摘 要:“平衡車”已經(jīng)成為時(shí)下比較流行的新潮玩具,不僅包括兩輪平衡車、獨(dú)輪平衡車、平衡扭扭車,時(shí)下還出現(xiàn)了平衡自行車,平衡自行車已經(jīng)成為平衡車家族的新成員,那么,它采用什么技術(shù)實(shí)現(xiàn)自平衡的呢?筆者針對(duì)平衡自行車的專利技術(shù)進(jìn)行了檢索,介紹了已經(jīng)在市場(chǎng)銷售的Jyrobike牌平衡自行車的專利技術(shù),其采用陀螺儀穩(wěn)定系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自平衡。陀螺儀為已知技術(shù),它是否是在自行車領(lǐng)域的首次應(yīng)用創(chuàng)新呢?筆者還進(jìn)一步了發(fā)現(xiàn)了早期的有關(guān)專利技術(shù),已經(jīng)存在采用陀螺儀實(shí)現(xiàn)玩具自行車自平衡的技術(shù)。
關(guān)鍵詞:平衡;自行車;陀螺;專利;Jyrobike;Gyrobike
1 概述
說(shuō)到“平衡車”,大家一定會(huì)先首先想到實(shí)下流行雙輪平衡車、獨(dú)輪平衡車以及平衡扭扭車。然而,另一種新型的平衡車也悄悄進(jìn)入人們的生活——平衡自行車。其外觀和普通自行車相同,最大的不同在于該平衡自行車采用一種自動(dòng)平衡系統(tǒng)使車子保持平衡,甚至初學(xué)者的孩子騎得東倒西歪時(shí),也不會(huì)倒,目前該平衡自行車已經(jīng)在歐洲流行。如圖1所示。
圖1(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))
2 已經(jīng)銷售的平衡自行車專利
通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索平衡自行車,發(fā)現(xiàn)Jyrobike品牌平衡自行車存在較多搜索條目,并且其已經(jīng)有平衡自行車產(chǎn)品投放市場(chǎng)。因此,針對(duì)該品牌自行車進(jìn)行了檢索,發(fā)現(xiàn)一篇專利文獻(xiàn)US2010090440,公開(kāi)日2010年4月15日,申請(qǐng)日2009年10月5日,發(fā)明名稱“提高輪式車輛陀螺儀穩(wěn)定性的系統(tǒng)和方法”,申請(qǐng)人為“The Gyrobike,INC”。該專利中明確記載該產(chǎn)品用于自行車初學(xué)者。根據(jù)該專利文獻(xiàn)中記載,該平衡自行車在前輪設(shè)置自平衡裝置--陀螺儀穩(wěn)定系統(tǒng),該陀螺儀穩(wěn)定系統(tǒng)包括手動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩種,下面分別予以介紹:
2.1 手動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式
手動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的附圖參見(jiàn)圖2、圖3,其中主要部件為:64-拉線把手,136-內(nèi)輪轂,140-前叉底端,310-螺母,312-螺紋軸,332-套筒,340-軸承,350-徑向外部部分,360-驅(qū)動(dòng)轂凸出部分,366-主要的驅(qū)動(dòng)轂部分,362-卷繞線,拉線把手364,376-罩。
上述的驅(qū)動(dòng)轂部件366、360、350即相當(dāng)于飛輪,螺紋軸312上設(shè)置有內(nèi)輪轂136,內(nèi)輪轂136上設(shè)置有套筒332,套筒332上設(shè)有軸承340,軸承340外設(shè)置有驅(qū)動(dòng)轂366、驅(qū)動(dòng)轂凸出部分360,軸承340能夠滿足驅(qū)動(dòng)轂部件高速轉(zhuǎn)動(dòng)要求,卷繞線362(即拉線)纏繞在驅(qū)動(dòng)轂凸出部分360上,其末端延伸出罩376外,并設(shè)置一個(gè)拉手364,便于拉線操作,驅(qū)動(dòng)轂?zāi)茉谳S承340上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。另外,還設(shè)置有拉線自動(dòng)收回機(jī)構(gòu)。練習(xí)騎車時(shí),騎車人首先坐到自行車上,另外需要有人輔助拉動(dòng)拉線把手364,使得驅(qū)動(dòng)轂(飛輪)獲得初始高速運(yùn)動(dòng),這樣便啟動(dòng)了陀螺儀的自平衡功能[1]。
2.2 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的附圖參見(jiàn)圖4、圖5,其中主要部件為:1410-輪胎,1420-支撐圈,1432、1434、1436-可拆卸的安裝蓋板,1450-前外殼,1530-按鈕,1550-后外殼,1612-內(nèi)軸,1616、1646-前叉鎖止件,1620-彈簧,1621-彈簧,1622-電池,1623-電池,1625-控制電路板,1630-軸承,1632-驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)插口,1642-軸承,1650-飛輪,1652-內(nèi)輪轂,1655-電機(jī)支架,1660-電機(jī),1662-驅(qū)動(dòng)輪,1670-輪胎充氣閥。
圖4、圖5示出了具有自平衡裝置的前輪結(jié)構(gòu)。其中電機(jī)1660由電池1622、1623驅(qū)動(dòng),電機(jī)的輸出軸沿飛輪1650徑向設(shè)置(參見(jiàn)圖6),能夠帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪1662轉(zhuǎn)動(dòng),驅(qū)動(dòng)輪1662輪緣與飛輪1650側(cè)面接觸,通過(guò)二者之間的摩擦力實(shí)現(xiàn)力傳動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生自平衡力。飛輪1650、電池、驅(qū)動(dòng)輪1662、控制電路板1625等部件均安裝在前外殼1450、后外殼1550之間,前后外殼通過(guò)緊固件連接固定。
彈簧1620、1621抵壓電機(jī)安裝支架1655,進(jìn)而使得驅(qū)動(dòng)輪1662偏置在飛輪1650上,確保驅(qū)動(dòng)輪1662和飛輪的動(dòng)力傳遞。驅(qū)動(dòng)輪和飛輪表面接觸傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生顫動(dòng),彈簧的設(shè)置能夠避免顫動(dòng),同時(shí)彈簧能夠吸收震動(dòng)和噪音,還可以減少驅(qū)動(dòng)輪1662的磨損。按鈕1530控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)/停止、以及電機(jī)轉(zhuǎn)速檔位控制,通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制飛輪轉(zhuǎn)速。按鈕1530還可以替換為遙控控制按鈕,遙控控制按鈕可以設(shè)置在車把或車架的其它位置。驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)插口1632用于和外部設(shè)備連接,該平衡自行車的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)能夠被上傳到電腦,當(dāng)然也支持無(wú)限傳輸方式,用于分析和報(bào)告初學(xué)者的學(xué)習(xí)進(jìn)度[1]。
3 早期的平衡自行車專利
陀螺儀作為自平衡裝置屬于現(xiàn)有技術(shù),那么陀螺儀運(yùn)用于自行車上是首次創(chuàng)新應(yīng)用嗎?接著,筆者進(jìn)一步進(jìn)行了檢索,發(fā)現(xiàn)最早的關(guān)于“平衡自行車”的專利為GB479430A,其為一篇英國(guó)專利文獻(xiàn),公開(kāi)于1938年01月31日,申請(qǐng)日為1936年07月29日,發(fā)明名稱為“玩具自行車的平衡和控制方法的改進(jìn)”。該玩具自行車采用陀螺儀控制。具體結(jié)構(gòu)參考該文獻(xiàn)說(shuō)明書附圖,見(jiàn)下圖:
圖6 圖7
圖6、圖7中,飛輪g安裝在操縱輪c1(即前輪)上,飛輪軸與前輪軸平行但偏心設(shè)置,飛輪軸的左端設(shè)置有離合器e1。為了使玩具自行車運(yùn)動(dòng),首先通過(guò)連接一個(gè)手柄到離合器e1上,接著,旋轉(zhuǎn)該手柄或者推動(dòng)玩具自行車的輪子在地面上接觸運(yùn)動(dòng),當(dāng)飛輪g達(dá)到一個(gè)足夠高的旋轉(zhuǎn)速度時(shí)放手,它將通過(guò)齒輪f、f1、f2、f3驅(qū)動(dòng)操縱輪c1,進(jìn)而帶動(dòng)鏈條、后輪、人偶動(dòng)作[1],實(shí)現(xiàn)該玩具自行車的自平衡運(yùn)動(dòng)。
該玩具自行車的另一個(gè)實(shí)施例是,飛輪(即陀螺輪)安裝在一根單獨(dú)的軸上,飛輪軸和操縱輪軸偏心設(shè)置,發(fā)條驅(qū)動(dòng)器安裝在操縱輪c1內(nèi),通過(guò)發(fā)條驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)操縱輪c1,將動(dòng)力經(jīng)齒輪嚙合到飛輪軸,飛輪軸、發(fā)條驅(qū)動(dòng)器都圍繞操縱輪軸設(shè)置。如果需要的話,還可以設(shè)置配重用以平衡飛輪重量[2]。
4 結(jié)束語(yǔ)
文章針對(duì)平衡自行車進(jìn)行了初步技術(shù)探索,發(fā)現(xiàn)Gyrobike公司已經(jīng)有成熟產(chǎn)品投放市場(chǎng),進(jìn)一步檢索其相關(guān)專利技術(shù),發(fā)現(xiàn)該公司已經(jīng)申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)US2010090440A1,文中對(duì)其公開(kāi)的陀螺儀穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行了介紹,該穩(wěn)定系統(tǒng)有手動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)兩種方式。陀螺儀作為自平衡裝置是現(xiàn)有技術(shù),但在自行車領(lǐng)域的應(yīng)用是否是最新應(yīng)用,于是又進(jìn)一步檢索發(fā)現(xiàn)一篇早期文獻(xiàn)GB479430A,其中公開(kāi)了陀螺儀穩(wěn)定裝置用于玩具自行車中,同樣實(shí)現(xiàn)自平衡,和上述美國(guó)文獻(xiàn)比較,其具體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、且為純機(jī)械結(jié)構(gòu),但二者基本構(gòu)思相同,只是在具體驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)方面采用了不同方式。隨著平衡自行車技術(shù)的日漸成熟和推廣,相信平衡自行車必將很快進(jìn)入中國(guó)普通大眾生活。
參考文獻(xiàn)
[1]Improvements in or relating to Means for the Balancing and Controlling of Toy Bicycles, England, GB479430A, Jan.31,1938.
[2]SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING,GRROSCOPIC STABILIZATION TO A WHEELED VEHICLE,United States, US2010090
440A1, Apr.15,2010.
作者簡(jiǎn)介:李增志(1979-),河北保定人,國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作北京中心審查員,助理研究員。