Генератор электрического тока для транспортных средств с педальным приводом - RU2234437C2
Код документа: RU2234437C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение касается генерации электрического тока для транспортных средств с педальным приводом, в частности усовершенствований устройства генерации электричества путем использования энергии педального привода и их использования для повышения безопасности дорожного движения.
Транспортные средства с педальным приводом, подобные велосипедам, особенно уязвимы в ДТП не только потому, что они слабо либо вообще не защищают использующее их лицо, но в первую очередь потому, что водители других транспортных средств могут не заметить их, особенно в темноте либо при плохих погодных условиях. Конечно, в большинстве стран велосипедисты обязаны включать в темноте фары и большинство из них оснащены отражателями, но обычные системы освещения оставляют желать лучшего. Если источником питания для системы освещения являются сухие батарейки, то они могут разрядиться либо велосипедист просто может забыть включить свет. Недостатком обычных средств генерации электрического тока, монтируемых в ступицу колеса или приводимых в движение шиной, является то, что они затрудняют движение, что ограничивает их применение, а также тот факт, что освещение прекращается одновременно с остановкой велосипеда, что может представлять серьезную опасность, например, когда велосипед стоит у светофора либо на пересечении дорог. Отражатели же эффективны только тогда, когда на них падает свет от приближающегося транспортного средства, что может и не произойти, например, когда у автомобиля нет соответствующего осветителя либо он прибижается к велосипедисту под углом.
В последние годы в качестве альтернативы или дополнения к обычным лампам накаливания стали использоваться светодиоды. Учитывая их относительно низкое энергопотребление, практично было бы иметь их включенными всегда, даже при дневном свете. Мерцающие светодиоды привлекают внимание, и особенно выигрышно было бы укрепить их на педалях. Кроме привлечения внимания, вращательное движение светодиодов позволяет приближающемуся водителю оценить свое положение на дороге относительно велосипедиста по фигуре, описываемой светодиодами, - кругу (при приближении под прямым углом), вертикальной линии (при приближении спереди или сзади) или эллипсу (при сближении под углом). Направление движения может быть определено по цвету видимых светодиодов, так как красные обычно обозначают, что велосипед удаляется от наблюдателя, а белые или зеленые означают приближение.
В то время как укрепление светодиодов на педалях велосипеда несет в себе значительные преимущества, в случае, если источником питания являются сухие батареи, отключение освещения может произойти незаметно для велосипедиста, и, кроме того, применение батарей нежелательно в том случае, когда этого можно избежать, из-за их высокой стоимости и экологических проблем, возникающих при их уничтожении.
Японская патентная публикация №07291174А и патент США №5662405 предлагают модификацию педали велосипеда, способную служить в качестве средства генерации электрического тока электротока для светодиодов, установленных на раме педали. Постоянные магниты устанавливают на вал либо шпиндель педали, а на раме педали крепят обмотки либо соленоиды и вращение соленоидов относительно постоянных магнитов, возникающее за счет вращения рамы педали относительно ее оси, генерирует электроток посредством магнитной индукции так же, как это происходит в обычной велосипедной динамомашине.
Напряжение, вырабатываемое асинхронным генератором, является функцией числа витков статора и скорости вращения ротора. Существенным недостатком системы, подобной описанной в упомянутой японской публикации, является очень низкая относительная скорость вращения ротора или шпинделя при обычных условиях. Шпиндель педали оборачивается относительно рамы педали только один раз за один оборот рычага, к которому прикреплен шпиндель. Велосипедист обычно производит от 20 до 60 оборотов педали в минуту. Японская патентная публикация №07291174А признает существование этой проблемы, но в качестве единственного решения предлагается увеличение числа обмоток. Заявители настоящего изобретения подсчитали, что этот вариант непрактичен, поскольку он неприемлемо увеличит стоимость и/или размер статорного устройства, встраиваемого в раму педали.
Американская патентная публикация US-A-5634707 (конструкция Бэйли) демонстрирует на фиг.4 и 5 расположение, при котором шаговый двигатель приводится в движение посредством роликов отличающегося диаметра, благодаря чему шаговый двигатель вынесен из шпинделя педали и вращается быстрее самой педали. Однако в пределах велосипедной педали невозможно достичь передаточного числа роликов большего, чем примерно 2:1, следовательно, шаговый двигатель не может создать напряжения, достаточного для постоянной работы светодиодов или для зарядки конденсатора или батареи, которые будут питать светодиоды и поддерживать их свечение при прекращении вращения педали.
Конструкция Бэйли способна обеспечить лишь прерывистое, мерцающее свечение светодиодов только во время вращения педали, и в то время, когда велосипед стоит или едет по инерции без вращения педалей, светодиоды светиться не будут.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение ранее сделанных предложений.
Технический результат достигают использованием педали транспортного средства с педальным приводом, подобного велосипеду, включающую педальную раму, установленную с возможностью вращения относительно шпинделя, средства генерации электрического тока, смонтированные внутри педальной рамы по одну сторону от шпинделя со смещением относительно него и предназначенные для электропитания светодиодов, и гибкую трансмиссию между шпинделем и средствами генерации электрического тока при том, что внутри педальной рамы между гибкой трансмиссией и средствами генерации электрического тока устанавливают входящие в зацепление шестерни таким образом, что за каждый оборот педали относительно шпинделя электрогенератор производит число оборотов, достаточное для того, чтобы обеспечить постоянное свечение светодиодов.
Кроме этого, внутри педальной рамы монтируют конденсатор, заряжаемый средствами генерации электрического тока, и подключают его к светодиодам, обеспечивая свечение последних, по крайней мере, некоторый промежуток времени после прекращения вращения педали. Светодиоды устанавливают на печатной плате, расположенной в дальнем от рычага конце педальной рамы и прикрывающей в процессе эксплуатации гибкую трансмиссию и шестерни.
Печатную плату устанавливают внутри линзы, располагаемой вдоль дальнего от рычага края педальной рамы, позволяя направить свет от линзы вперед, назад и в стороны от велосипеда в процессе эксплуатации.
Внутри упомянутой линзы располагают отражающие элементы, установливаемые с возможностью проекцировать свет от соответствующих светодиодов вперед и назад.
Отражающие элементы устанавливают внутри линзы с возможностью свободного вращения на эксцентриковой подвеске, сохраняя, по возможности, неизменное положение независимо от углового положения педали.
Ротор средств генерации электрического тока подвижно установлен в педальной раме с возможностью вращения вокруг оси, практически параллельной оси шпинделя.
Средства генерации электрического тока включают статорное устройство, практически параллельное шпинделю и неподвижно закрепляемое относительно педальной рамы.
Входящие в зацепление шестерни располагают внутри корпуса для шестерен с одной из сторон средств генерации электрического тока.
Гибкая трансмиссия включает в себя соединение бесконечного замкнутого вида, обеспечивающее привод роликов неравного диаметра, один из которых установлен неподвижно относительно шпинделя, а второй установлен с возможностью вращения входящих в зацепление шестерен.
Передаточное число роликов составляет примерно 2:1. Входящие в зацепление шестерни имеют передаточное число 5:1
Светодиоды, видимые с одной стороны педальной рамы, имеют отличие от светодиодов, видимых с другой стороны педальной рамы, и тем, что оснащена средством, позволяющим выбрать правильную сторону педали при постановке на нее ноги.
Отличие состоит в цвете, количестве и/или расположении или их комбинаторном сочетании.
Вес частей педальной рамы, расположенных по разные стороны от шпинделя, неодинаков, благодаря чему педаль принимает положение, отличное от горизонтального, когда на нее не поставлена нога.
Нижняя часть педали имеет выступ.
Средства генерации электрического тока создают напряжение порядка 2 В при относительном вращении шпинделя и педальной рамы, близком к 30 об/мин.
Далее будет описана предлагаемая реализация данного изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
на фиг.1 приведено продольное сечение педали в сборе согласно данному изобретению. Фиг.2 - профиль сечения по линии II-II фиг.1. Фиг.3 - профиль сечения по линии III-III фиг.1.
Велосипедная педаль 20, показанная на Фиг.1, разработана таким образом, чтобы крепиться одним концом 21 к рычагу велосипеда (не показан). Хорошо известно, что у велосипеда имеется второй рычаг с присоединенной педалью, размещенный под углом 180° по отношению к первому, и, размещая ноги на педалях и вращая рычаги, велосипедист приводит транспортное средство в движение. Педаль включает в себя вал или шпиндель 1, который неподвижен по отношению к связанному с ним рычагу и на котором укреплена педальная рама, вращающаяся относительно шпинделя при помощи подшипников 22 и 23. При помещении ноги велосипедиста на раму педали 2 она удерживается в горизонтальном положении и, таким образом, за каждый полный оборот рычага вокруг своей оси шпиндель 1 также производит один полный оборот относительно педальной рамы 2. Как уже описано, педаль 20 является обычной и никаких дальнейших пояснений и описаний не требуется.
Однако согласно данному изобретению на внешней по отношению к рычагу стороне шпинделя 1 размещается неподвижный относительно него ролик 4, который посредством соединения бесконечного замкнутого вида по типу ленты Мёбиуса 6 соединен с меньшим роликом 5 с передаточным коэффициентом 2:1. Ролик 5 находится на одном конце корпуса для шестерен 7 и вращает его шестерни, которые, в свою очередь, передают вращение на ротор средств генерации электрического тока 3, при этом корпус для шестерен обеспечивает вращение ротора средств генерации электрического тока 3 со скоростью в 5 раз большей, чем скорость вращения ролика 5.
Сборка, состоящая из корпуса с шестернями 7 и средств генерации электрического тока 3, является самостоятельным патентованным продуктом, присутствующим на рынке и никаких дальнейших пояснений относительно нее не требуется. Она размещается внутри педальной рамы 2 по одну сторону от шпинделя 1. С противоположной стороны рамы 2 размещается конденсатор 8, подключенный таким образом, чтобы запасать электроэнергию от средства генерации электрического тока 3 и поддерживать работу матрицы светодиодов 9 в течение небольшого промежутка времени, когда средства генерации электрического тока перестают вращаться либо из-за остановки велосипеда, либо из-за его движения по инерции.
Из сказанного видно, что благодаря такому размещению компонентов, за каждый полный оборот рычага при условии того, что педальная рама 2 удерживается ногой, поставленной на ее верхнюю поверхность 14 в горизонтальном положении, ролик 4 совершит один полный оборот относительно педальной рамы 2, и, следовательно, ротор средства генерации электрического тока будет вращаться со скоростью, кратной скорости вращения рычага, т.е. около 300 об/мин при скорости вращения рычага от 30 до 60 об/мин. Скорости вращения ротора средства генерации электрического тока в 30 об/мин вполне достаточно, чтобы создать выходное напряжение в 2 В или более, что является необходимым минимумом, достаточным для одновременной работы светодиодной матрицы 9 и зарядки конденсатора 8.
Светодиодная матрица 9, смонтированная на печатной плате 10, размещается внутри линзы 13 на удаленном от рычага конце педальной рамы 2, а отражающие элементы 12 внутри линзы расположены таким образом, чтобы формировать лучи света по направлению движения и против него. При отсутствии отражающих элементов световой поток от светодиодной матрицы рассеивается в стороны от велосипеда.
В модификации, которая не проиллюстрирована, посадочные места отражающих элементов 12 не имеют монолитного соединения с материалом линзы, а имеют эксцентриковую подвеску и могут вращаться относительно нее, сохраняя таким образом свое положение независимо от углового положения педали. В этом случае световой поток будет проекцироваться строго вперед и назад, независимо от ориентации педали.
Свет, излучаемый назад, может быть красным, а свет, направленный вперед и в стороны, может иметь другой цвет, например белый, чтобы водители других транспортных средств могли определить направление движения велосипеда.
Чтобы предотвратить размещение ноги на педали в неправильном положении (т.е. так, что красные огоньки светят вперед), педаль на нижней стороне имеет выступ 15, который укажет велосипедисту, что он неправильно поставил ногу, и/или сборка 3, 7 весит больше конденсатора 8, так что педаль принимает положение, отличное от горизонтального, когда на нее не поставлена нога. Желательно, чтобы более тяжелая сборка 3, 7 находилась в задней части 11 педальной рамы, и педаль склонялась назад. Садясь на велосипед, велосипедист будет знать, что педаль должна быть склонена назад, а не вперед, перед тем как поставить на нее ногу. Согласно этой реализации изобретения педали будут поставляться парами, при этом на каждой педали в месте крепления с рычагом резьба будет нарезана в противоположных направлениях, чтобы технически невозможно было перепутать их расположение.
Очевидно, что обе педали на одном велосипеде или другом транспортном средстве, приводимом в действие педалями, либо оборудованном ими средстве передвижения, могут быть оснащены средствами генерации электрического тока, и/или конденсатором, и/или светодиодами. Очевидно также, что электричество, вырабатываемое средствами генерации электрического тока 3, может быть использовано в дополнение либо вместо другого источника питания для работы других устройств, например звукового сигнала.
Настоящее изобретение впервые представляет практическое решение проблемы световой, или иной сигнализации на велосипедах, или подобных им средствах, при котором система не зависит ни от батареек, ни от того, что велосипедист может забыть включить ее. Система является встроенным и замкнутым, защищенным от неосторожного или неумелого обращения средством повышения безопасности движения, которое может быть сделано обязательным для велосипедов, не повышая существенно при этом их стоимости и при этом не порождающим экологических проблем, связанных с ростом употребления и утилизации батареек. Дополнительным преимуществом системы является то, что заявляемые педали могут быть предложены в качестве адекватной замены или под видом любых “ретро” модификаций так, чтобы уже существующие средства передвижения могли бы быть оснащены ими по низким ценам наравне с новыми моделями.
Реферат
Изобретение относится к электропитанию сигнальных устройств в педали велосипеда. Генератор (3) установлен внутри рамы (2) педали (20). Привод генератора (3) осуществляется посредством роликов (4, 5) неравного диаметра, связанных ремнем (6). Ролик меньшего диаметра (5) вращает шестерни, собранные в корпусе (7) для дополнительного увеличения скорости вращения генератора (3), что позволяет обеспечить постоянное свечение светодиодов (9) и заряд конденсатора (8), который питает светодиоды (9) во время остановок. Предлагаемое техническое решение направлено на достижение свечения светодиодов без мерцания. 16 з.п.ф-лы, 3 ил.
