CN114272559B - 一种智能骑行设备及其功率计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能骑行设备技术领域，本发明中提供了一种智能骑行设备的功率计算方法，不需要在骑行台上额外增加扭矩传感器等多种测量设备即可实现对骑行台功率的精准调节，通过控制磁力加阻装置中永磁体与骑行台惯性轮之间的相对位置即位移量发生改变，改变了磁体与惯性轮上铝片之间的相对感应面积以及磁感应通量，相应的对惯性轮扭矩产生影响，从而实现对功率的线性调节，并给出了相应具体步骤，输出功率数据更加稳定可靠，提高了功率输出的准确性。同时还提供了一种智能骑行设备，通过设置步进电机控制丝杠转动，即相应控制永磁体的位移量，通过设置丝杠螺距的具体数值，可以对位移量进行精确的线性调节，确保功率输出的稳定性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及智能骑行设备技术领域，具体涉及一种智能骑行设备及其功率计算方法。
背景技术
目前在专业的骑行训练领域，运动员的输出功率是评价训练效果的一项重要的指标。在训练器材中，功率的计算需要准确的速度与扭矩的数据，因此需要安装多种检测装置，如扭矩传感器、功率计等，但成本较高，需要后期维护校准，并且在使用过程中通常存在测量不准确，使用寿命低等问题，无法对功率进行准确的输出，更无法对功率实现线性调节与控制。现有技术中大部分骑行训练器材中，都无法精准的测量输出功率以及相应的变化；少部分产品中可以对功率进行调节，但是通常只是手动调节多档位开关，无法做到功率的线性变化调节，导致测量得到的功率误差较大，用户体验较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能骑行设备及其功率计算方法，以解决上述背景技术中存在的现有技术问题。
为解决上述的技术问题，本发明提供的技术方案为：
一方面，本发明中提供了一种智能骑行设备的功率计算方法，包括以下步骤：
步骤一，功率的影响因素：根据功率的计算公式为P＝T*N/9550，其中P为功率、T为扭矩、N为转速，功率的主要影响因素为扭矩以及转速；
步骤二，扭矩的影响因素：步骤一中扭矩的影响因素来源于骑行台惯性轮上洛伦兹力施加的阻力，其计算公式为F＝Q(E+V1*B)，其中V1为线速度、B为磁感应强度、Q为电荷量；扭矩的主要影响因素为线速度、磁感应强度以及电荷量；
步骤三，阻力线性调节：根据电磁加阻原理，通过调节磁体与惯性轮圆心之间的距离即位移量，控制磁体与惯性轮的铝环之间的相对感应面积和磁感应通量的变化，从而改变扭矩值大小；
步骤四，功率计算：由于反作用力中电荷量Q难以控制与检测，则通过功率测试台对骑行台进行整体功率测试，速度传感器对线速度进行实时监测，即可反推得到永磁体的位移量与扭矩变化之间的关系；
在同转速条件下，在扭矩均值最大位置处，控制磁体位移量的线性调节，通过与功率测试台上得到的功率数据的变化，得到功率的控制公式为位移量L1对应的扭矩值*惯性轮转速N＝扭矩*测试机转速＝功率P。
在上述技术方案基础上，所述步骤二中线速度V1的计算公式为V1＝2πr1n，其中n为转速，可通过速度传感器直接监测得到；r1为磁体至惯性轮圆心之间的距离，作为变量控制线速度的线性调节。
在上述技术方案基础上，所述步骤三包括：
S1，位移原点校准：磁体在位移机构的带动下滑动，磁体上设置的原点限位开关被光电限位传感器检测到时，定义为位移原点；
S2，位移量线性调节：位移机构带动磁体滑动，通过光电限位传感器对磁体位置进行检测，滑动位置与S1中位移原点之间的距离定义为位移量L1。
在上述技术方案基础上，所述步骤四中的扭矩均值最大位置为永磁体与惯性轮磁通量面积最大、线速度最大的位置。
另一方面，本发明中还提供了一种智能骑行设备，包括骑行台主梁、惯性轮、永磁体以及位移机构，所述惯性轮转动连接在骑行台主梁的一侧，所述永磁体与惯性轮之间设置有间隙，所述位移机构设置在骑行台主梁靠近惯性轮的一侧，所述永磁体通过位移机构与骑行台主梁滑动连接。
在上述技术方案基础上，所述位移机构包括步进电机、丝杠、滑动块以及限位装置，所述步进电机固定设置在骑行台主梁上的一侧，所述丝杠通过步进电机驱动转动，所述滑动块套设在丝杠上且与丝杠滑动连接，所述永磁体固定设置在滑动块上，所述限位装置用于监测永磁体的位移量。
在上述技术方案基础上，所述限位装置包括光电限位传感器以及原点限位开关，所述光电限位传感器固定设置在骑行台主梁的一侧，所述原点限位开关固定设置在滑动块的一侧，所述原点限位开关与光电限位传感器对应设置且电信号连接。
在上述技术方案基础上，所述永磁体与滑动块之间固定设置有磁铁垫板。
在上述技术方案基础上，所述步进电机选用四相步进电机，所述丝杠螺距设置为1mm。
本发明提供的技术方案产生的有益效果在于：
本发明中提供了一种智能骑行设备的功率计算方法，不需要在骑行台上额外增加扭矩传感器等多种测量设备即可实现对骑行台功率的精准调节，通过控制磁力加阻装置中永磁体与骑行台惯性轮之间的相对位置即位移量发生改变，改变了磁体与惯性轮上铝片之间的相对感应面积以及磁感应通量，相应的对惯性轮扭矩产生影响，从而实现对功率的线性调节，并给出了相应具体步骤，输出功率数据更加稳定可靠，提高了功率输出的准确性。同时还提供了一种上述功率计算方法适用的智能骑行设备，通过设置步进电机控制丝杠转动，即相应控制永磁体的位移量，通过设置丝杠螺距的具体数值，可以对位移量进行精确的线性调节，确保功率输出的稳定性和准确性。
附图说明
图1是本发明中位移差值与扭矩均值的曲线图；
图2是本发明智能骑行台的功率控制装置的结构示意图；
图3是本发明中位移机构的爆炸视图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一方面，本发明中提供了一种智能骑行设备的功率计算方法，包括以下步骤：
步骤一，功率的影响因素：根据功率的计算公式为P＝T*N/9550，其中P为功率、T为扭矩、N为转速，功率的主要影响因素为扭矩以及转速；
步骤二，扭矩的影响因素：步骤一中扭矩的影响因素来源于骑行台惯性轮上洛伦兹力施加的阻力，其计算公式为F＝Q(E+V1*B)，其中V1为线速度、B为磁感应强度、Q为电荷量；扭矩的主要影响因素为线速度、磁感应强度以及电荷量；其中具体地，线速度V1的计算公式为V1＝2πr1n，其中n为转速，可通过速度传感器直接监测得到；r1为磁体至惯性轮圆心之间的距离，作为变量控制线速度的线性调节。
步骤三，阻力线性调节：根据电磁加阻原理，通过调节磁体与惯性轮圆心之间的距离即位移量，控制磁体与惯性轮的铝环之间的相对感应面积和磁感应通量的变化，从而改变扭矩值大小；
具体地，所述步骤三包括：
S1，位移原点校准：磁体在位移机构的带动下滑动，磁体上设置的原点限位开关被光电限位传感器检测到时，定义为位移原点；
S2，位移量线性调节：位移机构带动磁体滑动，通过光电限位传感器对磁体位置进行检测，滑动位置与S1中位移原点之间的距离定义为位移量L1。
步骤四，功率计算：由于反作用力中电荷量Q难以控制与检测，则通过功率测试台对骑行台进行整体功率测试，速度传感器对线速度进行实时监测，即可反推得到永磁体的位移量与扭矩变化之间的关系；
如图1所示，在同转速条件下，在扭矩均值最大位置处，控制永磁体位移量的线性调节，步进电机控制对应位移量变化，步进电机选用四相，丝杠螺距选择1mm即控制最小位移量为0.25mm，通过与功率测试台上得到的功率数据的变化，得到功率的控制公式为位移量L1对应的扭矩值*惯性轮转速N＝扭矩*测试机转速＝功率P。其中扭矩均值最大位置为永磁体与惯性轮磁通量面积最大、线速度最大的位置，具体的，通过功率测试台，可以测试得到同转速条件下最大扭矩数值。
本发明中提供了一种智能骑行设备的功率计算方法，不需要在骑行台上额外增加扭矩传感器等多种测量设备即可实现对骑行台功率的精准调节，通过控制磁力加阻装置中永磁体与骑行台惯性轮之间的相对位置即位移量发生改变，改变了磁体与惯性轮上铝片之间的相对感应面积以及磁感应通量，相应的对惯性轮扭矩产生影响，从而实现对功率的线性调节，并给出了相应具体步骤，输出功率数据更加稳定可靠，提高了功率输出的准确性。
另一方面，如图2和图3所示，本发明中还提供了一种智能骑行设备，包括骑行台主梁1、惯性轮2、永磁体3以及位移机构4，所述惯性轮2转动连接在骑行台主梁1的一侧，所述永磁体3与惯性轮2之间设置有间隙，所述位移机构4设置在骑行台主梁1靠近惯性轮2的一侧，所述永磁体3通过位移机构4与骑行台主梁1滑动连接。
在上述技术方案基础上，所述位移机构4包括步进电机41、丝杠42、滑动块43以及限位装置，所述步进电机41固定设置在骑行台主梁1上的一侧，所述丝杠42通过步进电机41驱动转动，所述滑动块43套设在丝杠42上且与丝杠42滑动连接，所述永磁体3固定设置在滑动块43上，所述限位装置用于监测永磁体3的位移量。
在上述技术方案基础上，所述限位装置包括光电限位传感器44以及原点限位开关45，所述光电限位传感器44固定设置在骑行台主梁1的一侧，所述原点限位开关45固定设置在滑动块43的一侧，所述原点限位开关45与光电限位传感器44对应设置且电信号连接。通过在位移机构4上设置有光电限位传感器44且选用槽型光电限位传感器，对应的在滑动块43的侧壁上设置有原点限位开关45，当滑动块43带动原点限位开关45经过槽型光电限位传感器时设置为原点，然后通过步进电机41的一次脉冲转换成丝杠42上滑动块43的位移，即永磁体6的位移量可进行精准输出，实现对骑行台上惯性轮2的阻力进行精准控制，从而得到骑行台上更精确的功率数据，改善用户体验。
需要说明是，本发明中步进电机41通过滑座46固定安装在骑行台主梁1上，所述丝杠42与滑座46转动连接，相应的，所述光电限位传感器44设置在滑座46的一侧。
在上述技术方案基础上，所述永磁体3与滑动块43之间固定设置有磁铁垫板5。通过在永磁体3的底端设置有磁铁垫板5且磁铁垫板5采用具有高磁导率的金属材料制成，可以增加磁通量，增强永磁体3的感应强度，提高阻力控制的灵敏性，从而实现更加精确的磁力加阻以及骑行功率数据。
在上述技术方案基础上，所述步进电机41选用四相步进电机，所述丝杠42螺距设置为1mm。通过设置丝杠42螺距的具体数值，可以将步进电机41的一次脉冲运转，转换为永磁体3的最小位移量，从而实现对位移量进行精确的线性调节，确保功率输出的稳定性和准确性。
本发明提供了一种上述功率计算方法适用的智能骑行设备，通过设置步进电机控制丝杠转动，即相应控制永磁体的位移量，通过设置丝杠螺距的具体数值，可以对位移量进行精确的线性调节，确保功率输出的稳定性和准确性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，因此应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种智能骑行设备的功率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，功率的影响因素：根据功率的计算公式为P＝T*N/9550，其中P为功率、T为扭矩、N为转速，功率的主要影响因素为扭矩以及转速；
步骤二，扭矩的影响因素：步骤一中扭矩的影响因素来源于骑行台惯性轮上洛伦兹力施加的阻力，其计算公式为F＝Q(E+V1*B)，其中V1为线速度、B为磁感应强度、Q为电荷量；扭矩的主要影响因素为线速度、磁感应强度以及电荷量；
步骤三，阻力线性调节：根据电磁加阻原理，通过调节磁体与惯性轮圆心之间的距离即位移量，控制磁体与惯性轮的铝环之间的相对感应面积和磁感应通量的变化，从而改变扭矩值大小；
步骤四，功率计算：由于反作用力中电荷量Q难以控制与检测，则通过功率测试台对骑行台进行整体功率测试，速度传感器对线速度进行实时监测，即可反推得到永磁体的位移量与扭矩变化之间的关系；
在同转速条件下，在扭矩均值最大位置处，控制磁体位移量的线性调节，通过与功率测试台上得到的功率数据的变化，得到功率的控制公式为位移量L1对应的扭矩值*惯性轮转速N＝扭矩*测试机转速＝功率P。
2.根据权利要求1所述的一种智能骑行设备的功率计算方法，其特征在于，所述步骤二中线速度V1的计算公式为V1＝2πr1n，其中n为转速，可通过速度传感器直接监测得到；r1为磁体至惯性轮圆心之间的距离，作为变量控制线速度的线性调节。
3.根据权利要求2所述的一种智能骑行设备的功率计算方法，其特征在于，所述步骤三包括：
S1，位移原点校准：磁体在位移机构的带动下滑动，磁体上设置的原点限位开关被光电限位传感器检测到时，定义为位移原点；
S2，位移量线性调节：位移机构带动磁体滑动，通过光电限位传感器对磁体位置进行检测，滑动位置与S1中位移原点之间的距离定义为位移量L1。
4.根据权利要求1所述的一种智能骑行设备的功率计算方法，其特征在于，所述步骤四中的扭矩均值最大位置为永磁体与惯性轮磁通量面积最大、线速度最大的位置。
5.一种根据权利要求1至4任一项所述的智能骑行设备功率计算方法用智能骑行设备，其特征在于，包括骑行台主梁(1)、惯性轮(2)、永磁体(3)以及位移机构(4)，所述惯性轮(2)转动连接在骑行台主梁(1)的一侧，所述永磁体(3)与惯性轮(2)之间设置有间隙，所述位移机构(4)设置在骑行台主梁(1)靠近惯性轮(2)的一侧，所述永磁体(3)通过位移机构(4)与骑行台主梁(1)滑动连接。
6.根据权利要求5所述的一种智能骑行设备，其特征在于，所述位移机构(4)包括步进电机(41)、丝杠(42)、滑动块(43)以及限位装置，所述步进电机(41)固定设置在骑行台主梁(1)上的一侧，所述丝杠(42)通过步进电机(41)驱动转动，所述滑动块(43)套设在丝杠(42)上且与丝杠(42)滑动连接，所述永磁体(3)固定设置在滑动块(43)上，所述限位装置用于监测永磁体(3)的位移量。
7.根据权利要求6所述的一种智能骑行设备，其特征在于，所述限位装置包括光电限位传感器(44)以及原点限位开关(45)，所述光电限位传感器(44)固定设置在骑行台主梁(1)的一侧，所述原点限位开关(45)固定设置在滑动块(43)的一侧，所述原点限位开关(45)与光电限位传感器(44)对应设置且电信号连接。
8.根据权利要求6所述的一种智能骑行设备，其特征在于，所述永磁体(3)与滑动块(43)之间固定设置有磁铁垫板(5)。
9.根据权利要求6所述的一种智能骑行设备，其特征在于，所述步进电机(41)选用四相步进电机，所述丝杠(42)螺距设置为1mm。
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