CN103378780A - 高效跑步机电机控制 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效跑步机电机控制。从电源获取高压直流信号。电源包括功率因数校正电路。从健身器获取控制命令。健身器包括直流电机。基于控制命令由直流信号生成脉宽调制信号。将脉宽调制信号提供给直流电机。

Description

高效跑步机电机控制
技术领域
本发明涉及一种高效跑步机电机控制。
背景技术
健身器可以使用电力来操作。例如，跑步机可以使用电力来操作用户在上面行走/跑步的跑步机运动带。在各种情形下，电机能够操作的速度受到可用电力的限制。健身器通常（例如通过电插座）耦接至主电源。典型的商用配线提供具有多个热支路（hot leg）和/或更高电流回路（circuit）的交流电（AC）。相比之下，典型住宅配线提供具有15安（amp）最大回路中的单个热支路（例如，以120伏）的AC。因此，典型住宅配线回路提供1800瓦的最大值。
一些健身器可能受限于典型住宅配线回路的1800瓦的限制。例如，已知的跑步机（例如，基于直流（DC）电机的跑步机）的运动带速度可能受限于住宅配线回路的功率约束。例如，已知的使用住宅配线的跑步机的最大运动带速度为12英里/小时（mph）。通常，已知的基于DC电机的跑步机将来自住宅回路的120伏AC电力整流为可以供应至DC电机的DC电力。在一个示例中，DC电力可以是160伏DC，其对应于大约65%至75%的效率和大约12mph的最大跑步机运动带速度（假设源于住宅配线回路的功率约束）。然而，在各种情形下，12mph的运动带速度可能是不够的。例如，用户可能希望跑得比12mph更快。
发明内容
在一个实施例中，描述了健身器。健身器包括电源。在一些实施例中，电源可以包括功率因数校正电路。电源将交流电变换成高压直流电。另外，健身器包括直流电机控制器。在一些配置中，直流电机控制器基于高压直流电来生成脉宽调制直流信号。健身器还包括直流电机。在一些配置中，脉宽调制直流信号驱动直流电机。
在一个实施例中，健身器可以是跑步机。在一些配置中，功率因数校正电路包括升压变换器。在一个实施例中，高压直流电具有至少180伏的量值。
在一个实施例中，电源以至少87%的效率将交流电变换成高压直流电。在一些配置中，以至少80%的效率来根据交流电生成脉宽调制直流信号。
在一个实施例中，健身器另外可以包括跑步机运动带。在一些实施例中，直流电机驱动跑步机运动带。跑步机运动带可以运转得比13英里/小时更快。在一个实施例中，电源从具有小于132伏交流电的回路来汲取小于1800瓦的功率。
在另一个实施例中，描述了提供高效直流电机控制的方法。该方法包括通过直流电机控制器从电源获取高压直流信号。在一些配置中，电源包括功率因数校正电路。该方法还包括通过处理器从健身器获取控制命令。在一些实施例中，健身器包括直流电机。该方法另外包括：通过处理器，基于控制命令来根据直流信号产生脉宽调制信号。该方法还包括通过直流电机控制器将脉宽调制信号提供给直流电机。
在另一个实施例中，描述了用于提供高效直流电机控制的计算机程序产品。从电源获取高压直流信号。电源包括功率因数校正电路。从健身器获取控制命令。健身器包括直流电机。基于控制命令来根据直流信号生成脉宽调制信号。将脉宽调制信号提供给直流电机。
附图说明
附图示出了本方法和系统的各种实施例，并且是说明书的一部分。所示实施例仅仅是本系统和方法的示例，并且不限制其范围。
图1是示出实现本文所描述的系统和方法的健身器的一个实施例的框图；
图2是示出电源的一个示例的框图；
图3是示出功率因数校正电路的一个示例的框图；
图4是示出DC电机控制器的一个示例的框图；
图5是示出用于提供高效直流电机控制的方法的一个实施例的流程图；
图6是示出传统的直流电机控制和高效直流电机控制之间的功率效率的差异的对比图；以及
图7示出了用于实现本系统和方法的健身器的框图。
在全部附图中，相同的附图标记指示相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
本文揭示了高效健身器。具体而言，揭示了具有用于对直流（DC）电机供电的高效电力系统的健身器。在一些配置中，高效电力系统可以以约95%至97%的效率来将输入AC变换成高电压DC。另外，高效电力系统可以大约高于90%的效率来将输入AC变换成用于DC电机的脉宽调制DC。
现在参考附图，图1是示出实现本文所描述的系统和方法的健身器102的一个实施例的框图。在一些实施例中，健身器102可以包括电源104、DC电机控制器108和DC电机110。
在一些配置中，电源104可以经由接线112从主电源接收电源。例如，接线112可以包括使接线112能够（例如通过壁装插座）被连接至主电源的插头。如本文所使用的，主电源可能受到典型住宅回路的限制。例如，主电源可以提供AC电力的、最大电流为15安的单个120伏支路。在一些配置中，电源104可以被配置成在典型住宅回路的限制内进行操作。注意，典型住宅回路的参数可能随着位置而变化（例如，欧洲标准可能与北美标准不同）。
在一个实施例中，电源104可以经由接线112接收输入AC，并且可以经由接线114输出高电压DC。例如，电源104可以接收120伏AC并且可以输出220伏DC。在一些配置中，电源104可以包括高效电路106。在一些配置中，高效电路使得能够以非常高的效率（如，97%）进行AC电力到DC电力的变换。
在一个实施例中，DC电机控制器108可以经由接线114接收高电压DC，并且可以经由接线116将已脉宽调制的DC输出至DC电机110。在一些配置中，DC电机控制器108可以（利用例如MOSFET）接通和切断高电压DC，以产生已脉宽调制的DC信号。例如，DC电机控制器108可以生成已脉宽调制的DC信号，以使DC电机110以特定速度旋转。
图2是示出电源104-a的一个示例的框图。电源104-a可以是图1中所示的电源104的一个示例。在一些配置中，电源104-a可以包括整流电路202和高效电路106。
在一个实施例中，整流电路202可以包括整流器204和滤波器208。在一些实施例中，整流器204可以将AC变换成DC。例如，整流器204可以经由接线112接收输入AC，并且可以经由接线206将整流后的DC输出至滤波器208。在一些配置中，整流器204可以包括桥式整流器。在一些配置中，滤波器208可以对经由接线206接收到的整流后的DC进行滤波，并且可以经由接线210输出滤波后的DC。例如，滤波器208可以包括用于将整流后的DC进行平滑并且将整流后的DC中的高频成分过滤掉的一个或更多个电容器。
在一个实施例中，高效电路106可以执行DC至DC的变换。例如，高效电路106可以经由接线210接收过滤后的DC，并且可以经由接线114输出高效DC。在一些配置中，高效电路106可以包括功率因数校正电路212。在一个实施例中，功率因数校正电路212可以对（例如，经由接线112接收的）输入AC信号的电压波形和电流波形之间的任何相位差进行校正。在一个配置中，功率因数校正电路212可以将电流波形调整为与电压波形同相位，以获取为“1”的功率因数。
图3是示出功率因数校正电路212-a的一个示例的框图。功率因数校正电路212-a可以是图2中所示的功率因数校正电路212的一个示例。应当注意，功率因数可以是回路中流至负载的实际功率与视在功率之比。视在功率可以是回路中的电压和电流的乘积。当电压波形与电流波形同相时，实际功率可以等于视在功率。然而，当电流波形与电压波形异相时，实际功率可以小于视在功率。例如，实际功率可能因为非线性负载（例如，电容性和/或电感性负载）而较小。功率因数的减小可能直接对应于效率的降低。功率因数校正电路212-a可以执行功率因数校正，以提高回路的效率。在一些配置中，功率因数校正电路212-a可以包括波形监视模块302、处理器314和切换电路308。
在一个实施例中，波形监视模块302可以监视经由接线112接收的输入AC的电压波形和电流波形。在一些配置中，波形监视模块302可以包括电压波形检测器304和电流波形检测器306。在一实施例中，电压波形检测器304可以检测输入AC的电压波形。例如，电压波形检测器304可以检测电压波形的零交叉，以确定电压波形的相位。在一个实施例中，电流波形检测器306可以检测输入AC的电流波形。例如，检测器306可以检测电流波形的零交叉，以确定电流波形的相位。在一些配置中，波形监视模块302可以确定电流波形和电压波形之间的相位差。
在一个实施例中，切换电路308可以包括电感性电路310和电容性电路312。例如，电感性电路310可以包括一个或更多个电感性元件（例如，电感器、变压器、线圈），以及电容性电路312可以包括一个或更多个电容性元件（例如，电容器）。在一些实施例中，切换电路308可以包括用于在电感性电路310和电容性电路312之间切换的一个或更多个开关（如，MOSFET）。
在一个实施例中，处理器314可以管理功率因数校正电路212-a。例如，处理器314可以基于波形监视模块302来控制转换电路308。例如，如果电流波形领先电压波形，则处理器314可以将切换电路308切换成包括电感性电路310。在该示例中，电感性电路310可以抵消回路的其他部分中出现的电容，这校正了电流波形和电压波形之间的相位差（由此提供功率因数校正）。在另一个实施例中，如果电压波形领先电流波形，则处理器314可以将切换电路308转换成包括电容性电路312。在该示例中，增加电容性电路312可以抵消回路的其他部分中出现的电感，这校正了电流波形和电压波形之间的相位差（由此提供功率因数校正）。
在一个实施例中，切换电路308可以是升压变换器、降压变换器或升降压变换器。例如，切换电路308可以将经由接线210接收的滤波后的DC从第一DC电压升高至第二DC电压，该第二DC电压经由接线114输出。例如，切换电路308（例如，当被配置为升压变换器时）可以经由接线114输出220伏DC。
图4是示出DC电机控制器108-a的一个示例的框图。DC电机控制器108-a可以是图1所示的DC电机控制器108的一个示例。在一些配置中，DC电机控制器108-a可以包括通信模块402、高效模块404和脉宽调制模块406。
在一个实施例中，通信模块402可以接收控制命令。例如，通信模块402可以从跑步机的控制台接收控制命令。在一个示例中，控制命令可以是使电机（或例如，对应的跑步机跑道）以特定速度（如，16mph）旋转的命令。
在一个实施例中，高效模块404可以从通信模块402获取控制命令，并且可以指示脉宽调制模块406提供满足控制命令所必需的脉宽调制。例如，高效模块404可以控制由脉宽调制模块406所提供的占空比。
在一个实施例中，脉宽调制模块406可以经由接线114从电源104接收高电压DC信号。在一些实施例中，（来自电源104的）高电压DC信号可以包括正DC信号和负DC信号（例如，+220伏DC和-220伏DC）。在一些配置中，脉宽调制模块406可以接通和切断高电压DC信号，以产生用于驱动DC电机110的脉宽调制信号。在一些配置中，脉宽调制模块406可以包括用于切换高电压DC信号的绝缘栅双极晶体管（ICBT）和/或MOSFET。在一些实施例中，DC电机控制器108-a可以经由接线116将脉宽调制DC信号输出至DC电机110。
图5是示出用于提供高效直流电机控制的方法500的一个实施例的流程图。在步骤502，可以从具有功率因数校正电路的电源获取直流信号。例如，直流信号可以为高压直流信号。在一个实施例中，高压直流信号可以包括正高压信号（例如，+220伏）和负高压信号（例如，-220伏）。在一些配置中，电源可以类似于图1或2中所示的电源104。在步骤S504，可以从具有直流电机的健身器获取控制命令。例如，可以通过图1或4所示的直流电机控制器108来接收控制命令。在一个实施例中，可以从跑步机控制台（例如，用户在其上调整跑步机的速度）接收控制命令。在步骤506，可以基于控制命令来根据直流信号生成脉宽调制信号。例如，脉宽调制信号可以通过图1或4所示的直流电机控制器108来生成。在步骤508，可以将脉宽调制信号提供给直流电机。例如，脉宽调制信号可用于以控制命令所指示的速度来驱动直流电机。
图6是示出传统的直流电机控制和本系统和方法的高效直流电机控制之间的功率效率差异的对比图600。注意，图6示出了实际测试结果的图示。
如所示出的，图600示出了瓦606（例如，所消耗的功率）关于电机处的DC伏特608（如，经由接线116接收的DC脉宽调制信号）的变化。曲线602和604可以示出（电机处的）特定DC电压的功率消耗（以瓦为单位）。曲线602示出了AC输入功率（例如，经由接线112接收的AC输入功率）。例如，曲线602-a-1示出了在没有负载的情形下用于高效直流电机控制的AC输入功率，曲线602-a-2示出了在180磅的用户的情形下用于高效直流电机控制的AC输入功率，曲线602-a-3示出了在180磅的用户的情形下用于传统的直流电机控制的AC输入功率。类似地，曲线604示出了被传递至电机的电机功率（例如，经由接线116在DC电机处接收的脉宽调制后的DC功率）。例如，曲线604-a-1示出了在没有负载的情形下用于高效直流电机控制的电机功率，曲线604-a-2示出了在180磅的用户的情形下用于高效直流电机控制的电机功率，曲线604-a-3示出了在180磅的用户的情形下用于传统的直流电机控制的电机功率。
AC输入功率602和电机功率604之间的差异可以用来指示传统的直流电机控制和高效直流电机控制之间的效率差异。例如，在电机处的DC伏特608为160时，AC输入功率602-a-3和电机功率604-a-3之间的差异（用于在180磅的用户的情况下的传统的直流电机控制）为大约400瓦。在一些情形下，这是由于直流电机控制的低效率而导致的损失功率。注意，传统的直流电机控制通常具有在60%-70%之间的效率。相比之下，在电机的DC伏特608为160时，该差异（用于在180磅的用户的情况下的高效直流电机控制）可小于100瓦。注意，高效直流电机控制具有比大约90%更优的效率。
图7示出了适用于实现本系统和方法的健身器702的框图。健身器702包括将计算机系统702的主要子系统相连的总线710，所述子系统诸如中央处理器704、系统存储器706（典型地为RAM，但其也可包括ROM或闪存等）、通信接口708、输入装置712、输出装置714和存储装置716（硬盘、软盘、光盘等）。
总线710允许中央处理器704与系统存储器706之间的数据通信，系统存储器706可包括如之前提到的只读存储器（ROM）或闪存（均未示出）、以及随机存取存储器（RAM）（未示出）。RAM通常是加载有操作系统和应用程序的主存储器。ROM或闪存可以在其他代码中包含基本输入-输出系统（BISO）等，基本输入-输出系统控制诸如与外围部件或装置的交互等基本硬件操作。例如，实现本方法和系统的高效模块404可以存储在系统存储器706内。高效模块404可以是图4中所示的高效模块404的示例。电子装置702所固有的应用和/或算法通常存储在非瞬时计算机可读介质（例如，存储在系统存储器706中的）上并且经由该非瞬时计算机可读介质存取，所述非瞬时计算机可读介质诸如硬盘驱动器、光驱、软盘单元或其他存储介质。另外，应用可以是根据经由通信接口708访问时的数据通信技术以及应用而调制后的电子信号的形式。
通信接口708可以提供经由因特网服务提供商（ISP）至因特网的直接连接或至远程服务器的直接连接。通信接口708可以通过经由POP（入网点）至因特网的直接网络链接来提供至远程服务器的直接连接。通信接口708可以利用包括数据蜂窝电话连接、蜂窝数字分组数据（CDPD）连接或数字卫星数据连接等无线技术来提供该种连接。
很多其他装置或子系统（未示出）可以以类似方式来连接。相反，图7中示出的所有装置不需要均用来实施本系统和方法。装置和子系统可以以与图7中所示方式不同的方式来互连。诸如图7中所示的电子装置的操作可以很容易地根据现有技术而获知，因此在本申请中不作详细讨论。实现本公开的代码可以存储在诸如一个或更多个系统存储器706和存储装置716等非瞬时计算机可读介质中。
工业应用
总之，本系统和方法提供了用于健身器的高效直流电机控制。在一个实施例中，高效直流电机控制可以使用户能够在可从传统的住宅回路获得的有限功率下进行更大强度的训练（如，跑得更快）。例如，高效直流电机控制可以在跑步机中实施。注意，另外或替代地，高效直流电机控制可以在椭圆机、自行车或其他健身器中实施。
已知的基于DC电机的跑步机通常限于12mph的跑步机速度。从而，用户希望跑得比12mph更快可能不能够实现，因为跑步机不能比12mph更快。通常，该速度限制是DC电机不能获得更多的功率的结果。已知的基于DC电机的跑步机将输入AC变换成160伏高压DC，该160伏高压DC被切换成脉宽调制DC电压以驱动DC电机。然而，在已知的跑步机中，160伏高压DC可能不足以使跑步机运转得比12mph更快。注意，已知的基于DC电机的跑步机的效率通常为60%-70%。
为了使用户能够跑得比12mph更快并且更有效地操作跑步机，本系统和方法对跑步机提供高效直流电机控制。在一些实施例中，高效直流电机控制可以在使用在传统的住宅回路中可获取的电力的同时使用户能够跑得比20mph更快。
高效跑步机电机控制可以（例如，利用功率因数校正）以约95%至97%的效率来将108-132伏AC变换成220伏DC。在一些情形中，产生脉宽调制DC信号的切换可能引起额外损耗，但高效跑步机电机控制可以以比约90%更高的效率来向跑步机电机提供脉宽调制DC功率。从而，高效跑步机电机控制可能能够向电机提供更多的功率。
高效跑步机电机控制可允许用户跑得更快（例如，高达20mph或更高）。另外，高效跑步机电机控制可允许跑步机更有效地操作。从而，在一些情形下，用户可以在使用更少的功率的同时而跑得更快。运转得比12mph更快的性能可以激励用户跑得更快。另外，在运转的同时使用更少的能量的性能可以激励用户跑得更久。

Claims (20)

1.一种健身器，包括：
电源，被配置成将交流电变换成高压直流电，其中所述电源包括功率因数校正电路；
电机控制器，被配置成基于所述高压直流电来产生脉宽调制直流信号；以及
直流电机，其中所述脉宽调制直流信号驱动所述直流电机。
2.根据权利要求1所述的健身器，其中所述健身器包括跑步机。
3.根据权利要求1或2所述的健身器，其中所述功率因数校正电路包括升压变换器。
4.根据权利要求1、2或3所述的健身器，其中所述高压直流电具有至少180伏的量值。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的健身器，其中所述电源被配置成以至少87%的效率将交流电变换成高压直流电。
6.根据权利要求1或2所述的健身器，其中以至少80%的效率来根据所述交流电生成所述脉宽调制直流信号。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的健身器，还包括跑步机运动带，其中所述直流电机被配置成驱动所述跑步机运动带。
8.根据权利要求7所述的健身器，其中所述跑步机运动带被配置成以至少13英里每小时的速度来运转。
9.根据权利要求1、2、6、7或8所述的健身器，其中所述电源汲取小于1800瓦，其中所述交流电提供小于132伏的交流电。
10.一种提供高效直流电机控制的方法，包括：
通过直流电机控制器从具有功率因数校正电路的电源获取高压直流信号；
通过处理器从具有直流电机的健身器获取控制命令；
通过所述处理器，基于所述控制命令来根据所述直流信号产生脉宽调制信号；以及
通过所述直流电机控制器将所述脉宽调制信号提供给所述直流电机。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述健身器包括跑步机。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述功率因数校正电路包括升压变换器。
13.根据权利要求10、11或12所述的方法，其中所述高压直流电具有至少180伏的量值。
14.根据权利要求10、11、12或13所述的方法，其中所述电源被配置成以至少87%的效率将交流电变换成高压直流电。
15.根据权利要求10、11、12、13、或14所述的方法，其中所述直流电机驱动跑步机运动带。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述直流电机以至少13英里每小时的速度来驱动所述跑步机运动带。
17.根据权利要求10、11、12、14、15或16所述的方法，其中所述电源从提供小于132伏的交流电的回路汲取小于1800瓦。
18.一种计算机程序产品，包括存储有可执行指令的非瞬时计算机可读介质，所述可执行指令在由处理器执行时使所述处理器：
从具有功率因数校正电路的电源获取高压直流信号；
从具有直流电机的健身器获取控制命令；
基于所述控制命令，根据所述直流信号来生成脉宽调制信号；以及
将所述脉宽调制信号提供给所述直流电机。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中所述健身器包括跑步机。
20.根据权利要求18或19所述的计算机程序产品，其中所述功率因数校正电路包括升压变换器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105656303A (zh) * 2016-04-07 2016-06-08 湖州积微电子科技有限公司 一种跑步机驱动系统

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9278248B2 (en) * 2012-04-12 2016-03-08 Icon Health & Fitness, Inc. High efficiency treadmill motor control
US9579534B2 (en) * 2012-09-14 2017-02-28 Brunswick Corporation Methods and apparatus to power an exercise machine
US9345948B2 (en) 2012-10-19 2016-05-24 Todd Martin System for providing a coach with live training data of an athlete as the athlete is training
EP2969058B1 (en) 2013-03-14 2020-05-13 Icon Health & Fitness, Inc. Strength training apparatus with flywheel and related methods
WO2015100429A1 (en) 2013-12-26 2015-07-02 Icon Health & Fitness, Inc. Magnetic resistance mechanism in a cable machine
US10433612B2 (en) 2014-03-10 2019-10-08 Icon Health & Fitness, Inc. Pressure sensor to quantify work
US10426989B2 (en) 2014-06-09 2019-10-01 Icon Health & Fitness, Inc. Cable system incorporated into a treadmill
US10258828B2 (en) 2015-01-16 2019-04-16 Icon Health & Fitness, Inc. Controls for an exercise device
US10940360B2 (en) 2015-08-26 2021-03-09 Icon Health & Fitness, Inc. Strength exercise mechanisms
TWI644702B (zh) 2015-08-26 2018-12-21 美商愛康運動與健康公司 力量運動機械裝置
US10953305B2 (en) 2015-08-26 2021-03-23 Icon Health & Fitness, Inc. Strength exercise mechanisms
US10625137B2 (en) 2016-03-18 2020-04-21 Icon Health & Fitness, Inc. Coordinated displays in an exercise device
US10272317B2 (en) 2016-03-18 2019-04-30 Icon Health & Fitness, Inc. Lighted pace feature in a treadmill
US10493349B2 (en) 2016-03-18 2019-12-03 Icon Health & Fitness, Inc. Display on exercise device
US10561894B2 (en) 2016-03-18 2020-02-18 Icon Health & Fitness, Inc. Treadmill with removable supports
US10293211B2 (en) 2016-03-18 2019-05-21 Icon Health & Fitness, Inc. Coordinated weight selection
US10252109B2 (en) 2016-05-13 2019-04-09 Icon Health & Fitness, Inc. Weight platform treadmill
US10441844B2 (en) 2016-07-01 2019-10-15 Icon Health & Fitness, Inc. Cooling systems and methods for exercise equipment
US10471299B2 (en) 2016-07-01 2019-11-12 Icon Health & Fitness, Inc. Systems and methods for cooling internal exercise equipment components
US11058914B2 (en) 2016-07-01 2021-07-13 Icon Health & Fitness, Inc. Cooling methods for exercise equipment
US10500473B2 (en) 2016-10-10 2019-12-10 Icon Health & Fitness, Inc. Console positioning
US10918905B2 (en) 2016-10-12 2021-02-16 Icon Health & Fitness, Inc. Systems and methods for reducing runaway resistance on an exercise device
US10376736B2 (en) 2016-10-12 2019-08-13 Icon Health & Fitness, Inc. Cooling an exercise device during a dive motor runway condition
US10561893B2 (en) 2016-10-12 2020-02-18 Icon Health & Fitness, Inc. Linear bearing for console positioning
US10207148B2 (en) 2016-10-12 2019-02-19 Icon Health & Fitness, Inc. Systems and methods for reducing runaway resistance on an exercise device
US11185740B2 (en) * 2016-10-19 2021-11-30 Board Of Regents Of The University Of Nebraska User-paced exercise equipment
TWI646997B (zh) 2016-11-01 2019-01-11 美商愛康運動與健康公司 用於控制台定位的距離感測器
US10661114B2 (en) 2016-11-01 2020-05-26 Icon Health & Fitness, Inc. Body weight lift mechanism on treadmill
TWI680782B (zh) 2016-12-05 2020-01-01 美商愛康運動與健康公司 於操作期間抵銷跑步機的平台之重量
TWI744546B (zh) 2017-08-16 2021-11-01 美商愛康運動與健康公司 抗軸向衝擊之用於提供扭矩的系統
US11187285B2 (en) 2017-12-09 2021-11-30 Icon Health & Fitness, Inc. Systems and methods for selectively rotationally fixing a pedaled drivetrain
CN111491700B (zh) 2017-12-22 2022-03-04 艾肯运动与健康公司 可倾斜运动机
US10729965B2 (en) 2017-12-22 2020-08-04 Icon Health & Fitness, Inc. Audible belt guide in a treadmill
US11000730B2 (en) 2018-03-16 2021-05-11 Icon Health & Fitness, Inc. Elliptical exercise machine
CN112262521B (zh) 2018-06-11 2023-09-12 爱康有限公司 提高了耐久性的线性致动器
TWI721460B (zh) 2018-07-13 2021-03-11 美商愛康運動與健康公司 自行車鞋功率感測器
TWI724767B (zh) 2019-01-25 2021-04-11 美商愛康運動與健康公司 用於互動式腳踏式運動訓練設備的系統及方法
US11298577B2 (en) 2019-02-11 2022-04-12 Ifit Inc. Cable and power rack exercise machine
US11426633B2 (en) 2019-02-12 2022-08-30 Ifit Inc. Controlling an exercise machine using a video workout program
US11794070B2 (en) 2019-05-23 2023-10-24 Ifit Inc. Systems and methods for cooling an exercise device
US11534651B2 (en) 2019-08-15 2022-12-27 Ifit Inc. Adjustable dumbbell system
TWI776250B (zh) 2019-10-11 2022-09-01 美商愛康有限公司 模組化運動裝置
WO2021097065A1 (en) 2019-11-12 2021-05-20 Icon Health & Fitness, Inc. Exercise storage system
WO2021188662A1 (en) 2020-03-18 2021-09-23 Icon Health & Fitness, Inc. Systems and methods for treadmill drift avoidance
US11951377B2 (en) 2020-03-24 2024-04-09 Ifit Inc. Leaderboard with irregularity flags in an exercise machine system
US11878199B2 (en) 2021-02-16 2024-01-23 Ifit Inc. Safety mechanism for an adjustable dumbbell
US11596837B1 (en) * 2022-01-11 2023-03-07 Tonal Systems, Inc. Exercise machine suggested weights

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1123068A (zh) * 1994-02-10 1996-05-22 菲利浦电子有限公司 具有功率因数校正的高频交流/交流变换器
US5545112A (en) * 1991-11-08 1996-08-13 Quinton Instrument Company D.C. treadmill speed change motor controller system
US5586736A (en) * 1995-06-16 1996-12-24 Harmon Industries, Inc. Cab signal sensor with noise suppression
CN2330944Y (zh) * 1998-02-13 1999-07-28 西安飞机工业科技开发中心航城机械厂 半导体致冷器空调机
CN2388632Y (zh) * 1999-06-08 2000-07-19 镒福电子股份有限公司 交流电源稳压器
CN1768880A (zh) * 2004-11-02 2006-05-10 乔山健康科技股份有限公司 跑步机的马达驱控电路
CN101621247A (zh) * 2009-07-23 2010-01-06 艾默生网络能源有限公司 一种功率因数校正电路
CN201436042U (zh) * 2009-06-13 2010-04-07 青岛英派斯（集团）有限公司 电动跑步机的升压电路

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2061470C (en) * 1991-03-18 2000-04-11 Eugene B. Szymczak Exercise treadmill and method
US5643142A (en) * 1995-05-01 1997-07-01 Jas Manufacturing Co., Inc. AC motor driven treadmill
US6443875B1 (en) 1999-09-07 2002-09-03 Brunswich Corporation Treadmill motor control
US6443876B1 (en) 2001-04-03 2002-09-03 Yu-Tong Huang Belt position device for waist exerciser
US6837830B2 (en) * 2002-11-01 2005-01-04 Mark W. Eldridge Apparatus using multi-directional resistance in exercise equipment
US7618346B2 (en) * 2003-02-28 2009-11-17 Nautilus, Inc. System and method for controlling an exercise apparatus
US8485944B2 (en) * 2010-04-21 2013-07-16 Jeffrey M Drazan Contribution of energy to an intelligent electrical network through an exercise apparatus
US8888660B1 (en) * 2010-11-02 2014-11-18 Strength Companion, LLC Energy harvester for exercise equipment
US9278248B2 (en) * 2012-04-12 2016-03-08 Icon Health & Fitness, Inc. High efficiency treadmill motor control
US9622686B1 (en) * 2016-04-09 2017-04-18 Bertec Corporation Gait perturbation system and a method for testing and/or training a subject using the same
US9763604B1 (en) * 2016-04-09 2017-09-19 Bertec Corporation Gait perturbation system and a method for testing and/or training a subject using the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545112A (en) * 1991-11-08 1996-08-13 Quinton Instrument Company D.C. treadmill speed change motor controller system
CN1123068A (zh) * 1994-02-10 1996-05-22 菲利浦电子有限公司 具有功率因数校正的高频交流/交流变换器
US5586736A (en) * 1995-06-16 1996-12-24 Harmon Industries, Inc. Cab signal sensor with noise suppression
CN2330944Y (zh) * 1998-02-13 1999-07-28 西安飞机工业科技开发中心航城机械厂 半导体致冷器空调机
CN2388632Y (zh) * 1999-06-08 2000-07-19 镒福电子股份有限公司 交流电源稳压器
CN1768880A (zh) * 2004-11-02 2006-05-10 乔山健康科技股份有限公司 跑步机的马达驱控电路
CN201436042U (zh) * 2009-06-13 2010-04-07 青岛英派斯（集团）有限公司 电动跑步机的升压电路
CN101621247A (zh) * 2009-07-23 2010-01-06 艾默生网络能源有限公司 一种功率因数校正电路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105656303A (zh) * 2016-04-07 2016-06-08 湖州积微电子科技有限公司 一种跑步机驱动系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN103378780B (zh) 2016-12-28
US20130274063A1 (en) 2013-10-17
US20160151661A1 (en) 2016-06-02
US9278248B2 (en) 2016-03-08
US20160303421A1 (en) 2016-10-20
US10207145B2 (en) 2019-02-19
US9375605B2 (en) 2016-06-28

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