CN204767168U - 运动器材阻力机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种运动器材阻力机构，涉及运动器材领域，所述运动器材阻力机构包括磁滞制动器和传动系统；所述磁滞制动器的输出轴与传动系统的输入端固接，用于提供阻力。本申请的运动器材阻力机构，解决了现有技术中的运动器材占据体积较大、运动部件易老化、运动阻力负荷无法恒定等技术问题。

Description

运动器材阻力机构

技术领域

本实用新型涉及运动器材领域，尤其是涉及一种运动器材阻力机构。

背景技术

磁滞制动器是一种优越的力矩控制部件。它利用磁滞原理，通过控制输入的励磁电流，产生一定的扭矩。控制电流和输出扭矩有较好的线性关系。它能提供光滑、无级可调、与转速无关的转矩控制。除了轴承以外，系统内无其它摩擦，具有稳定可靠、使用转速高噪音小、使用寿命长，维护成本低等优点。

磁滞制动器由转子和定子磁极两大部分组成。转子由特殊的磁滞材料制成，定子磁极中有一定的间隙，转子在间隙中转动。当线圈通电时，间隙中产生磁场，使转子产生磁滞效应，对转子产生阻力。当磁滞转子在外力作用下克服磁滞力转动时，产生额定的扭矩。扭矩仅与激磁电流大小有关，与转速无关，实现非接触的扭矩传输。转子与输出轴固接，通过输出轴带动转子转动来向外界提供阻力和扭矩。

多级齿轮传动系统通过不同半径不同齿数的齿轮相互啮合，达到改变扭矩和转速的目的。多级齿轮传动系统包括一个始端主动轮提供动力，一个最后的末端从动轮来输出扭矩。

传动比为构件中两转动构件角速度的比值，也称速比。构件a和构件b的传动比为Ⅰ＝ω_a/ω_b＝n_a/n_b，式中ω_a和ω_b分别为构件a和b的角速度(弧度/秒)；n_a和n_b分别为构件a和b的转速(转/分)。当式中的角速度为瞬时值时，则求得的传动比为瞬时传动比。对于啮合传动，传动比可用a和b轮的齿数Z_a和Z_b表示，i＝Z_b/Z_a；

对于多级齿轮传动、每两轴之间的传动比按照上面的公式计算2、从第一轴到第n轴的总传动比按照下面公式计算:总传动比＝(Z₁/Z₂)×(Z₃/Z₄)×(Z₅/Z₆)……＝(n₂/n₁)×(n₄/n₃)×(n₆/n₅)……

扭矩的输出公式为，输出扭矩＝输入扭矩*传动比*传动效率。通过设置不同传动比的多级齿轮传动系统，能够改变输出扭矩，而扭矩，等于力和力臂的乘积，从而改变输出的阻力。

运动是人们健身的最好方式，过去人们常常进行户外活动来哦保持身体的健康。然而，现代人随着空气污染的加剧以及生活节奏加快，越来越多的人不再外出锻炼。但由于缺乏锻炼，身体素质也越来越差，于是人们开始借助各种健身器材开始在室内进行锻炼。

现有的阻力式健身器材，主要有以下几种方案，

方案一：通过增减重力块的方式获取不同运动阻力负荷。

方案二：通过改变运动部件(飞轮)和阻力机构(刹车绳、片)之间直接接触的松紧度，以不同的摩擦力获取不同运动阻力负荷。

方案三：以一定数量的永磁体和金属飞轮间的配合，通过增减永磁体的数量或改变永磁体和金属飞轮之间的气隙，使金属飞轮在磁场中运动时产生不同的电涡流阻力，获取不同运动阻力负荷。

方案四：以发电机和假负载相结合的方式，通过改变假负载的额定功率，使发电机运行时的阻力矩发生改变，获取不同运动阻力负荷。

然而，上述各种方案，均存在各自不同的缺点：

上述方案一，其主要缺点是必须给相关器材配置较多数量或较大体积的重力块，不仅使相关器材的体积较为臃肿，且无法精细控制运动负荷。

上述方案二，其主要缺点是需定期更换阻力元件(刹车绳、片)，且运动阻力负荷会随阻力元件在使用中的老化或效能衰减产生漂移。

上述方案三，其主要缺点是涡流阻力会随着金属飞轮转速的变化而变化，即使在恒定的磁场强度下，飞轮转速越高，电涡流阻力越大，飞轮转速降低，电涡流阻力随之降低，因此无法将运动阻力负荷恒定并精确地保持在一定数值上。

上述方案四，其主要缺点是运动负荷受发电机额定功率、额定转速和假负载体积、发热功率的限制和影响，产生恒定阻力较困难。基于此，本实用新型通过磁滞制动器的应用提供了一种运动器材阻力机构以解决上述的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种运动器材阻力机构，以解决现有技术中运动器材占据体积较大、运动部件易老化、运动阻力负荷无法恒定等技术问题。

在本实用新型的实施例中提供了一种运动器材阻力机构，所述运动器材阻力机构包括磁滞制动器和传动系统；所述磁滞制动器的输出轴与传动系统的输入端固接，用于提供阻力。

优选的，所述传动系统为多级齿轮传动系统；

所述磁滞制动器的输出轴与所述多级齿轮传动系统的始端主动轮固接；所述输出轴的旋转轴心与所述始端主动轮的旋转轴心共线；

所述运动器材阻力机构还包括阻力输出轴，所述阻力输出轴与所述多级齿轮传动系统的末端从动轮固接；所述阻力输出轴的旋转轴心与所述末端从动轮的旋转轴心共线。

可选的，所述输出轴与所述始端主动轮键连接。

可选的，所述始端主动轮的中心开设有非圆孔，所述输出轴的端部设置为与所述非圆孔匹配的形状，所述输出轴的端部插装在所述非圆孔内。

可选的，所述非圆孔设置为方形孔。

可选的，所述多级齿轮传动系统包括二级从动轮，所述二级从动轮与所述始端主动轮啮合，所述二级从动轮的直径大于所述始端主动轮；

所述二级从动轮的中心固接有二级主动齿轮，所述二级主动齿轮的半径与所述始端主动轮的半径相同；所述二级主动齿轮的旋转轴心与所述二级从动轮的旋转轴心共线；

所述末端从动轮与所述二级主动齿轮啮合，所述末端从动轮的直径大与所述二级从动轮。

可选的，所述阻力输出轴与所述末端从动轮键连接。

可选的，所述末端从动轮的中心开设有非圆孔，所述阻力输出轴的端部设置为与所述非圆孔匹配的形状，所述阻力输出轴的端部插装在所述非圆孔内。

可选的，所述非圆孔设置为方形孔。

可选的，所述磁滞制动包括环形的内侧定子磁极和外侧定子磁极，所述外侧定子磁极套装在所述内侧定子磁极外；所述内侧定子磁极和所述外侧定子磁极同心布置且固定连接；

所述内侧定子磁极和所述外侧定子磁极之间设置有线圈，所述线圈套装在所述内侧定子磁极外；

所述磁滞制动还包括环形的转子，所述转子位于所述内侧定子磁极和所述外侧定子磁极之间；

所述输出轴通过轴承与所述内侧定子磁极转动连接；所述转子与所述输出轴固接。

可选的，所述齿轮采用不锈钢材质。

本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，所述运动器材阻力机构包括磁滞制动器和传动系统；所述磁滞制动器的输出轴与传动系统的输入端固接，用于提供阻力。

本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，所述传动系统包括输入端和输出端；将所述磁滞制动器的所述输出轴与传动系统的输入端固接，传动系统的输出端与运动器材的其余部件固接。人们在运动时，通过各种运动方式，作用在运动器材上，经传动系统的传动，最终带动所述磁滞制动器的所述输出轴转动，进一步的带动所述磁滞制动器的内部的转子转动。而转子在转动时，会受到磁滞阻力的作用。最终，锻炼的人们通过克服转子受到的阻力，来达到锻炼的目的。

本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，利用磁滞制动器通电后即产生迟滞阻力的原理，来提供人们运动时必须的阻力，不需要添加外设重力块，体积较小。

同时，磁滞制动器除了输出轴在转动时轴承受到的摩擦以外，转子在定子磁极的间隙中转动，系统内无其它摩擦，提供阻力的运动部件不易老化，具有稳定可靠等优点。

再者，磁滞制动器产生的磁滞阻力仅与激磁电流大小有关，激磁电流与输出转矩基本成比例关系，无论滑转速度的变化如何，激磁电流不变，其传送的转矩能基本保持不变，能够产生恒定的运动阻力负荷。本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，通过所述多级齿轮传动系统的传动来改变输出的阻力大小，和变换激磁电流的大小，来提供各种大小恒定的运动阻力负荷。

基于此，本实用新型较之原有技术，具有占据体积较小、运动部件不易老化、运动阻力负荷恒定的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一结构示意图；

图2为磁滞制动器可选实施例结构示意图。

附图标记：

1-磁滞制动器；2-多级齿轮传动系统；3-输出轴；

4-始端主动轮；5-阻力输出轴；6-末端从动轮；

7-二级从动轮；8-二级主动齿轮；9-转子；

10-内侧定子磁极；11-外侧定子磁极；12-轴承；

13-线圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电焊连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，在本实施例中提供了一种运动器材阻力机构，所述运动器材阻力机构包括磁滞制动器1和传动系统；所述磁滞制动器1的输出轴3与传动系统的输入端固接，用于提供阻力。优选的，所述传动系统为多级齿轮传动系统2。所述磁滞制动器1的输出轴3与所述多级齿轮传动系统2的始端主动轮4固接。主要用来产生阻力。所述输出轴3的旋转轴心与所述始端主动轮4的旋转轴心共线。所述运动器材阻力机构还包括阻力输出轴5，所述阻力输出轴5与所述多级齿轮传动系统2的末端从动轮6固接；所述阻力输出轴5的旋转轴心与所述末端从动轮6的旋转轴心共线。经过所述多级齿轮传动系统2，使磁滞制动器1的输出阻力以传动比的倍数放大或缩小。

本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，将所述磁滞制动器1的所述输出轴3与所述始端主动轮4固接，所述阻力输出轴5，与运动器材的其余部件固接。人们在运动时，通过各种运动方式，作用在运动器材上，从而带动所述阻力输出轴5转动，经过所述多级齿轮传动系统2的传动，最终带动所述始端主动轮4转动，进一步的带动所述磁滞制动器1的内部的转子9转动。而转子9在转动时，会受到磁滞阻力的作用。最终，锻炼的人们通过克服转子9受到的阻力，来达到锻炼的目的。

本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，利用磁滞制动器1通电后即产生迟滞阻力的原理，来提供人们运动时必须的阻力，不需要添加外设重力块，体积较小。

同时，磁滞制动器1除了输出轴3在转动时轴承受到的摩擦以外，转子9在定子磁极的间隙中转动，系统内无其它摩擦，提供阻力的运动部件不易老化，具有稳定可靠等优点。

再者，磁滞制动器1产生的磁滞阻力仅与激磁电流大小有关，激磁电流与输出转矩基本成比例关系，无论滑转速度的变化如何，激磁电流不变，其传送的转矩能基本保持不变，能够产生恒定的运动阻力负荷。本实用新型提供的所述运动器材阻力机构，通过所述多级齿轮传动系统2的传动来改变输出的阻力大小，和变换激磁电流的大小，来提供各种大小恒定的运动阻力负荷。

基于此，本实用新型较之原有技术，具有占据体积较小、运动部件不易老化、运动阻力负荷恒定的优点。

本实施例的可选方案中，所述输出轴3与所述始端主动轮4键连接。键连接的方式固定比较牢固，不易脱落。

本实施例的可选方案中，所述始端主动轮4的中心开设有非圆孔，所述输出轴3的端部设置为与所述非圆孔匹配的形状，所述输出轴3的端部插装在所述非圆孔内。

进一步的，所述非圆孔设置为方形孔。插接的方式简单易用，便于加工。

如图1，本实施例的可选方案中，所述多级齿轮传动系统2包括二级从动轮7，所述二级从动轮7与所述始端主动轮4啮合，所述二级从动轮7的直径大于所述始端主动轮4；

所述二级从动轮7的中心固接有二级主动齿轮8，所述二级主动齿轮8的半径与所述始端主动轮4的半径相同；所述二级主动齿轮8的旋转轴心与所述二级从动轮7的旋转轴心共线；

所述末端从动轮6与所述二级主动齿轮8啮合，所述末端从动轮6的直径大与所述二级从动轮。

本可选实施例提供了一种二级传动齿轮系统，能够对所述磁滞制动器1提供的阻力进行二级放大，提供较大的阻力。本领域工作人员可根据不同的需要设置不同级数的放大或缩小，均在本申请的保护范围内。

进一步的，所述阻力输出轴5与所述末端从动轮6键连接。

或者，所述末端从动轮6的中心开设有非圆孔，所述阻力输出轴5的端部设置为与所述非圆孔匹配的形状，所述阻力输出轴5的端部插装在所述非圆孔内。所述非圆孔可设置为方形孔。

如图2，本实施例的可选方案中，所述磁滞制动包括环形的内侧定子磁极10和外侧定子磁极11，所述外侧定子磁极11套装在所述内侧定子磁极10外；所述内侧定子磁极10和所述外侧定子磁极11同心布置且固定连接；

所述内侧定子磁极10和所述外侧定子磁极11之间设置有线圈13，所述线圈13套装在所述内侧定子磁极10外；

所述磁滞制动还包括环形的转子9，所述转子9位于所述内侧定子磁极10和所述外侧定子磁极11之间；

所述输出轴3通过轴承12与所述内侧定子磁极10转动连接；所述转子9与所述输出轴3固接。

本可选实施里提供了一种常见的磁滞制动器1的结构，本领域人员可根据磁滞制动器1的原理采用不同结构的磁滞制动器1，均在本申请的保护范围内。

可选的，所述齿轮采用不锈钢材质。不锈钢材质坚固耐用。

本实用新型的应用案例一本方案在功率自行车阻力系统中的运用

传统或常见的功率自行车(包括健身车或动感单车)，运动负荷的产生主要依靠摩擦力、电涡流阻力或发电机配假负载，其缺陷主要在于无法对运动负荷保持精确的连续控制。

采用基于本方案的阻力系统能够保持运动负荷的稳定性。其一，磁滞阻力的产生不存在机械摩擦，不存在阻力随摩擦元件老化产生失效或漂移；其二，和使用者运动时的踏频无关，避免了电涡流阻力受速度影响的问题；其三，无需配置将电能转化为热能的假负载装置，提高了运动中的安全性。

最显著的，采用基于本方案的运动器材阻力系统可以实现连续可调的控制方式，并在此基础上精确模拟各种运动状态或运动负荷。

应用案例二本方案在力量训练阻力系统中的运用

传统或常见的力量训练器械(包括各种综训器材或单项训练器材)，运动负荷的产生主要依靠重力、气压或液压力，其主要缺陷在于器材体积较为庞大，运行噪音大，需要配置额外的装置如空气压缩机等，无法在较为一般场合(如家庭)中得到广泛的应用。

采用基于本方案的阻力系统，可以显著减少有关器械的体积和重量，使常规力量训练可以在家庭、办公场合等一般场所完成，并能够精确控制训练时所需的运动负荷，避免产生运动伤害。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；传动系统除了多级齿轮传动系统外，也可以选择蜗轮蜗杆传动、皮带轮传动、链轮传动等等，尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种运动器材阻力机构，其特征在于，所述运动器材阻力机构包括磁滞制动器和传动系统；所述磁滞制动器的输出轴与传动系统的输入端固接，用于提供阻力。

2.根据权利要求1所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述传动系统为多级齿轮传动系统；

所述磁滞制动器的输出轴与所述多级齿轮传动系统的始端主动轮固接；所述输出轴的旋转轴心与所述始端主动轮的旋转轴心共线；

所述运动器材阻力机构还包括阻力输出轴，所述阻力输出轴与所述多级齿轮传动系统的末端从动轮固接；所述阻力输出轴的旋转轴心与所述末端从动轮的旋转轴心共线。

3.根据权利要求2所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述输出轴与所述始端主动轮键连接。

4.根据权利要求2所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述始端主动轮的中心开设有非圆孔，所述输出轴的端部设置为与所述非圆孔匹配的形状，所述输出轴的端部插装在所述非圆孔内。

5.根据权利要求4所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述非圆孔设置为方形孔。

6.根据权利要求2所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述多级齿轮传动系统包括二级从动轮，所述二级从动轮与所述始端主动轮啮合，所述二级从动轮的直径大于所述始端主动轮；

所述二级从动轮的中心固接有二级主动齿轮，所述二级主动齿轮的半径与所述始端主动轮的半径相同；所述二级主动齿轮的旋转轴心与所述二级从动轮的旋转轴心共线；

所述末端从动轮与所述二级主动齿轮啮合，所述末端从动轮的直径大与所述二级从动轮。

7.根据权利要求6所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述阻力输出轴与所述末端从动轮键连接。

8.根据权利要求6所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述末端从动轮的中心开设有非圆孔，所述阻力输出轴的端部设置为与所述非圆孔匹配的形状，所述阻力输出轴的端部插装在所述非圆孔内。

9.根据权利要求8所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述非圆孔设置为方形孔。

10.根据权利要求2所述的运动器材阻力机构，其特征在于，所述磁滞制动器包括环形的内侧定子磁极和外侧定子磁极，所述外侧定子磁极套装在所述内侧定子磁极外；所述内侧定子磁极和所述外侧定子磁极同心布置且固定连接；

所述内侧定子磁极和所述外侧定子磁极之间设置有线圈，所述线圈套装在所述内侧定子磁极外；

所述磁滞制动器还包括环形的转子，所述转子位于所述内侧定子磁极和所述外侧定子磁极之间；

所述输出轴通过轴承与所述内侧定子磁极转动连接；所述转子与所述输出轴固接。