[发明专利]用人力产生和传输能量的系统

说明书

本发明通常涉及用人力产生和传输能量，特别涉及用人力作为运输工具和任何其它电力致动装置至少一部分动力来源。

用人产生动力的运输工具已经存在大约几个世纪了。这些运输工具的储能器的优点一个世纪以前就已经公知。例如，1869年5月4日授予S.Wilmarth的美国专利No.89,882公开了改善人力脚踏三轮车性能的飞轮。同样，1877年5月1日授予W.S.Mitchell的美国专利No.190,353公开了作为储能器代替形式的弹簧，再次改善了脚踏车的性能。

大多数自行车使用的、典型的、使用链和链轮的脚踏机构，周期式输入动力，仅当脚蹬子水平时输入最大。此外，上述的脚踏机构需要许多不同的链轮，根据地形借助于变速机构变换齿轮。人们已经知晓在大多数自行车上使用多年的典型脚踏系统的缺陷。有人已经试着去制造各种椭圆的链轮，试图延长获得最大功率输入的旋转部分，即延长脚蹬子在水平位置的时间。使用这种方法可以改善一些性能，然而，由于不圆链轮的复杂性和必须使用特殊的链处理技术去处理它，这种方法从来没有广为流传。当要求在各种各样的地形上行驶而需要十到二十的传动比时，这个问题变得更严重。象今天制造的大多数其它自行车一样，它们使用具有“拨链器”系统的变速机构满足需要。

最近授予M.D.Hageman的美国专利No.5,035,678公开了一种“能量存储自行车链传动系统”。这种装置通过使用一组弹簧有助于改善链和链轮类型的自行车的效率，这组弹簧在最小施加点增加扭转力矩。然而，拥有不需使用链、链轮、惰轮、变速齿轮传动机构等等，不负担额外的重量、维修保养和相关的安全设备的运输工具是有利的。

从上个世纪以来，许多人还研究过改变自行车骑车者脚踏时坐的位置。例如，当今市场上出售的“躺式”自行车。这种躺式自行车让骑车者位于躺骑位置，而不是在大多数自行车上的更普通的直立位置。这种结构风阻低得多，并且使大多数骑车者处于更舒适的骑乘位置。在提供一定优点的同时，躺式自行车也有需要使用许多链轮和相关的换齿轮机构的同样缺陷。此外，躺式自行车有过长的链，增加了重量和复杂度。

现在大多数赛车将骑车者的脚绑到脚蹬子上，以便当他们推一个脚蹬子时可以拉起另一个。这种方法还在一个循环的最低能量部分，也就是踏板行程的两垂直位置让骑车者增加能量。这有助于增加人力驱动的总机械效率。可是同时，由于骑车者的脚被绑到脚蹬子上，也增加了危险，特别是在低速和停止时。

类似的努力已经对艇筏作出。自80年代中期以来，人们已经在人力艇筏上进行水翼试验。例如，驾驶称为“飞鱼二号”艇的Allan V.Abbott创造了2000公尺6分39.44秒的速度记录。这比单人划艇记录大约快10秒(参考文献：1986年12月《Scientific American》)。这艘艇以及其它水翼人力船(以下称为“人力船”)，存在几个问题，限制了条件极好的运动员的使用。首先，使水翼人力船上到水面上的动力大约1.5马力/3秒。这种水平的动力(即使短期)也只有非常好条件的运动员才能产生。其次，由于自行车型的动力传输的循环运动，螺旋桨的推进力有损失。上面提到的的Abbott估计这种损失为总量的2％到5％。第三，水翼的稳定性相当差。

20世纪以来，人们还试图发展飞行器以实现人力飞行。70年代末和80年代初，出现了几架非常成功的人力飞机。包括“GossamerCondor”、“Gossamer Albatross”和“Monarch B”，每架赢得多个“Kramer奖”(一个英国实业家Henry Kramer建立的奖金，参考文献：1985年11月的《Scientific American》)。所有这些飞机存在类似于上述的水翼船和人力船的问题。

“Monarch B”成功地解决了一个问题，即储能器问题。这架飞机使用一个单独的、具有许多供储能器用的NiCd电池的发电机以及驱动巨大螺旋桨的电动机，与驱动螺旋桨的链和链轮系统并联。这个混合式传动装置做了赢得kramer奖金的工作，可是，还是需要条件极好的运动员才能实现这个壮举。

使用本发明可以克服上述的所有缺点。从发电机向储能装置，从储能装置向输出电动机(就人力船来说，为最优方案使用的两台电动机)传送动力仅需要导线(导线可以具有相当柔性和容易布线)。因此，操作员可以坐在最有效的位置(每个人可以不同)。此外，车架(无论轮式运输工具使用两、三或四轮)可以具有最大强度重量比，而风阻降至最小，总效率达到最大值，不受许多链、链轮和复杂的变速齿轮传动机构的布置的限制。