Энергосберегающее устройство для велосипеда

Полезная модель относится к механическим энергосберегающим устройствам средств передвижения с использованием мускульной силы, такие как велосипеды. Техническим результатом патентуемого решения является создание энергосберегающего устройства для повышения КПД транспортного средства без изменения конструкции транспортного средства в целях снижения стоимости внедрения. Заявленный технический результат достигается за счет использования конструкции энергосберегающее устройство транспортного средства с использованием в качестве накопителя избыточной энергии механизма со спиральной пружиной. Патентуемое энергосберегающее устройство содержит корпус с возможностью его закрепления на стойке вилки переднего колеса транспортного средства (велосипеда), приводной вал на подшипниковых опорах с зубчатым колесом на одном конце и обгонной муфтой на другом конце вала, заключенная в зубчатую обечайку с торцевым профилем зубьев, на внешней стороне корпуса размещена блок-шестерня с возможностью зацепления одной шестерней с зубчатым колесом, а другой - с зубчатой втулкой, неподвижно расположенной на оси переднего колеса транспортного средства (велосипеда), внутри корпуса расположен клиновой толкатель с возможностью его вращения относительно оси приводного вала, подпружиненная зубчатая втулка, выполненная с возможностью ее перемещения вдоль оси приводного вала и заключенная в гильзу с торцевыми зубьями, храповик с подпружиненной собачкой, выполненный с возможностью входить в зацепление с зубчатой обечайкой обгонной муфты и с возможностью обеспечения вращения относительно корпуса, зубчатую предохранительную втулку с закрепленными на ней щеками и зафиксированную посредством подпружиненной спусковой собачки, связанной посредством тросика с механизмом управления, спиральную пружину, внутренний конец которой закреплен на храповике, а внешний конец - на щеке, при этом корпус закрыт кожухом, клиновой толкатель выполнен с возможностью его соприкосновения с подпружиненной зубчатой втулкой.

Полезная модель относится к механическим энергосберегающим устройствам средств передвижения с использованием мускульной силы, такие как велосипеды.

В настоящее время делаются попытки создания энергосберегающих устройств, используемых в транспортных средствах, в частности велосипедах.

Так, из описания к патенту РФ 2131821 (опубликован 20.06.1999) известно транспортное средство, которое содержит переднюю с рулем и заднюю с седлом вилки, соединенные рамой с цепной вилкой, основной педальный привод, имеющий ведущую и ведомую звездочки, муфту свободного хода и связанный дополнительным приводом с ведущим колесом самоката накопитель энергии, выполненный в виде барабана, при этом накопитель энергии имеет диаметр больше, чем его любое зубчатое колесо, и снабжен заводной пружиной в виде Архимедовой спирали, установленной на оси барабана накопителя энергии, упругим разрезным кольцом для удержания и пробуксовки конца пружины при ее полном заводе, идентичными механизмом зарядки накопителя энергии и механизмом фиксации заведенной пружины, каждый из которых снабжен подпружиненными собачками, взаимодействующими с храповым колесом, жестко связанным с осью барабана накопителя энергии, один из концов рычага механизма зарядки накопителя энергии увеличен за пределы периферии барабана накопителя энергии и шарнирно связан с седлом, а один из концов механизма фиксации заведенной пружины жестко связан с корпусом редуктора, выходной вал последнего имеет ведущую звездочку и тормозной шкив с тормозным элементом, связанным с рычагом тормоза для снижения скорости движения самоката или отключения механической энергии, для передачи крутящего момента ведущей звездочки выходного вала на основной педальный привод, последний имеет дополнительную цепь и дополнительную ведомую звездочку, установленную на втулке основного педального привода с возможностью свободного вращения в одном направлении и ограниченном с помощью упирающейся в храповую поверхность буртика ступицы собачки - в другом, причем ступица установлена на оси педальных шатунов с возможностью свободного вращения с помощью механической энергии в одном направлении и ограниченного при применении мускульной энергии ног владельца с помощью собачки, связанной с шатуном - в другом направлении.

Также известно энергосберегающее устройство "интеллектуальное колесо" - модифицированное заднее колесо обычного велосипеда, наделенное инновационной функциональностью, а именно заключает в себе "швейцарский нож" электронных устройств и технологий, и оснащено системой рекуперативного торможения, благодаря которой каждый раз при нажатии на тормоз сохраняется некоторое количество энергии. При подъеме в гору или необходимости увеличить скорость энергия отдается обратно.

Вся система генерирования и расходования энергии контролируется через педали и не требует применения каких-либо других органов управления, при повороте педалей в обратную сторону батареи получают небольшой заряд, а ускорение движения означает включение электрического двигателя, отбирающего энергию у аккумулятора (см. http://www.3dnews.ru/news/v_mit_izobreli_intellektualnoe_velosipednoe_koleso).

Недостатком данного устройства является применение в конструкции велосипеда агрегатов электрооборудования, таких как электродвигатель и аккумуляторная батарея в качестве накопителя избыточной энергии, что снижает надежность, учитывая факторы климатического и природного воздействия при эксплуатации велосипеда и требующих соответствующего технического обслуживания, а также относительно небольшая долговечность аккумулятора, требующая его периодической замены и утилизации.

Кроме этого, известна активная ступица заднего колеса. Конструкция основана на системе подвески в ведущей ступице заднего колеса, которая разделяет вращение центральной части ступицы на оси от вращения внешней части, прикрепленной спицами к ободу колеса. Эта конструкция позволяет велосипедисту толкать с большей силой во время рабочих сегментов цикла педалирования, в то время как часть энергии сохраняется в пружинном механизме ступицы. Сохраненная энергия затем освобождается во время холостых сегментов (мертвых точек), помогая велосипедисту преодолеть их быстрее и с меньшим усилием. Пружина также смягчает переходы между сегментами, что снижает нагрузку на ноги (evolution.skf.com/zino.aspx?articlelD=15210).

Недостатком известной конструкции является размещение энергосберегающего устройства в видоизмененном заднем колесе, что требует переработки конструкции, т.е созданию нового велосипеда и, как следствие, ведет к существенным экономическим затратам. Наряду с этим размещение энергосберегающего устройства в видоизмененном заднем колесе не позволяет или значительно усложняет применение механизма с переключением скоростей, концентрирует нагрузку на заднем колесе, ведущую к его износу, а также управление накоплением и расходом избыточной энергии посредством педалей не позволяет использовать накопленную энергию в нужный момент времени.

Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является энергосберегающее устройство, используемое для велосипеда (патент Китая 2292068, опубликован 23.09.1998). Известное средство содержит корпус с возможностью его закрепления на стойке вилки переднего колеса велосипеда, на внешней стороне которого размещена блок-шестерня с возможностью взаимодействия одной шестерней с зубчатым колесом, а другой - с зубчатой втулкой, неподвижно расположенной на оси переднего колеса велосипеда, приводной вал на подшипниковых опорах и спиральную пружину, при этом корпус закрыт кожухом.

Недостатками известного средства являются усложнение производства устройства из-за необходимости переработки колеса транспортного средства.

Техническим результатом патентуемого решения является создание энергосберегающего устройства для повышения КПД транспортного средства без изменения конструкции транспортного средства в целях снижения стоимости внедрения.

Заявленный технический результат достигается за счет использования конструкции энергосберегающего устройства велосипеда с использованием в качестве накопителя избыточной энергии механизма со спиральной пружиной. Патентуемое энергосберегающее устройство содержит корпус с возможностью его закрепления на стойке вилки переднего колеса велосипеда, на внешней стороне которого размещена блок-шестерня с возможностью взаимодействия одной шестерней с зубчатым колесом, а другой - с зубчатой втулкой, неподвижно расположенной на оси переднего колеса велосипеда, приводной вал на подшипниковых опорах и спиральную пружину, при этом корпус закрыт кожухом. Согласно настоящему решению, на одном конце приводного вала расположено зубчатое колесо, а на другом конце приводного вала - обгонная муфта, заключенная в зубчатую обечайку с торцевым профилем зубьев, внутри корпуса расположен клиновой толкатель с возможностью его вращения относительно оси приводного вала, подпружиненная зубчатая втулка, выполненная с возможностью ее перемещения вдоль оси приводного вала и заключенная в гильзу с торцевыми зубьями, храповик с подпружиненной собачкой, выполненный с возможностью входить в зацепление с зубчатой обечайкой обгонной муфты и с возможностью обеспечения вращения относительно корпуса, зубчатую предохранительную втулку с закрепленными на ней щеками и зафиксированную посредством подпружиненной спусковой собачки, связанной посредством тросика с механизмом управления, внутренний конец спиральной пружины закреплен на храповике, а внешний конец - на щеках посредством стойки, клиновой толкатель выполнен с возможностью его соприкосновения с подпружиненной зубчатой втулкой

В частности, взаимодействие между одной из шестерен блок-шестерни и зубчатой втулкой может осуществляться через цепную передачу.

Вместо обгонной муфты сцепление приводного вала с элементами крепления внешнего конца пружины может осуществляться посредством муфты с храповым механизмом.

Для осуществления визуального контроля за степенью зарядки спиральной пружины в кожухе может быть выполнено смотровое окно.

Кроме этого, на внешней стороне корпуса может быть размещен выключатель, выполненный с возможностью отключения или включения зацепления блок-шестерни с зубчатым колесом.

В частности, механизм управления может быть размещен на руле велосипеда и представляет собой ручку-рычаг.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.

На фигуре 1 - общий вид велосипеда с энергосберегающим устройством.

На фигуре 2 - поперечный разрез энергосберегающего устройства.

На фигуре 3 - вид А-А на энергосберегающее устройство, приведенное на фигуре 2.

На фигуре 4 - вид на спиральную пружину.

На фигуре 5 - вид на зубчатую предохранительную втулку.

Энергосберегающее устройство, показанное на фигурах 1-5, состоит из корпуса 1 приводного вала 3 на подшипниковых опорах 4 с зубчатым колесом 5 на одном конце и обгонной муфтой 6 с торцевыми зубьями на обечайке, на другом. На внешней стороне корпуса 1 размещена блок-шестерня 7, а на переднем колесе велосипеда 2 неподвижно закрепленная зубчатая втулка 8. Внутри корпуса 1 расположен подпружиненный клиновой толкатель 9, подпружиненная зубчатая втулка 12, храповик 13 в гильзе, на торцевой поверхности которой выполнены зубья, с подпружиненной собачкой 14 и торцевой шарикоподшипник 15. На поверхности гильзы храповика 13 закреплена внутренним концом спиральная пружина 16, а внешним концом - на щеках 17 и 18 посредством стойки 19. Щеки крепятся на зубчатой предохранительной втулке 20, которая зафиксирована подпружиненной спусковой собачкой 21. На внешней стороне корпуса 1 размещен выключатель 24. Механизм устройства закрыт кожухом 25 со смотровым окном. На руле велосипеда 2 установлены ручки-рычаги 10 и 22 и соединены с устройством тросиками 11 и 23.

Заявленное устройство работает следующим образом.

В процессе движения на велосипеде при отсутствии нажатия на ручке-рычаге 10, приводной вал 3 вращается свободно на подшипниковых опорах 4, находясь постоянно в зацеплении с передним колесом велосипеда 2 через зубчатое колесо 5, блок-шестерню 7 и неподвижно закрепленную на колесе зубчатую втулку 8. При нажатии на ручку-рычаг 10 при торможении или спуске под уклон, через тросик 11 передается усилие на клиновой толкатель 9, который повернувшись перемещает зубчатую втулку 12 по цилиндрической части со шпонкой корпуса 1 вдоль оси, и уже посредством зубчатой гильзы храповика 13 и торцевого шарикоподшипника 15 вводит в зацепление боковые зубья обечайки обгонной муфты 6 вращающейся с приводным валом 3, с зубьями на гильзе храповика 13. В результате чего приводной вал 3 вращается совместно с гильзой храповика 13 и внутренним концом пружины 16 закрепленном на нем. Таким образом спиральная пружина 16 заряжается преобразуя кинетическую энергию вращающегося колеса в потенциальную. После окончания зарядки при отпускании ручки-рычага 10, она под действием пружины на толкателе 9 возвращается в исходное положение, зубчатая втулка 12 при воздействии собственной пружины выходит из зацепления с приводным валом 3, при этом внутренний конец пружины 16, благодаря подпружиненной собачке 14 на храповике 13, остается в заряженном фиксированном состоянии по отношению к корпусу 1.

При необходимости создания дополнительного усилия на переднем колесе велосипеда 2, при трогании с места, подъеме в гору или при преодолении отдельных участков бездорожья, нажимая на ручку-рычаг 22, через тросик 23 передается усилие на подпружиненную собачку 21, которая освобождает зубчатую предохранительную втулку 20, а вместе с ней и внешний конец пружины 18, связанные между собой посредством щеках 17, 18 и стойки 19. В результате чего пружина 16 с помощью щек 17,18 и закрепленной на ней обгонной муфтой 6, которая за счет большей скорости входит в зацепление с приводным валом 3, а он в свою очередь постоянно находясь в зацеплении, благодаря зубчатой передаче, с передним колесом велосипеда 2, передает усилие, в конечном счете, на переднее колесо велосипеда, создавая дополнительную тягу.

Для предотвращения недопустимых нагрузок при зарядке спиральной пружины 16 предусмотрено проскальзывание предохранительной втулки 20 при определенных нагрузках за счет подпружиненной собачки 21.

В случае необходимости выключатель 24 позволяет полностью отключать и включать зацепление с передним колесом велосипеда 2.

Через смотровое окно кожуха 25 осуществляется визуальный контроль за степенью зарядки пружины 16.

Сопоставительный анализ с аналогом показал, что оригинальная конструкция предлагаемого энергосберегающего устройства с использованием в качестве накопителя избыточной энергии механизма со спиральной пружиной, позволяет устанавливать его на вновь выпускаемые и находящиеся в эксплуатации велосипеды без изменения конструкции, причем размещение предлагаемого устройства на стойке вилки переднего колеса позволяет реализовать схему полноприводного велосипеда, что немаловажно при эксплуатации велосипеда в условиях бездорожья.

1. Энергосберегающее устройство для велосипеда, содержащее корпус с возможностью его закрепления на стойке вилки переднего колеса велосипеда, на внешней стороне которого размещена блок-шестерня с возможностью взаимодействия одной шестерней с зубчатым колесом, а другой - с зубчатой втулкой, неподвижно расположенной на оси переднего колеса велосипеда, приводной вал на подшипниковых опорах и спиральную пружину, при этом корпус закрыт кожухом, отличающееся тем, что на одном конце приводного вала расположено зубчатое колесо, а на другом конце приводного вала - обгонная муфта, заключенная в зубчатую обечайку с торцевым профилем зубьев, внутри корпуса расположен клиновой толкатель с возможностью его вращения относительно оси приводного вала, подпружиненная зубчатая втулка, выполненная с возможностью ее перемещения вдоль оси приводного вала и заключенная в гильзу с торцевыми зубьями, храповик с подпружиненной собачкой, выполненный с возможностью входить в зацепление с зубчатой обечайкой обгонной муфты и с возможностью обеспечения вращения относительно корпуса, зубчатая предохранительная втулка с закрепленными на ней щеками и зафиксированная посредством подпружиненной спусковой собачки, связанной посредством тросика с механизмом управления, внутренний конец спиральной пружины закреплен на храповике, а внешний конец - на щеках посредством стойки, клиновой толкатель выполнен с возможностью его соприкосновения с подпружиненной зубчатой втулкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что взаимодействие между одной из шестерен блок-шестерни и зубчатой втулкой осуществляется через цепную передачу.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в кожухе выполнено смотровое окно.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внешней стороне корпуса размещен выключатель, выполненный с возможностью отключения или включения зацепления блок-шестерни с зубчатым колесом.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм управления размещен на руле велосипеда и представляет собой ручку-рычаг.