ВЕЛОМОБИЛЬ
VELOMOBILE

Изобретение относится к экологически чистым транспортным средствам, приводимым в движение мускульной силой человека и силой ветра, и может быть использовано в качестве индивидуального велотренажера или индивидуального биотранспортного средства для осуществления поездок, для туризма, спорта, отдыха на свежем воздухе.
Известен экологически чистый веломобиль, приводимый в движение мускульной силой человека, содержащий аэродинамический обтекаемый кузов, в котором находится сидение для водителя, система рулевого управления веломобилем, ножной привод, связанный с задними приводными колесами через вариатор, аккумулятор и тормозной переключатель определенной конструкции. В кузове веломобиля имеется лобовое стекло и боковые двери с боковыми стеклами [см. пат. Российской Федерации №2017647 по классам МПК В62М 1/04, 1/20, B62D 5/02 опубликованный 15.08.1994 года в Бюл. №15].
Основным недостатком этого веломобиля является то, что он не имеет возможности использовать энергию ветра для своего движения, поскольку в его конструкции отсутствует ветроприемник, что ограничивает технические возможности веломобиля.
Этот недостаток устранен в веломобиле, содержащем аэродинамический обтекаемый кузов, верхняя часть которого выполнена из прозрачного материала и имеет возможность открываться для посадки и высадки водителя, а также над кузовом установлен поворотный парус, а под кузовом расположены попарно четыре колеса, задние из которых являются приводными, в передние - поворотными, при этом внутри кузова расположено сидение для водителя, рулевая колонка с рулем для управления направлением движения веломобиля и педальный ножной привод, связанный цепной передачей с задними колесами. Такой веломобиль может использовать для движения не только мускульную силу человека, прикладываемую к педальному приводу, но и энергию ветра, если установить парус в направлении действия ветрового потока (см. авт.св. СССР №1832095 по классу B62D 13/00, опубликованное 07.08.1993 г. в Бюл. №29).
Основным недостатком известного технического решения является то, что крыло - ветроприемник, имеет значительную высоту, что отражается в худшую сторону на устойчивость веломобиля, который, при порывах бокового ветра легко может опрокинуться. Высокое крыло также является препятствием движению веломобиля по дорогам с ограниченной высотой, например, арочными перекрытиями дорог, мостами, эстакадами, пересечениями дорог линиями электропередач, что ограничивает технические возможности веломобиля. Кроме того, данная конструкция крыла не позволяет увеличивать площадь сопротивления воздушному потоку при попутном ветре, т.е. использовать энергию ветрового потока в полной мере. Технически крыло можно развернуть в поперечном направлении, но тогда оно будет неравномерно воспринимать давление попутного ветра, и веломобиль будет уводить в сторону, что вынуждает водителя принимать дополнительные меры для удержания веломобиля на дороге.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому эффекту, принимаемым за прототип, является веломобиль, содержащий аэродинамически обтекаемый кузов, верхняя половина которого выполнена из прозрачного материала и которая может открываться для посадки и высадки водителя, а также над кузовом установлен поворотный парус, который образован верхней частью кабины кузова в открытом ее положении, а под кузовом размещены три колеса, переднее из которых является приводным и поворотным, при этом внутри кузова расположены сидение для водителя, рулевая колонка с рулем для управления направлением движения веломобиля, педальный ножной привод, связанный цепной передачей с передним колесом, при этом верхняя аэродинамически обтекаемая половина кузова образована дугообразным каркасом, повторяющим форму кузова в плане, и свободно перекрытым по контору эластичным прозрачным материалом, например, полиамидной пленкой, причем дугообразный каркас прикреплен к задней части кузова с возможностью поворота в двух направлениях, которое используется и как верхняя часть кузова веломобиля и как его управляемый парус [см. пат. Украины №56060 по классу В62М 1/00 опубликованный 15.04.2003 г. в Бюл. №4].
Основным существенным конструктивным недостатком известного веломобиля является снижение защитных свойств кузова от атмосферных осадков в случае использования его верхней части в качестве дополнительного источника энергии - паруса. В этом случае кабина остается открытой и водитель оказывается полностью незащищенным от атмосферных осадков, если таковые имеются, а также от дорожной пыли и шума. Все это создает дискомфорт для водителя, а также усложняет управление парусом из кабины, поскольку площадь паруса довольно велика и оказывает значительное сопротивление манипуляциям им водителю.
Вторым существенным конструктивным недостатком известного технического решения является высокий опрокидывающий момент при открытом парусе по причине того, что парус в поднятом положении имеет большую высоту, что автоматически смещает вверх центр тяжести веломобиля и, при порывах ветра, веломобиль имеет возможность просто перевернуться.
Третьим существенным конструктивным недостатком известного веломобиля является то, что его парус не может учитывать скорость ветра, поскольку его площадь не имеет возможности изменяться, следовательно, парус данной конструкции не имеет возможность изменять сопротивление воздушному потоку, следовательно, является нерегулируемым.
Четвертым существенным недостатком известного веломобиля является то, что он не содержит в своей конструкции амортизаторов, поэтому поездка на нем довольно жесткая, особенно, если дорога имеет некачественное покрытие или вообще отсутствует. В принципе, его шасси можно оснастить амортизаторами любой известной конструкции, однако это увеличивает вес веломобиля, который и без того приводится в движение мускульной силой человека, то есть ухудшают условия эксплуатации.
Очередным конструктивным недостатком известного веломобиля является то, что в его конструкции отсутствует дополнительный движитель, что вынуждает его водителя постоянно прикладывать физические усилия для движения, причем, в случае прекращения принудительного вращения педалей, веломобиль довольно быстро будет терять скорость, а восполнить ее нечем, что делает поездку на таком веломобиле крайне утомительной. В принципе веломобиль можно оснастить, например, дополнительным маломощным электродвигателем, однако для его работы требуется аккумулятор. Принято считать, что веломобиль - это экологически чистый вид биотранспорта, однако, наличие аккумулятора для питания дополнительно электропривода, ставит под сомнение это утверждение, поскольку для зарядки аккумулятора требуется электрический ток, который потребляется из стационарной электросети, и на выработку которого затрачивается, преимущественно тепловая или атомная энергия, которая не является экологически чистой. Другими словами, источник загрязнения окружающей среды отделен от веломобиля и перенесен на электростанцию, но от этого, населению не легче. В конечном итоге, загрязнение окружающей среды все равно происходит, только не от самого веломобиля с аккумулятором, а от электростанций, который вырабатывают электрический ток для зарядки аккумулятора веломобиля.
В основу изобретения поставлена задача повышение безопасности и комфорта эксплуатации веломобиля с дополнительными приводами от ветра и от электроэнергии за счет изменения конструкции ветроприемного устройства и оснащения его автономным приспособлением для выработки электроэнергии путем использования ветроприемного устройства с изменяемой площадью сопротивления ветровому потоку, а также использования солнечной энергии для зарядки аккумулятора, кроме того, оснащение шасси веломобиля амортизаторами, совмещающими функцию спиц для поддержания колес веломобиля.
Решение указанной задачи достигается тем, что известный веломобиль, содержащий аэродинамически обтекаемый кузов, верхняя половина которого выполнена из прозрачного материала и которая может открываться для посадки и высадки водителя, а под кузовом размещены три колеса, переднее из которых является приводным и поворотным, при этом внутри кузова расположены сидение для водителя, рулевая колонка с рулем для управления направлением движения веломобиля, педальный ножной привод, связанный цепной передачей с передним колесом, при этом верхняя аэродинамически обтекаемая половина кузова образована дугообразным каркасом, повторяющим форму кузова в плане, и свободно перекрытым по контору эластичным прозрачным материалом, например, полиамидной пленкой, согласно предложению, ветроприемное устройство выполнено в виде в виде двух вертикальных симметричных поворотных закрылков аэродинамического профиля, установленных по обе стороны от кузова и на внешних плоскостях которых, установлены панели фотоэлементов для преобразования энергии света в электрическую энергию для питания аккумулятора, обеспечивающего электроэнергией электродвигатель, установленный н задней колесной оси и имеющего возможность работать в режиме электродвигателя и электрогенератора в зависимости от потребности, а также спицы колес выполнены изогнутыми, причем конец каждой спицы, прикрепленный к ободу колеса, заходит за центр вращения колеса, а поворот закрылков осуществляется водителем из кабины путем их поворота, тем самым изменяя площадь сопротивления ветровому потоку, добиваясь максимального использования энергии ветра.
Выполнение ветроприемного устройства в виде двух закрылков аэродинамического профиля и расположение их по обе стороны от кузова веломобиля, позволяет уменьшить высоту ветроприемного устройства и, тем самым, повысить устойчивость веломобиля за счет уменьшения опрокидывающего момента.
Выполнение закрылков поворотными позволяет изменять сопротивление ветровому потоку и, тем самым, изменять площадь закрылков (изменение геометрии крыла), регулируя скорость движения веломобиля путем перекрытия части пространства между кузовом и закрылками для более эффективного использования энергии попутного ветра.
Выполнение закрылков аэродинамического профиля позволяет использовать энергию встречного ветрового потока за счет создания профилем закрылок подъемной силы, способствующей принудительному толканию веломобиля вперед.
Использование плоскостей закрылок для размещения солнечных батарей (панелей фотоэлементов) обеспечивает, без увеличения габаритов веломобиля, расположить на них дополнительный экологически чистый источник выработки электроэнергии для питания аккумулятора, питающего, в свою очередь, электрогенератор электрическим током.
Наличие электродвигателя на задней колесной оси веломобиля позволяет создавать дополнительный источник крутящего момента, вращающего колесную ось веломобиля, тем самым водителю предоставляется возможность не только постоянно крутить педали, но и отдыхать без потери скорости движения веломобиля, а работа электродвигателя в режиме электрогенератора позволяет экономить электроэнергию, используя движение веломобиля (вращение его колес) для зарядки аккумуляторов электроэнергией (рекуперация энергии движения).
Отделение ветроприемного устройства (закрылков) от кузова веломобиля, позволяет технически кузов постоянно держать закрытым, тем самым повысить комфортные условия передвижения в веломобиле, изолировав водителя от внешней среды.
Выполнение спиц колес изогнутыми, позволяет получить амортизаторы на все четыре колеса, совмещенные с прямым назначением велосипедных спиц, тем самым расширить технические возможности веломобиля путем возможности передвижения по дорогам с любым покрытием или по бездорожью, тем самым расширить сектор использования веломобиля. Боковая устойчивость веломобиля обеспечивается использованием изогнутых спиц различной жесткости, причем целесообразно увеличивать не толщину спиц, а их ширину. При этом амортизационные свойства спиц зависят от массы веломобиля и веса водителя.
Таким образом, совокупность существенных признаков, полученных благодаря внесению соответствующих конструктивных изменений в веломобиль, позволяет достичь положительного эффекта, проявляющемся в расширении функциональных возможностей (дополнительные движители использующих нетрадиционные источники энергии - ветер и солнце), повышение комфорта (водитель постоянно находится в закрытой кабине), повышении области использования веломобиля - качество дорожного покрытия не имеет значения (за счет оснащения колес амортизаторами, объединенными со спицами колес), то есть достичь поставленной цели сформулированной в постановки задачи.
Дальнейшая сущность изобретения поясняется совместно с иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг. 1 - предложенный веломобиль - трехколесная схема (в качестве примера, хотя количество колес не имеет значения), в разрезе, вид сбоку; фиг. 2 - то же самое, без разреза; фиг. 3 - то же самое, вид спереди; фиг. 4 - то же самое, вид сверху; фиг. 5 - то же самое, вид сзади с закрылками, обеспечивающими минимальное перекрытие пространства, для более эффективного использования набегающего воздушного потока; фиг. 6 - то же самое, вид сзади с повернутыми закрылками, для максимального использования попутного воздушного потока.
Предложенный веломобиль содержит аэродинамически обтекаемый кузов 1. Верхняя половина 2 корпуса 1 которого выполнена из прозрачного материала, например, из полиамида, которая может открываться для посадки и высадки водителя 3. Под кузовом 1 размещены три колеса 4 и 5, переднее 5 из которых является приводным и одновременно поворотным. Внутри кузова 1 расположены сидение 6 для водителя 3, рулевая колонка 7 с рулем 8 для управления направлением движения веломобиля, педальный ножной привод 9, связанный цепной передачей 10 с передним колесом 5. Верхняя аэродинамически обтекаемая половина 2 кузова 1 может быть образована дугообразным каркасом (не показан в виду общеизвестности), повторяющим форму кузова в плане, и свободно перекрытым по контору прозрачным материалом, например, полиамидом или органическим стеклом. Ветроприемное устройство выполнено в виде в виде двух вертикальных симметричных поворотных закрылков 11 аэродинамического профиля, установленных по обе стороны от кузова 1. Для увеличения жесткости аэродинамические закрылки 11 сверху связаны перемычкой 12 (хотя и не обязательно), закрепленной на пилоне 13. Спицы 14 всех колес 4 и 5 выполнены плавно изогнутыми, причем конец каждой спицы 14, прикрепленный к ободу колеса 4 или 5, заходит за центр вращения колеса, что позволяет спицам 14 быть упругими и использоваться одновременно в качестве амортизаторов, компенсирующих динамические нагрузки, возникающие при езде. На внешних плоскостях закрылков 11 установлены панели фотоэлементов 15 (см. фиг. 2) для преобразования энергии света в электрическую энергию. Для повышения устойчивости (уменьшения опрокидывающего момента), в передней части кузова 1, под ним, на некотором расстоянии от переднего поворотного колеса 5, установлены дополнительные холостые ролики 16 на пилонах 17. Как и обычный автомобиль, кузов 1 предложенного веломобиля оснащен передними 18 и задними подфарниками, спереди - фарами 20, обеспечивающими круглосуточную эксплуатацию веломобиля, а также, поскольку корпус 1 во время езды на веломобиле постоянно закрыт, воздухозаборными щелями 21 для проветривания кабины. На раме кузова 1 веломобиля, под сидением 6 располагается аккумулятор 22, обеспечивающий электроэнергией электродвигатель 23, установленный н задней колесной оси 24, имеющий возможность работать в режиме электродвигателя и электрогенератора в зависимости от потребности, состояния дорожного покрытия и усталости водителя 3. В качестве электродвигателя 23 используют электрогенератор любой известной конструкции. Поворот закрылков 11 осуществляется механически водителем из кабины путем их поворота, тем самым изменяя площадь сопротивления ветровому потоку, добываясь максимального использования энергии ветра.
Предложенный веломобиль эксплуатируют следующим образом.
Для осуществления поездки, водитель подходит к веломобилю, откидывает верхнюю половину 2 (блистер) корпуса 1, и усаживается на сидение 6, располагая ноги на педалях педального ножного привода 9, а руки на руле 8. После этого блистер водитель закрывает (возвращает в исходное положение), снимает веломобиль с ручного тормоза (не показан в виду общеизвестности, используется велосипедный тормоз любой известной конструкции), включает габаритное освещение 18 и 19 (если веломобиль используется в темное время суток) и, нажимая на педали, начинает движение. При этом спицы 14 работают и как амортизаторы, смягчая поездку, если дорожное покрытие имеет изъяны или вообще отсутствует. Солнечные батареи 15 (в светлое время суток) преобразуют световую энергию в электрическую и питают ею аккумуляторы 22, которые, в свою очередь, обеспечивают подвод электроэнергии к электродвигателю 23, который является дополнительным двигателем в дополнение к механическому педальному приводу. В зависимости от направления ветра, водитель ориентирует закрылки 11. В случае встречного ветра закрылки 11 устанавливаются параллельно корпусу 1 веломобиля. Возникающая подъемная сила, благодаря аэродинамической форме закрылок 11, способствует толканию вперед веломобиля. В случаи наличия попутного ветра, закрылки 11 разворачивают перпендикулярно направлению движения (см. фиг. 6), максимально увеличивая сопротивление попутному воздушному потоку (изменяют геометрию крыла), что способствует также свободному движению веломобиля. Механическим поворотом закрылков 11 управляет водитель из кабины. Для этого в кабину выведены от закрылков 11 рычаги (не показаны в виду общеизвестности). Таким образом веломобиль может перемещаться за счет эффективного использование энергии ветра, следовательно, в это время водитель может прекратить принудительно вращать педальный привод 9 (отдыхать), что делает поездку более комфортней и протяженной за счет сбережения физической силы водителя. Поддерживать принудительное движение веломобиля может дополнительный электродвигатель 23, а если позволяют условия (поездка «с горы накатом»), электродвигатель 23 можно переключить в режим электрогенератора, и он будет вырабатывать электроэнергию для подзарядки аккумуляторов 22 Принцип рекуперации энергии движения). Таким образом, предложенный веломобиль позволяет использовать нетрадиционные источники энергии для своего движения за счет механической силы и дополнительного электродвигателя, обеспечивает комфортную поездку независимо от состояния дорожного покрытия благодаря наличию амортизаторов, предупреждает преждевременную усталость.
Существенное отличие заявленного технического решения, по сравнению с ранее известными, заключается в том, что предложенный веломобиль оснащен закрылками аэродинамическими закрылками, имеющими возможность изменять свою площадь (геометрию крыла) по отношению к воздушному потоку и имеющими небольшую высоту для снижения опрокидывающего момента, содержит амортизаторы, совмещенные со спицами колем, оснащен дополнительным электродвигателем и солнечными батареями, размещение которых не требует формирования дополнительных поверхностей - для этой цели используются поверхности закрылок. Указанные отличия, в совокупности, расширяют технические и функциональные возможности веломобиля за счет повышенной эффективности использования энергии ветра независимо от направления воздушного потока, повышают проходимость веломобиля за счет выполнения спиц в виде амортизаторов, возможность езды в режиме отдыха за счет использования энергии дополнительного электродвигателя, зарядка аккумулятора которого происходит автономно, без использования электрической сети, повышается комфортность поездки за счет постоянно закрытой проветриваемой кабины для водителя. Ни один из известных веломобилей не может обладать отмеченными свойствами, поскольку не содержат в своей конструкции всей совокупности существенных признаков, присущих предложенному техническому решению.
Анализ патентной документации, научно-технической и иной технической литературы показал, что предложенное технической решение ранее нигде не встречалось, следовательно, обладает новизной, в своем составе не содержит деталей и узлов, которые невозможно было бы воспроизвести на современном этапе развития науки и техники, в частности, в веломобилестроении и велосипедостроении, следовательно, предложенное техническое решение промышленно применимо и ему может быть предоставлена правовая защита в качестве объекта промышленной собственности.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнеси следующее:
- высокая динамическая устойчивость за счет снижения опрокидывающего момента за счет уменьшения высоты ветроприемного устройства и расположения его по обе стороны от кузова веломобиля;
- максимальное использование энергии ветрового потока за счет того, что закрылки имеют аэродинамическую форму выполнены поворотными для изменения поверхности сопротивления воздушному потоку;
- наличие изогнутых спиц, выполняющих одновременно функцию амортизаторов за счет использования спиц специальной конструкции;
- оснащения закрылков солнечными батареями для полной автономности обеспечения зарядки аккумулятора;
- наличие дополнительного электродвигателя, имеющего возможность работы в режиме электрогенератора;
- наличие дополнительных роликов по бокам от поворотного колеса при трехколесном исполнении для повышения устойчивости веломобиля на поворотах.
Социальный эффект от внедрения изобретения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет повышения комфортности эксплуатации веломобиля вследствие более «мягкой» поездки, использование нетрадиционных источников энергии для снижения физических нагрузок и полной защищенности водителя от окружающей атмосферы в любых случаях эксплуатации веломобиля, а также получения действительно экологически чистого биотранспортного средства.