CN106139552B - 自行车训练器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自行车训练器，其包括架体、滚轮及阻力源。架体适于支撑自行车。滚轮枢设至架体并适于接触自行车的车轮。阻力源耦接至滚轮并通过滚轮提供阻力至车轮。阻力源依照滚轮的转速来改变所提供阻力的强度。本发明提供的自行车训练器可用以配合自行车来模拟在户外道路上骑乘自行车。
Description
技术领域
本发明涉及一种自行车，特别是涉及一种自行车训练器。
背景技术
当因天气影响而无法在户外道路上进行训练时，自行车运动的选手或爱好者可利用自行车搭配自行车训练器来模拟在户外道路上的骑乘。在户外道路上骑乘自行车时，骑乘者需克服的阻力包括路面阻力、轮胎滚动阻力及风的阻力。在相同路面及相同自行车的条件下，路面阻力及轮胎滚动阻力可视同一定值，而风的阻力与速度的平方成正比。若将需要克服的阻力的总合以功率取代的话，户外骑乘的自然速度功率变化是下凹曲线。然而，目前在市场上的自行车训练器所能提供的速度功率变化通常是直线，无法模拟户外骑乘的真实感受，或是进一步所提供的速度功率变化虽为下凹曲线，但也无法从头到尾符合实际户外骑乘的自然速度功率曲线。
发明内容
本发明提供一种自行车训练器，用以配合自行车来模拟在户外道路上骑乘自行车。
本发明的一种自行车训练器适于配合自行车来模拟在户外道路上骑乘自行车。自行车训练器包括架体、滚轮及阻力源。架体适于支撑自行车。滚轮枢设至架体并适于接触自行车的车轮。阻力源耦接至滚轮并通过滚轮提供阻力至车轮。阻力源依照滚轮的转速来改变所提供阻力的强度。在一实施例中，阻力源还可提供具有至少两阶段的速度功率曲线。
基于上述，在本发明中，阻力源可依照滚轮的转速来改变所提供阻力的强度，并可提供具有至少两阶段的速度功率曲线以尽可能符合户外骑乘的自然速度功率曲线，因而改善现有的单一速度功率曲线仅能符合部分自然速度功率曲线的缺点，使得骑乘者可获得户外骑乘的真实感受。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明的一实施例的一种自行车训练器的方块图；
图2是图1的自行车训练器的立体图；
图3是图2的自行车训练器的侧视图；
图4A是图3的自行车训练器在静止状态沿割面线X-X的局部剖视图；
图4B是图4A的自行车训练器在第一运动状态的局部剖视图；
图4C是图4A的自行车训练器在第二运动状态的局部剖视图；
图5是图3的自行车训练器与户外骑乘的速度功率曲线比较图；
图6是本发明的另一实施例的一种自行车训练器的复位件的示意图；
图7是本发明的另一实施例的一种自行车训练器的复位件的示意图；
图8是本发明的另一实施例的一种自行车训练器的复位件的示意图；
图9A是本发明的另一实施例的一种自行车训练器在静止状态的局部剖视图；
图9B是图9A的自行车训练器在运动状态的局部剖视图。
附图标记说明：
50：自行车；
52：车轮；
100：自行车训练器；
110：架体；
120：滚轮；
122：转轴；
124：轴承；
126：滚动件；
128a：内限位环；
128b：外限位环；
130：阻力源；
131：磁性固定件；
132：非导磁金属旋转件；
133：限位旋转件；
134：滚动件；
135a：压缩弹簧；
135b：压缩弹簧；
135c：螺旋弹簧；
135d：螺旋弹簧；
135e：磁性件；
136：内盖；
137：外盖；
C0：自然速度功率曲线；
C1：本实施例的自行车训练器速度功率曲线；
C2：现有的一种自行车训练器速度功率曲线；
C3：现有的另一种自行车训练器速度功率曲线；
D：感应距离；
S：通道。
具体实施方式
图1是本发明的一实施例的一种自行车训练器的方块图，图2是图1的自行车训练器的立体图，图3是图2的自行车训练器的侧视图，请参考图1、图2及图3，在本实施例中，自行车训练器100适于配合自行车50来模拟在户外道路上骑乘自行车50。自行车训练器100包括架体110、滚轮120及阻力源130。架体110适于支撑自行车50，特别是支撑自行车50的车轮52。滚轮120枢设至架体110并适于接触自行车50的车轮52。阻力源130耦接至滚轮120并通过滚轮120提供阻力至车轮52。阻力源130可依照滚轮120的转速来改变所提供阻力的强度。
图4A是图3的自行车训练器在静止状态沿割面线X-X的局部剖视图，请参考图2、图3及图4A，在本实施例中，阻力源130利用涡电流效应(eddy current effect)来产生磁阻。具体而言，阻力源130可包括磁性固定件131及非导磁金属旋转件132。磁性固定件131固接至架体110。滚轮120耦接至转轴122，转轴122通过多个轴承124枢设至架体110，而非导磁金属旋转件132通过转轴122耦接至滚轮120。转动中的非导磁金属旋转件132与磁性固定件131相互感应以产生磁阻，并提供给滚轮120。在本实施例中，磁性固定件131为起磁件(例如磁铁)，而非导磁金属旋转件132可为感磁飞轮(例如锌合金、铝合金、铜合金或是不锈钢材质的飞轮)。
图4B是图4A的自行车训练器在第一运动状态的局部剖视图，请参考图4A及图4B，在本实施例中，为了让阻力源130依照滚轮120(即车轮52)的转速调整其所提供的阻力，阻力源130还可包括限位旋转件133及多个滚动件134(例如多个滚珠)。限位旋转件133可通过转轴122耦接至滚轮120并与非导磁金属旋转件132构成多个通道S。这些滚动件134分别位于这些通道S内。当非导磁金属旋转件132及限位旋转件133的转速增加时，这些滚动件134将受离心力作用分别沿着这些通道S移动，使得非导磁金属旋转件132相对于磁性固定件131移动，以调整磁性固定件131与非导磁金属旋转件132之间的感应距离D。值得注意的是，涡电流效应所产生的磁阻与感应距离D的平方成反比。当感应距离D越小时，磁性固定件131与非导磁金属旋转件132相互感应所产生的磁阻越大，如图4B所示。
请参考图4A及图4B，在本实施例中，非导磁金属旋转件132与转轴122之间存在多个滚动件126(例如滚珠)。这些滚动件126线性地排列于转轴122的周围，并分别置于特定沟槽内，以设定非导磁金属旋转件132相对于转轴122的移动方向。
请参考图4A，阻力源130还可包括复位件，其包括压缩弹簧135a及另一压缩弹簧135b。压缩弹簧135a可相对于磁性固定件131施加复位力至非导磁金属旋转件132，并依照磁性固定件131与非导磁金属旋转件132之间的感应距离D变化改变所施加复位力的强度。在本实施例中，压缩弹簧135a及压缩弹簧135b为压缩弹簧并具有不同的自由长度，其中压缩弹簧135a的自由长度较大，而压缩弹簧135b的自由长度较小。同时，压缩弹簧135a及压缩弹簧135b也具有不同的弹性系数(即K值)。在本实施例中，套设于转轴122上的内限位环128a及外限位环128b来设定非导磁金属旋转件132、限位旋转件133、压缩弹簧135a及压缩弹簧135b相对于转轴122的移动范围。在本实施例中，压缩弹簧135a也可提供复位功能，压缩弹簧135a可复位非导磁金属旋转件132。当非导磁金属旋转件132及限位旋转件133的转速降低时，压缩弹簧135a复位非导磁金属旋转件132，以增加非导磁金属旋转件132与磁性固定件131之间的感应距离D，如图4A所示。
请参考图4B，当非导磁金属旋转件132及限位旋转件133的转速增加时，这些滚动件134将受离心力作用分别沿着这些通道S移动，使得非导磁金属旋转件132相对于磁性固定件131移动，以压缩压缩弹簧135a。受压缩的压缩弹簧135a相对于磁性固定件131提供复位力至非导磁金属旋转件132。
图4C是图4A的自行车训练器在第二运动状态的局部剖视图，请参考图4C，当非导磁金属旋转件132及限位旋转件133的转速继续增加时，非导磁金属旋转件132相对于磁性固定件131继续移动，这些滚动件134将受离心力作用分别沿着这些通道S继续移动，使得非导磁金属旋转件132相对于磁性固定件131继续移动，以压缩压缩弹簧135a及压缩弹簧135b。受压缩的压缩弹簧135a及压缩弹簧135b相对于磁性固定件131同时提供复位力至非导磁金属旋转件132。
图5是图3的自行车训练器与户外骑乘的速度功率曲线比较图，请参考图4A及图5，在本实施例中，当压缩弹簧135a具有25.5mm的自由长度及1.3kgf/mm的弹性系数，并有预压值1mm，且压缩弹簧135b具有17mm的自由长度及0.55kgf/mm的弹性系数时，自行车训练器100的速度功率曲线为C1。本实施例的自行车训练器速度功率曲线C1的前半阶段仅受压缩弹簧135a的影响，而本实施例的自行车训练器速度功率曲线C1的后半阶段同时受到压缩弹簧135a及压缩弹簧135b的影响。通过这样的设定，本实施例的自行车训练器速度功率曲线C1依照速度的变化而具有至少两阶段，例如前半阶段及后半阶段。相较于现有的一种自行车训练器速度功率曲线C2或现有的另一种自行车训练器速度功率曲线C3的前半阶段可大致符合户外骑乘的自然速度功率曲线C0，而两者的后半阶段完全偏离户外骑乘的自然速度功率曲线C0，本实施例的自行车训练器速度功率曲线C1的每个阶段都尽可能符合户外骑乘的自然速度功率曲线C0。
在本实施例中，可利用多个不同自由长度及不同K值的压缩弹簧被依序压缩时产生多阶段强度不同的复位力，以依照滚轮的转速变化来调整磁性固定件及非导磁金属旋转件相互感应所产生的磁阻，使得阻力源所提供具有多个阶段的速度功率曲线，以尽可能符合户外骑乘的自然速度功率曲线。
请参考图4A，在本实施例中，阻力源130还可包括内盖136。内盖136固接至架体110，而磁性固定件131固接至内盖136，以与非导磁金属旋转件132相互感应来产生磁阻。阻力源130还可包括外盖137。外盖137固接至限位旋转件133，以与限位旋转件133、非导磁金属旋转件132及转轴122一起旋转。
图6是本发明的另一实施例的一种自行车训练器的复位件的示意图，图4A的压缩弹簧135a及压缩弹簧135b也可以图6的螺旋弹簧135c来取代。值得注意的是，图6的螺旋弹簧135c的线圈外径依照螺旋弹簧135c的长度加以变化。因此，螺旋弹簧135c被压缩至不同长度时产生强度不同的弹力作为复位力。
图7是本发明的另一实施例的一种自行车训练器的复位件的示意图，图4A的压缩弹簧135a及压缩弹簧135b也可以图7的螺旋弹簧135d来取代。值得注意的是，图7的螺旋弹簧135d的线圈间距依照螺旋弹簧135d的长度加以变化。因此，螺旋弹簧135d被压缩至不同长度时产生强度不同的弹力作为复位力。
图8是本发明的另一实施例的一种自行车训练器的复位件的示意图，图4A的压缩弹簧135a及压缩弹簧135b也可以图8的一对磁性件135e来取代。值得注意的是，图8的这对磁性件135e的磁力依照这对磁性件135e的距离加以变化。因此，这对磁性件135e被压缩至不同长度时产生强度不同的磁性作为复位力。
图9A是本发明的另一实施例的一种自行车训练器在静止状态的局部剖视图，图9B是图9A的自行车训练器在运动状态的局部剖视图，请参考图9A及图9B，除了通过图4A的复位件(压缩弹簧135a及压缩弹簧135b)依照滚轮120的转速变化来提供强度可变的复位力，以调整非导磁金属旋转件132并与磁性固定件131之间相互感应所产生的磁阻以外，也可利用非导磁金属旋转件132及限位旋转件133所构成的多个通道S的曲率变化对应非导磁金属旋转件132与磁性固定件131之间相互感应所产生的磁阻变化。具体而言，可依照户外骑乘的自然速度功率曲线取得在每个速度下自行车训练器100所需要提供的功率。因此，通过速度计算出滚轮120的转速，以计算出滚动件134的离心力。此外，通过在特定速度下所需提供的功率计算出自行车训练器100所需提供的阻力，即非导磁金属旋转件132与磁性固定件131之间相互感应所产生的磁阻，并可加上其他阻力。最后，在得知对应每个速度的滚动件134的离心力及自行车训练器100所需提供的阻力的情况下，计算出通道S在所有速度下的曲率变化。因此，通道S的曲率变化可为下凹曲线，即通道S的曲率向外越来越高。
综上所述，在本发明中，可利用复位件依照滚轮的转速变化来提供多阶段强度不同的复位力或强度可变的复位力，以调整非导磁金属旋转件与磁性固定件相互感应所产生的磁阻，使得自行车训练器所呈现出的速度功率曲线尽可能符合户外骑乘的自然速度功率曲线，使得骑乘者可获得户外骑乘的真实感受。本发明的复位件可包括多个固定K值的弹性元件、K值可变的弹性元件或一对磁性件来提供辅助的复位力。或者，本发明可通过改变非导磁金属旋转件及限位旋转件所构成的通道的曲率变化来调整非导磁金属旋转件与磁性固定件相互感应所产生的磁阻，使得阻力源所提供的速度功率曲线尽可能符合户外骑乘的自然速度功率曲线，使得骑乘者可获得户外骑乘的真实感受。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种自行车训练器，适于配合自行车来模拟在户外道路上骑乘所述自行车，其特征在于，所述自行车训练器包括：
架体，适于支撑所述自行车；以及
滚轮，枢设至所述架体并适于接触所述自行车的车轮；以及
阻力源，包括磁性固定件、非导磁金属旋转件、限位旋转件、多个滚动件以及复位件，其中所述磁性固定件固接至所述架体通过所述滚轮提供阻力至所述车轮，所述非导磁金属旋转件耦接至所述滚轮并与所述磁性固定件相互感应以产生磁阻，所述非导磁金属旋转件通过所述滚轮提供阻力至所述车轮，其中所述阻力源依照所述滚轮的转速来改变所提供阻力的强度，所述限位旋转件耦接至所述滚轮并与所述非导磁金属旋转件构成多个通道，所述多个滚动件分别位于该些通道内，并受离心力作用分别沿着该些通道移动，使得所述非导磁金属旋转件相对于所述限位旋转件移动，以调整所述磁性固定件与所述非导磁金属旋转件之间的感应距离，其中所述通道的曲率变化对应所述非导磁金属旋转件与所述磁性固定件之间相互感应所产生的磁阻变化。
2.一种自行车训练器，适于配合自行车来模拟在户外道路上骑乘所述自行车，其特征在于，所述自行车训练器包括：
架体，适于支撑所述自行车；以及
滚轮，枢设至所述架体并适于接触所述自行车的车轮；以及
阻力源，包括磁性固定件、非导磁金属旋转件、限位旋转件、多个滚动件以及复位件，其中所述磁性固定件固接至所述架体，所述非导磁金属旋转件耦接至所述滚轮并与所述磁性固定件相互感应以产生磁阻，所述非导磁金属旋转件通过所述滚轮提供阻力至所述车轮，所述限位旋转件耦接至所述滚轮并与所述非导磁金属旋转件构成多个通道，所述多个滚动件分别位于该些通道内，并受离心力作用分别沿着该些通道移动，使得所述非导磁金属旋转件相对于所述限位旋转件移动，以调整所述磁性固定件与所述非导磁金属旋转件之间的感应距离，所述阻力源提供具有多个阶段的速度功率曲线，所述复位件相对于所述磁性固定件施加复位力至所述非导磁金属旋转件，并依照所述滚轮的转速变化改变所施加复位力的强度，所述复位件包括多个压缩弹簧，该些压缩弹簧具有不同的自由长度，且该些压缩弹簧被压缩时产生强度不同的弹力的总和作为复位力。
3.根据权利要求2所述的自行车训练器，其特征在于，该些压缩弹簧具有不同的弹性系数。
4.一种自行车训练器，适于配合自行车来模拟在户外道路上骑乘所述自行车，其特征在于，所述自行车训练器包括：
架体，适于支撑所述自行车；以及
滚轮，枢设至所述架体并适于接触所述自行车的车轮；以及
阻力源，包括磁性固定件、非导磁金属旋转件、限位旋转件、多个滚动件以及复位件，其中所述磁性固定件固接至所述架体，所述非导磁金属旋转件耦接至所述滚轮并与所述磁性固定件相互感应以产生磁阻，所述非导磁金属旋转件通过所述滚轮提供阻力至所述车轮，所述限位旋转件耦接至所述滚轮并与所述非导磁金属旋转件构成多个通道，所述多个滚动件分别位于该些通道内，并受离心力作用分别沿着该些通道移动，使得所述非导磁金属旋转件相对于所述限位旋转件移动，以调整所述磁性固定件与所述非导磁金属旋转件之间的感应距离，所述阻力源提供具有多个阶段的速度功率曲线，所述复位件相对于所述磁性固定件施加复位力至所述非导磁金属旋转件，并依照所述滚轮的转速变化改变所施加复位力的强度，所述复位件为螺旋弹簧，所述复位件的线圈外径依照所述复位件的长度加以变化，且所述复位件被压缩时产生强度不同的弹力作为复位力。
5.一种自行车训练器，适于配合自行车来模拟在户外道路上骑乘所述自行车，其特征在于，所述自行车训练器包括：
架体，适于支撑所述自行车；以及
滚轮，枢设至所述架体并适于接触所述自行车的车轮；以及
阻力源，包括磁性固定件、非导磁金属旋转件、限位旋转件、多个滚动件以及复位件，其中所述磁性固定件固接至所述架体，所述非导磁金属旋转件耦接至所述滚轮并与所述磁性固定件相互感应以产生磁阻，所述非导磁金属旋转件通过所述滚轮提供阻力至所述车轮，所述限位旋转件耦接至所述滚轮并与所述非导磁金属旋转件构成多个通道，所述多个滚动件分别位于该些通道内，并受离心力作用分别沿着该些通道移动，使得所述非导磁金属旋转件相对于所述限位旋转件移动，以调整所述磁性固定件与所述非导磁金属旋转件之间的感应距离，所述阻力源提供具有多个阶段的速度功率曲线，所述复位件相对于所述磁性固定件施加复位力至所述非导磁金属旋转件，并依照所述滚轮的转速变化改变所施加复位力的强度，所述复位件为螺旋弹簧，所述复位件的线圈间距依照所述复位件的长度加以变化，且所述复位件被压缩时产生强度不同的弹力作为复位力。
6.一种自行车训练器，适于配合自行车来模拟在户外道路上骑乘所述自行车，其特征在于，所述自行车训练器包括：
架体，适于支撑所述自行车；以及
滚轮，枢设至所述架体并适于接触所述自行车的车轮；以及
阻力源，包括磁性固定件、非导磁金属旋转件、限位旋转件、多个滚动件以及复位件，其中所述磁性固定件固接至所述架体，所述非导磁金属旋转件耦接至所述滚轮并与所述磁性固定件相互感应以产生磁阻，所述非导磁金属旋转件通过所述滚轮提供阻力至所述车轮，所述限位旋转件耦接至所述滚轮并与所述非导磁金属旋转件构成多个通道，所述多个滚动件分别位于该些通道内，并受离心力作用分别沿着该些通道移动，使得所述非导磁金属旋转件相对于所述限位旋转件移动，以调整所述磁性固定件与所述非导磁金属旋转件之间的感应距离，所述阻力源提供具有多个阶段的速度功率曲线，所述复位件相对于所述磁性固定件施加复位力至所述非导磁金属旋转件，并依照所述滚轮的转速变化改变所施加复位力的强度，所述复位件包括一对磁性件，且该对磁性件依照该对磁性件之间的距离变化产生强度不同的磁力作为复位力。
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