Что такое моноколесо

Моноколесо и его родственники?

Моноколесо – это в первую очередь современный персональный мобильный транспорт. Тот, кто собирается освоить этот вид транспорта, безусловно, человек,  тонко чувствующий равновесие в движении, умеющий получать удовольствие от жизни, склонный к некоторому риску, увлеченный, спортивный, с активным образом жизни.

Моноколесо – это высокотехнологичное, наукоемкое техническое средство для передвижения одного человека. И как большинство современных  технических устройств оно сочетает в себе впечатляющую простоту дизайна и конструкции с богатой научно-технической историей эволюции. Эволюции колеса в моноколесо.

Сегодня легко увидеть конструкцию на фото моноколеса, выставленных на интернет-страницах  магазинов и производителей. Также можно получить некоторое представление, если посмотреть видео моноколес, выложенные в сети. И, конечно же, лучше, чем фото моноколеса – его тест-драйв, когда  устройство можно ощутить в руках. Однако увидеть внутреннее устройство вряд ли получится, так как моноколесо – это цельный, практически неразборный в условиях эксплуатации агрегат.

Конструктивно моноколесо представляет собой автотранспортное средство, основанное на электродвигателе, питающимся от аккумулятора. В этом смысле конструкция моноколеса имеет близких и дальних родственников, в зависимости от каждой из его частей.

Моноколесо и электродвигатель

Что же в моноколесе от электродвигателя? Все просто – это статор и ротор. Вот только в обычном электродвигателе вращающийся ротор находится внутри неподвижного статора. В моноколесе же статор с обмотками электромагнитов располагается на оси колеса, а вокруг него вращается ротор в виде обода с постоянными магнитами. Вращение обеспечивается путем синхронизированного включения электромагнитов статора таким образом, чтобы они притягивали постоянные магниты ротора-обода. А сила такого притяжения очень даже не малая, так как, например, порошковым магнитом на основе сплава магнико удалось поднять  предмет, превышающий массу магнита в 4450 раз, а созданный японцами магнит размером в один квадратный сантиметр способен притянуть 900 кг груза. А можете представить, сколько таких постоянных магнитов можно расположить на ободе колеса диаметром от 5 до 18 дюймов (1 дюйм – около 2,5 см). Кстати ближайшим родственником моноколеса в этом смысле является мотор-колесо для автомобиля, которое работает по тому же принципу и имеет необходимые составляющие, например датчик угла поворота ротора – датчик Холла.

Моноколесо и мобильные гаджеты

Но в отличие от мотор-колеса перед моноколесом стоит задача не просто двигаться, а двигаться с сохранением заданной ориентации в пространстве – вертикального расположения моноциклиста. Раньше аналогичную задачу приходилось решать для водных и воздушных транспортных средств – подводных лодок и самолетов. И решалась она при помощи гироскопа – устройства, сохраняющего свою первоначальную ориентацию в пространстве. Но решить аналогичную задачу в таком маленьком размере, как колесо для езды одного человека стало возможным только после появления МЭМС-датчиков (микроэлектромеханических систем), которые получили широкое распространение в смартфонах и планшетах.

Как же работает гироскоп в моноколесе? Как при ходьбе. Но в отличие от ходьбы при использовании моноцикла (еще одно название моноколеса) ноги человека не передвигаются, а стоят на специальных подножках (типа педалей), прикрепленных к корпусу из высокопрочного пластика, закрывающего ротор-обод и статор электродвигателя. При ходьбе, чтобы не упасть при наклоне вперед человек подставляет ногу. С моноколесом все изменяется. Когда человек наклониться вперед, то вес перенесется на переднюю часть стопы, подножка и статор колеса провернутся в направление наклона. Микропроцессорная система колеса с помощью гироскопа определяет величину и направление наклона и, принимая движение за падение, задает такое напряжение на электромагнитах, которое приводит к прокатыванию колеса в направление наклона, тем самым выравнивая положение статора и корпуса колеса, а вместе с ними и тела моноциклиста. Чем сильнее "падает" моноциклист, тем быстрее колесо "подхватывает" это падение. Если поддерживать режим "непрерывного падения", то колесо поедет в направлении наклона. Чем интенсивнее "падение"-наклон, тем быстрее колесо наберет скорость. Такой стиль передвижения характерен не только для моноколеса, но и его ближайших родственников – сигвея и гироскутера. Поэтому зачастую перед  принятием решения о покупке часто встает вопрос – моноколесо или гироскутер, или сигвей. Конечно же, моноколесо сравнительно дешево.

Моноколесо и компьютер

В процессе обучения езде на моноколесе по существу происходит синхронизация внутреннего гироскопа вестибулярного аппарата человека с гироскопом этого чудо агрегата. Такая синхронизация требует хорошего быстродействия и была бы невозможна без развития микропроцессорной и компьютерной техники. Именно поэтому управление колесом выполняет специальный бортовой компьютер. Но компьютер, скорее всего, является дальним родственником, так как не может выполнять главное назначение колеса – качение.  Однако присутствие в конструкции моноколеса компьютера позволяет также обеспечивать аудио сопровождение, даже проигрывание музыки, для чего в корпусе установлены колонки аудиосистемы. Кроме того компьютер в сочетании в беспроводным каналом связи может обеспечивать связь системы управления колесом с мобильным устройством моноциклиста и, в том числе, включение охранных систем.

Моноколесо и велосипед

И, наконец, от велосипеда и автомобиля в конструкцию моноколеса вошел обод с шиной и накачиваемой  воздухом резиновой камерой. Это позволяет при качении по небольшим неровностям дорожного покрытия амортизировать мелкие неровности и скачки.  Но, конечно же именно велосипед, вернее его одноколесный представитель – уницикл, является дальним предком моноколеса, по сути уницикла с электродвигателем.

Моноколесо и батарейка

Источник же энергии для моноколеса – это отдельная история, имеющая большее отношение к электродвигателю. В качестве источника энергии используется аккумуляторная батарея, которая может быть подзаряжена. Своей компактностью конструкция аккумуляторов в целом обязана  эволюции всех мобильных устройств, потребляющих электроэнергию, от электрофонарика до орбитальной космической станции.  Аккумулятор же моноколес от таких производителей как ips, kingsong, solowheel, gotway, hoverbot обеспечивает с одной 1,5-2 часовой зарядки от 5 до 50 км непрерывной езды со скоростью до 30 км/час.  

Технические и потребительские характеристики моноколеса

Что важно в конструкции моноколеса для моноциклиста? Основные характеристики определяют не только удобство эксплуатации, но и, конечно же, возможность моноколесо купить дешево.

Диаметр шины моноколеса задает в целом высоту всего устройства. А высота определяет точку касания боковых подкладок с боковой частью голени человека. Высоту голени можно сопоставить с ростом, соответственно весом и возрастом моноциклиста.

Ширина моноколеса определяет легкость маневрирования.

Указанные габариты в целом определяют вес колеса. Вес колеса важен с точки зрения его переноски в руках за специальную рукоятку.

Развиваемая скорость – с одной стороны определяет время на переезд из точки А в точку Б, а с другой стороны характеризует и быстродействие системы управления колеса. Можно предположить, что научиться ездить на высокоскоростном колесе будет легче. Но это совершенно не означает, что следует разгоняться до максимальной скорости. Как известно, тише едешь  - дальше будешь. Кроме того тормозная система традиционного типа у моноколес отсутствует. Торможение осуществляется наклоном моноциклиста назад. Но при наклоне назад выше предельного колесо начнет выполнять реверс и также поедет назад. Кроме того маневрирование на большой скорости требует определенной сноровки.  Поэтому изготовители предусматривают  защиту от запредельного разгона – поднятие подставок под ноги, что делает езду крайне неудобной, или выключение колеса.

Грузоподъемность колеса  тесно связана с габаритами, следовательно, зависит от веса моноциклиста. Колеса большего размера имеют большую грузоподъемность.

Пробег с одной зарядки аккумулятора  опять же будет связан с габаритом колеса. Ведь в корпус большего размера войдет и аккумулятор большего размера и, соответственно, большей емкости.

Время на полную подзарядку аккумулятора моноколеса характеристика не критичная, но все же, чем меньше, тем лучше. Впрочем, оно также зависит и от емкости аккумулятора.

А в целом указанные свойства зависят от технических характеристик:

• емкость аккумулятора, Вт*час (Wh), так при емкости от 88 до 110 Вт*час вы проедете около 8-10 километров до разрядки, но уже при 240 Вт*час и более будете катать 2-3 часа более 20 километров;
• мощность колеса, как электродвигателя, здесь рекомендуемое значение от 800 Вт.

Очевидно, для того, чтобы выбрать лучшие моноколеса в магазине следует подробнее изучить опыт их использования, сравнить характеристики и стоимость. Окончательное решение здесь не должно быть скороспелым. Будьте внимательны при покупке, не торопитесь, выбирайте и катайтесь на здоровье!