FI90482B - Sähkömagneettinen jarrulaite urheiluharjoituslaitetta varten - Google Patents

Description

1 90482 Sähkömagneettinen jarrulaite urheiluharjoituslaitetta varten

Keksinnön kohteena on sähkömagneettinen jarrulaite 5 urheiluharjoituslaitetta varten, erityisesti ergometriä varten.

Ergometrit ovat polkupyörällä käytettävien seison-talaitteiden kaltaisia, joissa on polkupyörän takapyörän sijasta vauhtipyörä, jota käytetään poljinkäytöllä. Vauh-10 tipyörään vaikuttava, säädettävä jarrulaite säätää vastusta, joka asetetaan vastustamaan poljinkäyttöä. Ergometri voi olla muodostettu puhtaasti harjoituslaitteeksi. Mutta se voi myös olla kytketty mittauslaitteeseen, joka mittaa poikimien polkemisella tuotetun energian ja mahdollisesti 15 harjoittelevan henkilön lääkinnälliset mittaustiedot.

Yksinkertaisissa ergometrilaitteissa on jarrulaite muodostettu mekaaniseksi kitkajarruksi, esimerkiksi jarru-hihnan tai rumpujarrun muodossa. Mekaanisissa kitkajarruissa on kuitenkin kulumisen haitta.

20 Edelleen on tunnettua järjestää vauhtipyörään pyör- revirtajarru. Sellainen pyörrevirtajarru on itse asiassa kulumaton. Tunnetuissa pyörrevirtajarruissa täytyy sähkövoima johtaa kuitenkin sähköverkosta. Tunnetuissa verkosta riippumattomasti käytettävissä pyörrevirtajarruissa pitää 25 jarrutussuorituksen säätämiseksi kestomagneetin sijaintia muuttaa mekaanisesti.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan sähkömagneettinen jarrulaite urheiluharjoituslaitetta varten, erityisesti ergometri, jonka jarrulaite on sähkösäätöinen, mutta jota 30 voidaan käyttää ilman ulkopuolisen sähkövoiman syöttöä. Jarrulaitteen pitää edelleen olla muotoiltu rakenteellisesti yksinkertaiseksi.

Keksinnön mukainen sähkömagneettinen jarrulaite käsittää staattorin ja staattorin suhteen kiertoakselin ympä-35 ri kääntyvän roottorin. Staattorilla ja roottorilla on kulloinkin moninapaiset ferromagneettiset piirit, jotka 2 90482 muodostavat yhdessä magneettisen piirin. Ferromagneettisiin piireihin on järjestetty käämitykset, joista toinen on muodostettu herätyskäämiksi ja toinen generaattorikäämiksi. Herätyskäämin ferromagneettisella piirillä on remanenssi-5 magneettiset ominaisuudet, niin että roottorin ja staatto-rin suhteellisessa kierrossa generaattorikäämissä tulee indusoida alkujännite. Herätyskäämi on liitetty liukuren-gasjärjestelyllä generaattorikäämiin ja herätetään gene-raattorikäämin tuottamalla virralla. Sähköohjauslaitteella, 10 joka on yksinkertaisimmassa tapauksessa potentiometri, mutta muodostettu kuitenkin edullisesti virransäätökytki-meksi, säädetään herätyskäämillä johdettu virta. Generaat-torikäämin ferromagneettiseen piiriin on edelleen järjestetty oikosuljettu käämi. Herätyskäämin ohjauslaitteella 15 muutettava magneettikenttä indusoi oikosuljetussa käämissä oikosulkuvirran ja tuottaa siten herätevirralle suhteellisen jarrutusmomentin.

Keksinnön eräässä edullisessa muodostuksessa on herätyskäämillä varustettu, remanenssimagneettinen piiri muo-20 dostettu kynsinapa-ferromagneettiseksi piiriksi. Herätys-käämityksessä on tässä kysymyksessä kiertoakselin suhteen samankeskinen käämi, kun taas kynsinapa-ferromagneettinen piiri käsittää käämin suhteen samankeskisen, remanenssi-magneettisen väliputken, joka on magneettista kovaa terästä, 25 erityisesti C-35:stä, jonka akselinsuuntaisiin etupintoihin liittyvät ilmatiiviisti rengaslevyn muotoiset kynsi-napakannattimet. Kynsinapakannattimissa on akselinsuuntai-sesti toistensa päällä olevat kynsinavat, jotka tuottavat ympäryssuunnassa vuorotellen ja vastaavasti moninapaisen, 30 ympäryssuunnassa vaihtuvan magneettikentän huolimatta herätyskäämin tasavirtaherätyksestä.

Generaattorikäämityksen ferromagneettisessa piirissä on kynsinavan suhteen säteittäisesti vastapäätä olevia napoja niihin järjestettyine käämeineen. Generaattorikäämi-35 tyksen käämeissä voi olla kysymyksessä silmukkakäämityk- set, edullisesti kuitenkin aaltokäämityksillä varustettuna.

3 90482

Myös oikosulkukäämityksessä on kysymyksessä edullisesti aaltokäämitykset. Oikosulkukäämitys voi kuitenkin olla muodostettu myös häkkikäämityksen muodossa, jossa on ak-selinsuunnassa kahden oikosulkurenkaan väliin ulottuvat 5 johtimet tai sauvat.

Eräässä edullisessa suoritusmuodossa on staattori järjestetty säteittäisesti roottorin sisäpuolelle ja kannattaa akselinsuunnassa sen ferromagneettisen piirin sivulla säteittäisiä tuulettimen siipiä. Kynsinapa-ferromag-10 neettinen piiri muodostaa roottorin ja staattorin väliin akselinsuuntaisia kanavia, jotka huolehtivat yhdessä sä-teistuulettimen kanssa sekä roottorin että myös staattorin riittävästä tuuletuksesta. Säteittäisesti ulkopuolella oleva roottori kannattaa tarkoituksenmukaisesti myös generaat-15 torikäämitystä ja oikosulkukäämitystä, mikä parantaa edelleen jarrulämmön poistoa.

Ohjauslaite on edullisesti liitetty staattorilla rakenneyksikköön ja kannattaa myös liukurengasjärjestelyyn järjestettyjä harjoja. Tällä tavoin saadaan aikaan kaiken 20 kaikkiaan tiivis rakenneyksikkö.

Keksinnön mukaista jarrulaitetta voidaan käyttää ergometrilaitteiden lisäksi myös kaikenlaisissa harjoitus-laitteissa, esimerkiksi soutu- tai juoksupyörä-harjoitus-laitteissa.

25 Seuraavassa selitetään keksinnön suoritusesimerkke- jä tarkemmin piirustusten perusteella. Niissä esittää kuvio 1 kaavamaista, osittain pituusakselin suuntaisena leikkauksena esitettyjä jarrulaitetta harjoituslai-tetta, erityisesti ergometriä varten; 30 kuvio 2 pituusakselin suuntaista leikkausta jarru- laitteen muunnoksesta ja kuvio 3 kuvion 2 mukaisen jarrulaitteen roottori-käämityksen kytkinkaavaa.

Sähkömagneettinen jarrulaite kuviossa 1 käsittää 35 kiinteästi akselissa 1 olevan staattorin 3 sekä laakereilla 5, 7 kääntyvästi akselissa 1 olevan roottorin 9. Akseli 1 4 90482 on kiinnitetty harjoituslaitteen, esimerkiksi ergometrin haarukkaan 11 ja pitää staattorin 3 kiinteästi haarukassa 11. Roottoriin 9 on kiinnitetty käytinhammaspyörä 13 käyt-töketjua tai käyttöhammashihnaa varten, jolla poljinkäy-5 töllä tai vastaavalla roottoria 9 voidaan pyörittää suhteessa kiinteään staattoriin 3.

Staattori 3 on muodostettu kynsinapapyöräksi, jonka ferromagneettisessa piirissä on akselia 1 kiinteästi ympäröivä väliputki 15 sekä akselinsuunnassa molemminpuolises-10 ti väliputkessa olevat kynsinapakannattimet 17, 19. Kynsi-napakannattimet 17, 19 ovat rengaslevyn muotoiset ja liittyvät ilmatiiviisti väliputken 15 akselinsuuntaisiin etupintoihin. Ulkokehällään kannattavat kynsinapakannattimet 17, 19 useita kehänsuunnassa kulloinkin toistensa suhteen 15 epäkeskeisiä kynsinapoja 21, 23. Kummankin kynsinapakan- nattimen 17, 19 kynsinavat 21, 23 ovat päällekkäin väliputken 15 akselinsuuntaisesti vastakkaisilla puolilla, jolloin ne menevät limittäin akselinsuunnassa ja ulottuvat olennaisesti väliputken 15 koko akselinsuuntaisen pituuden yli.

20 Staattorin 3 ympäryssuunnassa katsottuna vuorottelevat kynsinavat 21, 23. Väliputki 15 muodostuu remanenssimagneet-tisesta teräksestä, esimerkiksi teräksestä C-35. Yhteen kyn-sinapojen 21, 23 rajoittamista tiloista on järjestetty he-rätyskäämi 25 akselinsuuntaisesti akseliin 1 nähden. Herä-25 tyskäämi 25 ympäröi väliputkea 15 ja tuottaa tasavirtahe-rätyksessä kynsinapakannattimissa 17, 19 magneettisen tasa-virtakentän, joka muuttuu paikallisesti kynsinapojen 21, 23 välissä ympäryssuunnassa.

Roottorissa 9 on kahden laakereihin 5, 7 kiinnitet-30 tyjen laakerin laipan 27, 29 välissä peltinen välirengas 31, joka ympäröi staattoria 3 tiukasta, kuitenkin kosketuk-settomasti. Välirenkaan 31 sisäkehällä on useita akselin suunnassa kulkevia uria 33, jotka kehänsuunnassa katsottuna muodostavat väliinsä navat 35. Roottorin 9 navat 35 si-35 jaitsevat säteittäisesti vastapäätä kynsinapoja 21, 23. Roottorin napojen lukumäärä on parilukuinen kerrannainen 5 90482 staattorin 3 napojen lukumäärästä. Urissa 33 kulkevat ge-neraattorikäämityksen 39 kääminjohtimet 37, jossa käämityksessä herätyskäämin 25 tuottama magneettikenttä roottorin 9 pyöriessä indusoi vaihtojännitteen. Generaattorikää-5 mityksen 39 liitännät on liitetty kahdella rengasmaisesti suljetulla liukurenkaalla 41, 43, joihin harjat 45, 47 no-jaavat joustavasti.

Harjoihin 45, 47 on liitetty virransäätökytkin 49, joka tasasuuntaa generaattorikäämityksen 39 roottorin 9 10 pyöriessä tuottaman vaihtojännitteen tasasuuntauskytkennäs-sä 51, jota ei ole lähemmin esitetty ja johtaa tavanomaisella virransäätöpiirillä herätyskäämin 25 53:n kohdalla selitetyt liitännät tasavirtana säädettävällä amplitudilla. Herätystasavirran amplitudi on säädettävissä virransäätö-15 kytkennän 49 säätövastukseksi muodostetussa nimellisarvo-anturissa .

Roottorin 9 välirenkaassa 31 on edelleen oikosulku-käämitys 57, joka johtaa staattorin 3 kentän läpi. Oiko-sulkukäämityksessä 57 on uriin 33 asetetut johtimet 59, 20 jotka on liitetty peltirenkailla 61, 63 päistään toisiinsa.

Jarrulaitteen valmistuksessa magnetisoitu, remanens-simagneettinen väliputki 15 tuottaa generaattorikäämityk-sessä 39 alkuläpivirtauksen, joka vaikuttaa roottorin 9 pyöriessä riippumatta ulkoisista virtalähteistä herätys-25 käämin 25 alkuherätyksen, joka kohoaa sitten generaattori-käämityksestä 39 syötetyn herätyskäämin 25 takaisinkytken-tävaikutuksella nimellisarvoanturiin 55 säädettyyn arvoon asti. Generaattorikäämin 39 läpivirtausta vastaavasti kasvaa myös oikosulkukäämityksen 57 läpivirtaus ja sen mukana 30 roottorin 9 kiertymistä vastaan vaikuttava jarrutusmoment-ti. Jarrutusmomentti on olennaisesti verrannollinen herätyskäämin 25 herätysvirtaan ja voidaan sen vuoksi säätää nimellisarvoanturille 55. Mitkään ulkopuoliset virtalähteet eivät ole tarpeen, sen jälkeen kun myös generaattori-35 käämitys 39 tuottaa virransäätökytkennän 49 käyttöjännitteen .

6 90482

Oikosulkukäämitys 57 tuottaa jarrutusmomentin sähkömagneettisin keinoin, koska se tuottaa vastamagneetti-kentän, joka vaikuttaa herätyskäämin 25 kenttää vastaan. Oikosulkukäämitys 57 muodostuu edullisesti hyvin sähköä 5 johtavasta materiaalista, esimerkiksi kuparista tai alumiinista. Oikosulkukäämityksen 57 napojen lukumäärä voi olla erilainen kuin generaattorikäämityksen 39 napojen lukumäärä.

Kuvio 2 esittää jarrulaitteen muunnosta kuviosta 1. Samalla tavalla toimivat osat on varustettu kuvion 1 viite-10 numeroilla ja varustettu niiden erottamiseksi kirjaimella a. Tarkemmin selvittämiseksi viitataan kuvion 1 selitykseen. Osat ovat yksityiskohdittain viitenumeroiden 1-49, 53, 57 ja 59 mukaisia. Osia 51 ja 55 ei ole esitetty kuviossa 2, mutta ne ovat kuitenkin olemassa.

15 Kuvion 2 jarrulaite käsittää puolestaan kynsinapa- pyöräksi muodostetun staattorin 3a, jonka kynsinapa-ferro-magneettisessa piirissä on remanenssimagneettinen väliput-ki 15a ja kaksi akselinsuunnassa ilmatiiviisti liittyvää kynsinapakannatinta 17a, 19a samoin kuin yksi herätyskää-20 mi 25a. Väliputki 15a ja kynsinapakannattimet 17a, 19a on puristettu akselin 1a uritetun osan 65 päälle. Osalla 65 on suurempi läpimitta kuin akselinsuunnassa kummallakin puolella olevilla alueilla ja se kiinnittää roottoria 9a kannattavia laakereita 5a, 7a akselinsuunnassa. Roottorissa 25 9a on pellitetty ja akselinsuunnassa kulkevilla urilla 33a napoihin 35a jaettu välirengas 31a. Välirenkaan 31a pelti-paketti on kiinnitetty niiteillä 67 yhdeksi yksiköksi. Roottorin laakerin laipat 27a ja 29a on varustettu ulkoym-pärykseltään ohjauspinnoilla 69, 71 ergometrin vauhtipyö-30 rää varten, joka voidaan kiinnittää laakerin laipan 27a kiinnityslaippaan 73. Ruuvit 75 liittävät välirenkaan 31a ja laakerin laipat 27a, 29a yhdeksi yksiköksi.

Erona silmukkakäämitykseksi muodostetulle generaat-torikäämitykselle 39 kuviossa 1 on generaattorikäämitys 35 39a kuviossa 2 muodostettu aaltokäämitykseksi. Oikosulku käämitys 57a on samoin muodostettu aaltokäämitykseksi ja h 1 90482 vastaavasti asetettu käämimallille kuviossa 3 yhdessä ge-neraattorikäämityksen 39a kanssa välirenkaan 31a uriin 33a. Esitetyssä suoritusesimerkissä on välirenkaalla 31a 24 napaa 35a staattorin 3a 12 kynsinapaa vastapäätä. Käämitysten 5 39a, 57a johtimet 37a ja 59a on kulloinkin asetettu kahden uran käämitysaskeliin kolmikerroskäämityksen muodossa. Kää-mitysalut on merkitty A:lla, B:llä ja C:llä ja käämityksen loput X:llä, Y:llä ja Z:lla. Kulloinkin jälkeenasetettu numero 1 merkitsee parittomia uria, numero 2 parillisia uria. 10 Johtimet on asetettu käämitysjärjestyksessä A-B-C uriin 33a. Generaattorikäämitys 39a käsittää käämityskaavion B1-Y1-B2-Y2. On neljä oikosulkukäämitystä: A1-Z1, C1-X1, A2-Z2 ja C2-X2. Kunkin oikosulkukäämityksen alku ja loppu on, kuten kuviosta 3 on nähtävissä, liitetty toisiinsa.

15 Ehdotetunlainen käämitys tuottaa riippumatta roottorin kiertokulmasta suhteellisen tasaisen jarrutusmomentin.

Staattorin 3a kynsinavat 21a ja 23a jättävät herä-tyskäämin 25a ja välirenkaan 31a sisäkehän väliin akselin-suunnassa kulkevat tuuletuskanavat 77. Kun laakerin lai-20 palla 27a on useita akselinsuuntaisia aukkoja 79, on laakerin laippa 29a varustettu puolestaan usealla kehänsuun-nassa jaetulla säteittäisellä tuuletussiivellä 81, jotka ovat yhteydessä laakerin laipan 29a säteittäisillä rei-illä kanaviin 77. Säteittäiset tuuletinsiivet 81 huolehti-25 vat roottorin 9a pyöriessä akselinsuuntaisesta ilmanvirtauksesta laakerinlaipoilla 27a, 29a ja välirenkaalla 31a muodostetussa kotelossa.

Akselille 1a on säteittäisillä tuuletinsiivillä 81 varustetun laakerin laipan 29a viereen kiinnitetty kansi 30 83, joka sulkee sisäänsä kytkinlevyn 85. Kytkinlevyssä 85 on virransäätökytkennän 49a rakenne-elementit samoin kuin harjat 45a ja 47a. Harjoihin 45a, 47a järjestetyt liuku-renkaat 41a, 43a on asetettu painetulla kytkentätekniikalla levyrenkaaseen 87, joka on kiinnitetty, esimerkiksi 35 niitattu, laakerin laippaan 29a. Generaattorikäämityksen 39a liitosjohdot on johdettu ulos laakerin laipan 29a 8 9G482 aukoista ja liitetty liukurenkaisiin 41a, 43a. Herätyskää-min 25a liitosjohdot 53a on johdettu akselin 1a akselin-suuntaisessa urassa laakerin 7a alta kytkinlevyyn 85. Jar-rulaite muodostaa siten kokonaisuudessaan verkosta riippu-5 mattomasti käytettävän, tiiviin yksikön. Nimellisarvoan-turi, jolla jarrutusmomentti voidaan säätää, voidaan liittää erillisellä kaapelilla kytkinlevyn 85 kanssa ja järjestää sopivaan paikkaan.

J

Claims (12)

1. Sähkömagneettinen jarrulaite urheiluharjoitus-laitetta, erityisesti ergometriä varten, tunnettu 5 staattorista (3) ja suhteessa staattoriin kiertoakselin ympäri kääntyvästä roottorista (9), jolloin staattorissa (3) ja roottorissa (9) on kulloinkin moninapaisia ferromagneettisia piirejä (15, 17, 19, 31), jotka muodostavat yhdessä magneettisen piirin ja jolloin yhdellä ferromagneettisista 10 piireistä (15, 17, 19) on remanenssimagneettinen ominaisuus, ferromagneettisiin piireihin (15, 17, 19) järjestetyistä käämityksistä (25, 39), joista remanenssimagneetti-seen piiriin (15, 17, 19) järjestetty käämitys on muodostettu herätyskäämitykseksi (25) ja toinen käämitys generaat-15 torikäämitykseksi (39), liukurengasjärjestelystä (41, 43), jolla herätyskäämitys (25) on liitetty generaattorikäämi-tykseen (39) , generaattorikäämityksen (39) ferromagneettiseen piiriin (31) järjestetystä oikosulkukäämityksestä (57) ja ohjauslaitteesta (49) herätyskäämitykseen (25) generaat-20 torikäämityksestä (39) johdetun virran suuruuden säätämiseksi .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että herätyskäämitys on muodostettu kiertoakselin (1) suhteen samankeskiseksi herätyskää- 25 miksi (25) ja remanenssimagneettinen piiri kynsinapa-ferro-magneettiseksi piiriksi (15, 17, 19), jossa on useita ak-selinsuunnassa herätyskäämin (25) vastakkaisilla puolilla akselinsuunnassa päällekkäin olevia, kehänsuunnassa vuorot-televia kynsinapoja (21, 23), että generaattorikäämityksen 30 (39) ferromagneettisessa piirissä (31) on pehmeteräs-väli- rengas (31), jossa on säteittäisesti kynsinapoja (21, 23) vastapäätä olevia napoja (35) ja generaattorikäämityksessä (39) on ainakin yksi napoihin järjestetty käämi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jarrulaite, 35 tunnettu siitä, että pehmeärauta-välirengas (31) sulkee sisäänsä remanenssimagneettisen piirin (15, 17, 10 90482 19. ja siinä on säteittäisesti sisäänpäin olevat navat (35).

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että pehmeärauta-välirenkaassa (31) on napojen (35) muodostamiseksi akselinsuunnassa kulkevat 5 urat (33), joihin on asetettu sekä generaattorikäämityksen (39) johtimet (37, 39) että myös oikosulkukäämitys (57).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että generaattorikäämitys (39a) ja oikosulkukäämitys (57a) on muodostettu aaltokäämityk- 10 seksi.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että oikosulkukäämityksessä (57) on akselinsuunnassa ferromagneettisen piirin (31) kummallakin puolella oikosulku-peltirenkaat (61, 63), jotka on 15 liitetty toisiinsa urissa (33) kulkevilla johtimilla (59).

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että roottorissa (9a) on generaattorikäämitys (39a) ja akselinsuunnassa pehmeärauta-väli-renkaan (31a) sivuilla säteittäiset tuuletinsiivet (81).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen jarru- laite, tunnettu siitä, että generaattori-ferro-magneettipiirin (31) napojen lukumäärä on sama kuin herätys-ferromagneettipiirin (15, 17, 19) napojen lukumäärän pari-lukuinen kerrannainen.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen jarru- laite, tunnettu siitä, että liukurengasjärjestelyssä on kaksi renkaan muotoista, suljettua liukurataa (41, 43) ja että ohjauslaite (49) on liitetty tasasuunnin-asteella (51) generaattorikäämitykseen (39).

9 90482

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että ohjauslaite (49) on muodostettu tasavirta-säätöpiiriksi.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen jarrulaite, tunnettu siitä, että staattorissa (3a) 35 on harjoituslaitteeseen kiinnitettävä akseli (1a) ja että ohjauslaite (49a) käsittää akselinsuunnassa staattori- i 11 90482 ferromagneettipiirin (15a, 17a, 19a) sivulla akseliin (1a) kiinnitetyn kytkinlevyn (85) varustettuna ohjauslaitteen (49a) rakenne-elementeillä.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen jarrulaite, 5 tunnettu siitä, että kytkinlevyssä (85) on liuku-rengasjärjestelyyn (41a, 43a) järjestetyt harjat (45a, 47a) . 12 yo 482