CN108771828A - 一种可调速无动力跑步机及其速度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调速无动力跑步机，包括跑步机本体和阻力系统，所述跑步机本体包括跑台、人机交互设备和把手，所述把手通过立柱与跑台相连接，所述人机交互设备设于把手上，所述阻力系统包括电磁阻尼器和阻力放大系统。其优点表现为：阻力系统可减小磁阻尼器的力矩需求，减小阻尼器体积，同时减小整机功耗，提高整机稳定性，降低成本；采用非接触式阻尼，在实现跑步机速度可以调整的基础上，提高稳定可靠性，并且降低跑步机噪音甚至实现无噪音效果；配置有人机交互设备，使健身者可以自主调节设备显示的场景，将跑步过程融入到场景中，健身与娱乐融合提高跑步的趣味性。

Description

一种可调速无动力跑步机及其速度控制系统

技术领域

本发明涉及健身设备技术领域，具体地说，是一种可调速无动力跑步机及其速度控制系统。

背景技术

现有的无动力跑步机主要结构包括：框架、辊筒、跑步带、跑步带托板，其目的是当人站在跑步带上时，用跑步带托板支撑住人体的重量，依靠脚底与跑步带的摩擦来带动跑步带和辊筒。无动力跑步机的速度控制主要通过控制摩擦或者通过控制阻力系统控制阻力来调节跑步速度。现有阻尼控制方案主要有两种，一种是磁铁组吸附飞轮的控制方案，一种磁铁吸附合金阻尼盘的机械控制方案。这两种方案虽然各具优势但又存在相应的缺陷，具体分析如下：

1)磁铁组吸附飞轮控制方案：

如附图1所示的磁铁组吸附飞轮控制方案是通过控制磁铁组01与铁质飞轮02的距离，达到不同的阻力效果。此调节方案的不足之处是在调节磁铁组与铁质飞轮的距离的过程中，阻力变化不是呈线性的，调节过程手动操作，档位不够密集。

2)磁铁吸附合金阻尼盘切割磁力线控制方案

中国专利文献CN108126307A公开了一种自力式跑步机，并具体公开了主要由跑台、两根立柱和显示屏组成的自力式跑步机，其跑台由若干踏板、两条同步带、转轴、联动铝盘和滑轨组成，联动铝盘通过皮带与跑台前端的转轴相连，一根立柱上设置阻力调节杆，阻力调节杆由把手、转动板、底板和拉线组成，把手安装在转动板上，底板固定在立柱上，转动板通过若干滚珠连接在底板上，拉线顶端连接在底板上的卡槽中，拉线底端连接在转板上，所述转板通过调节转轴安装在踏板一侧，转板内部两侧分别安装若干永久磁体。本发明通过磁场切割产生的阻力调节机构对跑台转轴转速生成合适的反向转力，实现跑步机的速度可调，具有使用灵活方便、适用范围广、节能、健身效果好的优点。但该专利所公开的利用永磁体切割磁场产生阻力，其调节过程中需要手动调档，且档位分割不够密集，无法应用于体验游戏中爬坡或风力等场景。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可调速无动力跑步机及其速度控制系统，改善了传统跑步机由电机控制跑步机速度中存在的噪音大、不利于控制，结构复杂制造和使用成本高的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种可调速无动力跑步机，所述跑步机包括跑步机本体和阻力系统，所述跑步机本体包括跑台、人机交互设备和把手，所述把手通过立柱与跑台相连接，所述人机交互设备设于把手上，所述阻力系统包括电磁阻尼器和阻力放大系统，所述电磁阻尼器通过滚动轴固定安装于跑台中，所述阻力放大传动系统包括大同步轮、小同步轮和同步带，所述小同步轮与电磁阻尼器同轴，并通过同步带与大同步轮相连。

进一步地，所述跑台包括履带踏板、前滚轮、后滚轮和弧形轨道支架，所述履带踏板依次排列环弧形轨道支架一周与前滚轮和后滚轮共同形成转动带系统。

进一步地，所述电磁阻尼器包括阻尼盘、线圈绕组和阻尼器外壳。

进一步地，所述电磁阻尼器的阻尼盘通过滚动轴与前滚轮或后滚轮相连。

进一步地，所述小同步轮设在阻尼器外壳上并与阻尼盘同轴。

进一步地，所述小同步轮和大同步轮的半径比为1：2～1：5。

一种速度控制系统，包括指令接收模块、处理器、磁阻器电压控制模块，其中：

所述指令接收模块用于获取阻尼需求信号，并将阻尼需求信号输送至处理器；

所述处理器用于接收阻尼需求信号，并将阻尼需求信号转换为磁阻器输入电压值输出至磁阻器电压控制模块；

所述磁阻器电压控制模块用于根据处理器输出的磁阻器输入电压值调整磁阻器的输入电压，从而改变磁阻器的阻尼。

本发明优点在于：

1、本发明的阻力系统可减小磁阻尼器的力矩需求，减小阻尼器体积，可以把机器做得更小巧轻便，同时减小整机功耗，提高整机稳定性，降低成本。

2、本发明阻力系统结构简单，采用非接触式阻尼，在实现跑步机速度可以调整的基础上，提高稳定可靠性，并且降低跑步机噪音甚至实现无噪音效果。

3、本跑步机配置有人机交互设备，使健身者可以自主调节设备显示的场景，将跑步过程融入到场景中，健身与娱乐融合提高跑步的趣味性，解决了锻炼过程中枯燥乏味问题，让健身不再是痛苦的事。

4、本发明的速度控制系统，通过处理器将阻尼变化需求转换为磁阻器输入电压，由于磁阻器输入电压便于用户手动直接调整控制，使得用户可以便捷的根据需要调整跑步机的速度。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：

图1为磁铁组吸附飞轮控制方案结构示意图；

图2为本发明一实施例中无动力跑步机结构示意图；

图3为本发明一实施例中无动力跑步机的跑台结构示意图；

图4为本发明一实施例中无动力跑步机的阻力系统结构示意图；

图5为本发明速度控制系统调整速度的流程图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

01.磁铁组，02.铁质飞轮，1.跑台，2.人机交互设备，3.把手，4.阻力系统，

5.立柱，11.履带跑板，12.前滚轮，13.后滚轮，14.弧形轨道支架，

31.大同步轮，32.同步带，33.小同步轮，34.阻尼盘，35.外壳，36.线圈绕组。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚/完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本说明书中所描述的一种可调速无动力跑步机由跑步机本体和阻力系统组成，具体的如附图2所示，跑步机本体包括跑台1、人机交互设备2和把手3组成，其中把手3通过立柱5与跑台相连接，阻力系统4固定安装于跑台1内部，阻力系统4包括电磁阻尼器和阻力放大系统。

其中人机交互设备2固定安装于把手3上，最优的，选择在健身者眼睛可方便看见的把手3前端支架上。在一个优选的实施例中，人机交互设备2为一个安装有客户端的可显示用户操作应用界面的显示屏，显示屏通过支架可拆卸的安装在把手3的可移动支架上，支架可以是固定不动的，或者是可上下左右或旋转转动的，使健身者可以根据实际需要调节显示屏的角度。实际应用中，为了使跑步机满足不同的用户群体，立柱5被设计成可伸缩式的，健身者根据自身身高，通过立柱5的伸缩将把手3调节到最适合的高度。

如附图3所示为跑台1的结构示意图，本发明可调速无动力跑步机的跑台1主要是由履带踏板11、前滚轮12、后滚轮13和弧形轨道支架14组成，履带踏板11依次排列环弧形轨道支架14一周与前滚轮12和后滚轮13共同形成转动带系统，弧形轨道支架14与地面呈一定的角度，人体重力分解产生轨道转动的动力，使履带踏板11带动前滚轮12和后滚轮13滚动实现转动带系统转动起来。使用者可以根据在履带踏板11上的位置来控制跑步速度，同时也可以通过阻力系统来调整速度。

如附图4所示为本发明的阻力系统结构示意图，本实施例中，阻力系统4由电磁阻尼器和阻力放大系统两部分组成.

其中，阻力放大传动系统由大同步轮31、小同步轮33和同步带32组成，同步带32同时缠绕于小同步轮33和大同步轮31上，将两者连接起来，共同形成传动系统。小同步轮33固定安装在电磁阻尼器的外壳35上，在电磁阻尼器的作用下，小同步轮33转动，并通过同步带32带动大同步轮31转动，当小同步轮33带动大同步轮31时，由于两者轮之间半径存在比例关系从而形成传动比，阻力相应会被放大。此阻力放大系统可一定程度上减小磁阻尼器的力矩需求，减小阻尼器体积，可以把机器做得更小巧轻便，同时减小整机功耗，提高整机稳定性，降低成本。通常，小同步轮33和大同步轮31的半径比为1：2～1：5，相应的形成1：2～1：5的传动比，同时使得阻力被放大2～5倍。根据实际健身者运动的需要，选择不同阻力的跑步机。优选的，当跑步机的小同步轮33和大同步轮31的半径比为1：3时，小同步轮33和大同步轮31之间形成1：3的传动比，此时电磁阻尼器产生的阻力将会被放大3倍。同样的，当跑步机的小同步轮33和大同步轮31的半径比为1：5时，小同步轮33和大同步轮31之间形成1：5的传动比，此时电磁阻尼器产生的阻力将会被放大5倍；当跑步机的小同步轮33和大同步轮31的半径比为1：2时，小同步轮33和大同步轮31之间形成1：2的传动比，此时电磁阻尼器产生的阻力将会被放大2倍。

电磁阻尼器由阻尼盘34、线圈绕组36和外壳35组成，阻尼盘34圆心中部通过滚轮轴与跑台1的前滚轮12或与后滚轮13相连接。线圈绕组36通电后产生磁场，健身者跑步带动前滚轮12和后滚轮13转动，同时通过滚轮轴带动阻尼盘34转动切割磁场，磁场切割产生回旋阻力，该回旋阻力形成阻碍滚轮轴转动的阻尼，健身者可以通过调节电磁阻尼器的电压改变阻力大小调整跑步机滚动的速度从而调节跑步速度。

需要说明的是，小同步轮33固定安装在电磁阻尼器的外壳35上，并且与电磁阻尼器的阻尼盘34同轴转动，当阻尼盘34在滚动轴的带动下转动时，会带动小同步轮33转动，从而起到放大阻力的作用。

本实施例公开了一种速度控制系统，包括指令接收模块、处理器、磁阻器电压控制模块，其中：

所述指令接收模块用于获取阻尼需求信号，并将阻尼需求信号输送至处理器；

所述处理器用于接收阻尼需求信号，并将阻尼需求信号转换为磁阻器输入电压值输出至磁阻器电压控制模块；

所述磁阻器电压控制模块用于根据处理器输出的磁阻器输入电压值调整磁阻器的输入电压，从而改变磁阻器的阻尼。

为了更清楚的本发明的跑步机及其速度控制系统的技术方案，下面结合附图5对实施例进行详细说明。

当用户需要调整速度时，可以通过跑步机上的人机交互设备选择当前的阻力变化需求，指令接收模块获取用户当前的选择，将阻尼需求信号输送至处理器，本实施例中的处理器为装设于人机交互设备中的主板中央处理器，主板中央处理器接收阻尼需求信号，根据系统预设的阻尼与磁阻器输入电压值之间的换算模型，将阻尼需求信号转换为磁阻器输入电压值输出至磁阻器电压控制模块。磁阻器电压控制模块根据主板中央处理器传输来的磁阻器输入电压值调整磁阻器的输入电压，磁阻器的输入电压变化导致磁阻器的阻尼发生改变，阻力通过阻力放大系统放大阻力，由于转动阻力的变化用户的跑步速度发生改变，实现了通过手动输入阻尼调整跑步速度的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种可调速无动力跑步机，其特征在于，所述跑步机包括跑步机本体和阻力系统，所述跑步机本体包括跑台、人机交互设备和把手，所述把手通过立柱与跑台相连接，所述人机交互设备设于把手上，所述阻力系统包括电磁阻尼器和阻力放大系统，所述电磁阻尼器通过滚动轴固定安装于跑台中，所述阻力放大传动系统包括大同步轮、小同步轮和同步带，所述小同步轮与电磁阻尼器同轴，并通过同步带与大同步轮相连。

2.根据权利要求1所述的一种可调速无动力跑步机，其特征在于，所述跑台包括履带踏板、前滚轮、后滚轮和弧形轨道支架，所述履带踏板依次排列环弧形轨道支架一周与前滚轮和后滚轮共同形成转动带系统。

3.根据权利要求2所述的一种可调速无动力跑步机，其特征在于，所述电磁阻尼器包括阻尼盘、线圈绕组和阻尼器外壳。

4.根据权利要求3所述的一种可调速无动力跑步机，其特征在于，所述电磁阻尼器的阻尼盘通过滚动轴与前滚轮或后滚轮相连。

5.根据权利要求4所述的一种可调速无动力跑步机，其特征在于，所述小同步轮设在阻尼器外壳上并与阻尼盘同轴。

6.根据权利要求1所述的一种可调速无动力跑步机，其特征在于，所述小同步轮和大同步轮的半径比为1：2～1：5。

7.一种速度控制系统，其特征在于，所述系统包括指令接收模块、处理器、磁阻器电压控制模块，其中：

所述指令接收模块用于获取阻尼需求信号，并将阻尼需求信号输送至处理器；

所述处理器用于接收阻尼需求信号，并将阻尼需求信号转换为磁阻器输入电压值输出至磁阻器电压控制模块；

所述磁阻器电压控制模块用于根据处理器输出的磁阻器输入电压值调整磁阻器的输入电压，从而改变磁阻器的阻尼。