CN113300531A - 一种运动器材协同阻尼器及其工作方法 - Google Patents

一种运动器材协同阻尼器及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种运动器材协同阻尼器，其包括机架、阻尼电机、飞轮组件、电磁铁组件及控制器；飞轮组件包括机轴和金属件；电磁铁组件位于金属件的一侧；控制器用于控制通过阻尼电机和电磁铁组件的电流大小。还公开了一种运动器材协同阻尼器的工作方法，步骤如下：S1、获取用户作用于飞轮组件上的踏频数据和用户所需扭矩值；S2、将获取的踏频数据和用户所需扭矩值与踏频‑扭矩阈值进行比对，根据比对结果控制产生的阻力大小；S3、连续获取下一个预设时间内的踏频数据和用户所需扭矩值并进行比对，为飞轮组件提供准确的阻力。本发明低转速时可通过电磁铁组件补充阻尼电机产生阻力的不足，而主要以电机提供阻力，从而提供更高的阻力精度，也更省电。

Description

一种运动器材协同阻尼器及其工作方法
技术领域
本发明涉及运动器材技术领域，一种运动器材协同阻尼器及其工作方法。
背景技术
运动器材(如健身器、训练器)在工作时，需要通过阻尼器来提供力量载荷，目前常用的阻尼器一般包括机械阻尼式、电磁阻尼式、电机阻尼式等几种。
对于机械阻尼式，其一般通过与运动件之间的摩擦来产生阻力，这种方式产生的阻力大小不可控，在很多较高端的运动器材中逐渐被淘汰。
对于电磁阻尼式，如授权公告号为CN207843201U的专利文献所公开的电磁阻力装置，其利用磁感应原理，将转动的运动件置于磁场中，运动件切割磁场产生涡流，涡流与磁场作用产生安培力，从而产生阻力，这种方式虽然在很大程度上提高了所产生阻力大小的精度，但涡流的产生受材质影响较大，所以产生阻力精度还是不够高，且由于要外加电流来产生阻力，耗电量更大。
而对于电机阻尼式，如公开号为CN109011332A的专利文献所公开的阻尼电机，其通过电机提供负载扭矩，使线圈旋转切割磁力线产生电流，产生安培力，从而产生阻力，这种结构的阻尼器产生的阻力精度足够、耗电量也更小，但是当线圈的转速较低时，线圈切割磁力线而产生的阻力也比较小，使得运动器材无法满足在低转速时达到理想的使用效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运动器材协同阻尼器及其工作方法，其既可以保证产生阻力的精度、降低耗电，又能保证运动器材在低转速时的使用效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种运动器材协同阻尼器，包括机架、阻尼电机、飞轮组件、电磁铁组件及控制器；
所述飞轮组件包括机轴和金属件，所述机轴安装于所述机架上，所述阻尼电机设于所述机轴上，所述金属件固设于所述阻尼电机的转子上；
所述电磁铁组件设置于所述机架上，并位于所述金属件的一侧；
所述控制器用于分别控制通过所述阻尼电机和电磁铁组件的电流大小，以实现对所述金属件阻力大小的控制。
进一步地，还包括功率电阻，所述阻尼电机通过所述控制器与功率电阻相连。
进一步地，还包括传动轮，所述传动轮安装于所述阻尼电机的转子上。
进一步地，所述机架包括第一支架和第二支架，所述机轴安装于所述第一支架和第二支架上，所述金属件位于所述第一支架和第二支架之间，所述电磁铁组件与金属件的旋转面相平行。
进一步地，所述电磁铁组件包括电磁铁线圈和若干个硅钢片，所述电磁铁线圈中层叠设置有所述硅钢片，所述硅钢片固设于所述第一支架和第二支架之间。
进一步地，所述电磁铁组件还包括螺栓、螺母及套管，所述螺栓的一端依次穿过所述第一支架、硅钢片及第二支架后由所述螺母锁紧，所述第一支架与硅钢片之间、所述硅钢片与第二支架之间分别设置有所述套管，所述套管套设于所述螺栓上。
一种运动器材协同阻尼器的工作方法，包括上述的协同阻尼器，具体工作步骤如下：
S1、获取一段预设时间内用户作用于所述飞轮组件上的踏频数据和用户所需扭矩值；
S2、将获取的踏频数据和用户所需扭矩值与所述阻尼电机的踏频-扭矩阈值进行比对，所述控制器根据比对结果控制所述阻尼电机和电磁铁组件产生对所述飞轮组件的阻力大小；
S3、连续获取下一个预设时间内的踏频数据和用户所需扭矩值，并与所述阻尼电机的踏频-扭矩阈值进行比对，以使所述控制器控制所述阻尼电机和电磁铁组件为所述飞轮组件提供准确的阻力。
进一步地，在步骤S2和S3中，在获取的踏频数据的均值下，若获取的用户所需扭矩值大于踏频-扭矩阈值，则所述控制器控制所述阻尼电机和电磁铁组件共同产生阻力作用于所述飞轮组件上；在获取的踏频数据的均值下，若获取的用户所需扭矩值小于踏频-扭矩阈值，则所述控制器控制所述阻尼电机产生阻力作用于所述飞轮组件上，所述电磁铁组件停止工作。
进一步地，在步骤S2中，所述控制器通过控制所述阻尼电机和电磁铁组件工作电流的大小来控制产生不同大小的阻力，所述踏频-扭矩阈值是指在某一踏频下，所述阻尼电机所能产生最大阻力的扭矩值。
采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
本发明将阻尼电机和电磁铁组件集成为一个阻尼器，通过电磁铁组件配合阻尼电机工作，低转速时可以通过电磁铁组件补充阻尼电机产生阻力的不足，而主要以阻尼电机提供阻力，从而提供更高的阻力精度，也更省电，解决了阻尼电机低转速提供阻力不足和电磁铁组件提供阻力精度不高、更耗电的问题。
附图说明
图1为实施例一的立体示意图；
图2为实施例一中部分结构示意图；
图3为实施例一中图2的分解示意图；
图4为实施例一中电磁铁组件的安装示意图；
图5为实施例一中图4的分解示意图；
图6为实施例二的流程示意图。
附图标记说明：
机架100、第一支架110、第二支架120；
阻尼电机200；
飞轮组件300、机轴310、金属件320；
电磁铁组件400、电磁铁线圈410、硅钢片420、螺栓430、螺母440、套管450；
控制器500；
功率电阻600；
传动轮700。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明中需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示本发明的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例一
参考图1所示，本实施例公开了一种运动器材协同阻尼器，包括机架100、阻尼电机200、飞轮组件300、电磁铁组件400、控制器500、功率电阻600及传动轮700。
配合图1至图3所示，飞轮组件300包括机轴310和金属件320，机轴310安装于机架100上，阻尼电机200设于机轴310上，金属件320固设于阻尼电机200的转子上。阻尼电机200通过控制器500与功率电阻600相连，通过磁场定向控制FOC控制方式，精确控制阻尼电机200相电流，实现阻尼电机200产生阻力大小的精确控制。传动轮700安装于阻尼电机200的转子上，通过传动轮700使机轴310可以与外部机构进行传动连接。
机架100包括第一支架110和第二支架120，机轴310安装于第一支架110和第二支架120上，金属件320位于第一支架110和第二支架120之间，电磁铁组件400与金属件320的旋转面相平行，以使金属件320位于电磁铁组件400的磁场中，金属件320切割磁场产生涡流，涡流与磁场作用产生安培力，从而产生对金属件320阻力。
控制器500用于分别控制通过阻尼电机200和电磁铁组件400的电流大小，以实现对金属件320阻力大小的控制。
配合图2、图4及图5所示，电磁铁组件400设置于机架100上，并位于金属件320的一侧。在本实施例中，电磁铁组件400包括电磁铁线圈410和若干个硅钢片420，电磁铁线圈410中层叠设置有硅钢片420，硅钢片420固设于第一支架110和第二支架120之间，在本实施例中，硅钢片420的数量可以根据使用需要增减。电磁铁组件400还包括螺栓430、螺母440及套管450，螺栓430的一端依次穿过第一支架110、硅钢片420及第二支架120后由螺母440锁紧，第一支架110与硅钢片420之间、硅钢片420与第二支架120之间分别设置有套管450，套管450套设于螺栓430上，螺栓430锁紧时，套管450将第一支架110和第二支架120之间的各硅钢片420夹紧。
本发明的工作过程如下：
电磁铁组件400提供的最大阻力大小和外加电流与踏频有关，而阻尼电机200提供的最大阻力只与踏频有关，在踏频低时，飞轮组件300的转速也低。所以，在低踏频状态下，阻尼电机200工作时产生的最大阻力不足，需要通过控制器500控制电磁铁组件400增加电流到合适量来产生额外的阻力，以补充阻尼电机200产生阻力的不足，从而给飞轮组件300以精准旋转合阻力，并通过传动机构给用户运动提供足够的力量载荷，保证飞轮组件300在低转速时的使用效果。
踏频提高后，飞轮组件300以正常转速工作，此时阻尼电机200能够提供足够阻力，控制器500控制电磁铁组件400停止工作，这样不仅可以使阻尼电机200提供更高的阻力精度，也更省电。因此，由控制器500控制阻尼电机200和电磁铁组件400工作电流的大小，即可以实现对金属件320阻力大小的控制。
实施例二
配合图1和图6所示，本实施例还公开了一种运动器材协同阻尼器的工作方法，包括上述的协同阻尼器，具体工作步骤如下：
S1、获取一段预设时间内用户作用于飞轮组件300上的踏频数据和用户所需扭矩值，在本实施例中，用户所需扭矩值既可以通过用户根据自身需要输入相应的扭矩数值，也可以根据用户情况自动匹配扭矩数值。
S2、将获取的踏频数据和用户所需扭矩值与阻尼电机200的踏频-扭矩阈值进行比对，控制器500根据比对结果控制阻尼电机200和电磁铁组件400产生对飞轮组件300的阻力大小，在本实施例中，控制器500通过控制阻尼电机200和电磁铁组件400工作电流的大小来控制产生不同大小的阻力，踏频-扭矩阈值是指在某一踏频下，阻尼电机200所能产生最大阻力的扭矩值。
S3、连续获取下一个预设时间内的踏频数据和用户所需扭矩值，并与阻尼电机200的踏频-扭矩阈值进行比对，以使控制器500控制阻尼电机200和电磁铁组件400为飞轮组件300提供准确的阻力。
在步骤S2和S3中，在获取的踏频数据的均值下，若获取的用户所需扭矩值大于踏频-扭矩阈值，则控制器500控制阻尼电机200和电磁铁组件400共同产生阻力作用于飞轮组件300上；在获取的踏频数据的均值下，若获取的扭矩值小于踏频-扭矩阈值，则控制器500控制阻尼电机200产生阻力作用于飞轮组件300上，电磁铁组件400停止工作。
在本实施例中，除了可以获取用户作用于飞轮组件300上的踏频数据和用户所需扭矩值外，也可以获取用户作用于飞轮组件300上的踏频数据和阻尼电机200的功率值，通过将获取的踏频数据和功率值与阻尼电机200的踏频-功率阈值进行比对，以使控制器500根据比对结果控制阻尼电机200和电磁铁组件400产生对飞轮组件300的阻力大小，踏频-功率阈值是指在某一踏频下，阻尼电机200所能产生最大阻力的功率值。
此外，也可以获取用户作用于飞轮组件300上的实时扭矩值数据和用户所需扭矩值，通过将获取的实时扭矩值数据和用户所需扭矩值与阻尼电机200的实时扭矩-所需扭矩阈值进行比对，以使控制器500根据比对结果控制阻尼电机200和电磁铁组件400产生对飞轮组件300的阻力大小，实时扭矩-所需扭矩阈值是指在某一实时扭矩下，阻尼电机200所能产生最大阻力的扭矩值。
当获取的用户所需扭矩值大于踏频-扭矩阈值时，阻尼电机200提供的阻力不足，为了解决这个问题，可以通过加大电磁铁组件400的外加电流，使得电磁铁组件400提供阻力弥补阻尼电机阻力不足。当踏频提高后，获取的扭矩值小于踏频-扭矩阈值，阻尼电机200可以单独提供足够阻力，电磁铁组件400的外加电流降到零，从而可以省电。
例如：用户在50RPM(每分钟转数)踏频时想得到30N*m的阻力矩，金属件320需要提供6N*m的阻力矩。而如果此阻力矩单单由阻尼电机200(其绕组50匝，27槽，内阻3欧，截面积0.0045平方米，永磁铁磁条0.5T)提供，其在踏频50RPM时最多只能提供2N*m的阻力矩，还差4N*m，无法满足。此时，阻尼电机200用PWM控制打开0.75占空比，使其提供的阻力矩为1.5N*m，再控制电磁铁组件400的工作电流为0.934A，使其给金属件320提供4.5N*m阻力矩，于是，阻尼电机200与电磁铁组件400阻力矩合力为6N*m，完全符合用户在低转速时的使用需求。
此外，如果用户的实力很强，高踏频使用时，阻尼电机200提供的阻力还是不足，则可以使电磁铁组件400工作，以补充阻力，使阻尼电机200和电磁铁组件400共同产生阻力作用于飞轮组件300上，这样就可以保证高爆发的用户可以得到充足的阻力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种运动器材协同阻尼器，其特征在于，包括机架、阻尼电机、飞轮组件、电磁铁组件及控制器；
所述飞轮组件包括机轴和金属件，所述机轴安装于所述机架上，所述阻尼电机设于所述机轴上，所述金属件固设于所述阻尼电机的转子上；
所述电磁铁组件设置于所述机架上，并位于所述金属件的一侧；
所述控制器用于分别控制通过所述阻尼电机和电磁铁组件的电流大小，以实现对所述金属件阻力大小的控制。
2.如权利要求1所述的一种运动器材协同阻尼器，其特征在于，还包括功率电阻，所述阻尼电机通过所述控制器与功率电阻相连。
3.如权利要求1所述的一种运动器材协同阻尼器，其特征在于，还包括传动轮，所述传动轮安装于所述阻尼电机的转子上。
4.如权利要求1所述的一种运动器材协同阻尼器，其特征在于，所述机架包括第一支架和第二支架，所述机轴安装于所述第一支架和第二支架上，所述金属件位于所述第一支架和第二支架之间，所述电磁铁组件与金属件的旋转面相平行。
5.如权利要求4所述的一种运动器材协同阻尼器，其特征在于，所述电磁铁组件包括电磁铁线圈和若干个硅钢片，所述电磁铁线圈中层叠设置有所述硅钢片，所述硅钢片固设于所述第一支架和第二支架之间。
6.如权利要求5所述的一种运动器材协同阻尼器，其特征在于，所述电磁铁组件还包括螺栓、螺母及套管，所述螺栓的一端依次穿过所述第一支架、硅钢片及第二支架后由所述螺母锁紧，所述第一支架与硅钢片之间、所述硅钢片与第二支架之间分别设置有所述套管，所述套管套设于所述螺栓上。
7.一种运动器材协同阻尼器的工作方法，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的协同阻尼器，具体工作步骤如下：
S1、获取一段预设时间内用户作用于所述飞轮组件上的踏频数据和用户所需扭矩值；
S2、将获取的踏频数据和用户所需扭矩值与所述阻尼电机的踏频-扭矩阈值进行比对，所述控制器根据比对结果控制所述阻尼电机和电磁铁组件产生对所述飞轮组件的阻力大小；
S3、连续获取下一个预设时间内的踏频数据和用户所需扭矩值，并与所述阻尼电机的踏频-扭矩阈值进行比对，以使所述控制器控制所述阻尼电机和电磁铁组件为所述飞轮组件提供准确的阻力。
8.如权利要求7所述的一种运动器材协同阻尼器的工作方法，其特征在于，在步骤S2和S3中，在获取的踏频数据的均值下，若获取的用户所需扭矩值大于踏频-扭矩阈值，则所述控制器控制所述阻尼电机和电磁铁组件共同产生阻力作用于所述飞轮组件上；在获取的踏频数据的均值下，若获取的用户所需扭矩值小于踏频-扭矩阈值，则所述控制器控制所述阻尼电机产生阻力作用于所述飞轮组件上，所述电磁铁组件停止工作。
9.如权利要求7所述的一种运动器材协同阻尼器的工作方法，其特征在于，在步骤S2中，所述控制器通过控制所述阻尼电机和电磁铁组件工作电流的大小来控制产生不同大小的阻力，所述踏频-扭矩阈值是指在某一踏频下，所述阻尼电机所能产生最大阻力的扭矩值。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115079739A (zh) * 2022-07-07 2022-09-20 厦门脉合信息科技有限公司 磁控模组及其输出精确扭矩及功率的控制方法

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CN115079739A (zh) * 2022-07-07 2022-09-20 厦门脉合信息科技有限公司 磁控模组及其输出精确扭矩及功率的控制方法

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