TW201350169A

TW201350169A - 平行阻力系統

Info

Publication number: TW201350169A
Application number: TW101121539A
Authority: TW
Inventors: You-Yu Chen
Original assignee: Bion Inc
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-16

Abstract

一種平行阻力系統，包括有一飛輪，飛輪具有一軸座及一輪體，輪體係以軸座為軸心而轉動，軸座周圍外部另設有一架體；一阻力裝置，用以產生一阻力作用，阻力裝置包括有一金屬環、一滑座及一驅動組件，其中金屬環固設於輪體內緣，滑座則係定位於金屬環內緣處，滑座上設有至少二磁性元件，且分別係對應設置於金屬環兩側；驅動組件係設置於架體上，用以帶動滑座沿一直線方向而移動，使得滑座相對應於金屬環內緣產生一接近或遠離的直線移動。

Description

平行阻力系統

本發明係為一種平行阻力系統，尤指應用於健身器材之飛輪的磁力阻尼系統。

傳統的健身器材，例如健身車，使用者主要係藉由踩動踏板，藉以驅動健身車上所設的飛輪產生轉動，而為了使得踩動踏板時可以讓使用者承受適當的阻力或抗力，目前主要係透過磁阻力的方式，提供健身車不同阻力大小的調整，進而讓使用者經由對抗不同的阻力或抗力而達到運動健身的效果。

例如中華民國發明專利號第M343500號所揭示的一種運動器材之內磁式阻力調整裝置，其主要係設有一個圓盤，並在圓盤周圍的外側結合一金屬阻力環，另在金屬阻力環圍饒的範圍內設置一控制座，並在設置盤外緣的一端樞接一弧形板體，於弧形板體外壁對應該金屬阻力環結合複數磁石，以藉由調整磁石位置提供轉動圓盤的阻力。

惟，習知技術由於必須透過鋼絲拉動弧形板體藉以調整磁石與金屬阻力環內周壁之間的間距，來達到調整所受磁阻力量的大小，然而此類的阻力結構不但體積較為龐大及結構過於複雜之外，亦不易於組裝，且製造成本也較為昂貴；再者，由於主要係透過在弧形板體的一端進行施力及拉引，使得磁石相對應於金屬阻力環的行程距離較大，且所產生的阻力變化並非呈一線性的變化，使得對於使用者來說阻力的定量調整及控制更較為不易；由於係採用彈簧的方式來調整弧形板體與金屬阻力環之間的間距，經長久使用後彈簧易於失去彈性，進而造成阻力調整的失效。

為了能有效克服上述習知技術的問題，本發明主要在於提供一種可應用於健身器材，結構較為簡單，易於使用者調整阻力大小，且阻力大小能夠以呈線性變化進行調整的平行阻力系統。

本發明解決問題之技術手段係提供一種平行阻力系統，其包括有一對相隔一間距且相對應的磁性元件，分別位在一金屬環之第一環面與第二環面，以在該金屬環產生渦電流；一驅動組件，結合於該磁性元件，用以帶動該磁性元件以一直線方向接近或遠離該金屬環；至少一感應線圈，配置在該磁性元件的相鄰位置，用以感測該磁性元件在該金屬環所產生的渦電流，並產生一相對應的感應電流；一感應處理裝置，連接於該感應線圈，用以接收該感應線圈所產生之感應電流。

其中該驅動組件可為馬達驅動或手動操作組件。該金屬環的材質主要係選自非導磁性的鋁、銅之一，而該磁性元件選自永久磁鐵、電磁鐵之一所構成。

本發明之較佳實施例中，金屬環係由複數弧形金屬片所組成，相鄰二弧形金屬片之間構成有一間距。

請參閱第1圖及第2圖，分別係為本發明一具體實施例之平行阻力系統之部分分解圖及組合圖。如圖所示，本發明之平行阻力系統主要係應用在一運動器材之飛輪10上，用以使得飛輪10在作動時能產生適當的阻力，以提供使用者適當的運動強度，本發明包括有一飛輪10及一阻力裝置20，其中飛輪10具有一軸座12及一輪體14，軸座12內設有一軸承122，輪體14中央處具有一軸桿142並軸設於軸承122上，使得輪體14得以在軸座12上轉動，又軸座12周圍外部另設有一架體16。

阻力裝置20用以對飛輪10的轉動產生一阻力，包括有一金屬環22、一滑座24及一驅動組件26，其中金屬環22具有一第一環面22a、一第二環面22b、一內緣22c、一外緣22d。金屬環22係固設於輪體14，金屬環22上穿設有複數螺孔222，並在相對應的輪體14內緣處設置有複數螺固座144，使得金屬環22可以經由複數螺釘螺固於螺固座144上，另亦可藉由卡固的方式固設於輪體14內緣，又本發明的金屬環22的材質主要係選自非導磁性的鋁或銅等金屬所構成。

滑座24係呈一ㄇ字型結構，並位於金屬環22的內緣22c的鄰近位置處。滑座24的兩側板244A、244B分別設有磁性元件246並分別對應設置於金屬環22的第一環面22a、一第二環面22b。兩磁性元件246之間具有一預定的距離，可供金屬環22可活動地位在於兩磁性元件246之間。磁性元件246主要選自永久磁鐵或電磁鐵所構成。

驅動組件26係設置於架體16上，用以產生一驅動力，可帶動滑座24沿一直線方向I而移動，使得滑座24可以相對應於金屬環22的內緣22c產生一接近或遠離的移動。驅動組件26包括有一驅動馬達262、一齒輪組264及一螺桿266，驅動馬達262的一轉軸2622係與齒輪組264相齧合，齒輪組264則再與螺桿266的一端相連接，螺桿266的另一端則螺接於滑座24，使得當驅動馬達262作動後，驅動馬達262之轉軸2622轉動時所輸出的力量，經由齒輪組264的減速及轉換後，再驅動螺桿266轉動，使得與螺桿266螺接的滑座24可以透過螺桿266的驅動而沿著直線方向I做直向的前後移動。

另請同時參閱第3圖所示，前述的滑座24具有一頂部242，並在頂部242兩側各垂直形成側板244A、244B，側板244A、244B內表面則分別設置前述的磁性元件246，頂部242則具有一螺接孔2422，用以螺固於螺桿266另一端，如此使得螺桿266轉動時，滑座24可以透過螺接孔2422的限制而在螺桿266上移動。

請參閱第4圖所示，係本發明一具體實施例之平行阻力系統之動作示意圖。如圖所示，本發明主要係在飛輪10的輪體14進行轉動時，透過金屬環22在滑座24上的二磁性元件246之間的磁力線切割而產生一渦電流(Eddy Current)效應，進而與磁性元件246之間產生吸力或阻力，且隨著磁性元件246與金屬環22之間重疊的面積越大，所切割的磁力線越多，其所產生的吸力或阻力也越大，因此本發明即可藉由操作驅動組件26，使得滑座24可以相對應於金屬環22進行前後的移動。當滑座24沿著螺桿266向金屬環22方向接近時，磁性元件246與金屬環22之間重疊面積逐漸增大，即可使得阻力相對增強；反之，當滑座24沿者螺桿266向金屬環22方向遠離時，磁性元件246與金屬環22之間重疊面積逐漸減小，即可使得阻力相對減弱，而達到調整飛輪10阻力大小的目的；再者，由於本發明的磁性元件246主要係針對金屬環22的相互作用而產生阻力，而非針對飛輪10的輪體14而產生，故當飛輪10靜止或轉動極慢時，將不致產生任何阻力作用，對於復健者在使用飛輪10進行復健時，將可以避免飛輪10在起始轉動時因產生過大的起始轉矩(Initial Torque)而造成復健者的二度傷害。

另請分別參閱第5圖及第6圖，分別係為本發明另一具體實施例之平行阻力系統之部分分解圖及組合圖。如圖所示，本實施例與前一實施例相比較，其大抵結構上皆相似，所不同者在於金屬環23係由複數弧形金屬片224所組成，並固設於輪體14內緣，同樣地，弧形金屬片224上可藉由穿設至少有一螺孔226，經由複數螺釘螺固於螺固座144上，或是選擇以卡固的方式固設於輪體14內緣，其中相鄰二弧形金屬片224之間並構成有一適當的間距228。

磁性元件246周緣則配合環設有一感應線圈248，使得當飛輪10的輪體14轉動時，除了透過金屬環23在滑座24上的二磁性元件246之間的磁力線切割產生一渦電流(Eddy Current)效應之外，位在金屬環23兩側的磁性元件246周緣的感應線圈248將可同時經由感測渦電流而產生一相對應的感應電流。

當飛輪10轉動時，由於在本實施例中，金屬環23是由複數弧形金屬片224所組成，且弧形金屬片224之間具有間距228，因此當位於弧形金屬片224之間的間距228轉動至感應線圈248之位置時，間距228部位的磁性元件246與金屬環23之間無磁力線切割，故無法產生渦電流效應，因此感應線圈24亦無法感測渦電流而導致感應電流的信號中斷，進而構成一週期性的斷續信號，如第7圖所示，由圖示中顯示每一次感應線圈248經感應產生tj時間長度的感應電流之波形後，將接著有tj時間長度的無波形狀態，其中ti時間長度與弧形金屬片224的弧長成正相關，tj時間長度則與間隔228長度成正相關。

請再參閱第8圖所示，係為本發明另一具體實施例之平行阻力系統之控制裝置之方塊圖。如圖所示，在本實施例中具有一感應處理裝置30，用於感應及處理經感應線圈248所感應產生的感應電流，感應處理裝置30包括有一整流濾波模組32、一A/D轉換模組34、一處理模組 36及一顯示模組38，整流濾波模組32係與感應線圈248電連接，使得感應線圈248感應渦電流所產生的感應電流經由整流濾波模組32執行一整流及濾波之處理後輸出。

A/D轉換模組34係電連接於整流濾波模組32，用以將經整流濾波模組32處理及輸出的類比式感應電流轉換處理成一數位信號後輸出。

處理模組36分別係與A/D轉換模組34及驅動馬達262電連接，用以接收及處理由A/D轉換模組34輸出的數位信號，由於在本實施例中，當飛輪10轉動的速度愈快時，感應線圈248在單位時間間隔內產生無感應電流的次數將成正相關而遞增，因此處理模組36主要係透過判斷單位時間內無感應電流的次數後，將其轉換成為飛輪10的轉速，且由於渦電流(Eddy Current)的大小(即阻力)與飛輪10轉速亦成正比，因此藉由偵測所得的飛輪10轉速可以轉換成為目前磁性元件246與金屬環22之間所產生的阻力大小，使得當阻力大小大於或小於使用者所預設的阻力大小時，處理模組36將可以產生一對應的控制訊號至阻力裝置20之驅動馬達262，用以控制驅動馬達262的作動，進而達到控制滑座24的位移，使得當偵測所得阻力過小時，滑座24可以朝向接近金屬環22方向移動，以增加磁性元件246與金屬環22之間重疊面積，藉以達到增強阻力之效果；反之，當偵測所得的阻力過大時，滑座24可以朝向遠離金屬環22的方向移動，使得磁性元件246與金屬環22之間重疊面積逐漸減小，進而達到降低阻力之效果。因此透過本實施例將可以精確地控制飛輪10的阻力大小，並在飛輪10運轉過程中，得以隨時控制及維持使用者所預設的阻力大小。

顯示模組38係與處理模組36電連接，係用以接收及顯示處理模組36所輸出的控制訊號及資訊，所顯示的資訊可以包括但不限於飛輪10的轉速、阻力值或騎乘距離等。

第9圖為本發明手動操作實施例之平行阻力系統之組合圖，使用者透過一手動操作組件27可以手動的方式來操作阻力的大小。手動操作組件27中包括有一導桿270、一承置272、一滑道274、一彈簧276、一手動微調旋鈕280以及一手動操作件282。導桿272的一端係結合於滑座24的頂部242，而另一端則延伸入一承置272內部的滑道274，而在該滑道274中則容置有一彈簧276。一手動操作件282(例如一鋼線)的一端結合在導桿272，另一端則接至一手動微調旋鈕280。當使用者經由手動微調旋鈕280之旋動操作，使手動操作件282拉引導桿272，進而帶動導桿272在滑道274中沿直線方向I而移動，使得該滑座24相對應於該金屬環22之內緣22c產生一接近或遠離的直線移動。

由前述說明可知，本發明的優點主要包括有下列各點：

1.飛輪在靜止或極慢的轉動時，幾乎不會產生阻力。

2.滑座是直接透過螺桿以直線進行前後方向的移動，使得滑座行程較短。

3.具有極低的起始轉矩(Initial Torque)。

4.體積小，不致佔用過大的設置空間。

5.整體零件及組件相對較少，可節省生產成本。

6.不需要運用到彈簧，故結構相對而言亦較為簡單。

綜上所陳，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明；凡其他未脫離本發明所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

10‧‧‧飛輪

12‧‧‧軸座

122‧‧‧軸承

14‧‧‧輪體

142‧‧‧螺桿

144‧‧‧螺固座

16‧‧‧架體

20‧‧‧阻力裝置

22‧‧‧金屬環

22a‧‧‧第一環面

22b‧‧‧第二環面

22c‧‧‧內緣

22d‧‧‧外緣

23‧‧‧金屬環

222‧‧‧螺孔

224‧‧‧弧形金屬片

226‧‧‧螺孔

228‧‧‧間距

24‧‧‧滑座

242‧‧‧頂部

2422‧‧‧螺接孔

244A‧‧‧側板

244B‧‧‧側板

246‧‧‧磁性元件

248‧‧‧感應線圈

26‧‧‧驅動組件

262‧‧‧驅動馬達

2622‧‧‧轉軸

264‧‧‧齒輪組

266‧‧‧螺桿

27‧‧‧手動操作組件

270‧‧‧導桿

272‧‧‧承置

274‧‧‧滑道

276‧‧‧彈簧

280‧‧‧手動微調旋鈕

282‧‧‧手動操作件

30‧‧‧感應處理裝置

32‧‧‧整流濾波模組

34‧‧‧A/D轉換模組

36‧‧‧處理模組

38‧‧‧顯示模組

I‧‧‧直線方向

第1圖為本發明一具體實施例之平行阻力系統之部分分解圖。

第2圖為本發明一具體實施例之平行阻力系統之組合圖。

第3圖為本發明一具體實施例之平行阻力系統之滑座剖面圖。

第4圖為本發明一具體實施例之平行阻力系統之動作示意圖。

第5圖為本發明另一具體實施例之平行阻力系統之部分分解圖。

第6圖為本發明另一具體實施例之平行阻力系統之組合圖。

第7圖為本發明另一具體實施例之平行阻力系統之感應電動勢信號示意圖。

第8圖為本發明另一具體實施例之平行阻力系統之控制裝置之方塊圖。

第9圖為本發明手動操作實施例之平行阻力系統之組合圖。