Есть такое выражение: «Изобретать велосипед». Смысл его – отрицательный. Мол, что там изобретать? Всё уже – изобретено до нас. Kонечно, это — не так. Люди, всё время, стремятся делать велосипеды быстрее, прочнее, легче, красивее и пр. Свой скромный вклад, пытаюсь внести в это – и я.
Мне — 75 лет, и более 26 лет – живу в Германии. Пришлось, с семьей – «уносить ноги» из нац. республики, под вопли: «Чемодан, вокзал, Россия», хотя все члены моей семьи, (включая меня 😊) – родились там. И, как раз в Россию нам, русскоязычным, попасть не удалось…
Начинать жизнь в чужой стране в 50 лет, без знания языка – тяжело, поэтому, с работой — не сложилось. Нет, я работал, хотя, и не по специальности, и за гроши. Поэтому, в частности, я стал заниматься изобретательством (как и в бывшем Союзе). Я счел нужным это написать, поскольку все мои патенты, в том числе и связанные с вело – немецкие (чтобы не было вопросов — почему).
В плане изобретений я здесь – довольно успешен: имею одну золотую и две бронзовые медали ежегодной, международной выставки изобретений в Нюрнберге (IENA). Правда, я больше этим не занимаюсь: бессмысленно это, т. к. никому не нужно.
В Союзе я изобретал, в основном – по специальности (ЭВМ, «железо»). А здесь – у меня диапазон интересов – «поширше» будет. В том числе – вело и ему сопутствующее.
Конечно, велосипедов здесь – «море»: различных типов, марок и пр. Меня, как изобретателя это интересовало, и, когда появились хэнди с фотокамерой – я стал их фотографировать, интересоваться устройством. Конечно, большинство вело – однотипные, но попадались — и необычные экземпляры. Поскольку я жил, поначалу, в многоэтажном доме, на 4 этаже, возникла проблема доставки велосипеда в жильё. Конечно, можно было оставлять, «пристёгивая» велосипед, снаружи, но здесь воруют и «раздевают» велики не хуже, чем в бывшем Союзе. Да и портятся они (ржавеют), в непогоду. А в лифт – не входят. Приходилось, каждый раз – таскать велик домой, по лестнице, где я держал его (укрытым) на балконе.
И решил я: заняться складными велосипедами. В Союзе, у меня был обычный велосипед, с 27-дюймовыми колесами, на котором — ездил на работу. Потом, я «купился» — приобрел складной (кажется, «Десна» — забыл уже ). Но, всего раз, съездил на нем на работу и понял: это – не моё. Колеса небольшие, велосипед, хоть и небольшой, но тяжёлый, неустойчивый и медленный (по сравнению с обычным). И, учитывая этот свой бывший печальный опыт, я решил, что надо делать вело складным, но – с большими колесами.
Обычно, складной велосипед — имеет одну, складную трубу рамы, но, чтобы обеспечить достаточную прочность, эту трубу делают толстой, массивной. Да и складное колено, типа оконной петли, делают узел складывания также массивным, поскольку он испытывает на себе — все нагрузки при езде. Отсюда – и вес. Небольшие колёса – тоже оттуда: попытка уменьшить общий вес велосипеда. Конечно, рамы из алюминия – полегче будут, а из карбона – их цены малодоступны большинству народа ☹…
Я решил, что решение – в изменении конструкции узла складывания. Да, и не мешает — массивную трубу убрать.
Говорят, кто ищет – тот найдет. Я увидел на улице Мюнхена – обычный, нескладной велосипед, но у него была единственная труба рамы, причем, нормальной толщины, а вот вместо второй трубы – был натянут металлический трос. Так — сделали только для того, чтобы уменьшить вес велосипеда. Ну и, необычный дизайн.
Я полез в интернет. «Погуглил». Нашел много интересного по теме. Оказалось, что, как раз, это – было придумано до нас.
Взгляните на это фото (похоже, начала прошлого века):
Дизайн рамы, конечно, «изысканный», но, главное, в нем то, что там — есть тот самый, натянутый трос 😊.
Далее одна американская фирма разработала и стала выпускать «велосипед на верёвочке» (как его «окрестил» какой-то журналист, наверное), -вполне современного вида. Разработчики вело «прикинули», что когда человек садится на седло и давит руками на руль, то труба рамы велосипеда — испытывает, в основном, силы растяжения. Поэтому, эту трубу — можно заменить натянутым тросом (без провисания). Они это – запатентовали (дальше будет ясно, почему факт патентования – здесь важен). Но, они внесли в конструкцию рамы дополнительный шарнир, пружину и, почему-то, такой велосипед «в массы – не пошёл».
Эстафету «подхватила» датская вело фирма Viva, которая, в 2009 году, выпустила лёгкий, городской велосипед „VIVA Wire“. Был большой ажиотаж, прекрасные отзывы. В Германии, его предлагали, тогда — за 1.199 €. «Не слабо», правда (для обычного, в общем, вело)?
Сегодня же, если вы зайдете на сайт вело фирмы Viva, вы не найдете «ни следа» — от этого «успешного» вело. Похоже, американский патент – «сработал»…
Но, почему-то, никто не обратил внимания, что в раме такого вело – всего одна труба, а это так и «подталкивает» — сделать вело складным (мое мнение 😊).
Правда, в том же 2009 году, фирма „Puma“, выпустила-таки, складной вело (правда, с небольшими колёсами) с тросом, под названием „Puma Biomega Bike bicycle Duo Loop“. Слово Bio в названии – намекает на связь с «зелёными». И, действительно, рама велосипеда, по крайней мере частично, выполнена из бамбука. Но, единственная труба рамы этого вело – имеет обычный узел складывания (типа оконной петли), а трос, здесь – наверное просто дизайнерская «изюминка»:
Имея такие прототипы, я приступил к своей разработке. В результате получилось вот что:
Как видно из рисунка, в раме велосипеда есть одна труба 3, состоящая из двух частей. В одну из частей трубы 3 вставлена и жёстко закреплена (посредством элементов 5 – винтов) трубчатая втулка 4, выступающая часть которой — может скользить во второй части трубы 3. Трос 7 натягивается посредством готового натяжного устройства для тросов 8. При этом, трос не только играет роль второй трубы рамы, но и роль замка, стягивающего обе части трубы 3 – в единое целое. Так получился, хотя еще и не складной, но разборный велосипед, на который я получил немецкий патент: „Klappfahrrad“ (разборный вело), № DE 10 2012 019 325.
Предварительно, я получил три удостоверения на полезные модели, где я рассматривал различные виды прокладки троса 7, но в результате – выбрал, показанный на рисунке. Эту заявку на полезную модель – я подавал, вместе с патентом. Это дало мне возможность -начать делать такой велосипед. Младшая дочь собиралась, как раз, выбросить свой старый велик и приобрести новый. Я попросил у нее этот велик — и стал экспериментировать. Рама у него – была «женская», и я её отрезал. Мне приварили профильную трубу, квадратного сечения, которую я разрезал на две части, и вставил трубчатую муфту (тоже квадратного сечения. В общем, сделал всё, как на картинке (да, слесарить, паять и пр. – я могу, а сварку – не освоил. Редко этим пользуюсь):
Желающие могут посмотреть на видеоролик, где я показываю свой разборный велосипед – «в деле»:
Видео — уже старенькое (2014 года), и в конце ролика, я пообещал, что покажу новый видеоролик, уже — с моим электромотором.
К сожалению, я этого сделать не смог, так как у меня обнаружили опухоль мозга. Была сложная операция (8 часов наркоза, клиническая смерть в реанимации). Года 1,5 -приходил в себя. Сейчас – 80% инвалидности и возможность бесплатного проезда — по всей Германии (что я, с удовольствием — обменял бы, на здоровье). Но, я всё это преодолел — и продолжаю изобретать 😊. Продолжу. Мне, тут, попалась статья одного немца, который сравнивал конструкции разборного и складного велосипедов. Как оказалось, разборные велосипеды, в свое время, тоже пользовались популярностью. И он, с полной очевидностью показал, что складной вело – лучше разборного 😊. Но, я разработал и сделал разборный, а не складной велосипед только потому, что я, на тот момент, не придумал механизма складывания.
Но, потом мне -пришла идея, как это сделать, причем, на базе моего предыдущего узла (для разборного вело). Рассуждал я, примерно так: при езде, механизм складывания не используется. Так почему бы, конструктивно не разделить две функции узла складывания: одна функция — это, собственно, само складывание, а вторую функцию (выдерживать нагрузки при езде) – поручить другой части узла. Получилось, вот что:
К втулке 4 разборного велосипеда я, шарнирно, прикрепил (через промежуточную пластину) – подвижную часть, которая находится внутри трубы рамы велосипеда. При езде, промежуточная пластина и подвижная часть, вместе с шарнирами – просто находятся внутри трубы 3 (как- в чехле). При необходимости складывания останавливаемся, вытягиваем втулку 4 (как и в разборном вело), но вместе с ней, вытягивается промежуточная пластина и подвижная часть, причем, последняя – имеет ограничение в выдвижении (щель в подвижной части и ограничительный винт в трубе 3).
При этом я сконструировал этот узел так, что на каждом этапе, все части могут перемещаться только в определённом направлении (остальные блокированы – не перепутаешь). Ниже, я показываю фото макета узла складывания, в разных фазах, аналогично показанному выше рисунку.
Как видно, узел складывания – получается реально малым, что скажется на весе велосипеда. А два шарнира – позволяют разместить обе части трубы рамы 3 – параллельно, а не под углом. Что касается замка, то его роль выполняет – всё тот же элемент натяжения (вместо троса, я использовал здесь – прочную, синтетическую ленту, вместе с храповым механизмом натяжения. Такие используются – для крепления грузов на транспортном средстве).
На такой складной велосипед – я, также, получил немецкий патент: „Faltrad“ (складной велосипед), № DE 10 2013 108 488.
Здесь может сложиться впечатление, что я занимался только созданием рамы для складного велосипеда. Но, нет: это — только первая часть «марлезонского балета» 😊.
Дело в том, что я, обычно, занимаюсь несколькими разработками одновременно. И, если где-то получается «затор», я переключаюсь на другую разработку, а та, где-то в «подкорке», «зреет» 😊.
Так вот, параллельно со складными велосипедами, я занимался разработкой (и изготовлением) складного веломобиля (и кое-чего еще 😊). Идея появилась, при посещении магазина, где я увидел – складные кресла (их называют садовыми, режиссёрскими и т. д.). Они -складные. Я и подумал: что, если использовать их – в качестве конструктивных элементов? Ведь они – достаточно прочные (какие «туши» могут там помещаться 😊!) и, к тому же, складные.
К сожалению, меня остановила — упомянутая операция. Но, патент – я получил: „Hybride-Falt-Velomobil“ (гибридный складной веломобиль), № DE 10 2009 032 033. Ниже, я привожу два рисунка веломобиля (сбоку и сзади):
Помимо двух кресел, расположенных рядом друг с другом, в веломобиле есть три балки (конечно, не из железнодорожных рельс 😊), и к средней балке – крепятся соседние ножки кресел, переднее колесо, элементы управления, генераторы, акку и пр. а к двум внешним балкам – крепятся внешние ножки кресел, а также — колёса с электромоторами.
При этом я никогда не был сторонником людей, которые тратят время и здоровье, выклеивая из стеклопластика – этакие, пуле-образные корпуса. Нет, все должно быть – в стиле минимализма: типа багги. Тогда и защитный от дождя корпус можно сделать – проще (например, из тонких листов полиэтилена).
Органы управления – находятся посередине ширины веломобиля и поэтому управлять может как один, так и другой ездок. Кроме того, предусмотрена возможность работы как ногами, так и руками, поэтому ездить на нем могут и люди, имеющие проблемы с ногами.
Наконец, есть возможность регулировать усилия, прикладываемые к педалям. Это превращает веломобиль – в спортивный тренажёр 😊.
Люди, находящиеся в этом транспортном средстве – не просто сидят, а толкают педали (рычаги), через генераторы -заряжая аккумуляторы, а, уж от акку – работают электромоторы (потому веломобиль — и называется гибридным).
Вы, скажете: такое уже было, но признано бессмысленным, так как человек не успеет зарядить аккумуляторы: весь заряд — быстро сожрут электромоторы, а генераторы – это только лишний вес. И вы будете правы, если речь идет о существующих электромоторах (будь то кареточные электромоторы, мотор-колёса и пр.), а не о моторах, разработанных мной. Поверьте, я не дилетант и не мечтатель, а — к.т.н. (всё-таки 😊).
Когда я, только начал работать над веломобилем, я, признаться, собирался использовать мотор-колёса, а остановила меня – их высокая цена.
Также, я, поначалу, хотел, как и многие на YouTube, переделывать BLDC- генераторы, использовать электромоторы стеклоочистителей, 775-е и пр. … Этим, особенно «грешат» умельцы из Юго-Восточной Азии, и россияне.
Но, я вовремя вспомнил, что все эти варианты – энергозатратные, что меня не устраивало.
Вспомнил я, также, что в молодости, еще учась в техникуме, увидел заметку об электромобилях будущего. Там была — шикарная картинка (опять: «зализанный», низко сидящий, пулеобразный автомобиль 60-х годов прошлого века), а также несколько слов, что будущим электромобилей – будут шаговые электромоторы. Больше – ничего. Даже источник информации – не был указан, но я, почему-то, это запомнил.
Но, сейчас, вспомнив это, я, конечно, даже и не подумал о шаговиках, которые используются, к примеру в винчестерах (постоянной памяти компьютеров), главным требованием которых – является точность позиционирования, а о мощных шаговых электромоторах – на электромагнитах, подумав, что шаговые моторы – могут иметь более низкое энергопотребление, ведь они используют — импульсное электропитание… Стал искать электромагниты. Опять же, на YouTube – есть «куча» видиков об электромоторах на соленоидах. Обычно, такой мотор имеет соленоид и кривошипно-шатунный механизм. Вот, и выходит моторчик!
У меня – тоже есть видеоролик с использованием соленоидов, но — по другому поводу: я сделал действующий макет оппозитного ДВС без кривошипно-шатунного механизма, в котором соленоиды играли цилиндра и поршня (мне надо было — проверить кинематику). Пришлось, также, сделать электронику управления соленоидами и макет – заработал. Видеоролик ниже.
Но, по сути, получился — тоже электромотор на соленоидах, правда, без кривошипно-шатунного механизма 😊.
Также, я, попутно убедился, что соленоиды, для моих целей — не подходят: много «жрут».
Но, как-то, в магазине, где продавали использованные детали, увидел электромагнит, используемый в магнитофонах и пр. И меня — приятно удивило, что при своих небольших габаритах и потреблении, он развивает приличное усилие. Конечно, его мощность была, явно, недостаточна для транспорта, но он дал мне — направление поиска. И я нашел немецкую фирму, которая выпускает большую номенклатуру электромагнитов (от совсем миниатюрных – до огромных, в том числе – и для целей пожарной безопасности.
Что последнее означает? На больших предприятиях, между помещениями – делают стальные двери, назначение которых – «отсекать» распространение огня. Но, люди, спасаясь, обычно, не думают об этом, оставляя двери открытыми. И, чтобы блокировать такие двери – применяют электромагниты. Поскольку, при пожаре – электросеть отключают, то такие электромагниты должны работать достаточное время – от аккумуляторов, то есть, должны иметь — малое энергопотребление. Но, в то же время, они должны создавать такие усилия, чтобы люди не могли открыть двери, вручную.
Например, вот такой электромагнит, который я намереваюсь использовать в своих электромоторах:
Диаметр 80мм, толщина 38мм, вес 1,2 кг, напряжение 24 вольта, максимальный ток потребления 0,65 А, максимальное усилие прижатия 2.400 ньютон. (и цена у них приемлемая, не то, что у мотор-колёс 😊).
Я приобрел несколько электромагнитов (таких, и меньшей мощности), стал экспериментировать.
Понятно, что у таких электромагнитов – есть свои недостатки, которые нужно преодолевать, например:
При увеличении расстояния между электромагнитом и якорем – сильно падает усилие притяжения, поэтому нужно минимизировать этот зазор, иначе стартовое усилие — может стать неприемлемо малым. Это я решил, сделав максимальный зазор – всего 1,0 – 1,5 мм.
Кроме того, следует подвешивать якорь – как в электромагнитных реле: на шарнирах и только — с одной стороны. Тогда, даже при максимальном указанном отклонении якоря от электромагнита с одной стороны, его большая часть- будет иметь гораздо меньший зазор, что увеличит стартовое усилие.
Но, такой малый ход якоря, явно недостаточен — для транспортного средства. Поэтому, я решил применить рычаг, который будет преобразовывать эти миллиметры – в достаточное расстояние, например, в 10 раз большее, что позволит использовать, к примеру – муфты свободного хода. Конечно, и усилие на длинном плече рычага – будет соответственно уменьшаться, но оно, всё равно будет достаточным — для использования в шаговых электромоторах.
Наконец, быстродействие таких электромагнитов – невелико, и с этим, тоже нужно что-то делать. Частота срабатывания таких электромагнитов – обычно, не указывается, но она, вряд ли превышает 100 герц.
Сначала, я получил немецкий патент на электромотор под названием: „Elektromotor am Rad“ (электромотор на колесе), № DE10 2008 038 255, а через год – патент с таким же названием, но за № DE10 2009 003 932. Кстати, за оба этих мотора – я и получил бронзовые медали на выставке IENA.
Может возникнуть вопрос, почему эти патенты имеют такое название? Да потому, что они подсоединяются к колесу – сбоку, в отличие от мотор-колёс, где электромоторы располагаются — в ступице колеса.
В первом электромоторе на колесе – я использовал только один электромагнит и предполагал его использовать – в относительно медленно перемещающихся транспортных средствах, типа инвалидных колясок и велосипедов, с ограничением скорости в 25 км/час.
Во втором электромоторе на колесе – я придумал, как повысить скорость мотора. Нужно применить несколько электромагнитов, включающихся – по очереди. При этом задающую частоту увеличивают: кратно количеству электромагнитов. Тогда получается, что каждый электромагнит работает с частотой, не превышающей максимальную (100 герц), а частота вращения мотора – увеличивается кратно, причем в каждый момент времени — срабатывает иной электромагнит, нежели в предыдущий момент времени.
Но, нынешней «вершиной» моего электромоторостроения (😊) – является следующий патент: „Kraftschrittmotor“ (силовой шаговый электромотор), № DE10 2014 103 647.
В нём, по сравнению с предыдущими моторами, имеющими пониженное энергопотребление и достаточно большой момент вращения, появился еще один момент, в виде уникальной зависимости: с увеличением скорости –энергопотребление падает.
Думаю, некоторые из вас – подумают, что пора кончать этот «бред» читать. Ведь, еще, в популярной в 80-е годы прошлого века рок-группе «Машина Времени» (хотя самого Макаревича, я не любил тогда, и особенно не люблю сейчас. А того, кто песни писал – он «выпер» из группы, неважно – за что) — была «забойная» вещь: «Новый поворот – и мотор ревёт»… Мы ведь, привыкли, что мотор выдает максимальную мощность – на максимальных оборотах! Поэтому, и на электровело можно ехать: или далеко, но медленно, или быстро, но недалеко 😊.
Приведу доказательство работы своего мотора для велосипеда, в котором имеются два электромагнита 1, расположенных рядом и имеющим один общий якорь 2. Якорь 2 подвешен на шарнире 21, а внизу якоря – жестко закреплен палец (штифт) 3.
Так вот, общий якорь 2 – выполняет для электромагнитов 1 — логическую функцию ИЛИ. Что это означает? Да то, что якорь будет срабатывать, если сработает любой из электромагнитов 1, или оба сразу. Но он останется неподвижным, если ни один из электромагнитов 1 – не сработает. Импульсы питания электромагнитов – выдает контроллер, работающий в двух режимах. Первый режим – когда срабатывают оба электромагнита. Этот режим необходим при трогании с места (речь идет о вело с таким мотором), или при езде в гору. Тогда, конечно, будет максимальное энергопотребление мотора и максимальный момент вращения. Но, когда вело наберет достаточную скорость, контроллер переключается на второй режим работы (вручную, или автоматически -от датчиков). При этом электромагниты срабатывают – по очереди, но частота выдачи импульсов удваивается. Это означает, что скорость увеличивается вдвое. Тогда, в каждый момент времени – срабатывает только один электромагнит, и, соответственно, энергопотребление мотора – падает. Конечно, чудес не бывает: падает и момент вращения. Но, когда велосипед с этим мотором уже набрал какую-то скорость, падение момента вращения – неважно. Для себя я назвал это- эффектом «Мерседеса». В самом деле, чтобы разогнать «Мерседес» на автобане — до 150 км / час, требуется мощность мотора, 200 л.с. (условно). Но, чтобы поддерживать эту скорость, достаточно будет – и 25 л.с.
Вот и получается, что с моим электромотором, энергетически выгодно – ехать быстро! Убедил?
(рисунки из патента):
Приведу здесь несколько фотографий, показывающих различные варианты изготовленных мной — моих моторов:
Коротко расскажу – еще о паре своих патентов, которые можно использовать в вело.
Это -вариатор, который призван заменить в вело – ступенчатую передачу ( убрать корзины шестерен, переключатели скоростей). Патент: „Verfahren zur stufenlosen Änderung der Drehzahl und Variator, der auf diesem Verfahren aufbaut“ (Способ бесступенчатого изменения скорости и вариатор, который построен на этом способе), № DE10 2018 007 014.
Этот вариатор имеет простую конструкцию и не содержит фрикционных механизмов (поэтому, отсутствуют ограничения на мощность мотора), планетарных передач, сложной электроники. Диапазон плавного изменения скорости – не менее 1:11 ( к примеру, этот же показатель, в распространённых сегодня СVT- вариаторах – 1:6).
Но, этот вариатор не был бы возможен, если бы я не разработал муфту, которая собрана на элементах муфт свободного хода, но сама – свободного хода не имеет (оба хода – рабочие). Это патент: „Kupplung und Handwerkzeug mit einer Kupplung“ (Муфта и ручной инструмент с такой муфтой), № DE10 2018 004 614.
Несмотря на название, такую муфту можно применять не только в ручном инструменте, но и в других местах, где требуется непрерывное, одностороннее вращение (без свободного хода).
Как видите, мне есть что предложить: как самодельщикам, так и предприятиям. Но, к сожалению, в России – меня игнорируют (и, не только, в этом направлении☹). Буду искать коллег и партнеров – в других местах. Мир – большой.
Сергей Афанасьев
sergeiva13@gmail.com
