TW201924757A - 非磨擦免拆輪自行車訓練系統 - Google Patents

Abstract

本發明為一種非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其包括有戶外自行車，該自行車上裝置有訓練器固定車架，該訓練器固定車架上設置有快速拆裝單元，用來將該訓練器固定車架快速裝拆在該自行車上，在該訓練器固定車架上則設置有阻尼單元，使該阻尼單元靠近該自行車的金屬輪圈，該阻尼單元連接有控制單元以控制渦流阻尼大小，並在該控制單元上設置有I/O介面，以提供使用者控制阻尼大小的介面；該阻尼單元延伸有磁性單元靠近該金屬輪圈，該磁性單元同時設置在該金屬輪圈的左、右兩側，藉由騎乘時的該金屬輪圈與該磁性單元相對運動產生渦流，該渦流大小與磁場極性相互吸引或排斥而產生阻尼大小作用作用。

Description

非磨擦免拆輪自行車訓練系統

本發明屬於健身器材領域，特別是關於一種可以快速裝卸於自行車上，藉由非摩擦(Non-Friction)方式調整阻力大小，進而提高運動健身效果的自行車訓練器。

騎乘自行車是目前相當風行的運動方式，其不僅可以增強心肺功能、降低心血管疾病的發生，而且，騎乘自行車必須手腳並用，讓全身肌肉都能參與運動，故有鍛鍊肌肉的功效，讓全身體態更為健美，故而成為全民都喜觀的運動之一。

由於自行車屬於交通工具，故而出發前需要規劃目標、路徑以及安排時間等等，對於忙碌的現代人而言，並不易經常抽出時間進行自行車活動。因此，市面上即有自行車訓練器的產生，利用室內空間即可進行自行車的訓練，不受時間、空間的限制。

除了單純的騎乘活動，自行車訓練器還有進一步的功效，即增加重量方面的訓練手段，其係以調整踩踏時的配重方式進行，當配重增加，使用者必須更加用力踩踏方能進行騎乘，因為得到鍛鍊效果。雖然各 家廠牌的自行車訓練器在結構上略有不同，但都強調改變配重而達成訓練效果，提供使用者更多元的選擇，如以下列出多種自行車訓練器的品名與參考網址：「Elite Real Turbo Muni」"http：//www.elite-real.com/en/products/real-turbo-muin-b"、「Elite Turbo Muni"http：//www.elite-it.com/en/products/trainers/indoor-trainers/turbo-muin-smart-b-0"、「Cycleops Hammer Direct Drive」"https：//www.cycleops.com/product/hammer"、「Tacx Neo Smart Direct Drive」"https：//www.tacx.com/en/products/trainers/neo-smart"、「Wahoo KICKR Power Trainer」"http：//www.wahoofitness.com/devices/kickr.html"、「Kinetic Rock and Roll Smar-t Power Training Pack」"https：//kurtkinetic.com/products/kinetic-rock-and-roll-training-pack/"、「Bkool Smart Pro」"http：//www.bkool.com/zh/turbo-trainer"。

綜觀各家的自行車訓練器，主要區分有摩擦式阻力訓練器與非摩擦式訓練器兩大類，但無論方式如何，習知自行車訓練器多存有以下缺失，而有待加以改善，現分別說明如後。

l)摩擦式阻力訓練器，如圖7所示，其阻力來源在於自行車1的車輪11位置放置滾筒7，讓車輪11與滾筒7摩擦產生阻力，其特色是結構簡單、使用方便，但因採取摩擦方式產生阻力，因此發生：a)產生摩擦噪音；b)車輪11與滾筒7摩擦時讓車輪2的橡膠因摩擦產生發熱及耗損，因此產生非常嚴重的異味；c)由於採取摩擦式阻力方式，摩擦會耗損車輪11壽命，而必須常常更換車輪11，造成訓練成本的提高；d)同樣來自於摩擦式阻力訓練方式，其每次騎乘時必須重新調整阻力大 小，操作相當不便；e)受限於結構方式，摩擦式阻力訓練器不適合登山車使用。

2)傳統非摩擦式自行車訓練器，其主要缺失如下：a)傳統非摩擦式自行車訓練器的構造非常複雜；b)傳統非摩擦式自行車訓練器使用上非常不方便，必須將整輛自行車的後輪及後變速器與後叉端進行更換才能使用；c)傳統非摩擦式自行車訓練器由於構造複雜，所以價格極為昂貴；d)傳統非摩擦式自行車訓練器由於構造複雜，維護不易；e)傳統非摩擦式自行車訓練器，由於使用時必須使用訓練器上的後變速器及後叉端，所以只能使用於具有相容後變速器及後叉端的車型才能使用；f)傳統非摩擦式自行車訓練器更不適合登山車使用。

有鑒於前述缺失，發明人乃著手進行改良，經由發明人慎密的構思與研究，在長期的研發與實作後，終能完成本件非磨擦免拆輪自行車訓練系統。

本發明之主要目的在於提供一種非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其主要採取非摩擦(Non-Friction)方式建構自行車訓練系統，並同時解決前述習知摩擦式阻力訓練器的重大缺點及習知非摩擦式自行車訓練器的主要缺失而作突破性的改善，同時並可達到環保及綠能要求。

本發明為一種非磨擦免拆輪自行車訓練系統，屬於非摩擦式自行車訓練系統，其主要原理在於，係藉由電磁鐵或永久磁石與自行車金 屬輪圈相互運動時產生渦流(Eddy Crurrent)，此渦流大小與電磁鐵或永久磁石的磁場極性因相互吸引或排斥而產生阻尼大小，提供使用騎乘者訓練時的阻力大小。

該非磨擦免拆輪自行車訓練系統的磁場或電磁場變化大小可改變訓練騎乘時其自行車的金屬輪圈上產生的渦流大小；而該非磨擦免拆輪自行車訓練系統的磁場大小與相對運動的自行車速度快或慢的金屬輪圈上產生的渦流成正比。因此，此理論基礎完全穩合戶外騎乘時的阻力變化。

本發明所稱的一種非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其主要包括有：一自行車、一訓練器固定車架、一快速拆裝單元、一阻尼單元、一控制單元，以及一I/O介面。

該自行車為戶外用自行車，可為任意形式的競速車或登山車；該訓練器固定車架裝置在該自行車上，主要針對該車輪的轉軸位置，該快速拆裝單元則設置在該訓練器固定車架上，用來將該訓練器固定車架快速裝拆在該自行車上；該阻尼單元設置在該訓練器固定車架上，並靠近該自行車的車輪，該控制單元則聯結並用以控制該阻尼單元，當該車輪轉動時，藉由感應渦流而產生阻尼大小；該I/O介面係連接在該控制單元上，提供使用者控制阻尼大小的介面。

前述自行車為具有金屬輪圈之自行車，而該阻尼單元設置有磁性單元，該磁性單元延伸並同時設置在該金屬輪圈的左、右兩側，藉由騎乘時的該金屬輪圈與該磁性單元相對運動產生渦流產生阻尼大小，提供使用騎乘者訓練時的阻力大小。並且藉由調整該磁性單元與該金屬輪圈的 相對位置，用以改變騎乘時的阻尼大小。

該阻尼單元內可以包括有一驅動馬達，可電性控制調整該磁性單元與該金屬輪圈的相對位置，例如：調整該磁性單元與該金屬輪圈之間的距離大小，或者調整該磁性單元與該金屬輪圈之間的磁力切割面積的大小，以改變騎乘時的阻尼大小。

該磁性單元方式之一為磁石座，該磁石座上固定有一個或一個以上的永久磁石，除了利用該磁石座與該金屬輪圈的距離調整渦流阻尼外，亦可藉由不同強度、數量的該永久磁石來達成不同的控制需求。

而該磁性單元亦可為電磁鐵，而該控制單元係電控制系統，用以控制驅動電流大小，以改變該電磁鐵的磁場強度；亦即，除了利用該電磁鐵與該金屬輪圈的距離調整渦流阻尼外，亦可藉由該電磁鐵的磁場強度變化來達成不同的控制需求。

而該I/O介面為機械連接裝置，可藉由使用者直接手動旋鈕或自行車把手等方式控制該阻尼單元。

或者，該I/O介面為機械連接裝置，但其控制器以鋼索延伸到該自行車的把手位置，利用符合一般騎乘該自行車的控制習慣，直接壓按該控制器讓鋼索可以控制該阻尼單元。

再者，該I/O介面亦可為電性聯接裝置，係可電性聯接個人隨身智慧裝置、個人電腦或網路來控制該控制單元。

更進一步，該I/O介面為電性聯接裝置，係可電性聯接到一電子儀錶，用以直接控制該控制單元。

相較於習知摩擦式阻力訓練器與習知非摩擦式自行車訓練 器，本發明更有以下優點：1)本發明非磨擦免拆輪自行車訓練系統，使用者在騎乘訓練時既無噪音也没有輪胎磨損的異味，更甚者，使用者不需要更換整輛自行車的後輪及後變速器與後叉端的複雜動作；2)本發明非磨擦免拆輪自行車訓練系統，因已突破習知自行車訓練器的思維，既可提供競賽車用，又可方便結合登山車使用；3)本發明非磨擦免拆輪自行車訓練系統，因結構系統一體化，所以不受各家廠牌的變速器影響；4)本發明非磨擦免拆輪自行車訓練系統，因係藉由感應渦流的大小而決定該自行車訓練器的阻尼大小，所以更可經由個人智慧行動裝置、PC、網路、雲端進行雙向互動式訓練；5)本發明非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其結構材料可以更為精簡，達到節能減碳的需求；6)本發明非磨擦免拆輪自行車訓練系統，因結構簡易且模組化，更容易提供售後服務。

1‧‧‧自行車

11‧‧‧車輪

12‧‧‧轉軸

13‧‧‧金屬輪圈

2‧‧‧訓練器固定車架

3‧‧‧快速拆裝單元

4‧‧‧阻尼單元

41‧‧‧磁性單元

42‧‧‧驅動馬達

43‧‧‧發電線圈

44‧‧‧整流器

45‧‧‧濾波電路

46‧‧‧穩壓器

47‧‧‧磁石座

48‧‧‧二側臂

49‧‧‧A/C整流器

400‧‧‧螺絲

401‧‧‧軌道

5‧‧‧控制單元

51‧‧‧MCU

6‧‧‧I/O介面

61‧‧‧電子儀錶

62‧‧‧旋鈕

63‧‧‧控制器

64‧‧‧鋼索

7‧‧‧滾筒

41'‧‧‧電磁鐵

411‧‧‧矽鋼片

412‧‧‧線圈

圖1為本發明非摩擦式阻力訓練器的立體圖；圖1A為圖1所示非摩擦式阻力訓練器的磁性單元相對於金屬輪圈位置的部份結構放大圖；圖2為該非摩擦式阻力訓練器脫離自行車的結構立體圖； 圖2A為該非摩擦式阻力訓練器脫離的結構變化例圖；圖2B為該非摩擦式阻力訓練器脫離的另一結構變化例圖；圖3為該非摩擦式阻力訓練器調整阻尼大小的動作示意圖；圖4為該非摩擦式阻力訓練器的控制動作方塊圖；圖4A為該非摩擦式阻力訓練器的控制動作變化例圖；圖4B為該非摩擦式阻力訓練器的控制動作另一變化例圖；圖5為該非摩擦式阻力訓練器以鋼索調整阻尼大小的結構示意圖；圖5A為該非摩擦式阻力訓練器以鋼索調整阻尼大小的結構變化例圖；圖6為該非摩擦式阻力訓練器的阻尼控制變化例圖；圖6A為非摩擦式阻力訓練器採取電磁鐵控制的阻尼控制變化例；圖6B為該非摩擦式阻力訓練器採取電磁鐵控制的另一角度的阻尼控制變化例圖；以及圖7為習知摩擦式阻力訓練器的示意圖。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱圖1至圖3所示，本發明提供一種非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其主要包括有：一自行車1、一訓練器固定車架2、一快速拆裝單元3、一阻尼單元4、一控制單元5，以及一I/O介面6。

該自行車1為戶外用自行車，可為任意形式的競速車或登山車等，種類不受限制；該訓練器固定車架2則裝置在該自行車1上，用來裝 其它裝置固定在該自行車1上，形成可用的非磨擦免拆輪自行車訓練系統。

該快速拆裝單元3設置在該訓練器固定車架2上，主要針對該車輪11的轉軸12位置，用來將該訓練器固定車架2快速裝拆在該自行車1上，藉以將該快速拆裝單元3鎖固在該轉軸12兩端，或將該訓練器固定車架2與該車輪11快速拆離。

而該阻尼單元4設置在該訓練器固定車架2上，並靠近該自行車1的車輪11，當該車輪11轉動時，藉由感應渦流而產生阻尼大小。

該控制單元5則聯結並用以控制該阻尼單元4，用來改變該阻尼單元4的渦流阻尼大小。

該I/O介面6係連接在該控制單元5上，提供使用者控制阻尼大小的介面。

前述自行車1主要為具有金屬輪圈13之自行車1，而該阻尼單元4設置有磁性單元41，該磁性單元41延伸並同時設置在該金屬輪圈13的左、右兩側，藉由騎乘時的該金屬輪圈13與該磁性單元41相對運動產生渦流(Eddy Crurrent)，該渦流大小會與該磁性單元41的磁場極性因相互吸引或排斥而產生阻尼大小，提供使用騎乘者訓練時的阻力大小。

亦即，藉由改變阻尼大小即可提供騎乘者不同的阻力需求，其主要方式在於該磁性單元41與該金屬輪圈13的距離藉由該控制單元5進行調整，由於距離變化可以得到不同的感應渦流，再以此渦流的改變來調整阻尼大小。

或者，調整該磁性單元41與該金屬輪圈13之間的磁力切割面積的大小，例如：圖5A所示，該磁性單元41利用螺絲400活動地安裝在阻尼 單元4上所設之一軌道401上，使得該磁性單元41可以沿著軌道401上下移動，進而可以改變該磁性單元41與該金屬輪圈13之間的磁力切割面積的大小。

該阻尼單元4的該磁性單元41活動方式很多，其主要在於該阻尼單元4內包括有一驅動馬達，可電性控制調整該磁性單元41與該金屬輪圈13的距離，以改變騎乘時的阻尼大小。

另請參閱圖2A，該阻尼單元4無需裝置在該訓練器固定車架2上，而可直接裝置於該自行車1的車體上，並採取一般自行車的煞車方式進行控制。

又如圖2B所示，是用以增加該金屬輪圈13的磁吸強度，該磁性單元41與該金屬輪圈13之接觸面積較小，故而該磁性單元41的外形由底部向上逐漸縮減，使該磁性單元41靠近金屬輪圈13的部份較窄，其底部則相對較寬，故該磁性單元41的上方與該金屬輪圈13近距離磁吸可增加磁場強度。

請參閱圖4，藉由前述裝置，本發明結合有控制電路，該控制電路設置在該阻尼單元4中，本實施例中，該I/O介面6為按鍵，當使用者操作該按鍵時，會將按鍵訊號傳到一MCU(微控制器)51中，再由該MCU 51控制該控制單元5去操作該阻尼單元4，即可控制延伸出去的該磁性單元41與該金屬輪圈13的距離；而在該磁性單元41端，其內部可以設置有發電線圈43，該發電線圈43在該金屬輪圈13旋轉時可以產生感應電流，此感應電流經過整流器44、濾波電路45、穩壓器46以得到電流，再將該電流提供給該阻尼單元4中各裝置所需的電力。

請參閱圖4A，藉由前述裝置該發電線圈43、整流器44、濾波電路45、穩壓器46可以由單一的A/C整流器(A/C Aadapter)49取代，發揮相同功能。再者，由於電池供電較為穩定，所以也可以將A/C整流器(A/C Aadapter)49以(直流)電池所取代。

而該磁性單元41方式之一為磁石座47，該磁石座47上固定有一個或一個以上的永久磁石，除了利用該磁石座47與該金屬輪圈13的距離調整渦流阻尼外，亦可藉由不同強度、數量的該永久磁石來達成不同的控制需求。

又如圖4B所示，該I/O介面6為機械連接裝置，可藉由使用者直接手動旋鈕62等方式控制該阻尼單元4。

例如，如圖5、圖5A所示，該I/O介面6為機械連接裝置，但其控制器63以鋼索64延伸到該自行車1的把手位置，利用符合一般騎乘該自行車1的控制習慣，直接壓按該控制器63讓鋼索64可以控制該阻尼單元4。此外，圖5中在該訓練器固定車架2靠近該自行車1的車輪11的金屬輪圈13處或/及自行車1的車架靠近該自行車的車輪的金屬輪圈13處，例如自行車1的坐墊下方與腳踏板之間的車架靠近該自行車的車輪11的金屬輪圈13處設有該阻尼單元4。

另外，如圖6所示，該I/O介面6為電性聯接裝置，係可電性聯接到一電子儀錶61，用以直接控制該控制單元5，然後操作該驅動馬達42拉動該鋼索64使該阻尼單元4的二側臂48進行開合，即可調整該二側臂48末端的該磁性單元41與該金屬輪圈13的距離；該二側臂48本身也可以上下調整該磁性單元41的位置，以配合不同該自行車1的該金屬輪圈13位置；同樣的， 該訓練器固定車架2上設置有導槽21，可讓該阻尼單元4在該導槽21上微調位置，以確保與各種型式的該自行車1完成連接。

或如圖6A、圖6B所示，該磁性單元41亦可為電磁鐵41'，配合前述控制單元5為電控控制系統，用以控制驅動電流大小，以改變該電磁鐵41'的磁場強度，而達到渦流阻尼效果。

其中，該電磁鐵41'包括有矽鋼片411以及線圈412，該矽鋼片411底部較寬，其上部靠近金屬輪圈13較窄，使該電磁鐵41'上部與該金屬輪圈13近距離磁吸，並可增加磁場強度。

除以上說明，該I/O介面6亦可為電性聯接裝置，係可電性聯接個人隨身智慧裝置、個人電腦或網路來控制該控制單元5。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (15)

1. 一種非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其包括有：自行車；訓練器固定車架，用來裝置在該自行車上；快速拆裝單元，設置在該訓練器固定車架上，用來將該訓練器固定車架快速裝拆在該自行車上；阻尼單元，靠近該自行車的車輪的金屬輪圈，當該車輪轉動時，藉由感應渦流而產生阻尼大小；控制單元，用以控制該阻尼單元改變的渦流阻尼大小；I/O介面，連接在該控制單元上，提供使用者控制阻尼大小的介面。
2. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該自行車為具有金屬輪圈之自行車。
3. 如請求項2所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該阻尼單元延伸有磁性單元靠近該金屬輪圈，該磁性單元同時設置在該金屬輪圈的左、右兩側，藉由騎乘時的該金屬輪圈與該磁性單元相對運動產生渦流，該渦流大小與磁場極性相互吸引或排斥而產生阻尼大小。
4. 如請求項3所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該磁性單元與該金屬輪圈的距離藉由該控制單元進行調整，以感應渦流變化改變阻尼大小。
5. 如請求項4所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該阻尼單元包括有一驅動馬達，可電性控制調整該磁性單元與該金屬輪圈的距離，以改變騎乘時的阻尼大小。
6. 如請求項3所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該磁性單元為磁石座，該磁石座上固定有一個或一個以上的永久磁石。
7. 如請求項3所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該磁性單元為電磁鐵，該電磁鐵包括有線圈與矽鋼片，其中該矽鋼片靠近金屬輪圈的部份較窄，其底部則相對較寬。
8. 如請求項6所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該控制單元係電控控制系統，用以控制驅動電流大小，以改變該電磁鐵的磁場強度，達到該金屬輪圈與該電磁鐵相對運動時產生的阻尼大小。
9. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該快速拆裝單元連接在該車輪的轉軸上，以快速將該訓練器固定車架鎖固在該轉軸兩端，或將該訓練器固定車架與該車輪快速拆離。
10. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該I/O介面為機械連接裝置，藉由使用者直接手動旋鈕或自行車把手等方式控制該阻尼單元。
11. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該I/O介面為電性聯接裝置，係可電性聯接個人隨身智慧裝置、個人電腦或網路來控制該控制單元。
12. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該I/O介面為電性聯接裝置，係可電性聯接到一電子儀錶，用以直接控制該控制單元。
13. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該阻尼單元設置在該自行車的車架靠近該自行車的車輪的金屬輪圈處。
14. 如請求項1所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該阻尼單元設置在該訓練器固定車架上靠近該自行車的車輪的金屬輪圈處。
15. 如請求項3所述的非磨擦免拆輪自行車訓練系統，其中，該磁性單元由底部向上逐漸縮減，使該磁性單元靠近金屬輪圈的部份較窄，其底部則相對較寬。