CN218076195U - 一种可调式电磁阻力智能单车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可调式电磁阻力智能单车，包括车底座，车底座上固定有车架立柱，车架立柱前端顶部固定有车把手，车架立柱上固定有供骑行人员坐立用的车座，车架立柱中间固定有用于输入转动的主动轮，车架立柱后部固定有用于提供锻炼阻力的惯性轮，惯性轮与主动轮之间使用传动带连接，主动轮与用于动力输入的脚踏板之间采用曲柄连接，主动轮与车架立柱之间使用轴连接，惯性轮处设置有电磁阻尼器，电磁阻尼器上固定有用于产生电磁感应磁场的电磁线圈，电磁线圈与微控制器通过控制线电性连接；本实用新型同现有技术相比，采用电流控制惯性轮运行磁场的强弱达到提供阻力的效果，且阻尼器与惯性轮无直接接触，从而不会产生摩擦噪音及刹车磨损问题。

Description

一种可调式电磁阻力智能单车

[技术领域]

本实用新型涉及健身车技术领域，具体地说是一种可调式电磁阻力智能单车。

[背景技术]

目前，常见的健身车有动感单车、椭圆机等，其阻尼装置早期采用摩擦式即摩擦片与惯性轮直接接触，摩擦片对惯性轮施加一定的压力，从而迫使惯性轮负载增大进而增加健身车的负载力。摩擦片式健身车结构简单技术成熟，目前市场上一些低端产品仍使用该种结构。但采用摩擦式阻力健身车因摩擦片与惯性轮直接接触，不可避免的会产生噪音及刹车片磨损问题，为避免上述缺点目前市场主流产品多采用磁控阻尼系统，利用永磁体与转动的惯性轮相对运动使惯性轮轮毂产生涡流，涡流在磁场中产生与惯性轮运动方向相反的电磁力，以此来提供健身单车所需的阻力。

发明专利CN112999575B虽然提供了一种可用于测量和保持骑行时扭矩恒定的方案，但该方案仍采用的是刹车块与惯性轮直接摩擦的形式，因摩擦块与惯性轮之间的直接摩擦会产生噪音及磨损。此外，无论是采用摩擦式阻力系统还是磁控阻力系统，骑行人员在使用过程中，一是无法准确的获取负载阻力数值，二是现有的健身单车不能实时收集骑行者在锻炼时腿部受力及锻炼强度数据，不能将健身科学化和数字化。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种可调式电磁阻力智能单车，采用电流控制惯性轮运行磁场的强弱来达到提供阻力的效果，且阻尼器与惯性轮无直接接触，从而不会产生摩擦噪音及刹车磨损问题。

为实现上述目的设计一种可调式电磁阻力智能单车，包括车底座1，所述车底座1上固定有车架立柱11，所述车架立柱11前端顶部固定有供骑行人员手握的车把手12，所述车架立柱11上固定有供骑行人员坐立用的车座，所述车架立柱11中间固定有用于输入转动的主动轮8，所述车架立柱11后部固定有用于提供锻炼阻力的惯性轮2，所述惯性轮2与主动轮8之间使用传动带7连接，所述主动轮8与用于动力输入的脚踏板10之间采用曲柄9连接，所述主动轮8与车架立柱11之间使用轴连接，所述惯性轮2处设置有电磁阻尼器4，所述电磁阻尼器4固定在车架立柱11上，所述电磁阻尼器4上固定有用于产生电磁感应磁场的电磁线圈3，所述电磁线圈3与微控制器5通过控制线6电性连接。

进一步地，所述车架立柱11为V字型结构，制造简便的同时，也更节省放置空间；所述车把手12与车架立柱11采用压板连接，可实现快速安装，实现量产；所述车把手12由U型杆一和U型杆二构成，所述U型杆一、U型杆二均呈倒置U型，所述U型杆一水平设置，所述U型杆二向前倾斜式设置，所述U型杆一与U型杆二之间采用弧形过渡，并连接为一体，该车把手12结构简易，便于生产的同时，也实现了把手应有的所有功能。

进一步地，所述车把手12上固定连接有置物板13，所述置物板13为无线充电板，所述置物板13与微控制器5电性连接，所述置物板13用于固定手机、Pad并兼具无线充电功能。

进一步地，所述电磁线圈3设置有多组，多组电磁线圈3沿惯性轮2车轮边缘间隔布置，所述惯性轮2的车轮边缘采用铝或铜可导磁/电材料制作。

进一步地，还包括测速机构，所述测速机构与电磁阻尼器4连接并采用霍尔磁感应原理对惯性轮2进行测速。

进一步地，所述脚踏板10包括用于供骑行者踩踏的脚踏板底座14，所述脚踏板底座14上固定有PCB支撑板15，所述PCB支撑板15上布置有PCB板16，所述PCB板16上设置有压力感应片17，所述压力感应片17上方设有压簧18，所述压簧18上方设置有承载片19，所述压力感应片17与脚踏板微处理器电性连接，所述压簧18用于传递承载片19传递过来的压力信息。

进一步地，所述PCB板16上还设置有微控芯片、用于监控脚踏板空间位置和角度的陀螺仪传感器、骑行圈数计次器。

进一步地，所述脚踏板10采用无线调制信号连接微控制器5，所述微控制器5与用户的控制终端连接，所述控制终端包括但不限于显示屏、手机，所述微控制器5接受脚踏板10产生的压力、位置和空间角度信息，并实时传递至用户的控制终端。

本实用新型同现有技术相比，采用电流控制惯性轮运行磁场的强弱来达到提供阻力的效果，且阻尼器与惯性轮无直接接触，从而不会产生摩擦噪音及刹车磨损问题；而且，本实用新型可通过测速机构实时检测主动轮和惯性轮的转速，微控制器收集主动轮和惯性轮的转速信息并控制阻尼器线圈电流及磁场强度，进而控制惯性轮所受到的阻尼大小；此外，本实用新型能够实时检测脚踏板受到的踩踏力，设置在脚撑上的压力传感器及陀螺仪能够实时感知骑行者在任意时刻脚部所施力的大小与压力的方向、角度，从而能够为骑行者提供更真实准确的健身数据。

[附图说明]

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型脚踏板的结构示意图；

图中：1、车底座 2、惯性轮 3、电磁线圈 4、电磁阻尼器 5、微控制器 6、控制线 7、传动带 8、主动轮 9、曲柄 10、脚踏板 11、车架立柱 12、车把手 13、置物板 14、脚踏板底座 15、PCB支撑板 16、PCB板 17、压力感应片 18、压簧 19、承载片。

[具体实施方式]

如附图1所示，本实用新型提供了一种可调式电磁阻力智能单车，包括车底座1，车底座1上固定有车架立柱11，车架立柱11前端顶部固定有供骑行人员手握的车把手12，车架立柱11上固定有供骑行人员坐立用的车座，车架立柱11中间固定有用于输入转动的主动轮8，车架立柱11后部固定有用于提供锻炼阻力的惯性轮2，惯性轮2与主动轮8之间使用传动带7连接，主动轮8与用于动力输入的脚踏板10之间采用曲柄9连接，主动轮8与车架立柱11之间使用轴连接，惯性轮2处设置有电磁阻尼器4，电磁阻尼器4固定在车架立柱11上，电磁阻尼器4上固定有用于产生电磁感应磁场的电磁线圈3，电磁线圈3与微控制器5通过控制线6电性连接；电磁线圈3设置有多组，多组电磁线圈3沿惯性轮2车轮边缘间隔布置，惯性轮2的车轮边缘采用铝或铜可导磁/电材料制作。

其中，车架立柱11为V字型结构，制造简便的同时，也更节省放置空间；车把手12与车架立柱11采用压板连接，可实现快速安装，实现量产；车把手12由U型杆一和U型杆二构成，U型杆一、U型杆二均呈倒置U型，U型杆一水平设置，U型杆二向前倾斜式设置，U型杆一与U型杆二之间采用弧形过渡，并连接为一体，该车把手12结构简易，便于生产的同时，也实现了把手应有的所有功能；车把手12上固定连接有置物板13，置物板13为无线充电板，置物板13与微控制器5电性连接，置物板13用于固定手机、Pad并兼具无线充电功能。还包括测速机构，测速机构与电磁阻尼器4连接并采用霍尔磁感应原理对惯性轮2进行测速。

如附图2所示，脚踏板10包括用于供骑行者踩踏的脚踏板底座14，脚踏板底座14上固定有PCB支撑板15，PCB支撑板15上布置有PCB板16，PCB板16上设置有压力感应片17，压力感应片17上方设有压簧18，压簧18上方设置有承载片19，压力感应片17与脚踏板微处理器电性连接，压簧18用于传递承载片19传递过来的压力信息；PCB板16上还设置有微控芯片、用于监控脚踏板空间位置和角度的陀螺仪传感器、骑行圈数计次器；脚踏板10采用无线调制信号连接微控制器5，微控制器5与用户的控制终端连接，控制终端包括但不限于显示屏、手机，微控制器5接受脚踏板10产生的压力、位置和空间角度信息，并实时传递至用户的控制终端。

本实用新型可根据检测皮带轮的转速和骑行者对健身车踏板的踩踏离大小获得骑行人员实时输入功率，根据惯性轮转速的大小调节电磁线圈中通过的电流大小及电磁线圈的接通数量，从而改变电磁线圈对惯性轮施加的磁场强度，进而控制惯性轮所受到的阻尼大小，从而可以使得骑行人员在恒负载模式时能够以恒定的负荷进行体育锻炼，在自由负载模式时能够实时获取骑行输出功率大小。该单车可以智能化数值化调节健身车电磁阻力大小避免直接摩擦式系统磨损和噪音问题，而且能够准确收集骑行者的健身实时数据及最终数据真正达到健身车健身数据化。

该智能健身车主要包括车架、车座、车把手、主动轮、惯性轮、传动皮带、电磁阻尼器、脚踏板、测速机构、主控单元。车架作为上述部件的支撑载体固定在地面上；车座固定在车架上，车把手固定在车架顶部前侧位置；主动轮也称皮带轮固定在车架上通过传动皮带为惯性轮提供动力；惯性轮固定在车架上为健身车提供负载，惯性轮车轮边缘采用铝、铜的可导磁/电材料制作；传动皮带与主动轮和惯性轮相连，用来传动动力；电磁阻尼器固定在车架上在通过大小不同的电流时阻尼器中的电磁线圈能够产生不同的磁感应强度，惯性轮在该磁场中旋转时切割磁感线，从而使惯性轮表面产生涡流进根据电磁感应原理该涡流在阻尼器磁场中将产生与惯性轮转动方向相反的作用力，该作用力即为健身车的阻力；脚踏板与踏板曲柄与惯性轮相连，为健身车动力输入部件；测速机构与电磁阻尼器相连采用霍尔磁感应原理对惯性轮进行测速。

主控单元与车架相连用于收集惯性轮、主动轮的转速信息并控制阻尼器线圈电流及磁场强度。测速机构实时检测主动轮、惯性轮转速及骑行者对健身车踏板的踩踏力和健身车获得的输入功率，主控单元根据上述的转速信息及输入功率经过处理计算得到调节阻尼器所需电磁强度大小，根据所需电磁强度控制阻尼器中电磁线圈所需电流及阻尼器开通数量，从而定量调节骑行锻炼时负载大小。该单车不仅能够保证在变速骑行运动下运动功率的稳定，而且能够在自由骑行时采集骑行人员脚部受力大小、方向和时间，能为骑行者在使用健身车时提供科学的数据支持。

下面结合具体实施例对本实用新型作以下进一步说明：

如附图1和附图2所示，本实用新型所述单车包括支撑在地面上的车底座1，固定在车底座1上的车架立柱11，供骑行人员手握的车把手12与车架立柱11采用压板连接，用于固定手机、Pad兼具无线充电功能的置物板13与车把手12固定连接，置物板13与微控制器5电性连接，车架立柱11上固定有用于骑行人员坐立用的车座，车架中间固定有用于输入转动的主动轮8，用于提供锻炼阻力的惯性轮2与主动轮8之间使用传动带7连接，用于动力输入脚踏板10与主动轮8之间采用曲柄9连接，主动轮8与车架立柱11之间使用轴连接，用于产生电磁感应磁场的电磁线圈3(多组)固定在电磁阻尼器4上并与微控制器5单元通过控制线6电性连接，电磁阻尼器4与惯性轮2之间具电磁气息，当电磁阻尼器4工作时将对旋转的惯性轮2产生电磁阻尼，电磁阻尼大小在磁气隙与惯性轮材料一定的情况下与电磁线圈3接通数量及流通的电流相关，即T＝f(B)r＝g(I)r，其中B为电磁阻尼器4产生的电磁强度，I为流过电磁线圈3的电流大小，T为惯性轮2所受到的反向转矩，由公式可知通过控制流过电磁线圈3的电流大小即可定量调节健身车阻尼，微控制器5用于采集惯性轮2转速，接收用户控制指令，根据用户指令计算出电磁线圈3接通数量及其电流大小，同时微控制器5与脚踏板10采用无线调制信号连接，用于接受脚踏板10产生压力、位置和空间角度等信息，并能将实时数据传递给用户的控制终端如显示屏、手机等。

具体的，本实施例中脚踏板包括用于供骑行者踩踏的脚踏板底座14，脚踏板底座14固定有用于支撑PCB板16的PCB支撑板15，PCB板16设置有微控芯片、用于监控脚踏板空间位置和角度的陀螺仪传感器、骑行圈数计次器及压力感应片17，压力感应片17与脚踏板微处理器电性连接，压簧18用于传递承载片19传递过来的压力信息，在骑行时脚踏板10能够感知用户脚部产生的压力大小及脚踏板在随主动轮8在空间旋转时角度信息，输入扭矩Ti＝g(F,θ)L，其中Ti为骑行者锻炼时对主动轮8的输入转矩，F为骑行时踏板所受到的压力，θ为压力与曲柄9之间的夹角，L为曲柄9长度，微控制器通过对上述参数的测量和运算即可实时感知骑行人员训练强度数据。

具体的，当骑行者使用恒功率模式训练时工作原理如下，微控制器5根据用户设定的锻炼参数和惯性轮转速计算出电磁阻尼器4需要产生的磁场强度，根据电磁阻尼器4的磁场强度计算出需要接通的电磁线圈3的点数和流经线圈的电流大小，通过对电流的调节即可使骑行者锻炼强度保持恒定，因阻尼器与惯性轮无直接接触因此不会产生摩擦噪音及刹车磨损问题。自由锻炼及定量训练模式下的工作原理如下，骑行者通过脚踏板10反馈的压力及输入功率信息既能获取骑行时的施力大小及实时输入功率，通过对上述数据的分析还能够快速帮助骑行者纠正骑行姿态及提高训练效果。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：包括车底座(1)，所述车底座(1)上固定有车架立柱(11)，所述车架立柱(11)前端顶部固定有供骑行人员手握的车把手(12)，所述车架立柱(11)上固定有供骑行人员坐立用的车座，所述车架立柱(11)中间固定有用于输入转动的主动轮(8)，所述车架立柱(11)后部固定有用于提供锻炼阻力的惯性轮(2)，所述惯性轮(2)与主动轮(8)之间使用传动带(7)连接，所述主动轮(8)与用于动力输入的脚踏板(10)之间采用曲柄(9)连接，所述主动轮(8)与车架立柱(11)之间使用轴连接，所述惯性轮(2)处设置有电磁阻尼器(4)，所述电磁阻尼器(4)固定在车架立柱(11)上，所述电磁阻尼器(4)上固定有用于产生电磁感应磁场的电磁线圈(3)，所述电磁线圈(3)与微控制器(5)通过控制线(6)电性连接。

2.如权利要求1所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：所述车架立柱(11)为V字型结构，所述车把手(12)与车架立柱(11)采用压板连接，所述车把手(12)由U型杆一和U型杆二构成，所述U型杆一、U型杆二均呈倒置U型，所述U型杆一水平设置，所述U型杆二向前倾斜式设置，所述U型杆一与U型杆二之间采用弧形过渡，并连接为一体。

3.如权利要求1所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：所述车把手(12)上固定连接有置物板(13)，所述置物板(13)为无线充电板，所述置物板(13)与微控制器(5)电性连接，所述置物板(13)用于固定手机、Pad并兼具无线充电功能。

4.如权利要求1所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：所述电磁线圈(3)设置有多组，多组电磁线圈(3)沿惯性轮(2)车轮边缘间隔布置，所述惯性轮(2)的车轮边缘采用铝或铜可导磁/电材料制作。

5.如权利要求1所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：还包括测速机构，所述测速机构与电磁阻尼器(4)连接并采用霍尔磁感应原理对惯性轮(2)进行测速。

6.如权利要求1至5中任一项所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：所述脚踏板(10)包括用于供骑行者踩踏的脚踏板底座(14)，所述脚踏板底座(14)上固定有PCB支撑板(15)，所述PCB支撑板(15)上布置有PCB板(16)，所述PCB板(16)上设置有压力感应片(17)，所述压力感应片(17)上方设有压簧(18)，所述压簧(18)上方设置有承载片(19)，所述压力感应片(17)与脚踏板微处理器电性连接，所述压簧(18)用于传递承载片(19)传递过来的压力信息。

7.如权利要求6所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：所述PCB板(16)上还设置有微控芯片、用于监控脚踏板空间位置和角度的陀螺仪传感器、骑行圈数计次器。

8.如权利要求6所述的可调式电磁阻力智能单车，其特征在于：所述脚踏板(10)采用无线调制信号连接微控制器(5)，所述微控制器(5)与用户的控制终端连接，所述控制终端包括但不限于显示屏、手机，所述微控制器(5)接受脚踏板(10)产生的压力、位置和空间角度信息，并实时传递至用户的控制终端。

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