CN202772781U - 内建发电机构与永磁涡电流刹车装置 - Google Patents

Abstract

一种内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，包含：具有飞轮及其内周缘固设有永久磁石的外转子；具有固定架及其上侧外缘设有瓦片型电枢的内定子；具有导磁环片的刹车机构；当外转子受一运动器材传动轮带动回转，瓦片型电枢即产生交流三相电流；导磁环片上的弧形金属片产生涡电流及磁阻煞车力矩；冷却风扇与飞轮同步回转，以移除因电枢三相交流电流与弧形金属片的涡电流所产生的热量；调整机构用以调整弧形金属片与永久磁石的间隙，借以调整其间磁通量的高低来改变不同负载的刹车阻力；控制器将瓦片型电枢产生的交流三相电流转换成直流电流，以供应使用者的仪表设定及施加刹车调整机构所需的电力。本实用新型具有整合发电及可调整刹车阻力的功能。

Description

内建发电机构与永磁涡电流刹车装置

技术领域

本实用新型是有关内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，尤指一种应用于健身器材，具有整合发电功能及可调整刹车阻力的装置。

背景技术

许多健身器材都会装设飞轮以增加其旋转惯性，同时飞轮亦可作为负载以达到健身效果；此类型专利见诸于美国第5,711,404号「涡流磁控负载装置」(MAGNETIC ADJUSTABLE LOADING DEVICE WITH EDDYCURRENT)，如图1-1所示；其装置包含有：一飞轮710以及一金属导体720所构成的转子；其内缘装设由导磁铁片751以及永久磁铁752所构成的定子750，借由调整装置770与控制装置780改变转子710，720与定子750的间隙d1，致使磁通量密度改变；该控制装置780具有一导索781，连接至调整装置770的调整体771；当拉动导索781，可使调整体771在沟槽743内向上移动，进而牵引导磁铁片751自由端位移，如图1-2所示；当放松导索781，弹簧753会促使导磁铁片751自由端回复其位置，如图1-3所示；该专利借由导磁铁片751自由端的径向位移，很容易改变磁通密度，以达到无段连续调整负载阻力的功效；不过该控制装置780经由人为操作来调整负载阻力，无法达到自动调整负载的功能，因此该专利具有自动化不足的缺失；

近年来，运用飞轮装设永久磁石作为转子，以电枢作为定子，使定子线圈产生交流电，再以该电流作为控制及煞车负载所需的电力；此类型专利见诸于美国第6,084,325号「发电与涡流磁阻混合的刹车装置」(BRAKE DEVICE WITH A COMBINATION OF POWER-GENERATING ANDEDDY-CURRENT MAGNETIC RESISTANCE)，如图2-1，2-2所示；及美国第7,732,961号「内建涡流磁阻的混合式发电机」(COMBINED GENERATOR WITHBUILT-IN EDDY-CURRENT MAGNETIC RESISTANCE)，如图3所示；在图2-1，2-2中，运动器材的转动轮A带动飞轮820旋转，飞轮820所黏贴的永久磁铁821与定子铁心830构成磁路，使线圈831产生电流；该电流经整流、滤波转变成直流，一者供应控制仪表890；一者供应设在飞轮820侧边的煞车铁心850，使该刹车铁心850形成一涡电流(EDDY CURRENT)，进而对飞轮820造成一磁阻效果；图3与图2-1应用的原理相似，其差异仅在于图2-1刹车铁心850设在飞轮820侧边，而图3的刹车铁心980设在飞轮920的内周缘；

前述图2-1与图3的专利，以使用者施加在运动器材上的动能来产生电力，再将其电力回授以产生磁阻形成运动施力的负载；此种架构可达到极佳的运动效果，但，唯该机构虽可产生大电流与大磁阻，但其结构较复杂及制造成本较高，因而适合装设在较大型或控制功能较多的运动器材上；相反的，需求低价位及煞车阻力较小的运动器材，使用图2-1的机构，则有资源投入过多的疑虑；再按，图1-1中调整负载欠缺自动化，而图2-1中产生的大电流与大磁阻又较不适合小型低价位运动器材需求；因此，如何整合两者的机构，既能简化机构缩小体积、降低制造成本，又能减少动能负载供应小型运动器材，乃成为发明人本实用新型研发的目标。

实用新型内容

本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其是可产生较小发电及刹车负载的装置，又是具有自动调刹车负载的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，是应用于健身器材，其特征在于，包含有：

一固定轴，其两端为固定段，以固定在运动器材的支撑座上；

一传动轮，枢接在该固定轴上，用以传递外部动力；

一外转子，包括一飞轮及固设于该飞轮内径全周的永久磁石，该永久磁石提供发电及涡电流煞车所共用，该飞轮枢接在该固定轴上，并令该飞轮可在该传动轮上单向回转；

一冷却风扇，与该飞轮连结而同步回转，借以产生冷却效果；

一内定子，包括一固定架及一瓦片型电枢，该固定架套接于该固定轴上，其内侧外缘组装一瓦片型电枢，且令该瓦片型电枢外缘邻近该永久磁石的内径；借此，该外转子回转将使该瓦片型电枢产生交流三相电流，并经由连接于该瓦片型电枢外侧的输出线输出电流；

一刹车机构，包括二片弧形金属片及二片导磁环片，该二片导磁环片各具有一调整端，对称装设在该固定架的左右侧，该二片弧形金属片，分别固设于该导磁环片外周，且令该弧形金属片与该永久磁石之间具有一间隙；借此，该外转子回转将使该弧形金属片产生涡电流及磁阻煞车力矩；

一调整机构，连接该二片导磁环片的调整端，用以调整该弧形金属片与该永久磁石之间的间隙；借此，以产生不同大小的涡电流，达到不同负载的刹车阻力；

控制器，电性连接该该瓦片型电枢的输出线、电子表及伺服机，该伺服机连结该调整机构，该电子表供使用者输入运动设定值，并基于该设定值产生一控制值至该伺服机以调整刹车阻力；该控制器将该瓦片型电枢输出线供应的交流三相电流转换为直流电电流，以提供电子表及伺服机所需的电力。

所述内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其中，该调整机构，包括一杠杆、一左连杆、一右连杆、一扭力弹簧、一拉索固定座、及一拉索；该杠杆以一中心轴枢设在该固定架上；该左、右连杆，其一端与该导磁环片的调整端枢接，另一端则与该杠杆枢接；该拉索固定座固设在该固定架上，该拉索一端连结在该杠杆，另一端则穿过该拉索固定座后连接于该伺服机；该扭力弹簧套设在该中心轴上，并令其顶持该左、右连杆，借此，该伺服机拉动、放松该拉索，即可改变该弧形金属片与该永久磁石之间的间隙。

所述内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其中，该飞轮与该传动轮以一单向轴承作连结。

所述内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其中，该传动轮为一皮带轮。

所述内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其中，该瓦片型电枢的铁心外径圆周弧度为90度，使该外转子在低转速就能提供该电子表与该伺服机所需的电力。

本实用新型的有益效果是，其是可产生较小发电及刹车负载的装置，又是具有自动调刹车负载的装置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1-1是现有涡流磁控负载装置分解立体示意图。

图1-2是现有涡流磁控负载装置定子调整后示意图。

图1-3是现有涡流磁控负载装置定子调整前示意图。

图2-1是现有发电与涡流磁阻混合的煞车装置的侧视图。

图2-2是现有发电与涡流磁阻混合的煞车装置整体控制的示意图。

图3是现有内建涡流磁阻的混合式发电机的示意图。

图4是本实用新型较佳实施例的示意图。

图5是本实用新型较佳实施例的分解立体示意图。

图6是本实用新型较佳实施例的组合立体示意图。

图7是本实用新型较佳实施例的组合正视图。

图8是本实用新型较佳实施例的组合剖视图。

图9是本实用新型较佳实施例磁阻调整后的示意图。

图中标号说明：

10  固定轴

11  固定段

12  组装段

13  传动轮/皮带轮

131 齿状面

132 轴承孔

133 凸轴

14  滚珠轴承

15  扣环

20  外转子

21  飞轮

211 盘体

212 环体

213 凹室

214 法兰

215 大轴承孔

216 小轴承孔

22  永久磁石

23  单向轴承

24  轴套

25  滚珠轴承

26  扣环

27  冷却风扇

271 盘面

272 叶片

273 轴孔

274 螺丝孔

28  螺丝

30  内定子

31  固定套

311 轴孔

312 盘面

313 法兰

32  固定架

321 轴孔

322 固定面

323 螺栓孔

33  瓦片型电枢

331 发电线圈

332 铁心固定架

333 输出线

334 螺栓孔

40  刹车机构

41  导磁环片

411 固定端

412 调整端

42  弧形金属片

50  调整机构

51  杠杆

511 中心孔

512 上作动孔

513 下作动孔

514 施力孔

52  左连杆

521 施力端

522 连接端

53  右连杆

531 施力端

532 连接端

54  扭力弹簧

55  拉索固定座

551 索孔

56  拉索

57  中心轴

58  拉栓

61  控制器

62  三相全波整流器

63  直流转换器

64  电子表

65  伺服机/伺服齿轮马达

具体实施方式

首先，请参阅图4～图9所示，本实用新型的一可行实施例包含有：

一固定轴10，其两端为固定段11，其中间为组装段12，该两端的固定段11是用来固定本实用新型在运动器材的支撑座上；

一传动轮13，用以传递使用者在运动器材上所施加的动能；本实施例中该传动轮13为皮带轮，该皮带轮13具有一齿状面131借以套置一皮带使该皮带轮13与运动器材的转动轮相连接；一轴承孔132用以装设滚珠轴承14并套置在该固定轴10的组装段12上，使用一扣环15固定该滚珠轴承14，使该皮带轮13可在该固定轴10上枢转；

一外转子20，包括一飞轮21及固设于该飞轮21内径的永久磁石22，该飞轮21具有一盘体211，该盘体211外缘朝轴向延伸一环体212，该环体212内径与该盘体211之间形成一凹室213；该永久磁石22为一环状构造，其外周缘黏贴于该环体212的内径全周，使该永久磁石22与该飞轮21结合成一体；该盘体211设有一法兰214，其中心处设有一大轴承孔215及一小轴承孔216，该大轴承孔215用以装设一单向轴承23及一轴套24并套置在该皮带轮13的凸轴133外周，使该外转子20可在该皮带轮13单向回转，该小轴承孔216用以装设一滚珠轴承25并套置在该固定轴10的组装段12上，使用一扣环26固定该滚珠轴承25，使该外转子20可同时在该固定轴10上旋转；

一冷却风扇27，具有一盘面271、数只叶片272、及一轴孔273，该轴孔273套置于该飞轮21的法兰214上，该盘面271设有数个螺丝孔274，使用数支螺丝28将该盘面271锁固于该盘体211上，使该冷却风扇27容置于该飞轮21的凹室213内，并与该飞轮21同步回转，借以产生冷却效果；

一内定子30，包括固定套31、一固定架32、及一瓦片型电枢33，该固定套31具有一轴孔311、一盘面312、及一法兰313，该轴孔311紧密套置于该固定轴10组装段12的另一侧，使该固定套31固定于该固定轴10上，并使该固定套31定位于该飞轮21的凹室213内；该固定架32具有一轴孔321、及一固定面322，该轴孔321套置于该固定套31的法兰313上，该固定面322设有4个螺栓孔323，使用4支螺栓及螺帽将该固定架32锁固在该固定套31的盘面312上；该瓦片型电枢33，其外周缘设有发电线圈331，其内周缘设有铁心固定架332，该发电线圈331外侧接有输出线333，该铁心固定架332设有螺栓孔334，使用3支螺栓及螺帽将该该铁心固定架332锁固在该固定架32的上侧外缘，使该瓦片型电枢33的发电线圈331邻近该永久磁石22的内径；借此，该外转子20回转将使该发电线圈331产生交流三相电流，并经由该输出线333输出电流；本实施例中该发电线圈331外径圆周弧度为90度，虽然只占圆周的四分之一，但该永久磁石22旋转一圈时，该发电线圈331产生的频率及电压为4倍，因此该飞轮21在很低转速时就能提供系统所需的功率，如图4、图5所示；

一刹车机构40，包括二片导磁环片41及二片弧形金属片42，该二片导磁环片41各具有一固定端411、及一调整端412，该固定端411设有螺栓孔，各使用1支螺栓及螺帽以左右对称方式将该导磁环片41锁固在该固定架32的下侧外缘；该弧形金属片42，分别黏贴于该二片导磁环片41外周缘，由于该弧形金属片42与该永久磁石22之间具有一间隙，因此，该外转子20回转将使该弧形金属片42产生一涡电流磁阻煞车力矩；

一调整机构50，包括一杠杆51、一左连杆52、一右连杆53、一扭力弹簧54、一拉索固定座55、及一拉索56；该杠杆51具有一中心孔511、一上作动孔512、一下作动孔513、及一施力孔514，其中心孔511以一中心轴57枢设在该固定架32的固定面322上；该左连杆52，具有一施力端521及一连接端522，该连接端522与装设在该固定架32左侧导磁环片41的调整端412枢接，该施力端521则与该杠杆51的下作动孔513枢接；该右连杆53，亦具有一施力端531及一连接端532，该连接端532与装设在该固定架32右侧导磁环片41的调整端412枢接，该施力端531则与该杠杆51的上作动孔512枢接；该拉索固定座55具有一索孔551，锁固在该固定架32的固定面322上，一拉栓58装设在该杠杆51的施力孔514上，该拉索56一端连结在该拉栓58上，另一端则穿过该拉索固定座55的索孔551以连结施力源；该扭力弹簧54套设在该中心轴57上，且扭力弹簧54的两端顶持该左、右连杆52/53；借此，当施力源拉动该拉索56，该杠杆51会以中心孔511为中心作逆时针旋转，经由该上作动孔512、下作动孔513所连结的左连杆52及右连杆53，将带动该导磁环片41的调整端412朝固定轴10的轴心方向趋近，该二片弧形金属片42与该永久磁石22之间的间隙因而变大，其磁通密度随之改变，如图9所示；由于该杠杆51逆时针旋转将使该左、右连杆52/53压缩该扭力弹簧54，因此，当施力源放松该拉索56时，受压缩的扭力弹簧54因要回复原始状态而促使该左、右连杆52/53朝反向作动，该二片导磁环片41的调整端412进而朝固定轴10轴心的相反方向移动，该弧形金属片42与该永久磁石22的间隙因而变小，如图7所示；是以，拉动或放松该拉索56，即可改变该弧形金属片42与该永久磁石22的间隙，进而改变其磁通密度，达到调整不同刹车阻力的效果。

一控制器61，内含一三相全波整流器62及一直流转换器63，其输入端为产生交流三相电流的瓦片型电枢33的输出线333，其输出为直流电电流且其输出端连接至一电子表64、及一伺服机65；该电子表64供使用者输入运动设定值，并基于该设定值产生一控制值给该伺服机65；该伺服机65即为施力源，在本实施例中该施力源为一伺服齿轮马达，该伺服齿轮马达65接受该控制值信号可产生某一角度的正反向旋转，而前述调整机构50中的拉索56，其穿过拉索固定座55的一端就连结至该伺服齿轮马达65的主轴上，因此，接受该控制值信号的伺服齿轮马达65，其某一角度的正反向旋转即可经由该拉索56，来改变该弧形金属片42与该永久磁石22的间隙，而达到调整刹车阻力的效果，如图4所示。

本实用新型借助上述技术手段，即可提供较小发电及刹车负载的装置，且该刹车装置具有自动调整负载的功能。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

综上所述，本实用新型在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有新颖性、创造性、实用性，符合有关新型专利要件的规定，故依法提起申请。

Claims (5)

1.一种内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，是应用于健身器材，其特征在于，包含有：

一固定轴，其两端为固定段，以固定在运动器材的支撑座上；

一传动轮，枢接在该固定轴上，用以传递外部动力；

一外转子，包括一飞轮及固设于该飞轮内径全周的永久磁石，该永久磁石提供发电及涡电流煞车所共用，该飞轮枢接在该固定轴上，并令该飞轮可在该传动轮上单向回转；

一冷却风扇，与该飞轮连结而同步回转，借以产生冷却效果；

一内定子，包括一固定架及一瓦片型电枢，该固定架套接于该固定轴上，其内侧外缘组装一瓦片型电枢，且令该瓦片型电枢外缘邻近该永久磁石的内径；借此，该外转子回转将使该瓦片型电枢产生交流三相电流，并经由连接于该瓦片型电枢外侧的输出线输出电流；

一刹车机构，包括二片弧形金属片及二片导磁环片，该二片导磁环片各具有一调整端，对称装设在该固定架的左右侧，该二片弧形金属片，分别固设于该导磁环片外周，且令该弧形金属片与该永久磁石之间具有一间隙；借此，该外转子回转将使该弧形金属片产生涡电流及磁阻煞车力矩；

一调整机构，连接该二片导磁环片的调整端，用以调整该弧形金属片与该永久磁石之间的间隙；借此，以产生不同大小的涡电流，达到不同负载的刹车阻力；

一控制器，电性连接该该瓦片型电枢的输出线、电子表及伺服机，该伺服机连结该调整机构，该电子表供使用者输入运动设定值，并基于该设定值产生一控制值至该伺服机以调整刹车阻力；该控制器将该瓦片型电枢输出线供应的交流三相电流转换为直流电电流，以提供电子表及伺服机所需的电力。

2.根据权利要求1所述的内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其特征在于，所述调整机构，包括一杠杆、一左连杆、一右连杆、一扭力弹簧、一拉索固定座、及一拉索；该杠杆以一中心轴枢设在该固定架上；该左、右连杆，其一端与该导磁环片的调整端枢接，另一端则与该杠杆枢接；该拉索固定座固设在该固定架上，该拉索一端连结在该杠杆，另一端则穿过该拉索固定座后连接于该伺服机；该扭力弹簧套设在该中心轴上，并令其顶持该左、右连杆，借此，该伺服机拉动、放松该拉索，即可改变该弧形金属片与该永久磁石之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其特征在于，所述飞轮与该传动轮以一单向轴承作连结。

4.根据权利要求1所述的内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其特征在于，所述传动轮为一皮带轮。

5.根据权利要求1所述的内建发电机构与永磁涡电流刹车装置，其特征在于，所述瓦片型电枢的铁心外径圆周弧度为90度，使该外转子在低转速就能提供该电子表与该伺服机所需的电力。

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