一种自行车多功能轮的制作方法

本发明涉及一种自行车的多功能轮，使自行车具有电动车、混合动力车、纯脚踏自行车以及发电健身车等多种功能，一车多用，物超所值。。

背景技术：

自行车技术的高度发展，形成了门类繁多、功能专一局面，电动自行车听起来可以像自行车一样脚踏骑行，实际上一旦没电，用脚蹬起来既费力又很慢，和自行车有天壤之别。而健身车几乎都是没有轮子的笨重车架，只能蹲在原地脚踩出汗而已。在发电自行车方面，更是难有可行案例，如中国专利自发电电动车（zl2018205093492），采用电动车本体，在前轮安装永磁发电机，以期在电动车行驶过程中可以通过永磁发电机充电。像这种增加发电机设备成本却无功的设计比比皆是，可见将发电和自行车、电动车挂钩的想法真的难以实现。

技术实现要素：

本发明的目的，就是要提供一种自行车的多功能轮，该轮能让自行车、电动车、混合动力车、发电健身车诸车功能合为一体，令自行车技术发展到一个新的高度，更加多元实用，更加绿色节能，为广大消费者带来更大方便。

为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：自行车多功能轮在后叉架上，该轮设有一个减速大齿轮，一个超越离合器，一副电机离合安装板，一个三刀双掷换向开关，以及设置在后叉架下方的脚踏驱动架，脚踏驱动架上的驱动轮盘和超越离合器之间使用链条相链接，其中：减速大齿轮在多功能轮的轮径小于12英寸时直接固定在轮毂上，在轮径大于12英寸时使用螺栓固定在轮辐上；超越离合器在轮径小于12英寸时采取单片少齿飞轮，少齿飞轮的牙数最小可达8牙，在轮径大于12英寸时采用至少设有大小两片牙轮的变速塔轮，其中大齿数牙轮的大小受多功能轮的轮径影响。如果令加速指数η≤80，行车速度会在26″—28″自行车的常规速度之间，则塔轮轮片的大齿数牙轮可用下式直接算出：z=（n/80）*φn，式中n是驱动轮盘牙数，z是塔轮轮片应取的牙数，φn是多功能轮轮径尺寸；电机离合安装板由电机安装版和手动离合版两部分构成，电机安装板设置在后叉架上，电机安装板上开有上下并排的两个孔，上方为电机快拆锁孔，下方为同步导向锁孔，手动离合板上设有电机轴孔和安装螺孔，无刷直流电机简称电机安装在手动离合板上，与电机安装板上下并排的两孔相对位置上，在手动离合板上开有上下并排平行的两个大小相同的长腰离合孔，使用离合快拆锁将手动离合板穿接在电机安装板上：当推动手动离合板向左到长腰孔被限定在导向锁位置时，电机齿轮与减速大齿轮良好啮合，此时使用电机快拆锁锁定电机的“合”态，当推动手动离合板向右到长腰孔被限定在导向锁位置时，电机齿轮与减速大齿轮完全脱开，此时使用电机快拆锁锁定电机的“离”态；三刀双掷换向开关的刀头安装在电机的三根相线上，拨动三刀掷向一侧与控制器相联通，拨动三刀掷向另一侧与整流稳压器相连通。所述多功能轮具有四种不同的工作状态：其1．电驱动状态，拨动三刀掷向一侧与控制器相联通，闭合电源锁，手动电机快拆锁锁定电机的“合”态，此时转动车把上的加速调节钮，多功能轮处于电驱动工作状态；其2．混合动力状态，保持电机的“合”态并使多功能轮处于电驱动工作状态，此时脚踏骑行令驱动轮盘带动超越离合器转动，则多功能轮处于电动和人力混合动力工作状态；其3．纯自行车状态，调整电机离合版锁定电机的“离”态，使电机齿轮完全脱开减速大齿轮，此时脚踏骑行令驱动轮盘带动超越离合器，则多功能轮处于纯自行车工作状态；其4．发电健身状态，拨动三刀掷向另一侧与整流稳压器相联通，关断电源锁，手动电机快拆锁锁定电机的“合”态，此时无论在公路上脚踏骑行或使用车梯将多功能轮悬空支起停在原地脚踏骑行，多功能轮都处于发电健身状态。所述电机首选5065或6384，5065直径50mm，重量370g，kv值设定100，转速3000rpm，电压28v，功率200w，在发电健身状态下，使用车把上的变速手飞令拨链器将链条切换到塔轮中最小齿数8牙轮片上，放下车梯令多功能轮悬空，脚踏原地骑行，使用48牙驱动轮盘使电机齿轮获得50倍加速，转速可达3000rpm，实现在健身锻炼的同时发电，并通过整流稳压器获得20v稳定电压。所述多功能轮适于安装在各种结构不同的车架上，无论是通用车架，还是山地车架，无论是折叠车架，还是三轮车架，由于电机安装板和脚踏驱动架设置在同一个后叉架上，所以无论车架结构如何变化，都不会改变电机安装板和脚踏驱动架两者之间的结构关系，始终保持将电驱动、混合动力、纯脚踏、发电健身四种功能集于一身。

本发明在传统自行车上设计了减速大齿轮、电机离合安装板、安装了与现有电动自行车轮毂电机极大不同的5065直流无刷电机(其重量仅为电动自行车轮毂电机的1/10)，并为轮径尺寸的大小差异加装了塔轮变速装置，以使多功能轮具有悬殊的转速变化，既可以常规电动行驶，又可以混合动力增大爬坡能力，既可以脚踏常速骑行，又可以令电机高速旋转发电健身，令自行车技术发展到一个新的高度，有着明显创新的进步意义。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。

图1、图2是本发明公开的一种自行车多功能轮电机“离”、“合”态结构示意图。

图3、图4、图5是本发明公开的电机离合安装板结构示意图。

图6、图7、图8是本发明公开的多功能轮四种工作状态结构示意图。

图9是多功能轮安装在一种摆杆式折叠车架上的结构示意图。

图10是多功能轮安装在大轮径自行车上的结构示意图。，

图中，2是减速大齿轮，1是多功能轮，m是电机，m1是电机齿轮，m3是手动离合板，m4是电机快拆锁，m5是导向锁，m2是电机安装板，4是后叉架，5是脚踏驱动架，b是单片超越离合器，m31、m32是长腰离合孔，m21是快拆锁孔，m22是导向锁孔，4a是后叉腿，5vdc是5v直流输出接口，6-18vdc是6-18v直流输出接口，u是整流稳压器，t是控制器，s是电源锁，p1是蓄电池，k是三刀双掷换向开关，kn是三刀，a、b、c是电机的相线，4b是摆杆，a是塔轮，aa是大齿数牙轮轮片，ab是小齿数牙轮轮片，8是驱动轮盘，6a是变速手飞，ta是加速调节钮，7是控制室，6是拨链器，1a是轮辐，2a是螺栓。

具体实施方式

如图1—图10所示，自行车多功轮1的位置在自行车后叉架4上，该轮设有一个减速大齿轮2，一个超越离合器a或b，一副电机离合安装板（m2、m3），一个三刀双掷换向开关k，以及设置在后叉架下方的脚踏驱动架5，脚踏驱动架5上的驱动轮盘8和超越离合器a或b之间使用链条相链接，其中：第1．减速大齿轮2在多功能轮1的轮径小于12英寸时直接固定在轮毂上，在轮径大于12英寸时使用螺栓2a固定在轮辐1a上；第2．超越离合器在轮径小于12英寸时采取单片的少齿飞轮b，少齿飞轮齿数最少可以达到8牙；在轮径大于12英寸时采用至少设有大小两片牙轮aa、ab的变速塔轮a，其中大齿数牙轮aa的齿数受多功能轮的轮径影响。如果令加速指数η≤80，行车速度会在26″—28″自行车的常规速度之间，则大齿数牙轮aa可用下式直接算出：z=（n/80）*φn，式中n是驱动轮盘牙数，z是塔轮轮片aa应取的牙数，φn是多功能轮轮径尺寸。这一结果，使自行车脚踏骑行速度控制在26″—28″常规速度之间。例如在驱动轮盘8确定为n=48牙条件下，当多功能轮（1）轮径为16″时，z=（48/80）*16≈10牙；当多功能轮（1）轮径为20″时，z=（48/80）*20≈12牙；当多功能轮（1）轮径为24″时，z=（48/80）*24≈15牙。特别要说明的是，大齿数牙轮aa的大小，只影响不同轮径的骑行速度，达到换用不同尺寸规格的多功能轮，骑行速度始终能够保持在26″—28″自行车的正常速度之间，而不会影响到电驱动工作状态下的行驶速度，电驱动状态下的最高速度，要由电机的功率决定，v=p/g*0.09，式中g是总承重，式中速度v的大小，和塔轮轮片aa牙数无关。因此，无论换用任何规格的多功能轮和大齿数轮片，都不会影响到电驱动速度。第3．电机离合安装板（m2、m3）由电机安装版m2和手动离合板m3两部分构成，电机安装板m2设置在后叉架4上，电机安装板m2上开有上下并排的两个孔，上方为电机快拆锁孔m21，下方为同步导向锁孔m22，手动离合板m3上设有电机轴孔和安装螺孔，无刷直流电机简称电机m安装在手动离合板m3上，与电机安装板m2上下并排的两孔相对位置上，在手动离合板m3上开有上下并排平行的两个大小相同的长腰离合孔m32、m33，使用电机快拆锁m4将手动离合板m3穿接在电机安装板m2上：当推动手动离合板m3向左到长腰孔m33被限定在导向锁m5位置时，电机齿轮m1与减速大齿轮2良好啮合，此时使用电机快拆锁m4锁定电机的“合”态，当推动手动离合板m3向右到长腰孔m33被限定在导向锁m5位置时，电机齿轮m1与减速大齿轮2完全脱开，此时使用电机快拆锁m4锁定电机的“离”态；第4．三刀双掷换向开关k的刀头kn安装在电机m的三根相线（a、b、c）上，拨动三刀kn掷向一侧与控制器t相联通，拨动三刀kn掷向另一侧与整流稳压器u相连通。多功能轮具有四种不同的工作状态：其1．电驱动状态，拨动三刀kn掷向一侧与控制器t相联通，闭合电源锁s，手动电机快拆锁m4锁定电机的“合”态，此时转动车把上的加速调节钮ta，多功能轮1处于电驱动工作状态；其2．混合动力状态，保持电机的“合”态并使多功能轮1处于电驱动工作状态，此时脚踏骑行令驱动轮盘8带动超越离合器a或b转动，则多功能轮1处于电动和人力混合动力工作状态；其3．纯自行车状态，调整电机离合板m3锁定电机的“离”态，使电机齿轮m1完全脱开减速大齿轮2，此时脚踏骑行令驱动轮盘8带动超越离合器a或b，则多功能轮1处于纯自行车工作做状态；其4．发电健身状态，拨动三刀kn掷向另一侧与整流稳压器u相联通，关断电源锁s，手动电机快拆锁m4锁定电机的“合”态，此时无论在公路上脚踏骑行或使用车梯将多功能轮1悬空支起停在原地脚踏骑行，多功能轮1都处于发电健身状态。电机m首选5065或6384，5065直径50mm，重量370g，kv值设定100，转速3000rpm，电压28v，功率200w。在发电健身状态下，使用车把上的变速手飞6a令拨链器6将链条切换到塔轮中最小齿数8牙轮片ab上，放下车梯多功能轮1悬空，脚踏原地用力骑行，48牙驱动轮盘8使电机齿轮m1获得50倍加速，转速可达3000rpm，实现在健身锻炼的同时发电，在高速运行时效率接近70%，通过整流稳压器u可获得20v稳定电压。当然，多功能轮适用更广泛的各种电机，除无刷直流电机外，永磁盘式电机也是很好的选择。不过永磁盘式电机一般重量要比无刷直流电机加重一倍，且体积要大得多，在微型自行车、电动自行车上没有优势。5065电机重量不到400g，直径仅有50mm，属于体积微小功率强大的电机，过去仅在脚踩微小滑板车上得到开发，连微型电动车上都没见过踪影。微型电动车就是大型电动滑板，属于小型电动车，因此人们走的是电动车的设计思路，使用的一律是电动自行车的轮毂电机，重量在3-5kkg左右，一辆微型电动车纵使没有电动自行车那么笨重，至少也要10kg以上。本发明将5065引进自行车设计领域，电机的重量一下就轻了10倍，为自行车与电动车的结合打开了广阔的发展空间。一辆16″自行车的设备重量增加不到两公斤，却即能像28″自行车跑的一样轻快，又能像16″电动车一样风驰电掣，为广大消费者提供了一种全新型的高效节能自行车，更不用说这辆车还有更强劲的爬坡动力、更优秀的健身发电作用，把自行车的技术推到一个新的高峰。而且，多功能轮1适于安装在各种结构不同的车架上，无论是通用车架，还是山地车架，无论是折叠车架，还是三轮车架，由于电机安装板m3和脚踏驱动架5设置在同一个后叉架4上，所以无论车架结构如何变化，都不会改变电机安装板m3和脚踏驱动架5两者之间的结构关系，始终保持将电驱动、混合动力、纯脚踏、发电健身四种功能集于一身。如图9所示的一种实施例，是一种微型折叠车车架，电机安装板m3设置在后叉腿4a上方，脚踏驱动架5设置在下方，无论后叉以摆杆4b如何运动折叠，后叉架4作为一个整体，电机安装板m3和脚踏驱动架5都是同步运动的，两者之间的位置关系不会有任何变化，运行始终正常。又如图10所示的第二种实施例，是一辆20″轻型变速电动自行车，在轮径20″多功能轮1上，一方面可以通过拨链器6选择大齿数12牙aa轮片，纯自行车状态下脚踏骑行得到27″大轮径自行车的感受；另一方面，在健身发电工作状态下，通过拨链器6切换小齿数8牙ab轮片，将多功能轮1支起悬空脚踏骑行，电机齿轮m1就得到50倍加速正常发电。很明显，这辆轻型变速电动自行车利用拨链器6切换到塔轮a大小不同的轮片上，即可获得自行车脚踏骑行的最佳状态，又可获得电机（m）高速旋转健身发电的最佳状态，零部件单一，结构简洁，成本低廉，操作容易，性能十分优越。