CN109701215A - 一种功率车功率调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率车功率调节机构，包括由多个永磁体嵌在弧形钢板上的磁圈，以及设置在磁圈一侧并与其保持一定间隙的飞轮，所述磁圈上安装有用于传导力的力传感器，所述力传感器的另一端设置有底座，所述底座内设置有用于读取电位器和力传感器信号、用于控制减速电机转速以及用于接收并处理功率车踏频信号和心率信号的嵌入式电控装置。该种功率车功率调节机构实现在测量人体实时功率输出的基础上，可以动态调节人体骑行过程中的输出功率，使之功率输出稳定在一定范围内，本发明与传统常用的摩擦式功率调节机构相比，没有器材损耗、调节精度高，供测试者在恒功率模式下进行测试、锻炼，可作为评价测试者有氧运动能力、科学健身的有效工具。

Description

一种功率车功率调节机构

技术领域

本发明涉及功率车技术领域，具体为一种功率车功率调节机构。

背景技术

功率车是一种常用的运动健身器材，比传统的可调阻力动感单车相比，增加了能够对人体输出功率进行测试的功能，可用于运动测试评估、康复训练等场合。功率调节机构是功率车测功的核心部件，可产生并调节运动过程中的运动负荷大小。按阻力调节方式的不同，可分为摩擦阻尼式、磁控式及自发电式等。其中，摩擦阻尼式成本最为低廉，但是调节精度低，且摩擦部件易损耗。而自发电式连续调节能力强、调节精度高、调节方式灵活，被许多高档功率车采用，但是其构造复杂，成本较高。磁控式在动感单车领域采用较多，但是很少有能够测出实时功率的，而且当前市面上的功率车一般不具备智能化恒功率调节的功能，因此需要被测者踩踏时维持在较为恒定的功率范围内，这是对于一般用户而言比较困难，最终也会影响到测试结果的准确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率车功率调节机构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种功率车功率调节机构，包括由多个永磁体嵌在弧形钢板上的磁圈，以及设置在磁圈一侧并与其保持一定间隙的飞轮，所述磁圈上安装有用于传导力的力传感器，且力传感器的传导方向指向飞轮的旋转中心，所述力传感器的另一端设置有底座，所述底座上设置有用于力传感器沿其力传导方向运动的减速电机，所述底座上设置有用于监测磁圈与飞轮间隙距离的电位器，所述底座内设置有用于读取电位器和力传感器信号、用于控制减速电机转速以及用于接收并处理功率车踏频信号和心率信号的嵌入式电控装置。

所述磁圈上设置有用于固定连接力传感器的过渡块。

所述减速电机安装在底座的一侧，且在减速电机的输出端设置为螺纹杆结构，所述力传感器的末端固定连接有滑块，所述滑块上开设有用于与减速电机上的螺纹杆组成螺纹副的螺纹孔，所述底座内设置有用于滑块滑动的滑槽。

所述底座的表面固定连接有两个对称设置的滑板压块，且在两个对称设置的滑板压块之间留有用于滑块滑动的间隙，所述电位器固定连接在滑板压块上，所述滑块上设置有L形的连杆，所述电位器内安装有用于固定连杆的推杆。

所述滑板压块的末端固定连接有挡板，所述挡板的中间部位螺纹连接有用于阻挡滑块滑动位置的限位螺钉。

由上述技术方案可知，该种功率车功率调节机构实现在测量人体实时功率输出的基础上，可以动态调节人体骑行过程中的输出功率，通过嵌入式电控装置可实现恒功率调控功能，自动适应人体的骑行速度，使之功率输出稳定在一定范围内。同时，本发明借助功率车上获取到的速度与心率信息，可进行多种运动能力测试(如心肺耐力)；本发明与传统常用的摩擦式功率调节机构相比，没有器材损耗、调节精度高，同时成本远低于自发电式功率调节机构，同时利用反馈阻力调节可实现人体恒定功率输出，供测试者在恒功率模式下进行测试、锻炼，可作为评价测试者有氧运动能力、科学健身的有效工具。

附图说明

图1为本发明阻力调节机构结构示意图；

图2为本发明恒功率调节的逻辑流程图。

图中：1飞轮、2减速电机、3底座、4连杆、5电位器、6限位螺钉、7挡板、8滑板压块、9滑块、10力传感器、11过渡块、12磁圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-2所示的一种功率车功率调节机构，包括由多个永磁体嵌在弧形钢板上的磁圈12，以及设置在磁圈12一侧并与其保持一定间隙的飞轮1，所述磁圈12上安装有用于传导力的力传感器10，且力传感器10的传导方向指向飞轮1的旋转中心，所述飞轮1为健身器材中常用的磁控轮，被作用于磁圈12的磁性控制，同时飞轮1的外部主体构件采用铸铁材料，并在铸铁表面包覆一层铝，所述力传感器10的另一端设置有底座3，所述底座3上设置有用于力传感器10沿其力传导方向运动的减速电机2，所述底座3上设置有用于监测磁圈12与飞轮1间隙距离的电位器5，所述底座3内设置有用于读取电位器5和力传感器10信号、用于控制减速电机2转速以及用于接收并处理功率车踏频信号和心率信号的嵌入式电控装置。

进一步的，所述磁圈12上设置有用于固定连接力传感器10的过渡块11。

进一步的，所述减速电机2安装在底座3的一侧，且在减速电机2的输出端设置为螺纹杆结构，所述力传感器10的末端固定连接有滑块9，所述滑块9上开设有用于与减速电机2上的螺纹杆组成螺纹副的螺纹孔，所述底座3内设置有用于滑块9滑动的滑槽。

进一步的，所述底座3的表面固定连接有两个对称设置的滑板压块8，且在两个对称设置的滑板压块8之间留有用于滑块9滑动的间隙，所述电位器5固定连接在滑板压块8上，所述滑块9上设置有L形的连杆4，所述电位器5内安装有用于固定连杆4的推杆。

进一步的，所述滑板压块8的末端固定连接有挡板7，所述挡板7的中间部位螺纹连接有用于阻挡滑块9滑动位置的限位螺钉6。

该种功率车调节机构上设置有的减速电机2通过螺纹杆结构带动滑块9沿着底座3内部所设置的滑槽移动，在移动过程中与滑块9固定连接的力传感器10会带动磁圈12运动，并实现磁圈12与飞轮1之间的间隙调整，同时设置在滑块9上的L形连杆4在移动过程中会带动电位器5上设置的推杆移动，在滑板压块8的末端设置的限位螺钉6通过旋转调节可实现其螺纹端与滑块9末端的位置调整，起到调整滑块9滑动位置关系作用，从而达到限定飞轮1和磁圈12间隙距离的作用。

该种功率车调节机构设置有的嵌入式电控装置，一般功率车上会配备踏频检测器，踏频检测器包括霍尔传感器以及镶嵌在飞轮1上的永磁铁，如图2所示的嵌入式MCU为嵌入式电控装置，嵌入式MCU通过有线连接霍尔传感器、力传感器10、电位器5、减速电机2，用于监测各个传感器的参数并根据磁圈12位置反馈给减速电机2，通过嵌入式MCU可以检测减速电机运动过程的电流大小，通过电流形成电流反馈系统，间接的判定和预测磁圈12与飞轮1之间的距离，通过电位器5和减速电机2形成双闭环控制系统，从而更加准确的实现定位，主要用于过流保护，防止机构越程导致装置损坏。

本发明所进行的功率计算是飞轮1克服阻力做功的功率。

飞轮1克服阻力做功的功率为

F：飞轮1所受到的切向阻力(N)，大小等于磁圈12所受到的反作用力，该反作用力由力传感器直接测得。

v：飞轮的边缘线速度(m/s)。

d：飞轮的直径(mm)。

n：飞轮转速(r/min)。

该种功率调节机构可分为两种使用模式：

在自由训练模式下，使用前通过终端控制嵌入式电控装置，并调整飞轮1与磁圈12的间隙，通过不同的间隙大小可实现不同档位的阻力训练。

在恒功率模式下，通过踏频检测模块实时监控骑行速度并计算实时功率，在功率变化时，嵌入式MCU通过监测实时功率与目标功率误差值自动控制并调节阻力，从而间接的实现对功率控制，使功率输出稳定在一定范围内。控制逻辑见图2,其中功率-电位信号曲线是在安装前对阻力装置标定所得，是由多个数据点拟合成为的多项式样条曲线。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种功率车功率调节机构，包括由多个永磁体嵌在弧形钢板上的磁圈(12)，以及设置在磁圈(12)一侧并与其保持一定间隙的飞轮(1)，其特征在于：所述磁圈(12)上安装有用于传导力的力传感器(10)，且力传感器(10)的传导方向指向飞轮(1)的旋转中心，所述力传感器(10)的另一端设置有底座(3)，所述底座(3)上设置有用于力传感器(10)沿其力传导方向运动的减速电机(2)，所述底座(3)上设置有用于监测磁圈(12)与飞轮(1)间隙距离的电位器(5)，所述底座(3)内设置有用于读取电位器(5)和力传感器(10)信号、用于控制减速电机(2)转速以及用于接收并处理功率车踏频信号和心率信号的嵌入式电控装置。

2.根据权利要求1所述的一种功率车功率调节机构，其特征在于：所述磁圈(12)上设置有用于固定连接力传感器(10)的过渡块(11)。

3.根据权利要求1所述的一种功率车功率调节机构，其特征在于：所述减速电机(2)安装在底座(3)的一侧，且在减速电机(2)的输出端设置为螺纹杆结构，所述力传感器(10)的末端固定连接有滑块(9)，所述滑块(9)上开设有用于与减速电机(2)上的螺纹杆组成螺纹副的螺纹孔，所述底座(3)内设置有用于滑块(9)滑动的滑槽。

4.根据权利要求3所述的一种功率车功率调节机构，其特征在于：所述底座(3)的表面固定连接有两个对称设置的滑板压块(8)，且在两个对称设置的滑板压块(8)之间留有用于滑块(9)滑动的间隙，所述电位器(5)固定连接在滑板压块(8)上，所述滑块(9)上设置有L形的连杆(4)，所述电位器(5)内安装有用于固定连杆(4)的推杆。

5.根据权利要求1所述的一种功率车功率调节机构，其特征在于：所述滑板压块(8)的末端固定连接有挡板(7)，所述挡板(7)的中间部位螺纹连接有用于阻挡滑块(9)滑动位置的限位螺钉(6)。