專利名稱：腳踏電動助行器的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種用人步行時，穿步行省力鞋走路省下來的一部份能量，發電供電，同時鍛練身體的設備，當用小蓄電池或其他電池供電時，本設備還可反過來成為，電動助人省力快速行走的助行機，屬微型機械傳動發電供電電動設備。
人們每天活動，走路占很大的比重。走路能鍛練身體也能給人體造成很大的疲勞。如本人已在本人的發明專利申請，步行省力鞋中所說明的，人們穿著步行省力鞋走路時，可以大量減少能量的浪費。但是有時，特別是當在走路少時，為了鍛練身體或其他目的多用去一些走路的能量也是合適的。如能用本設備步行腳踏發電供電在鍛練身體或做其他工作的同時，發供一些電，用于在步行時用電燈泡照明，用電熱服取暖，或專為用小蓄電池儲電供作他用更為合適。本人實驗用本設備步行腳踏發電供電，一般成年人步行時可發電多達15瓦左右，當人們為了更多的減少步行時的體力消耗或外出遠行時，使用本設備還可以反過來用小蓄電池或其他電池的電輸入發電機使之成為電動機，助人抬腳邁步行走，成為電動助行機。因此本設備可以成為人們生活工作中及旅行時使用的重要小型設備當然為了滿足人們多方面的需要，本設備也可制成只供照明、取暖只供儲電結構簡單的價格低廉的產品。
本設備是開創性的，本人從未見過有接近這方面的任何技術資料，本人只在三十多年前，解放前在重慶上學時，見過在那里放映電影傳教的外國人有手捏發電照明的設備。該設備燈光很暗時亮時滅捏起來很費力只能在漆黑的夜里偶而捏幾下，靠發電機旋轉慣性，得一點很小的光亮，以便安裝電影機，另外見過，通訊用手搖發電機及自行車發電機。對本實用新型步行腳踏發電供電和電動助行機方面的技術資料，則是從未聽到或見到過。
為了便于對本實用新型的特征及后面實施例的結構形狀的說明，本說明采用了30個附圖。
附
圖1為本實用新型為人們配帶時的總裝圖附圖2為特殊步行省力鞋部件裝配圖附圖3為薄膜活塞氣體或液體壓力發生器圖附圖4為小背包形狀圖附圖5為原動繩輪及其兩拉線及原動繩輪繩拉繩輪行程放大杠桿正視圖附圖6為小變速箱傳動系統圖附圖7為小變速箱部件裝配圖附圖8為直流發電機剖視圖附圖9為電樞形狀圖附
圖10為電樞整流器剖視圖附
圖11為直流發電機磁路圖附
圖12為磁力線閉合磁化力圖附
圖13為斷流器圖附
圖14為節流器圖附
圖15為節壓器圖附
圖16為交流發電機系統圖附
圖17為交流發電機剖視圖附
圖18為鳥嘴形磁極圖附
圖19為三相繞組的交流發電機的繞組分布圖圖20為定子槽形狀圖附圖21為單相全波整流電路圖附圖22單相橋式整流電路圖附圖23三相橋式整流電路圖附圖24為雙極電磁振動式調節器圖附圖25為串聯電感式可控硅三相逆變器圖附圖26為主回路圖附圖27為弛張振蕩器圖附圖28為環形分配器圖附圖29為加寬環形脈沖電路圖附圖30為脈沖功率放大器圖本實用新型在結構上的特點為如
圖1所示，是在人們穿著的(有用以不斷循環吸收儲存與釋放人走路時沖擊功的彈簧，及其變形量調節裝置的)，步行省力鞋底部(1)內，加拉線彎折或薄膜活塞氣體或液體拉或壓力發生器，產生拉或壓力，構成在人們穿著此鞋走路時能斷續產生拉或壓力的特殊步行省力鞋，并將這拉或壓力經過有套管拉線，能彎輸氣或輸液管(2)傳至另一端，與發生器類似的執行器，拉或推動被人們背或掛在腰帶上的小皮包(3)內變速前被蓋子蓋著的原動繩輪繩行程放大杠桿(105)，并通過這個杠桿及繩輪繩(27)，斷續使這個繩輪(20)及其轉軸(24)與同軸上一齒輪(21)，因該軸在蓋子后，其所在變速箱體外側兩端下部彈簧(25)支著的摩擦片(26)對其摩擦的作用影響下，在其兩端兩個能在其所在變速箱的前后壁方孔導引下，略能左右擺動的擺動架(106)中銅軸套內轉動著擺向其余齒輪，使其余齒輪旋轉，并帶一小直流或交流發電機高速旋轉發電。同時通過供電導線直接對電燈或電熱服供電，用以照明或取暖，上述小發電機也可通過小皮包(3)內的斷流器、節壓器、節流器或整流器與電壓調節器對蓄電池供電需要時也可用蓄電池等電池 電直接或通過變直流電為交流電的直流逆變器電子線路使上述直流或交流發電機成為電動機，反過來，通過變速箱、原動繩輪繩行程放大杠桿，帶動拉力或壓力執行器，使之斷續產生拉力或壓力，(此時應將繩輪繩頭改套在繩輪側面一偏心軸上，并將繩輪軸兩端，能在變速箱的前后壁方孔內擺動的軸承擺動架用螺釘固定在使此繩輪同軸上的齒輪能與其他齒輪嚙合的位置)，并通過有套管拉線或輸氣或液管使上述拉或壓力發生器反過來，使人腳在行走時不斷抬起邁步向前成為助行機(此時后將詳述的使繩輪反轉彈簧及繩應拆去)。
上述加有拉線彎折拉力發生機構的特殊步行省力鞋的構造，如圖2所示，(4)為鞋底，(5)為鞋墊，中部為上輪(6)及下輪(7)，(8)為轉軸，(9)為金屬彈簧，(107)為此金屬彈簧上下滑動斜面調整塊，(108)為左右滑動斜面調整塊，(109)為調節螺桿(110)為調節螺母(111)為橫V型連接片。(10)為泡沫塑料彈簧(11)為泡沫橡膠彈簧(12)為泡沫塑料防塵防水邊，必要時其內可襯以防水膠布或膠皮(112)，(13)為軟繩，鞋底(4)與鞋墊(5)，可用皮革、棉布、塑料或橡膠制造，鞋墊(5)可用縫、釘、粘、縛等辦法與其上一般鞋鞋底相連接。鞋底(4)可用粘釘或縫的辦法通過金屬或泡沫橡膠與塑料彈簧(9)(10)(11)與鞋墊(5)連接。上輪軸固定在鞋墊(5)上，而下輪軸則固定在鞋底(4)上。這兩種軸都可用粗鋼絲制成，繩輪可用鋼或工程塑料制造套在上下兩個平行放置的軸上，用來使一端固定在鞋墊(5)上的軟繩，在鞋墊與鞋底靠近分離(約10毫米)時彎折或伸直以拉近或松開與之在另一端相連，通向鞋外的拉線，軟繩可用多股細鋼絲、尼龍繩或橡膠棉線制造，能承受20公斤左右的拉力即可。泡沫塑料或橡膠防水邊可用粘的辦法使之與鞋底(4)與鞋墊(5)相連。當人腳抬起時，此軟繩從與鞋墊連接點經兩繩輪間成直線形通過，通向與之在另一端相連的鋼絲拉線及其套管。當人腳踏下時，此軟繩則是曲折的成S形從兩個繩輪間繞過。彈簧總彈力小于人重之半。
對用薄膜活塞氣體或液體的壓力發生器步行省力鞋結構，與圖2所不同的是，上輪(6)下輪(7)及轉軸(8)，為如圖3所示薄膜活塞(14)缸體(15)張力彈簧(16)所代替。缸體可用厚2毫米左右薄鋼板沖成，厚1.5毫米左右碗形活塞橡膠膜四周與缸體連接處可用壓圈(17)壓著用螺釘(18)緊固使之不能通過接縫漏氣或漏液。張力彈簧(16)及其墊圈(19)則是用來保證此活塞薄膜在人腳抬起不受力時能及時張開用的，在缸體側面鉚或焊有長管接頭。
對鋼絲拉線及其套管可選用目前市埸所售自行車或摩托車拉線及其套管，拉線為多根鋼絲制成。其外套管為可彎折的能承受壓力由薄鐵皮制長鐵片繞制而成管狀外有 塑料的套管。這種拉線與其套管在彎曲角度不大時，互相間作用力不大。在潤滑好時可經久耐用，對氣或液壓傳輸管可用帆布橡膠管或厚塑料管制造。在其上端應加裝從外界對該管補充空氣或液體的逆止伐。
對第(3)部份的結構，小皮包形狀大約如圖4所示。除背帶外其后可制有穿過皮帶的吊拌。其內部裝有一小直流或交流發電機。這發電機的前端與一小齒輪增速變速箱連接。其余部份可放小斷流器、節壓器、節流器或整流器、電壓調節器及直流逆變器，另外還可以放置小蓄電池，在變速箱另一端原動繩輪(20)上繞有兩拉線(27)(32)，分別與箱體上的彈簧(31)及原動繩輪繩拉動行程放大杠桿(105)相連，如圖5所示。
對于小變速箱其傳動系統如圖6所示，其結構如圖7所示。原動繩輪(20)轉動時帶動同軸一齒輪(21)。這個繩輪與齒輪軸兩端擺動架(106)中銅軸套(22)外部為園形箱體內部份有凸緣可在箱體(23)長方形導槽內略微前后滑動5毫米左右如圖7所示。在這個繩輪與齒輪軸(24)的兩端箱體外側下部適當部位各有一由彈簧(25)彈著的摩擦制動片(26)。當繩輪(20)受繩(27)拉力帶著軸(24)和軸上齒輪(21)正轉時，由于軸(24)受繩(27)的拉力和摩擦制動片的摩擦作用，使這繩輪(20)、齒輪(21)和轉軸(24)在其兩端擺動架中的銅軸套內轉動著，向前方齒輪(28)、(29)和(30)擺去，直至此軸上齒輪(21)與其前齒輪(28)嚙合，并帶著齒輪(28)、(29)和(30)及小發電機(33)旋轉為止，(此時軸兩端已離開彈簧彈著的摩擦制動片(26))，當繩(27)因人腳步行下踏后松弛時，彈簧(31)便將繩輪(20)向反方向拉動，此時繩輪(20)的轉軸(24)及其上齒輪(21)與軸套(22)便因此彈簧(31)通過繩(32)造成的拉力與其他從動齒輪(28)、(29)和(30)等轉動慣性產生的推力及上述摩擦制動片(26)的制動作用，反向旋轉和擺動回到原位。當原動繩輪(20)再受拉力時此繩輪(20)及其轉軸(24)軸套(22)與同一軸上齒輪(21)又向前轉動著擺去，將能量傳給其余齒輪及小發電機。而其余齒輪(28)(29)和(30)與小發電機(33)的轉子，則在繩輪等因人腳抬起繩輪繩松弛時，受彈簧(31)拉力反回原位時，可因本身旋轉慣性繼續向前轉動發電，能量很少浪費。這個機構的采用也是本人的獨創，在當今世界機械行業還未見到或聽到有采用的，但實踐證明這種結構是先進的，比曲柄連桿機構等變直線往復運動為旋轉運動機構簡單，占地小，變往復直線運動為旋轉運動時，被帶動傳動齒輪與小發電機等從動件只向一個方向旋轉和慣性旋轉，因而傳動效率高。從圖7可以看到此齒輪增速機構除原動繩輪其繩拉動行程放大杠桿(105)其同軸齒輪(21)、軸(24)、軸套(22)外，采用二級增速齒輪增速。每級速比均為41左右可使小發電機以1000～2000每分鐘轉的速度旋轉。這個速度已能滿足需要。齒輪模數采用1.5左右即可。此齒輪增速機構第二根軸可用粉沫冶金軸承(112)或滾珠軸承(34)。第三根軸是小發電機的軸，將增速用小齒輪裝在小發電機軸上即可。整個變速箱箱體總成可以主要由有軸承孔、放軸套擺動支架長方孔，摩擦制動片彈簧固定螺釘孔，繩輪拉動行程放大杠桿固定螺釘孔，鋼絲拉線及其套管或氣或液壓執行器安裝孔及其定位螺釘孔，加油孔及油位觀察孔的箱體(23)及其側蓋(35)與箱體前蓋子(36)及觀察玻璃、絲堵和連接螺母、螺釘、墊圈等組成，用機油潤滑。為了進一步簡化結構，簡化潤滑，后一級增速傳動齒輪可用繩輪及繩代替。此時小發電機軸中心線位置應是可調的。
由上面所述變速箱以及后面所述各種發電機可知，本設備轉動部份尺寸不大。以后面設計15瓦較大設備為例可算得其轉動部份由靜止到有額定轉速時，需消耗加速動能為1.4138公斤力·米。設人腳下踏力平均為30公斤，下踏鞋底距離 為0.012米時，人兩腳各下踏兩至三回所作的功就可使本設備轉速達到額定值。(此時應配以人走路腳跟腳掌先后著地變化)。
本設備所采用的直流發電機為改小的過去汽車的發電機。其主要組成部份有外殼、端蓋、磁極、電樞、炭刷和齒輪如圖8所示。發電機的外殼(37)是用軟鋼制成園筒形狀，在殼的后端開有四個窗孔，其作用是為了檢修炭刷和整流器時方便。殼的外部有電樞接線柱(38)和磁埸接線柱(39)它們均與外殼絕緣，發電機殼的兩端有前蓋(40)和后蓋(41)。前后蓋上都裝有鋼珠軸承(42)和(43)，以支承電樞軸。在蓋上還有油孔(44)和(45)，用以潤滑軸承。軸承外面用油封封閉，以防止潤滑油流出。此外在后蓋上還固定有兩個炭刷架，它使炭刷和整流器保持相對的位置。陰炭刷架與蓋間用絕緣板相隔。而陽炭刷架與蓋直接相連。前后蓋用兩個固定螺桿(46)穿過外殼將其與外殼(地線)固定在一起。為了減輕重量蓋可用鋁制成。防塵箍(47)——是用薄鐵皮做成。它用一螺釘固裝在發電機外殼后面的窗口上，將窗口蓋住，以防灰塵侵入發電機。磁極包括四個磁極鐵芯(48)。它用螺釘固定在外殼內壁均布的四面。在每個鐵芯上裝有磁極線圈(49)。每兩個線圈互相串聯，一端搭鐵，另一端則與外殼上的磁埸接線柱(39)相連。電樞是發電機的轉動部份。線圈在磁埸中旋轉產生電流，電樞包括電樞軸(50)，電樞鐵芯(51)，電樞線圈(52)和整流器(53)。電樞軸(50)是鋼料制成的，在軸上固定有整流器，并有固定鐵芯用的花鍵。軸的兩端裝在發電機前后蓋的軸承中。
電樞鐵芯是由許多形狀如圖9所示的硅鋼片組成，硅鋼片的中心有孔，其周圍開了許多凹槽，用以放置電樞線圈。槽有的和軸平行，有的和軸成一個角度(斜的)。斜槽的優點是由于轉動時，每一線圈是逐漸自一個磁極轉向另一個磁極，因此電流脈動減少，在一定轉速時，發電機所特有的吼聲可以減輕。在這些硅鋼片表面涂有一層絕緣漆，使各片互相絕緣，然后壓緊固裝在電樞軸的花鍵上，鐵芯的兩端裝有纖維質的絕緣墊圈，其形狀與硅鋼片完全一樣并與其一起固定于軸上。電樞線圈(52)是用紗包線繞在鐵芯的槽中，它被分成若干組，每組的圈數約為3～6圈，線圈的組數和每組圈數的多少是根據發電機的型式而定。為了提高發電機的電壓，各組線圈的兩端以串聯的次序焊接在整流器上(即第一組線圈的未端與第二組線圈的起端焊接在同一整流器片上)。線圈在鐵芯的槽內，均用絕緣紙隔絕，并在表面涂有絕緣漆，以防被電流打穿，整流器(53)是由許多銅質的整流器片組成。
圖10為整流器的剖面圖，整流器片(54)的向內部份作成鳩尾形，放在襯套(55)的鳩尾槽內。在整流器片外面用緊固環(56)將整流器片卡緊在襯套上。在各整流器片間及整流器片與襯套，緊固環間均用云母絕緣，襯套緊壓在電樞軸上，對發電機有四個極的，電樞線圈用波繞法繞成，則整流器銅片的數量是鐵芯槽的一倍減去一，例如鐵芯槽有21個槽，整流器片數不是42而是41，炭刷(57)和(58)是用炭粉、紫銅、粘合劑等壓制而成的，其作用是將電樞線圈產生的電流傳給外電路。它裝置在發電機后蓋內陰陽炭刷架上，借彈簧的壓力使其與整流器經常保持接觸。陽極炭刷搭鐵，而陰極炭刷則用導線與發電機外殼上的電樞接柱(38)連接，齒輪或繩輪用鍵固裝在電樞軸的前端。此種發電機為并激式直流發電機。即磁極線圈與電樞線圈是并聯的。當電樞在磁極所產生的磁埸中旋轉時，電樞線圈因切割磁力線而產生感應電流。此電流的一小部份流入磁極線圈以供勵磁。而大部分電流則經炭刷，通過搭鐵流往用電器具，再由陰炭刷流向電樞線圈。在電樞開始旋轉時，電樞線圈靠切割磁極的少量剩磁而產生電流。
圖11表示直流電機的磁路。
圖12用粗虛線表示了磁力線閉合回環的磁化力。
用本設備步行腳踏發電供電為了正常可靠運轉發電蓄電與一般汽車直流發電機一樣要有一套裝在一起的改小的發電機調節器。其中包括斷流器、節流器和節壓器三個部分。它們都是電磁鐵機構的自動儀器。斷流器用來自動管理發電機與蓄電池之間的電路。節流器是用來限制發電機輸出的最大電流強度。而節壓器則是用來調節發電機的電壓使它維持在額定數值。
(一)斷流器，斷流器的構造如
圖13所示。
當發電機電樞靜止不轉時，并聯線圈(59)中無電流通過，鐵芯(60)不被磁化；當發電機電樞以低速旋轉時，并聯線圈(59)中雖有電流通過，但因它所產生的磁埸而使鐵芯(60)磁化的力量，還不能克服彈簧(61)的拉力，而吸下觸點臂，觸點(62)與(63)仍保持在分開的狀態。此時發電機與蓄電池的電路未被接通。
發電機轉速增高時，發電機的端電壓也隨之增大。當發電機端電壓大于蓄電池的端電壓時，通過并聯線圈(59)的電流所產生的磁埸，使鐵芯(60)磁化的力量，能克服彈簧(61)的拉力，將觸點臂吸下，使觸點(62)與(63)閉合。此時發電機與蓄電池電路接通。從發電機輸出的電流經串聯線圈(64)至用電部分(65)，并對蓄電池充電。此時并聯線圈(59)與串聯線圈(64)中皆有電流通過。其電流方向相同，磁力線方向也相同。磁埸相加使鐵芯磁化的力量加強。因而保證了觸點(62)與(63)的可靠連接。
發電機電樞轉速減低，發電機的端電壓也隨之減小。當發電機端電壓低于蓄電池的端電壓時，蓄電池的電流將逆流入發電機，以充電相反電流方向經串聯線圈(64)逆流入發電機而放電；從蓄電池流入并聯線圈(59)的電流方向仍保持與充電時方向相同的電流方向。
此時通過并聯線圈(59)與串聯線圈(64)的電流方向相反，磁埸對消，鐵芯(60)的磁化力量減弱，而彈簧(61)的拉力將觸臂(66)拉回至原來位置，使觸點(62)與(63)分開。蓄電池與發電機電路被切斷，蓄電池停止對發電機的逆流，不再放電。
(二)節流器，有助振線圈的振動式節流器如
圖14，當發電機的輸出電流經節流器線圈(67)，供給外部電路用電的電流，沒有超過所限制的范圍時，此時節流器鐵芯(68)的磁力還不能克服彈簧(69)的拉力，而吸下觸點臂(70)，觸點(71)與(72)仍保持閉合。勵磁電路中未串聯附加電阻，勵磁電流較大，通過助振線圈(73)的電流也大，助振線圈所產生的磁埸也強，它與節流器線圈(67)的磁埸，共同加強鐵芯(68)的磁力。待外部電路中的用電電流，增至所限制的范圍時，節流器線圈(67)與助振線圈(73)所產生的共同磁埸，使鐵芯(68)產生的磁力能克服彈簧(69)的拉力而吸下觸點臂(70)，使觸點(71)與(72)分開。此時勵磁電路中加入了附加電阻(74)，發電機勵磁電流減低，則通過助振線圈(73)的電流也減低，磁埸減弱。另外發電機勵磁電流的減低，也降低了電樞線圈的感應電動勢，電動勢的降低也減低了外部電路中的電流，因而通過節流線圈(67)的電流減小，鐵芯(68)的磁力隨之減弱，彈簧(69)的拉力又使觸點(71)與(72)重新閉合。(75)為斷流器。
故助振線圈的作用能提高觸點臂的振動頻率，加速觸點的分開與閉合，使外部電路中的電流變動較小。
(三)節壓器，具有助振電阻和平衡電阻的振動式節壓器如
圖15。當節壓器觸點(76)與(77)閉合，從陽極炭刷流出電流分為兩路一經搭鐵而流入磁極線圈，再經觸點(76)與(77)及平衡電阻(78)而流至陰極炭刷。二經搭鐵而流入節壓器線圈(79)，再經助振電阻(80)與平衡電阻(78)而流至陰極炭刷。
此時勵磁電路中只有電阻數值不大的平衡電阻(78)，勵磁電流較大，因而在平衡電阻(78)的兩端產生較大的電壓降。但在助振電阻(80)上只有節壓器線圈少量的電流通過，因而產生的電壓降較小。這樣在節壓器線圈的兩端卻保持著一定的電壓降，因為發電機的端電壓是等于平衡電阻(78)，助振電阻(80)，節壓器線圈(79)三者的和。
當電樞轉速增高，節壓器觸點(76)與(77)分開時，從陽極炭刷流出的電流分為兩路一經搭鐵而流入磁極線圈，再經附加電阻(81)，助振電阻(80)，平衡電阻(78)而流至陰極炭刷。一經搭鐵而流入節壓器線圈，再經助振電阻(80)，平衡電阻(78)而流至陰極炭刷。
此時勵磁電路中除原有的平衡電阻(78)外，又增加了附加電阻(81)與助振電阻(80)，電阻的數值增大，勵磁電流減少，在平衡電阻(78)的兩端電壓降減小。相反地助振電阻(80)的兩端電壓降卻增大。因為在助振電阻(80)上除原有的節壓器線圈電流通過外，又增加了勵磁電流的通過，因而電壓降增大。在助振電阻兩端所增大的電壓降數值，卻等于平衡電阻兩端所減小的電壓降數值，這樣在節壓器線圈的兩端仍能保持著一定的電壓降。(81)為斷流器。
不論觸點的閉合與分開，在節壓器線圈的兩端均能保持一定的電壓降，因而就可能保持發電機電壓的恒定。
本設備可采用的交流發電機電源系統，采用世界六十年代以來我國近些年來逐步采用的汽車交流發電機電源系統。這樣發電機轉子轉速可小，可在較廣的轉速范圍發電。此外它較直流發電機體積小、重量輕、結構簡單，可節省銅錢，維修方便，使用壽命長。當用蓄電池或其他的電池供電使之成為電動機時，可使直流電通過變直流電為交流電的電子直流逆變器對小發電機供電，使此交流發電機成為小型交流電動機。
本設備采用的交流發電機電源，是由三相或單相同步發電機，硅整流器及電壓調節器，(振動式或晶體式)，三部份組成，它們的連接方式如
圖16所示，(83)為交流發電機，(84)為整流器。(85)為電壓調節器，(86)為點火開關，(87)為電流表，(88)為蓄電池。交流發電機在沒有達到工作電壓時，(即在很低轉速運轉時)，他的磁埸是他激的，由蓄電池供給激磁繞組電流，當開始發電后，是自激的。點火開關(86)接在激磁繞組——調節器——蓄電池的回路中，當接通點火開關時，蓄電池的電就流過發電機激磁繞組。平時斷開點火開關，蓄電池不會向發電機放電。(83)為用電設備。
本設備采用的交流發電機在結構上，與一般工業用凸極式交流同步發電機不同。如
圖17所示，(90)為驅動端蓋(91)為后端蓋，(92)為定子，(93)為齒輪或為(94)繩輪，(95)為轉子，(96)為緊圈，(97)為滑環，(98)為炭刷架。需要時還可加裝風扇(99)，激磁采用鳥嘴形磁極他的形狀象鳥嘴，如
圖18所示，這種磁極可以使定子感應的交流電動勢近似正弦曲線。
每個磁極的磁通經轉子的鐵芯，(即磁軛)回合，形成發電機的總磁通，總磁通等于一個極性所有磁極的磁通總和，這樣就可以采用一個簡單的激磁繞組，繞在轉子的鐵芯上，結構緊湊，所以只消耗少量的銅線，磁極對數可以為6對等多個對數。即轉子轉一周每相電路能產生6個周等的交流電勢。
轉子(95)激磁繞組的末端接在滑環(97)上，此滑環裝在轉子(95)的軸上。磁極是用低碳鋼板沖制成基本形狀后再加工而成，也可用精密鑄造法(即失蠟鑄造)澆鑄。每臺電機有兩個極，它們中間放激磁繞組。壓裝在滾有花紋的軸上，這樣的激磁繞組通電后，一個爪極形成南極，另一個爪極形成北極，兩個爪極內表面與激磁繞組中的磁軛(鐵芯)，必須貼得很緊。二個爪極的鳥嘴形磁極之間的間隙要均勻，否則激磁繞組中產生的磁通在它們中間要產生漏磁，影響發電機性能。所以，在制造時，爪極孔與內表面的垂直度及磁軛孔與兩平面的垂直度是很重要的。磁軛也是由低碳鋼加工制成，用低碳鋼的目的是其導磁性能好，使有更多的磁力線在磁極中通過。
轉子上的滑環。(也稱集電環)，是由兩個彼此絕緣的銅環組成，中間的絕緣材料一般使用玻璃纖維塑料，滑環可以用銅管加工而成，也可用銅板拉伸沖制而成，與玻璃纖維塑料或其他有一定機械強度，并能耐熱的塑料壓成一體后，再壓裝到軸上，這個滑環與裝在炭刷端蓋上的二個炭刷接觸，用接線柱引到發電機外部。
定子(92)的鐵芯是由沖有槽的牌號為D11或D21的硅鋼片疊成，硅鋼片的厚度為0.5～1毫米。硅鋼片的疊成方法根據生產工藝不同可采用焊接，也可采用鉚接。一般用0.5毫米硅鋼片疊成的定子鐵芯，在二邊需要加厚度為2毫米左右的鋼板作端片，以防止變形。用1毫米硅片疊成的定子鐵芯，由于剛性較好，不一定需加端片，定子鐵芯的槽安放三相或單相繞組。
當轉子在定子內旋轉時，轉子的N極與S極在定子齒部與軛部交替通過。定子槽中的三相繞組感應交變電動勢如
圖19所示為q＝1定子槽數為36個直槽的三相一般的交流發電機的繞組分布圖。A、B、C表示三相繞組的起端。XYZ表示三相繞組的未端。先將每相繞組單獨繞好再放入定子槽內。任何形式的定子槽均需用0.3～0.5毫米厚的絕緣層絕緣。目前一般采用青殼紙。定子繞組及激磁繞組的導線采用QZ牌號的高強度聚脂漆包線。三相繞組放入定子槽內后，要用玻璃布板或用竹子制成的槽楔固定，如圖20所示。
轉子激磁繞組、滑環、爪極壓裝到軸上后及定子三相或單相繞組嵌入定子槽內后，均需浸絕緣清漆，以提高繞組的絕緣性能，機械性能及散熱性能，目前可使用1030或1032牌號的絕緣清漆，也可以用其他牌號的絕緣漆。
發電機的端蓋(90)和(91)系由鋁合金壓鑄或用砂模鑄造而成，因為鋁合金是非導磁材料。如果用黑色金屬要有漏磁，影響發電機的性能，為提高軸承孔的機械強度增加其耐磨性，可在發電機端蓋的軸承座鑲有鋼套。這些鋼套應在壓鑄或鑄造過程中鑲進去。在炭刷端蓋內裝有增強尼龍或其他有一定機械強度的塑料制成的炭刷架。炭刷架內裝有二個螺旋形壓力彈簧，分別壓住二個炭刷如
圖17使炭刷與滑環可靠接觸。需要時炭刷端蓋周圍有進風口，驅動蓋有出風口小齒輪(93)與風扇(99)一起旋轉時就使空氣從后端蓋進風經電機內部從驅動端蓋出風，冷卻發電機的定子繞組。風扇一般是用鋼板沖制或用鋁合金壓鑄。齒輪可用45＃鋼制成。
交流發電機定子繞組中感應的交變電流，要依靠硅元件組成的整流器改變為直流電。對小型單相發電機可用單相全波整流電路，如圖21所示也可用單相橋式整流電路如圖22所示，進行整流對三相交流發電機，可用三相橋式整流電路如圖23所示進行整流。
目前與交流發電機配合工作，使發電機的電壓在不同轉速時保持在一定數值的電壓調節器，可采用普遍采用的改小的雙級電磁振動式調節器圖24所示。其工作原理是，在發動機起動前，先接通點火開關，此時蓄電池的電就通過調節器觸點(102)(103)向發電機激磁繞組送去，電流流向如圖24中黑箭頭所示。同時電流也通過調節器線圈(104)。當發電機起動后，發電機的轉速增加，調節器線圈(104)中電流跟著增大，電磁吸力增強，銜鐵被進一步吸向鐵芯一邊，第二對觸點開始工作。由線路中可以看出，第二對觸點將發電機的激磁繞組短路。第二對觸點閉合后，激磁繞組失去電壓，激磁電流很快下降，發電機的電壓也就急速下降，電壓下降了，調節器鐵芯的電磁吸力小于彈簧張力，第二對觸點就打開。激磁繞組又重新獲得電壓，激磁電流又上升，電壓再增大，第二對觸點再閉合。觸點就以某一頻率周期地閉合和打開，使發電機輸出電壓保持在規定值。
為了反過來用蓄電池的電輸入發電機使之成為電動機，使本步行腳踏發電供電機成為助行機，對用直流發電機的設備可以直接將直流電輸入發電機使之成為電動機。對用交流發電機的設備則需使直流電先通過如圖25所示的串聯電感式可控硅三相逆變器變為交電，再輸入發電機使之成為電動機。其中主回路如圖26所示。在逆變器A相電路中，可控硅SCR1與換向電感L1L4及可控硅SCR4相串聯，在B相和C相電路中可控硅與換向電感也同樣是串聯連接。換向電感L1和L4、L3和L6、L5和L2之間應具有非常緊密的磁耦合。選用適當設計的觸發電路，可以保證可控硅SCR1～SCR6以60°的間隔依次觸發，每只可控硅的導通時間為180°，假設最初在SCR1的控制極加入觸發脈沖使其觸發，經60°后，觸發脈沖應加到SCR2的控制極上，使其導通，再經過60°后，觸發脈沖應加到SCR3的控制極上，使其觸發再經過60°后，觸發脈沖應加到SCR4的控制極上使其觸發，并通過換向電容與電感的作用使SCR1立即關斷，依此類推，經過360°后，又使SCR1重新導通，完成一個周期。可控硅三相逆變器觸發電路可由信號發生器，環形脈沖分配器、脈沖加寬和放大器等部份組成。信號發生器通常選用由單結晶體管和R、C元件組成的弛張振蕩器，如圖27所示，環形分配器由六級雙穩態觸發器構成，最后一級雙穩態觸發器的輸出再送到第一級雙穩態觸發器，如圖28所示，為了加寬環形脈沖分配器輸出脈沖的寬度采用圖29所示的二極管加法器來加寬脈沖。為了使可控硅可靠觸發，觸發脈沖除了必須具有足夠的寬度外還必須具有足夠的功率。為此，射極輸出放大器輸出的寬度為120°的加寬脈沖，還應當通過變壓器輸出脈沖功率放大器加以放大，脈沖功率放大器如圖30所示。
對于上述交、直流發電機、整流器、斷電器、節流器、節壓器及電壓調節器、三相可控硅逆變器的詳細設計計算可參照有關交、直流發電機、低壓電器及晶體管電路，可控硅逆變器一般設計計算書籍及汽車電機電器等資料進行，在此不再詳述。
由以上的說明可以看出本實用新型可以開創性的使人們穿著步行省力鞋走路鍛練身體時節省下來的能量得到合理利用。使人們可以把節省下來的能量用于夜間走路時照明，用電熱服取暖，對電池進行充電集少成多，供收音機錄音機等用電器開動使用，同時還可反過來用電池的電通入發電機使之成為電動機使本設備成為助人省力快速行走的助行機。因此本實用新型可以在許多方面改善豐富我們的生活，成為人們生活與工作都很需要的產品。不難看出本實用新型一般微型電機廠電機廠都能制造。
為了進一步對本實用新型步行腳踏發電供電及電動助行機進行說明，在下面列表舉例說明本人對本實用新型幾種型式規格產品研究設計得出的具體結構尺寸數據。
權利要求1.本設備屬微型機械傳動發電及電動設備，其發電機可以是改小的汽車直流發電機，也可以是改小的汽車交流發電機，這兩種發電機通過步行腳踏傳動機構轉動，(配以人腳跟腳掌先后著地變化)，所發出的電除可直接通過供電導線供燈泡照明或供電熱服取暖外，還可通過小塑料背包或掛在腰帶上掛包(3)內的改小汽車斷流器，節壓器、節流器或整流器電壓調節器對蓄電池充電，當需要時用蓄電池或其他電池的直流電通入上述直流發電機或通過變直流電為交流電的逆變器電子線路變為交流電通入上述交流發電機后，均可使上述直流發電機或交流發電機變為電動機，通過上述步行腳踏傳動機構，(配以人腳跟腳腳掌著地先后變化)，反過來使本設備成為電動助行機，本設備結構特征是作為發電供電機使用時在人們穿著的步行省力鞋底部(1)內，加拉線彎折或薄膜活塞氣體或液體拉力或壓力發生器斷續產生拉力或壓力，構成一特殊步行省力鞋，并將這拉力或壓力經過(2)有套管拉線，能彎輸氣或輸液管傳至另一端與發生器類似的執行器，拉或推動被人們背或掛在腰帶上的小塑料包(3)內，變速箱前被蓋子蓋著的原動繩輪繩行程放大杠桿(105)，并通過這個杠桿及繩輪繩(27)斷續使繩輪(20)及其轉軸(24)與同軸上一齒輪(21)，因該軸在變述箱體外側兩端下部彈簧(25)支著的摩擦片(26)的摩擦作用影響下，在其兩端兩能在箱體壁部方孔中左右擺動的擺動架(106)中銅軸套內轉動著與該擺動架及滑動軸套一起擺向變速箱其余齒輪，使其余齒輪旋轉，并帶動一上述小直流或交流發電機高速旋轉發電，需要時本設備使上面所述直流或交流發電機成為電動機，也可反過來帶動拉或壓力執行器。通過有套管拉線，能彎輸氣或輸液管，使上述拉力或壓力發生器反過來，使人腳在行走時，不斷抬起邁步向前成為助行機，(此時應將繩輪繩頭改套在繩輪側面一偏心軸上，并將繩輪軸，能在變速箱的前后壁方孔內擺動的軸承架(106)用螺釘固定在使此繩輪同軸上的齒輪能與其他齒輪嚙合位置，同時后面將詳述的使繩輪反轉彈簧(31)及繩(32)應拆去)。
2.根據權利要求1所述設備，其特征是特殊步行省力鞋的構造由下部鞋底(4)，鞋底上面鞋墊(5)鞋墊下部上輪(6)，鞋底上部下輪(7)在鞋墊和鞋底內的軸(8)，在鞋墊與鞋底中間靠邊的金屬彈簧(9)，及其上下滑動斜面調整塊(107)左右滑動斜面調整塊(108)，調節螺桿(109)，調節螺母(110)及橫V型連接片(111)，鞋底鞋墊間邊部的泡沫塑料防水邊(12)與分布在鞋底鞋墊間其余部份的泡沫橡膠或塑料彈簧(11)或(10)構成，必要時防水邊(12)內可襯以防水膠布或膠皮(112)，軟繩(13)也可視為此步行省力鞋的一部份，此軟繩一端固定在鞋墊前中部經鞋底鞋墊中部兩繩輪(6)(7)間通過通至鞋底(4)與鞋墊(5)后中部至鞋底外與傳送拉力的有套管拉線相連，鞋底(4)與鞋墊(5)可用皮革、棉布和塑料橡膠制做，鞋墊(5)可用釘、粘、縫等辦法與其上一般鞋鞋底連接，鞋底(4)可用粘、釘或縫的辦法及通過金屬彈簧(9)和泡沫橡膠與塑料彈簧(11)或(10)與鞋墊(5)連接，上和下轉軸(8)都可用粗鋼絲制成，繩輪(6)(7)可用鋼或工程塑料制造套在上下兩個平行放置的軸(8)上，用來使一端固定在鞋墊上的軟繩(13)，在鞋底與鞋墊靠近或分離(約10毫米)時彎折或伸直以便拉近或放開與之在鞋后端相連，通向鞋外的有套管拉線，軟繩(13)可用多根細鋼絲、尼龍繩或橡膠棉線制造，能承受20公斤左右的拉力即可，泡沫塑料防水邊可用粘的辦法使之與鞋底和鞋墊相連，彈簧總彈力要小于人體重的一半，對有薄膜活塞氣體或液體的壓力發生器步行省力鞋結構與上述有拉線彎折機構的步行省力鞋所不同的是上輪(6)下輪(7)及轉軸(8)，為薄膜活塞(14)缸體(15)張力彈簧(16)所代替，缸體可用厚2毫米左右薄鋼板沖成，厚1.5毫米左右碗形橡膠膜四周與缸體連接處可用壓圈(17)壓著用螺釘(18)緊固使之不能通過接縫漏氣或漏液，張力彈簧(16)及其墊圈(19)則是用來保證此活塞薄膜在人腳抬起不受壓力時能及時張開，在缸體側面鉚或焊有長管接頭，上述各彈簧應是可換或可調的。
3.根據權利要求1所述設備，其特征是拉線及其套管用市售自行車或摩托車拉線及其套管，其內部拉線為多根鋼絲制成，其外套管為可彎折的能承受壓力的薄鐵皮制長鐵片繞制成管狀外有有色塑料的套管，這種拉線與套管在彎曲角度不大時，在潤滑好時可經久耐用，對可彎輸氣或輸液管可用帆布橡膠管或厚塑料管制造，在其上端應加裝從外界對該管補充空氣或液體的逆止伐。
4.根據權利要求1所述設備，其特征是背或掛在腰帶上小皮包(3)，為長方形尺寸不大的小皮包，其內部裝有一小直流或交流的 發電機(33)，前端與一小齒輪增速變速箱連接其余部份可放小斷流器、節壓器、節流器或電流整流器、電壓調節器及直流逆變器，另外還可放置小蓄電池，在變速箱另一端原動繩輪(20)上繞有兩拉線(27)(32)分別與箱體上的彈簧(31)及原動繩輪繩拉動行程放大杠桿(105)相連。
5.根據權利要求1所述的設備，其特征是其小變速箱是由原動繩輪(20)轉動時帶動轉軸(24)與同軸一齒輪(21)轉動，這個繩輪與齒輪軸(24)兩端擺動架中銅軸套(22)外部為園形其箱體內部份有凸緣可在箱體(23)長方形導槽內略微前后擺動5毫米左右，在軸的兩端在箱體外側下部適當部位各有一由彈簧(25)彈著的摩擦制動片(26)，當繩輪(20)受繩(27)拉力帶著軸(24)和軸上齒輪(21)正轉時，由于軸(24)受繩(27)的拉力和摩擦制動片(26)的摩擦作用，使這繩輪(20)，齒輪(21)和轉軸(24)在兩端擺動架中軸套(22)內轉動著向前方齒輪(28)、(29)和(30)擺去，直至此軸上齒輪(21)與其前齒輪(28)嚙合，并帶著齒輪(28)、(29)和(30)及小發電機(33)旋轉為止，(此時軸兩端已離開彈簧彈著摩擦制動片(26)，當繩(27)因人腳步行下踏后松弛時，彈簧(31)將繩輪(20)向反方向拉動，此時繩輪(20)的轉軸(24)及其上齒輪(21)與軸套(22)便因此彈簧(31)通過繩(32)造成的拉力與其他從動齒輪(28)、(29)和(30)等轉動慣性產生的推力及上述摩擦制動片(26)的制動作用，反向旋轉和擺動回到原位，當原動繩輪(20)再受繩(27)拉力時此繩輪(20)及其轉軸(24)軸套(22)同一軸上齒輪(21)又向前轉動著擺去，將能量傳給其余齒輪及小發電機，而其余齒輪(28)、(29)和(30)與小發電機(33)轉子，則在繩輪等因人腳抬起繩輪繩松弛時，受彈簧(31)拉力反回原位時，可因本身旋轉慣性繼續向前轉動發電，能量很少浪費，這個機構除原動繩輪及其繩拉動行程放大杠桿(105)與同軸齒輪(21)軸(24)、軸套(22)等外采用二級增速齒輪增速，每級速比均為41左右可使小發電機(33)以1000～2000轉每分鐘的速度旋轉，齒輪摸數采用1至1.5即可，此齒輪增速機構第二根軸可用粉沫冶金軸承(112)或滾珠軸承(34)，第三根軸就是小發電機的軸，將增速用小齒輪裝在小發電機軸上即可，整個變速箱箱體總成可以主要由有軸承孔，放軸承擺動支架長方孔，摩擦制動片彈簧固定螺釘孔，繩輪拉動行程放大杠桿固定螺釘孔，鋼絲拉線及其套管或液壓執行器按裝孔及其定位螺釘孔，加油孔及油位觀察孔的箱體(23)及其側蓋(35)與箱體前蓋子(36)及觀察玻璃，絲堵和連接螺母、螺栓、墊圈 等組成，用機油潤滑，為了進一步減化結構、簡化潤滑后一級增速傳動齒輪可用繩輪代替，此時小發電機軸中心位置應是可調的。
專利摘要腳踏電動助行器是一種微型機械傳動發電供電儲電與電動設備。是用人們穿步行省力鞋走路省下來的能量發電供電儲電機，當用蓄電池等電池電輸入發電機，本設備還可反過來傳動變為助行機，助人行走。其特征是在步行省力鞋鞋底內加拉或壓力發生器，斷續使一增速變速箱旋轉，帶動一交或直流發電機高速旋轉發電供電經調節器儲電。用蓄電池等電池電經適當電路輸入此發電機使之成為電動機時本設備可反過來使人腳走路時不斷抬起邁步向前成為助行機。
文檔編號F03G5/02GK2069932SQ8821575
公開日1991年1月23日 申請日期1988年11月10日 優先權日1988年11月10日
發明者劉宸 申請人:劉宸