Моноколесо. Устройство и виды
Постарался собрать наиболее часто задаваемые на улице вопросы относительно сего чудо-девайса и ответить на них. Друзья, дополняйте.
А как рулить, прибавлять газу и тормозить?
Управление моноколесом производится наклонами и поворотами стоп ног, наклонами тела. Переносите вес тела на мыски - колесо ускоряется, на пятки - замедляется. Это исходит из самого принципа динамического поддержания равновесия. Наклоняетесь вперед - колесо пытается компенсировать наклон, ускоряясь в сторону наклона. Соответственно, если держать постоянный угол наклона, колесо будет постоянно двигаться в его сторону. Тормозить оно способно достаточно резко, не хуже остального персонального транспорта. У колеса нет переда и зада, любая сторона является ведущей, ему все равно, в какую сторону крутиться. Вообще, совершенно гениальное изобретение: включаешь кнопку и едешь, ни за что не держась.
На сколько часов его хватает?
Запас хода у моноколеса зависит от модели, веса райдера и рельефа дороги, и составляет в среднем от 15 до 30 км.
А скорость какая?
Скорость у большинства моноколес искусственно ограничивается 12 км/ч, после чего колесо начинает предупреждающе пищать и наклонять подножки назад, усложняя дальнейшее ускорение. Эта скорость считается предельной безопасной, чтобы в случае нештатной ситуации райдер успел спрыгнуть с падающего колеса и продолжил движение бегом. Происходит такой спрыг безопасно и рефлекторно. Исключение составляют «спортивные» Rockwheel, разгоняющиеся до 30+ км/ч.
А оно только по ровной поверхности едет? Можно на нем ехать по плитке, гравию, заезжать в горки, на бордюры?
После того, как райдер начинает уверенно держать равновесие на колесе, никакой тип покрытия городских и парковых дорожек не является проблемой для движения. На плитке чуть трясет и водит по сторонам (зависит от типа плитки), но ехать вполне можно. По утрамбованной земле и спрессованному гравию колесо также едет без проблем. В небольшие, высотой в несколько сантиметров, бордюры колесо без проблем заезжает (это все городские пешеходные переходы с пандусами для людей с ограниченными возможностями), а при более высоких колесо лучше выключать и переносить его через них. Впрочем, можно научиться и запрыгивать, зажимая колесо ногами (ищите на форуме, народ прыгает вовсю). Колесо заезжает в достаточно крутые горки, куда и велосипедисту трудновато въехать. Предельный угол зависит от мощности колеса и веса райдера.
Удобно ли такое транспортное средство? Не устают ли ноги, много ли можно на моноколесе проехать?
Основная проблема при использовании моноколеса для поездок на относительно большие (10+ км) расстояния - устают ноги. Во-первых, затекают ступни из-за нагрузки в одном положении, во-вторых, устают мышцы ног, так как ехать приходится на немного согнутых в коленях ногах (так получается естественным образом плюс так ноги работают как амортизаторы на неровностях). Но никто не мешает делать короткие остановки, в течение минуты размять затекшие конечности, а затем продолжить путь. Моноколесо подойдет в качестве ср-ва городского подскока между метро и офисом, а также рекреационных покатушек по паркам. Кстати, спор о том, что для подскока лучше, уницикл или электросамокат, можно найти здесь: . Еще интересный факт, отмечаемый многими райдерами: езда на моноколесе - все-таки небольшой фитнес. Тело работает, ноги постоянно напряжены. В итоге до работы добираешься слегка вспотевшим. Не так, как на велосипеде (не электро-), и тем не менее. И еще про усталость ног: при регулярных тренировках быстро укрепляются соответствующие мышцы, и первоначальный дискомфорт длительного стояния на подсогнутых ногах практически исчезает.
Какое колесо купить?
На российском рынке наиболее распространены моноколеса компаний Airwheel и IPS. Дилеры предлагают гарантию и сервисное обслуживание. Это важно, т. к., судя по форумной статистике, у колес, бывает, горит электроника. За исключением деталей, эти две марки примерно одинаковы. IPS обсуждаются здесь.
Моноколесо называют индивидуальный электрический транспорт для одного человека массой до 120 кг. Его еще называют электроколесом, моноциклом, унициклом и даже электровелосипедом. Это современный оригинальный вид средства передвижения в виде одного колеса с подножками для ног человека. Это средство передвижения является молодежным «внедорожником», так как на таком моноцикле можно передвигаться не только по хорошему асфальту, но и по траве, грунтовой дороге и даже песку и снегу.
С точки зрения экологии моноколесо не вредит природной среде, так как для его работы не нужен газ, бензин или какое-либо другое топливо. Чтобы привести в действие моноколесо, достаточно накопленной электрической энергии , которая способна заряжаться от бытовой розетки. Такой уницикл подходит для людей, борющихся за экологию Земли, и не желающих приобретать автомобили из-за их вредных выбросов в атмосферу.
Устройство
Корпус моноколеса производится из прочной качественной пластмассы. Наверху имеется рукоятка для переноса. Под корпусом находится панель управления с кнопками, и гнездо для зарядки батареи.
Внизу электроколеса находятся складывающиеся подножки. Над ними по бокам корпуса встроены мягкие вставки для комфортного соприкосновения с ногами человека.
Внутреннее пространство моноколеса состоит из:
- Колесо , состоящее из шины, оси, обода и спиц. Давление в шине рекомендуется поддерживать около 2,5 атмосфер, в зависимости от модели.
- Аккумуляторная батарея выполнена в виде герметичного блока аккумуляторов, соединенных с компьютерной платой, которая управляет зарядом и разрядом батареи. Обычно применяются . На одном заряде моноцикл может проехать до 65 километров, в зависимости от модели, при скорости до 25 км в час. Батарея заряжается по ускоренному циклу, для этого необходимо 1-1,5 часа. Поэтому в пути можно остановиться, и во время отдыха подзарядить аккумуляторы. Срок службы батареи может составлять до 2000 зарядных циклов. Низкие температуры и морозная погода не страшны для качественной батареи. Зарядка аккумуляторов может происходить при наличии в устройстве моноцикла системы рекуперации тормозов. Это означает, что при спуске с горы накатом электродвигатель переключается в режим генератора, тем самым заряжает батарею.
- . При эксплуатации крутящий момент на колесо передается от электродвигателя с магнитным подшипником. Во внутренней части колеса находится множество электромагнитных катушек, а на наружной стороне ступицы зафиксированы постоянные магниты. При подаче питания под действием эффекта электромагнитной индукции такое устройство колеса приводит его во вращательное движение.
- Гироскопы . Внутри корпуса уницикла размещены балансировочные датчики, которые следят за положением колеса в пространстве. Аналогичная технология применяется в Сигвеях. В унициклах датчиков балансировки больше, так как имеются еще и дополнительные боковые датчики, предохраняющие его от бокового падения.
- Компьютерная плата управления гироскопами.
Комплект поставки
Стандартная комплектация обычно включает в себя непосредственно колесо, шланг для накачки шины, тренировочный ремень для удержания равновесия. Комплектация разных производителей может отличаться, так как сегодня появляются все новые компании в этой сфере.
Кроме стандартного набора в комплект могут также входить:
- Запасной аккумулятор.
- Фонари для ночной подсветки.
- Парковочные подствавки.
- Рюкзак для переноса электроколеса в случае полного расхода заряда, или невозможности дальнейшего движения из-за бездорожья.
- Защитные наклейки на корпус, предохраняющие его от повреждений.
Как работает моноколесо
Управление моноциклом очень простое. Вся работа вашего организма будет выполняться на автоматизме, аналогично езде на велосипеде. При наклоне тела вперед электроколесо набирает скорость, а при отклонении назад происходит торможение. Это происходит с помощью гироскопических датчиков, улавливающих перемещение центра массы тела человека, и подающих электрический сигнал на мотор. В результате колесо удерживается в вертикальной плоскости.
Вначале датчики гироскопа вычисляют позицию колеса в пространстве. Далее компьютер принимает сигналы от датчиков и выдает команду на подачу питания на электромагнитные катушки ротора. Появляется , действующее на магниты, зафиксированные на наружном контуре ступицы колеса.
Магниты имеют южный и северный полюсы. Одинаковые полюсы отталкиваются, а разные – притягиваются между собой.
Моноколесо начинает перемещаться вперед, если магниты расположены в позиции юг-юг и север-север. При наклоне тела назад центр тяжести смещается, датчики быстро это улавливают и выдают соответствующий сигнал на компьютер, который изменяет направление тока в электромагнитах на противоположное. Поэтому полюсы электромагнитов меняются, образуя новые пары: юг-север, север-юг, в результате чего электроколесо едет назад.
Разновидности
Основные составляющие элементы всех моноколес не отличаются, однако существует много разных моделей, отличающихся различными параметрами.
По количеству колес:
- С одним колесом . Это классическая конструкция, имеющая в составе одно колесо.
- Со сдвоенным колесом . Название этого средства передвижения говорит о наличии всего одного колеса, однако существуют конструкции, имеющие два колеса, совмещенные между собой. Они используются начинающими рейдерами, для облегчения удержания равновесия, так как сдвоенные колеса имеют большую площадь соприкосновения с дорожным покрытием, и являются более устойчивыми на дороге. К их недостаткам можно отнести значительно больший вес устройства в целом, затрудненное передвижение на уклонах и по неровностям.
По типу передачи момента вращения от электродвигателя на колесо:
- С прямым приводом.
- С приводом через редуктор.
Чтобы выбрать тип электрического колеса, необходимо ознакомиться с их достоинствами и недостатками.
Особенности прямого привода
- Малый уровень вибрации и шума, характерного для редуктора.
- Высокий КПД из-за снижения потерь энергии в зацеплении шестерен редуктора. Поэтому образуется повышенная мощность момента вращения при экономном потреблении электроэнергии.
- Высокая эффективность динамических характеристик. Такие моноциклы быстро разгоняются.
- Простое устройство, так как нет зубчатых передач. Это снижает вероятность возникновения неисправностей и повышает надежность устройства.
Особенности редукторного привода
- Возможность повышения крутящего момента.
- Небольшие габариты и масса мотора.
- Возможность передвижения на более длительное расстояние накатом, из-за момента инерции вращающихся элементов редуктора.
Основным параметром редукторных электрических колес является достижение высокой мощности при малых габаритных размерах. Чтобы правильно выбрать требуемый тип привода, необходимо учесть условия предполагаемой эксплуатации. Если передвижение будет происходить только по хорошему асфальтному покрытию, без резких уклонов и подъемов, существенно повышающих нагрузку на мотор и расход заряда батареи, то оптимальным выбором будет редукторное исполнение привода.
Если вы не хотите проблем с ремонтом, обслуживанием и заменой шестерен редуктора, то целесообразно приобрести прямоприводное моноколесо.
Устройство моноколеса
До того как мы начнем рассматривать принцип работы моноколеса, разберемся как оно устроено . Рассмотрим по отдельности его основные составляющие элементы.
1) Внешняя часть
1.1) Корпус
Корпус моноколеса изготовлен из высокопрочного пластика, устойчивого к ударам и деформациям.
1.2) Раскладные педали
В нижней части корпуса расположены раскладные педали (подножки) для ног. Некоторые модели моноколес снабжены магнитной фиксацией подножек. При подъёме подножки моноколеса, она автоматически примагничиваются к корпусу.
1.3) Удобные накладки на корпус
Во время поездки на моноколесе, корпус устройства фиксируется ногами (голенная часть) пользователя.
Для создания комфортной поездки, на боковых плоскостях корпуса, установлены специальные накладки, изготовленные из силикона, резины или другого мягкого материала.
1.4) Ручка и панель управления моноколесом
В верхней части корпуса расположена удобная ручка для транспортировки моноколеса. Под ручкой, на верхней плоскости корпуса, расположен разъем для подключения зарядного устройства, кнопка для включения и выключения моноколеса, а также индикаторное табло заряда аккумулятора.
2) Внутренняя часть
Внутри корпуса заключено одно единственно колесо, состоящие из покрышки (давление в покрышке лучше поддерживать на уровне 2,4 до 3.1 атмосферы), обода, оси и спиц. Верхняя часть колеса расположена внутри корпуса.
Также внутри корпуса расположены: аккумуляторные батареи, электромотор, гироскоп, и материнская плата (компьютер) управляющая гироскопами.
2.1) Аккумуляторная батарея
Аккумуляторная батарея моноколеса представляет собой туго изолированный блок аккумуляторов подключенных к компьютеру. При помощи компьютера происходит управление процессом разряда и заряда аккумулятора.
Чаще всего используются литий-ионные аккумуляторы фирм: Samsung, Panasonic, Sony.
Дальность хода моноколеса варьируется в зависимости от модели. От 15 км до 65 км на одном заряде. Моноколесо способно развивать скорость до 25 км/ч. Заряжается моноколесо очень быстро, для накопления полного заряда требуется всего 50 -
100 мин.
К примеру, Вы проехали на моноколесе 50 км, что уже не мало (диаметр Москвы ~40 км), решили отдохнуть и заодно подзарядили моноколесо. Подкрепились и снова в путь! Ресурс аккумуляторной батареи моноколеса также очень высок: 1500 -
2000 перезарядов.
Немало важным достоинством моноколес является устойчивость аккумуляторной батареи к низким температурам. Моноколесо почти не теряет заряд при поездке на холоде.
Многие модели моноколес оснащены рекуперативной тормозной системой, это позволяет значительно экономить заряд батареи. При торможении, спуске со склона или замедлении моноколеса будет происходить подзарядка аккумулятора.
2.2) Электромотор и гироскоп
В движение моноколесо приводится за счет электромотора с магнитным подшипником. Во внутреннем периметре колеса расположен массив катушек (электромагниты). На внешнем периметре закреплены магниты. При помощи электромагнитной индукции ротор приходит в движение.
Внутри моноколесо установлены датчики балансировки, поддерживающие нужно положение моноколеса в пространстве. Схожая технология используется в Сигвеях, но в отличие от двух колесных Сегвеев здесь колесо всего одно. Поэтому моноколеса снабжены дополнительными датчиками, контролирующими боковые перемещения и позволяющими моноколесу не падать на бок.
Принцип работы моноколеса
Управлять моноколесом очень просто. Большая часть работы Вашего тела выполняется на уровне интуиции. При наклоне корпуса тела вперед моноколесо ускоряется, при наклоне назад замедляется. Это происходит благодаря действию гироскопических датчиков, которые улавливают перемещение центра тяжести Вашего тела и, подавая сигнал на двигатель, удерживают колесо в вертикальном положении.
Сначала гироскопические датчики определяют положение моноколеса в пространстве. Затем компьютер считывает сигналы с датчиков и подает команду направить ток с аккумулятора на катушку (электромагниты) ротора. Вследствие чего возникает электромагнитное поле, воздействующее на магниты, закрепленные на внешнем контуре колеса.
У каждого магнита есть свои полюса: северный и южный. При взаимодействии одинаковых полюсов (юг-юг, север-север) магниты отталкиваются, если же взаимодействуют разные полюса (север-юг и юг-север), магниты притягиваются друг к другу.
Моноколесо начинает движение вперед, если магниты находятся в положении север-север, юг-юг. При наклоне корпуса пользователя назад, происходит смещение центра тяжести тела. Гироскопические датчики улавливают это изменение и подают сигнал на компьютер. Компьютер в свою очередь передает команду на изменение направления тока проходящего через электромагниты. Это влечет за собой смену полюсов на электромагнитах, создавая пары север-юг, юг-север. И моноколесо начинает ехать назад.
Вывод
Благодаря своему строению моноколесо обладает рядом преимуществ по сравнению с обычным транспортом. Компактность это главное его достоинство. Моноколесо можно взять с собой в метро или автобус, поместить в рюкзак или багажник машины, принести в торговый центр или офис.
К тому же моноколесо экологичный, быстрый и тихий персональный транспорт. А в отличие от Сегвея, путешествуя на моноколесе, Ваши руки всегда остаются свободными. Удобно говорить по телефону, выгуливать собаку или укрываться зонтом от дождя!
Моноколесо это транспорт будущего!
