ВЕЛОТРЕНАЖЕР
BICYCLE TRAINER

Настоящее изобретение относится к усовершенствованному велотренажеру.
Как правило, известны и обычно используются два типа велотренажеров. Первый тип тренажера (также называемого турбо-тренажером) представляет собой аппарат, который дает возможность вращать педали велосипеда, когда он остается неподвижным. Такой тренажер обычно содержит раму, зажим для надежного удерживания, валик, который прижимается к заднему колесу велосипеда, и механизм, который обеспечивает сопротивление при вращении педалей. Такие тренажеры подразделяются на категории в зависимости от того, как такое устройство обеспечивает сопротивление, а именно на тренажеры с аэродинамическим сопротивлением, магнитным сопротивлением, гидравлическим сопротивлением, на центробежные тренажеры и утилитарные тренажеры. Во всех таких тренажерах первого типа велосипед неподвижно закрепляют на тренажере, и он остается полностью неподвижным во время тренировки. Обычно тренажер неподвижно закрепляют к задней оси велосипеда. Совершенно другой тип велотренажеров представляют собой так называемые велосипедные валики, которые в отличие от других типов велотренажеров, не прикрепляют к велосипедной раме. Такие велосипедные валики обычно содержат три цилиндра, барабана или валика, два для заднего колеса и один для переднего колеса, поверх которых едет велосипед. Ремень может соединять один из задних валиков с передним валиком, заставляя переднее колесо велосипеда вращаться при вращении педалей. Велосипедист или велосипедистка должны балансировать на валиках во время тренировки.
Каждый тип велотренажера имеет определенные преимущества или недостатки. Езда на неподвижных велотренажерах никогда не обеспечивает ощущений, которые возникают во время настоящей езды на велосипеде, потому что велосипед остается полностью неподвижным. Однако во время настоящей езды на велосипеде движение по вращению педалей обычно компенсируется легкими наклонами велосипеда от вертикали, особенно во время спринта. Хотя велосипедные валики действительно обеспечивают такие наклонные перемещения, балансирование велосипеда без езды на валиках является достаточно серьезной задачей для велосипедиста и требует гораздо большего баланса и внимания, чем велотренажеры.
В патентном документе US 2009/0075785 Al описан другой тип велотренажера, который приспособлен для использования с велосипедом. Тренажер включает в себя основание и раму, имеющую расположенные на расстоянии друг от друга концы, образованные для зацепления с велосипедом и для поддержки велосипеда. Шарнирный узел соединен с центральной частью рамы и с основанием. Шарнирный узел обеспечивает перемещение между рамой и основанием и включает в себя механизм для смещения, который сопротивляется отклонению рамы относительно основания. Рама опирается только на шарнирный узел. Рама упомянутого велотренажера устанавливается на заднюю ось велосипеда посредством соединительных элементов.
Упомянутая установка задней оси на велотренажер является недостатком, потому что сила смещения, которая сопротивляется наклону рамы относительно основания, передается велосипеду через заднее колесо, которое во время настоящей езды на велосипеде свободно перемещается. Более того, так как существенная часть веса велосипеда и велосипедиста поддерживается рамой (через соединительные элементы), а не валиком, наклонное перемещение велосипеда на упомянутом велотренажере ощущается менее естественным, чем езда на велосипеде по дороге. В особенности, так как валик не несет напрямую вес велосипеда и велосипедиста, шина настоящего колеса может проскальзывать во время ускорения и, таким образом, велосипедист не сможет выработать такую же выходную мощность, какую велосипедист может достичь на дороге.
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного велотренажера, который объединяет преимущества стационарных велотренажеров и велосипедных валиков и который преодолевает недостатки велотренажера, известного из патентного документа US 2009/0075785 Al. Целью настоящего изобретения, в особенности, является создание велотренажера, который как можно ближе воспроизводит условия езды на велосипеде по дороге. Такая цель достигается посредством тренажера в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение относится к велотренажеру, содержащему опору для поддержки велосипеда, имеющего раму и заднее колесо, прикрепленное к задней оси. Опора содержит средство для смещения велосипеда в прямое положение. Велотренажер дополнительно содержит валик для зацепления с задним колесом велосипеда. Когда велосипед опирается на опору, валик обеспечивает сопротивление вращению заднего колеса. Задняя ось велосипеда не соединена или не прикреплена напрямую к опоре велотренажера. Другими словами, задняя ось и заднее колесо велосипеда до определенной степени могут свободно перемещаться. Предпочтительно, заднее колесо велосипеда может свободно перемещаться в боковом направлении на валике, когда велосипед опирается на опору. Дополнительно или альтернативно, опора предпочтительно обеспечивает поднятие заднего колеса с валика, когда велосипед опирается на опору.
Выяснено, что установка велосипедной рамы с частью, отличающейся от задней оси, на опору велотренажера существенно улучшает настоящее ощущение, возникающее во время тренировки на велотренажере, обладающем признаками изобретения. С одной стороны, моделирование реальной жизненной ситуации существенно улучшается посредством обеспечения бокового и/или вертикального перемещения задней оси/заднего колеса. С другой стороны, передача какой-либо смещающей силы, которая сопротивляется отклонению рамы, через заднюю ось, ощущается как неестественное, потому что сила действует на заднем конце велосипедной рамы, в то время как во время езды на велосипеде по дороге эти смещающие силы создаются инерцией и/или крутящим моментом, создаваемым кручением педалей. Такие силы обычно действуют на велосипедную раму в большей степени в центральной части рамы. Поэтому в особенности предпочтительно устанавливать велосипедную раму на опору на участке велосипедной рамы между передней осью и задней осью, предпочтительно в центральной области между передней осью и задней осью. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления опора велотренажера поддерживает велосипед у нижней трубы и/или у нижнего кронштейна велосипедной рамы. В отличие от этого велотренажер, известный, например, из патентного документа US 2009/0075785 Al, имеет точку вращения в самой задней части велосипедной рамы и близко к нижней, а именно у задней оси. Таким образом, крутящие моменты, создаваемые во время кручения педалей, являются достаточно неестественными и могут даже приводить к ситуации, когда толкание вниз педали, расположенной с правой стороны, заставляет велосипедную раму также вращаться в правую сторону, что является абсолютно противоположным тому, что происходит в настоящей жизненной ситуации на дороге. Так как велотренажер настоящего изобретения обеспечивает достаточно свободное перемещение велосипедной рамы (как на дороге), крутящие моменты передаются раме подобному тому, как и в настоящей жизненной ситуации, что заставляет раму правильно вращаться.
Предпочтительно, велосипед опирается на опору таким образом, что во время использования по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 90% и более предпочтительно по меньшей мере 95% веса велосипеда (и велосипедиста) поддерживается передним колесом и задним колесом. Это, по меньшей мере, является тем случаем, когда велосипед находится в вертикальном положении. Если велосипед наклонен, средство смещения велосипеда в прямое положение, очевидно, также поддерживает небольшую часть веса. Предпочтительно, заднее колесо велосипеда опирается на валик, когда велосипед установлен на опору. Другими словами, предпочтительно, чтобы заднее колесо располагалось или стояло на валике и чтобы вес задней оси полностью поддерживался валиком. Если для заднего колеса предусмотрены два валика, то полный вес, располагаемый на задней оси, поддерживается этими двумя валиками. Это в особенности является преимущественным, потому что велосипедист получает ощущение настоящей езды по дороге, так как передача всей силы от задней оси к валику очень похожа на передачу всей силы от задней оси к дороге. К тому же, из-за прямой весовой нагрузки на один или на два валика, может создаваться такая же мощность, как и на дороге, потому что упомянутая конструкция эффективно исключает какое-либо проскальзывание шины на валике.
Средство для смещения предпочтительно выполнено с возможностью обеспечения наклонного перемещения велосипеда. Предпочтительно, средство для смещения выполнено с возможностью обеспечения крутящего момента, смещающего велосипед в прямое положение велосипеда за заданный первый критический угол относительно вертикали. Первый критический угол предпочтительно меньше чем 1°, более предпочтительно меньше чем 0,5° и более предпочтительно составляет около 0°. В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления смещающий крутящий момент не создается до упомянутого первого критического угла, в то время как у критического угла и за критическим углом средство для смещения создает крутящий момент, смещающий велосипед в прямое положение. В соответствии со вторым вариантом осуществления (соответствующим первому критическому углу, равному примерно 0°), средство для смещения всегда создает крутящий момент, смещающий велосипед в прямое положение.
Предпочтительно, если велотренажер содержит стопорный элемент, выполненный с возможностью предотвращения наклонного перемещения велосипеда за заданный второй критический угол относительно вертикали. Второй критический угол предпочтительно находится в диапазоне от 2° до 6°, более предпочтительно от 3° до 5° и более предпочтительно составляет около 4°. В особенно предпочтительном варианте осуществления постоянная сила или крутящий момент, смещающий велосипед в прямое положение, создается для всего диапазона от -4° до +4°.
Предпочтительно, средство для смещения выполнено с возможностью прямого или непрямого соединения с велосипедной рамой в части, отличающейся от задней оси, более предпочтительно с нижней трубой и/или с нижним кронштейном велосипедной рамы. Соединение велосипедной рамы со средством для смещения является предпочтительно разъемным и предпочтительно может быть адаптировано к различным типам и размерам велосипедов.
Средство для смещения предпочтительно дополнительно содержит две независимые пружины. Пружины предпочтительно выполнены с возможностью создания крутящего момента, смещающего велосипед в прямое положение. Величина крутящего момента предпочтительно может регулироваться посредством двигателя. Можно также альтернативно регулировать крутящий момент вручную. Предпочтительно, чтобы крутящий момент можно было регулировать посредством изменения плеча рычага, действующего на пружины. Предпочтительно, чтобы крутящий момент можно было регулировать в диапазоне примерно от 5 Нм до примерно 200 Нм, более предпочтительно примерно от 15 Нм до примерно 150 Нм и даже более предпочтительно примерно от Нм до примерно 100 Нм. Можно альтернативно регулировать жесткость пружин.
Велотренажер предпочтительно дополнительно содержит двигатель, выполненный с возможностью регулирования сопротивления вращению заднего колеса. Сопротивление предпочтительно активно создается самим двигателем. Предпочтительно, в двигателе предусмотрен валик. Также предпочтительно, чтобы двигатель был выполнен с возможностью активного создания движущей силы для заднего колеса.
Предпочтительно, два валика предусмотрены для заднего колеса, причем один валик выполнен с возможностью активной передачи движущей силы и/или силы торможения к заднему колесу, в то время как второй валик может вращаться без создания какого-либо существенного сопротивления. Наличие двух валиков дополнительно улучшает "настоящее ощущение дороги", так как шина лучше опирается на два валика, чем при одной точке контакта (двух выпуклых кривых).
Предпочтительно, опора для поддерживания велосипеда содержит переднюю часть для установки переднего колеса велосипеда. Предпочтительно, переднее колесо устанавливается неподвижно, то есть переднее колесо не может поворачиваться. Расстояние между креплением переднего колеса и валиком (валиками) для заднего колеса предпочтительно может регулироваться, для того чтобы адаптировать велотренажер к различным типам и размерам велосипедов. К тому же, установку переднего колеса можно предпочтительно регулировать для колес/шин, имеющих различную ширину.
Средство для смещения велосипеда в прямое положение предпочтительно содержит систему стоек и стержней для прикрепления к нижней трубе велосипеда. Предпочтительно, упомянутая система содержит цилиндр и поршень, которые могут перемещаться вверх и вниз внутри упомянутого цилиндра. Это обеспечивает установку велосипеда на опору без передачи какой-либо существенной силы вдоль вертикального направления. Другими словами, после установки велосипед может быть перемещен вверх и вниз просто посредством преодоления сопротивления между поршнем и цилиндром. Система стоек и стержней предпочтительно дополнительно содержит дополнительный стержень, прикрепленный с возможностью вращения к поршню. Это обеспечивает регулировку для различных положений нижней трубы различных типов и размеров велосипедов.
Велотренажер предпочтительно дополнительно содержит дополнительный двигатель для регулировки плеча рычага средства для смещения велосипеда в прямое положение. Предпочтительно, изменение плеча рычага не изменяет растяжение или сжатие пружин, а только изменяет плечо рычага, действующего на пружины. Предпочтительно, отклонение велосипеда в одном направлении только сжимает одну из двух пружин, но не растягивает другую из двух пружин. Велотренажер настоящего изобретения превосходит известные велотренажеры, потому что он может очень хорошо моделировать условия настоящей дороги. Более того, велотренажер настоящего изобретения универсален в том, что на нем можно тренироваться с велосипедом любого типа и размера, просто регулируя несколько деталей велотренажера. Дополнительные преимущества велотренажера настоящего изобретения будут понятны из описания подробных вариантов осуществления со ссылкой на следующие чертежи, на которых:
Фиг. 1 и 2 представляют собой виды в перспективе велотренажера в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 3 и 4 представляют собой виды сбоку предпочтительного варианта осуществления велотренажера в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 5 представляет собой вид спереди предпочтительного варианта осуществления велотренажера в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 6 представляет собой вид сзади предпочтительного варианта осуществления велотренажера в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.7 представляет собой вид сверху предпочтительного варианта осуществления велотренажера в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 8 представляет собой вид снизу предпочтительного варианта осуществления велотренажера в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1-8 показан предпочтительный вариант осуществления велотренажера в соответствии с настоящим изобретением на перспективном изображении (фиг. 1 и 2), на виде сбоку (фиг. 3 и 4), на виде спереди (фиг. 5), на виде сзади (фиг. 6), на виде сверху (фиг. 7) и на виде снизу (фиг. 8). Велотренажер в соответствии с настоящим изобретением содержит опору 1 для поддерживания велосипеда (не показан), имеющего раму и заднее колесо, прикрепленное к задней оси. Опора 1 содержит средство 2 для смещения велосипеда в прямое положение. Велотренажер дополнительно содержит валик 3a для зацепления с задним колесом велосипеда. Когда велосипед опирается на опору 1, валик обеспечивает сопротивление вращению заднего колеса. Задняя ось велосипеда не соединена с опорой 1. Заднее колесо велосипеда во время использования лежит на валике 3a, а также на втором валике 3b. Так как валик 3a соединен с опорой, то можно сказать, что задняя ось велосипеда не напрямую соединена с опорой через заднее колесо и валик 3a. Однако настоящее изобретение следует понимать таким образом, что валик 3a не является частью опоры 1 (хотя и соединен с ней), и что расположение заднего колеса на валике 3a не следует понимать как соединение между задней осью и опорой. В особенности, задняя ось велосипеда не прикреплена к опоре каким-либо образом.
Наоборот, заднее колесо свободно лежит на первом валике 3а и втором валике 3b и опирается на первый валик 3a и второй валик 3b. Переднее колесо велосипеда лежит на установочной части 5 и опирается на установочную часть 5, которая предпочтительно содержит средство 6 для зацепления шины переднего колеса. Ширина щели средства 6 для вставления шины переднего колеса предпочтительно является регулируемой. Хотя этого не требуется, переднее колесо может быть дополнительно неподвижно прикреплено к установочной части 5 посредством дополнительного крепежного элемента, такого как веревка или ремень. Расстояние между установочной частью 5 для переднего колеса и двумя валиками 3a и 3b предпочтительно выполнено с возможностью регулирования посредством цилиндра и поршня 8. Таким образом, велотренажер настоящего изобретения может быть адаптирован к любому типу и размеру велосипеда.
Установка велосипеда на опору 1 обеспечивается через средство 2 для смещения велосипеда в прямое положение. Средство 2 содержит систему стоек и стержней. Помимо прочего, средство содержит цилиндр 15 и поршень 16, который может перемещаться вверх и вниз внутри цилиндра 15. Предпочтительно, наружная поверхность поршня имеет желобчатую или рифленую поверхность, которая зацепляется с соответствующей желобчатой или рифленой внутренней поверхностью цилиндра 15 для того, чтобы избегать вращения поршня 16 внутри цилиндра 15. На вершине поршня 16 предпочтительно предусмотрено средство 17 для приема и поддерживания части рамы велосипеда. Предпочтительно, упомянутое средство 17 выполнено с возможностью приема и поддерживания нижнего кронштейна велосипедной рамы. К тому же, система стоек и стержней содержит балку 18 или тому подобное для установки нижней трубы велосипеда на средство для смещения велосипеда в прямое положение. В предпочтительном варианте осуществления балка 18 содержит два стержня и два адаптера 19, которые могут перемещаться с возможностью скольжения вдоль этих двух стержней. Такие адаптеры 19 выполнены с возможностью зацепления с нижней трубой велосипедной рамы и прикрепляются к нижней трубе велосипедной рамы. Адаптеры 19 могут содержать любую известную разъемную крепежную систему. Предпочтительно, адаптеры содержат ремни для наматывания вокруг нижней трубы велосипедной рамы, которые затем могут быть затянуты и закреплены. К тому же, или альтернативно, такая или другая разъемная крепежная система предусматривается для неподвижного прикрепления нижнего кронштейна велосипедной рамы к средству 17.
Балка 18 предпочтительно прикреплена с возможностью вращения к поршню 16 для того, чтобы ее можно было регулировать для различных положений нижней трубы велосипедной рамы. После установки велосипедная рама, то есть нижний кронштейн, лежит на средстве 17, и раму, предпочтительно ее нижнюю трубу, прикрепляют к двум адаптерам 19. Предпочтительно, нижний кронштейн также прикрепляют к средству 17 для дополнительной стабилизации рамы. Однако размеры поршня 16 и цилиндра 15 предпочтительно выбирают таким образом, чтобы после осуществления установки велосипед, с одной стороны, лежал на валиках 3a и 3b, а с другой стороны, на установочной части 5 для переднего колеса. При этом никакая существенная направленная прямо вертикальная сила не передается от средства для смещения велосипеда в прямое положение, пока велосипед расположен вертикально. Более того, поскольку поршень 16 может свободно перемещаться вверх и вниз внутри цилиндра 15, после установки велосипед целиком может быть поднят с опоры.
Все средство для смещения велосипеда в прямое положение выполнено с возможностью обеспечения наклонного перемещения велосипеда. Для этой цели цилиндр 15 может вращаться или поворачиваться вокруг продольной оси (параллельной поршню и цилиндру 8). Однако вращение цилиндра 15 приводит к сжатию одной из двух пружин 11, которые соединены через установочную часть 12 с цилиндром 15, соответственно. Предпочтительно, пружины 11 имеют люфт в одном направлении. Соответственно, вращение цилиндра 15 приводит к сжатию одной из пружин 11, в то время как другая из двух пружин 11 не растягивается под действием силы. Установочные части 12 предпочтительно могут перемещаться вверх и вниз вдоль сегмента круга 13. Перемещение установочных частей 12 вдоль упомянутого круга не изменяет сжатие пружин 11, при этом уменьшая или увеличивая плечо рычага, действующего от цилиндра 15 на пружины 11. Предпочтительно, установочные части 12 могут перемещаться вверх и вниз посредством двигателя и шпинделя внутри цилиндра 15.
Если велосипед установлен на велотренажер и велосипедист на велосипеде наклоняется к одной стороне, велосипед вместе с цилиндром 15 отклоняется от вертикали и тем самым сжимает одну из пружин 11. В ответ эта сжатая пружина 11 создает крутящий момент, смещающий велосипед обратно в прямое положение. Величина упомянутого крутящего момента может регулироваться посредством перемещения установочных частей 12 вверх и вниз, как было описано ранее. Таким образом, велосипедист получает определенное ощущение свободы для перемещения на велосипеде, стабилизируемое при этом смещающим крутящим моментом. Предпочтительно, если предусмотрен стопорный элемент, который исключает наклонное перемещение цилиндра 15 (и велосипеда, соответственно), превышающее заданный критический угол относительно вертикали.
После установки велосипедист может вращать педаль на велосипеде для вращения заднего колеса. Валик 3a, который приводится в движение двигателем 4, предусмотренным внутри валика 3a, активно создает сопротивление вращению заднего колеса и также предпочтительно активно ускоряет заднее колесо при необходимости. Второй валик 3b может предпочтительно свободно вращаться двигателем 4 внутри валика 3a, а также дополнительным двигателем для регулировки крутящего момента может управлять блок 9 контроллера. Процессор или блок 9 контроллера может быть предпочтительно соединен с дисплеем и/или с компьютером для отображения конкретных параметров конкретного узла тренажера.
Велотренажер целиком опирается на шесть ножек 7а-7f, регулируемых по высоте. К тому же, велотренажер предпочтительно содержит два дополнительных валика 10, которые могут быть повернуты от своих исходных положений, как показано на чертежах, для обеспечения легкого перемещения тренажера.