电控无级变速自行车的制作方法

本发明涉及自行车技术领域，具体地说是一种电控无级变速自行车。

背景技术：

随着社会发展，私人汽车不断增加导致道路严重拥堵，更显自行车轻、灵、小、可穿越拥堵街巷的优点。但传统的变速自行车存在以下问题：

1)传统的链条、齿轮盘变速在上坡和发力蹬踏时不能变速，否则会对链条和齿轮盘造成冲击；

2）传统的链条、齿轮盘变速是有级变速，换挡时会有顿挫感，需手脚配合，若技巧不娴熟，会有较强的冲击感，甚至会掉链子；

3）传统的链条、齿轮盘变速结构，当换至大变比档位时费力但速度快，当换至小变比档位时省力但速度慢；

4）传统的链条、齿轮盘变速受到齿轮盘大小和数量的限制（前齿轮盘不能太大并且数量不超过3个，后齿轮盘不能太小并且数量不超过11个），变速范围有限；

5）传统的链条、齿轮盘变速有外置的链条和齿轮盘，会受到雨水、尘土等的侵蚀；

6）传统方式脚蹬的蹬踏力量，一部分传递给了曲柄，另一部分变成扭力传递到中轴浪费掉了，并且对中轴有磨损。

技术实现要素：

本发明的技术任务是提供一种设计合理、骑行轻便舒适的电控无级变速自行车。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：

电控无级变速自行车包括车架、车座、前轮、后轮、车架箱体、车把、电池和电动机，所述的车架中部安装有车架箱体，车架箱体的顶部安装有车座，车架箱体前侧的车架大梁内安装有电池；车架的前端上部安装有车把，车架的前端下部安装有前轮，车架的后端下部安装有后轮，后轮的轮轴上安装有驱动后轮转动的电动机。

所述的车架箱体内安装有齿轮变速箱和发电机，所述的齿轮变速箱与发电机装配连接在一起，所述的齿轮变速箱的驱动轴上安装有中间单向锥齿轮，所述的中间单向锥齿轮与驱动锥齿轮啮合。

所述的齿轮变速箱的驱动轴上通过单向轴承安装有两个上下相对的中间单向锥齿轮，所述的两个中间单向锥齿轮与安装在其左右两侧的驱动锥齿轮啮合，所述的左右两侧的两个驱动锥齿轮分别对应安装在车架箱体左右两侧的半中轴上。

所述的车架箱体外部下侧的左右两边各安装有一根弧形曲柄，所述的弧形曲柄的后端与所述的半中轴在所述的车架箱体外的端部铰接，所述的弧形曲柄的前端与脚蹬底部中心处铰接，所述的脚蹬安装在车架箱体下部的左右两侧并且向前同向。

所述的弧形曲柄后侧的车架箱体上安装有限位杆。

所述的车架箱体左右两侧的半中轴的圆心对应在同一条水平直线上。

所述的齿轮变速箱的驱动轴上通过单向轴承安装有一个中间单向锥齿轮，所述的中间单向锥齿轮与安装在其一侧的驱动锥齿轮啮合，所述的驱动锥齿轮安装在中轴上，所述的中轴贯穿所述的车架箱体的左右侧壁。

所述的车架箱体外部下侧的左右两边各安装有一根曲柄，所述的曲柄的后端与所述的中轴在车架箱体外侧的端部铰接，所述的曲柄的前端与脚蹬内侧中心处铰接，所述的车架箱体左右两侧的曲柄相对于中轴对称。

所述的车把上安装有电控调速装置，所述的电控调速装置通过线路与所述的发电机和电动机连接。

所述的车架前端与前轮之间安装有前减震器，所述的车架后端与后轮之间安装有后减震器。

本发明的电控无级变速自行车和现有技术相比，具有如下有益效果：

1）电控无级变速自行车可随时变速,不受任何骑行条件的限制；

2）电控无级变速自行车是电控无级变速,变速过程非常平顺，只需手指调节，不需要任何技巧；

3）电控无级变速自行车是一直以恒定的蹬踏力度，即可在高、低速度区间内任意调节；在上坡、逆风等情况时，不需要大力骑行，依然能保持速度，对骑行者的膝关节起到保护作用；

4）电控无级变速自行车没有机械零件尺寸的约束，调节范围更大；

5）电控无级变速自行车的齿轮传动机构封闭在车架箱体内部，不会受到雨水、尘土等的侵蚀，润滑效果更好、可靠性更高、使用寿命更长；

6）采用往复蹬踏方式，相比于传统的旋转踩踏方式，更符合人体的生理结构，踩踏效率更高；

7）往复蹬踏方式脚蹬的铰接点，位于脚蹬下部的中心，脚部蹬踏的力量可以全部传递给曲柄，减小力的损耗。

附图说明

附图1为实施例1电控无级变速自行车的结构示意图。

附图2为实施例1车架箱体垂直剖视结构示意图。

附图3为实施例1车架箱体水平剖视结构示意图。

附图4为实施例2电控无级变速自行车的结构示意图。

附图5为实施例2车架箱体垂直剖视结构示意图。

附图6为实施例2车架箱体水平剖视结构示意图。

附图7为电控无级变速自行车的控制电压电路示意图。

附图8为电控无级变速自行车的升压充电及电动机驱动电路示意图。

图中：1、电池，2、电控调速装置，3、车架箱体，4、限位杆，5、脚蹬，6、车架，7、车座，8、半中轴，9、前轮，10、后轮，11、车把，12、电动机，13、弧形曲柄，14、驱动轴，15、齿轮变速箱，16、发电机，17、单向轴承，18、中间单向锥齿轮，19、驱动锥齿轮，20、曲柄，21、前减震器，22、中轴，23、后减震器。

具体实施方式

实施例1：

电控无级变速自行车包括车架6、车座7、前轮9、后轮10、车架箱体3、车把11、电池1和电动机12，所述的车架6中部安装有车架箱体3，车架箱体3的顶部安装有车座7，车架箱体3前侧的车架6大梁内安装有电池1；车架6的前端上部安装有车把11，所述的车把11上安装有电控调速装置2；车架6的前端下部安装有前轮9，车架6的后端下部安装有后轮10，后轮10的轮轴上安装有驱动后轮转动的电动机12，所述的电控调速装置2通过线路与所述的电动机12连接；所述的车架6前端与前轮9之间安装有前减震器21，所述的车架6后端与后轮10之间安装有后减震器23。

所述的车架箱体3内安装有齿轮变速箱15和发电机16，所述的齿轮变速箱15与发电机16装配连接在一起，所述的齿轮变速箱15的驱动轴14上通过单向轴承17安装有两个上下相对的中间单向锥齿轮18，所述的两个中间单向锥齿轮18与安装在其左右两侧的驱动锥齿轮19啮合，所述的左右两侧的两个驱动锥齿轮19分别对应安装在车架箱体3左右两侧的半中轴8上，所述的车架箱体3左右两侧的半中轴8的圆心对应在同一条水平直线上。

所述的车架箱体3外部下侧的左右两边各安装有一根弧形曲柄13，所述的弧形曲柄13的后端与所述的半中轴8在所述的车架箱体3外的端部铰接，所述的弧形曲柄13的前端与脚蹬5底部中心处铰接，所述的脚蹬5安装在车架箱体3下部的左右两侧并且向前同向；所述的弧形曲柄13后侧的车架箱体3上安装有限位杆4。

工作原理：

骑行时，当左侧脚蹬5向下移动时，带动左侧弧形曲柄13，左侧弧形曲柄13带动左侧半中轴8旋转，左侧半中轴8带动左侧驱动锥齿轮19旋转，左侧驱动锥齿轮19带动与之相啮合的上下两侧的中间单向锥齿轮18旋转，中间单向锥齿轮18带动与之相啮合的右侧驱动锥齿轮19旋转，此时右侧驱动锥齿轮19与左侧驱动锥齿轮19的旋转方向相反，从而实现左右两侧脚蹬5的同步反向运动。

上下两个中间单向锥齿轮18，在左右两个驱动锥齿轮19的带动下反复旋转（一下顺时针、一下逆时针交替进行），带动驱动轴14一直单向旋转（单向轴承17的作用是单向锁止传递动力，反向滑动不传递动力；上下两个中间单向锥齿轮18总是同步反向旋转，从而保证驱动轴14连续单向旋转）。

驱动轴14作为齿轮变速箱15的输入轴，通过齿轮变速箱15升高转速（变速箱变比的设计，以骑行者正常的骑行频率，达到发电机16发电的转速要求），齿轮变速箱15的输出轴带动发电机16发电；发电机16发电（发出的电压高于电池的额定电压，并限制过高电压，满足电池1的充电要求）给电池1充电，电池1供电给电动机12，电动机12带动后轮10转动。

（一）电力传动

（1）读取发电机16的输出电压值，通过电阻分压转变为0-5伏电压值。

（2）0-5伏电压值作为控制电压信号，通过电控调速装置2控制电动机12的转速。（a）慢速踩踏时，发电机16转速低，使得发电机16输出电压值低，相应的0-5伏控制信号的电压值低，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12低速旋转，自行车处于低速行驶状态。（b）快速踩踏时，发电机16转速高，使得发电机16的输出电压值高，相应的0-5伏控制信号的电压值高，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12高速旋转，自行车处于高速行驶状态。

（二）电控无级变速

（1）读取发电机16的输出电压值，通过电阻分压转变为0-5伏电压值。

（2）0-5伏电压值作为控制电压信号，通过电控调速装置2中的电位器的无级调节，实现控制电动机12无级变速。当骑行者以相同频率踩踏脚蹬5时，（a）调高电位器的电阻值，电位器的电阻值升高，使0-5伏控制信号的电压值降低，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12降低转速，自行车行驶速度降低。（b）调低电位器的电阻值，电位器的电阻值下降，使0-5伏控制信号的电压值升高，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12升高转速，自行车行驶速度上升。

实施例2：

电控无级变速自行车包括车架6、车座7、前轮9、后轮10、车架箱体3、车把11、电池1和电动机12，所述的车架6中部安装有车架箱体3，车架箱体3的顶部安装有车座7，车架箱体3前侧的车架6大梁内安装有电池1；车架6的前端上部安装有车把11，所述的车把11上安装有电控调速装置2；车架6的前端下部安装有前轮9，车架6的后端下部安装有后轮10，后轮10的轮轴上安装有驱动后轮转动的电动机12，所述的电控调速装置2通过线路与所述的电动机12连接；所述的车架6前端与前轮9之间安装有前减震器21，所述的车架6后端与后轮10之间安装有后减震器23。

所述的车架箱体3内安装有齿轮变速箱15和发电机16，所述的齿轮变速箱15与发电机16装配连接在一起，所述的齿轮变速箱15的驱动轴14上通过单向轴承17安装有一个中间单向锥齿轮18，所述的中间单向锥齿轮18与安装在其一侧的驱动锥齿轮19啮合，所述的驱动锥齿轮19安装在中轴22上，所述的中轴22贯穿所述的车架箱体3的左右侧壁。

所述的车架箱体3外部下侧的左右两边各安装有一根曲柄20，所述的曲柄20的后端与所述的中轴22在车架箱体3外侧的端部铰接，所述的曲柄20的前端与脚蹬5内侧中心处铰接，所述的车架箱体3左右两侧的曲柄20相对于中轴22对称。

工作原理：

骑行时，骑行者踩踏脚蹬5做向前圆周运动，带动中轴22旋转，中轴22带动驱动锥齿轮19旋转，驱动锥齿轮19带动中间单向锥齿轮18旋转，中间单向锥齿轮18带动驱动轴14旋转（单向轴承17的作用相当于传统自行车后轮上的棘轮，向前转动就锁止传递动力，向后转动就滑动不传递动力）。驱动轴14作为齿轮变速箱15的输入轴，通过齿轮变速箱15升高转速（变速箱变比的设计，以骑行者正常的骑行频率，达到发电机16发电的转速要求），变速箱15的输出轴带动发电机16发电，发电机16发电（发出的电压高于电池的额定电压，并限制过高电压，满足电池1的充电要求）给电池1充电，电池1供电给电动机12，电动机12带动后轮10转动。

（一）电力传动

（1）读取发电机16的输出电压值，通过电阻分压转变为0-5伏电压值。

（2）0-5伏电压值作为控制电压信号，通过电控调速装置2，控制电动机12的转速。（a）慢速踩踏时，发电机16转速低，使得发电机16的输出电压值低，相应的0-5伏控制信号的电压值低，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12低速旋转，自行车处于低速行驶状态。（b）快速踩踏时，发电机16转速高，使得发电机16的输出电压值高，相应的0-5伏控制信号的电压值高，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12高速旋转，自行车处于高速行驶状态。

（二）电控无级变速

（1）读取发电机16的输出电压值，通过电阻分压转变为0-5伏电压值。

（2）0-5伏电压值作为控制电压信号，通过电控调速装置2中的电位器的无级调节，实现控制电动机12无级变速。当骑行者以相同频率踩踏脚蹬21时，（a）调高电位器的电阻值，电位器的电阻值升高，使0-5伏控制信号的电压值降低，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12降低转速，自行车行驶速度降低。（b）调低电位器的电阻值，电位器的电阻值下降，使0-5伏控制信号的电压值升高，0-5伏控制信号的电压值通过电控调速装置2，控制电动机12升高转速，自行车行驶速度上升。

上述两个实施例中，自行车的常规部件，例如车闸，挡泥板等，为现有常规技术中任意一种的配置。通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。