702和驱动齿轮722朝向传动滑动件74的侧面上。如此，根据骑行者的蹬踏方向形成不同的传动路径，保证从动轴26始终是正向转动，进而通过链轮传动机构20带动后轮12正向转动，驱动自行车前行，骑行者在骑行时无需顾虑蹬踏方向，极大地增强了用户体验。

另外，当自行车处于下坡或利用惯性滑行时，后轮12通过链轮传动机构20带动从动轴26正向转动，进而带动同向齿轮组70正向转动而反向齿轮组72反向转动，如此传动滑动件74的棘齿75两面均反向打滑，与同向齿轮组70、反向齿轮组72任何一个都不再啮合，主动轴22可以保持空档位置而静止不动。

滑动件支架73上可以设有弹性定位销(或弹簧柱塞、弹簧定位滚珠)，与滑动件定位槽(图未示)配合，使滑动件74能自由转动、受力时上下移动(以图5中所示方向为参考)、但在定位槽处具有一定的定位力，如定位在下端保持同向驱动稳定啮合、定位在上端保持反向驱动稳定啮合、定位在中间位置保持稳定的空档(使滑动件74两端都不啮合)，以提高滑动件挡位的稳定性，减少振动噪声。

在上述实施例中，传动滑动件74是以一滑套结构为例进行介绍，应当理解，传动滑动件74还可以是其他适当的结构，只要其能够在主动轴22转动时，能够选择性地移动至与同向齿轮组70配合或者与反向齿轮组72配合，使得后车轮12被保持驱动前行即可。

在上述实施例中，传动滑动件74与同向齿轮组70或反向齿轮组72是根据主动轴22的转向自动进行选择的。在一些其他的实施例中，这种选择也可以通过设置拨动片，拨动滑动件移动，使之与同向齿轮组70或反向齿轮组72啮合，以实现切换。

本发明的上述实施例中，在骑行时，自行车通过其定向传动机构18保证从动轴26始终正向转动，进而通过链轮传动机构20带动自行车后轮12，驱动自行车前行。在惯性滑行或下坡时，为了实现主动轴不动，现有自行车是在后车轮上设置飞轮离合器来实现的。在本实施例中，后车轮12去掉了通常的飞轮，降低了成本，减少了噪声，主动轴不动是借助传动滑动件74的空档位来实现的，即：在惯性滑行或下坡时，虽然后车轮12会带动链轮传动机构20和从动轴22一同转动，但此时定向传动机构18的传动滑动件74处于空档位置，即传动滑动件74两端棘齿处于反向打滑状态，从动轴26的转动无法传递至主动轴22，因此此时主动轴22可以保持不动。因此，从动轴26的转动就绑定了自行车后轮12的转动，而本发明上述实施例的自行车的电子锁16与从动轴26(包括其上的齿轮)相作用，直接对从动轴26进行限位，可以禁止从动轴26与车轮12之间动力的双向传输，实现锁车，整体来看，本发明自行车节能环保、使用方便、结构简单、安全可靠。在其它的实施例中，电子锁16也可以与正向齿轮组70、反向齿轮组72、链轮传动机构20作用以锁住后轮12，例如与正向齿轮组70的齿轮722、反向齿轮组72的齿轮702、706、链轮传动机构20的链轮202、204或者链条206卡合，同样可以禁止从动轴26与车轮12之间传输动力，实现锁车。

虽然本说明书是结合具有定向传动机构的自行车来描述电子锁，但应当指出的是，在此公开的电子锁也可以与不含有正、反蹬定向传动机构的自行车配合使用，例如去掉本设计中的反向离合棘齿和轮组，自行车就只能正蹬前行了，若去掉本设计中的正向离合棘齿和轮组，自行车就只能反蹬前行了，或者是在其他没有后轮飞轮的单向踏蹬传动的的自行车中，电子锁均可以与链轮或传动装置配合，将电子锁在功能上和/或外形上与自行车的传动结构进行一体化设计，使得整车结构及安装简单、使用维护方便、更加安全可靠。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。