TWI432361B - Coaxial rotary gear for sports equipment - Google Patents

Description

運動設備之同軸式轉盤加速裝置

本發明係有關於轉盤加速裝置，特別是一種具有運動設備之同軸式轉盤加速裝置。

由於人口愈來愈集中於都市，人稠地窄的情況下，找大空間運動是奢侈的，即使是使用公共場所，往往要費時費金錢才能達到目的。也因此，許多室內運動器材乃應運而生，最常見的就是室內健身車。

現有的室內健身車經使用多年後，消費者的需求也由單純的能替代運動空間就好，轉而要求能調整訓練重量等較高層次的需求。

而早期室內健身車在調整訓練重量方面的手段，係以調整飛輪配重的方式進行，這對使用者很不方便。因此，接下來的改善乃在飛輪增加阻力，藉以提高令飛輪達到原轉速所需要的能量，以讓使用者必須多出一些力氣才能使飛輪達到原轉速，從而提高訓練之重量。

而增加飛輪阻力方式，最早是以螺桿調整一彈簧的彈力，而再以彈簧抵頂煞車塊去抵飛輪，這固然可以幫飛輪減速或反過來說是增加飛輪轉動的阻力，但缺點是煞車塊會磨耗，不但如此，使用過久，煞車塊會產生高溫而散發異味，還會產生噪音。

目前較常用的飛輪阻力調整，是採用在飛輪加裝自發電產生電磁阻力的方式。採用此一結構時，必須要在健身車結構中結合發電系統，以產生所需的電力。

傳統健身車發電系統的主要構件主要是在健身車飛輪的內側環面設置多數個永久磁鐵，並在相對應於該永久磁鐵處配置一由矽鋼片疊置而成的線圈承座，並在該線圈承座中繞置複數個線圈，各個線圈相對應於該些磁鐵，並保持一預定間隙。此種習用結構存在的缺點包括有：體積大、低轉速時發電量小、材料成本浪費太大、運轉時之溫度偏高、組裝不易、人工成本高。

在另一種習知健身車發電系統中，係在健身車飛輪的內側環面設置行星齒輪的結構，藉由多數個齒輪囓合的結構來達到產生電力的目的。此種習用結構存在的缺點包括有：需各種不同齒輪及齒輪盤組成複雜的齒輪結構、材料成本高、齒輪運轉時之噪音大、組裝不易、人工成本高、速度放大倍數受限於結構。

在另一種習知健身車發電系統中，係在健身車飛輪的轉軸配置環狀磁鐵，並在面向該環狀磁鐵處配置一由矽鋼片疊置而成的線圈承座，並在該線圈承座中繞置複數個線圈，各個線圈相對應於該些磁鐵，並保持一預定間隙。此種習用結構雖然具有體積較小的優點，但仍存在的缺點包括有：低轉速時發電量小、材料成本浪費高、組裝不易、人工成本高。

在另一種習知健身車發電系統中，係在健身車飛輪的鄰近位置配置一發電模組，而此發電模組的轉子與健身車飛輪 的外環面之間則以一皮帶予以連結，當飛輪轉動時透過皮帶帶動發電模組產生電力。此種習用結構存在的缺點包括有：需要外接式發電模組、組裝麻煩、材料成本高、人工成本高、維修不易。

在各種習知的技術中，雖然可以達到產生電力、產生制動力及達到運動的目的，但其結構都較為複雜，且整體體積大，無法有效利用有限的空間。

因此，本發明的目的是提供一種同軸式的轉盤加速裝置，其外加驅動力的輸入軸與經過加速後的輸出軸係採同軸式的結構。

本發明的另一目的是提供一種可將轉盤加速裝置的各相關組件整合在一有限空間中、以實現小體積的轉盤加速裝置。

本發明的另一目的是在健身車飛輪結構中，內嵌整合了一轉盤加速結構，由轉盤加速結構產生高速的轉動，而使發電模組產生較大的電力供應至健身車。

本發明解決問題之技術手段係在轉盤加速裝置包括有一固定軸；一第一大轉盤，可轉動地樞設於該固定軸，可受一外加驅動力驅動而旋轉；至少一加速轉盤組；一第一皮帶，連結於該加速轉盤組與該第一大轉盤之間，該第一大轉盤經由該第一皮帶帶動旋轉該加速轉盤組；一第一軸承，結合於該固定軸；一第二小轉盤，經由該第一軸承可轉動地樞 接於該固定軸，而與該第一大轉盤同軸；一第二皮帶，連結於該加速轉盤組與該第二小轉盤之間，該加速轉盤組經由該第二皮帶帶動該第二小轉盤旋轉。

在本發明的較佳實施例中，加速轉盤組，包括有一第一副軸，定位在一鄰近於該固定軸的位置，與該固定軸相隔一預定距離；一第一小轉盤，可轉動地樞設於該第一副軸；一第二大轉盤，可轉動地樞接於該第一副軸，並固接於該第一小轉盤而與該第一小轉盤帶動同步旋轉。

本發明所提供的運動設備之同軸式轉盤加速裝置，具有下列優點：

(1)突破各種傳統結構的設計。

(2)使用者在同一輸入轉速下可產生一高速的旋轉輸出。

(3)當產生的高速輸出帶動發電系統的轉子時，可使發電系統產生較高的發電量。

(4)材料成本低，符合環保概念。

(5)發電品質穩定。

(6)人工組裝成本低。

(7)發電量可由轉盤尺寸大小之比例而調整或加大。

(8)高速轉動時噪音小。

(9)可整合內嵌在健身車飛輪內部空間中，可使整體體積及重量減少。

請參閱第1~3圖，本發明之運動設備之同軸式轉盤加速 裝置10主要包括有一轉盤加速機構100及一發電模組200。轉盤加速機構100包括一固定軸1及一飛輪2，固定軸1上配置有飛輪軸承21，以使飛輪2經由飛輪軸承21可轉動地樞設於該固定軸1。

一第一大轉盤3可轉動地樞設於該固定軸1，並經由連結柱31結合於飛輪2的內側面22，故當飛輪2受一外加驅動力I驅動而旋轉時，可經由連結柱31帶動第一大轉盤3隨同飛輪2同步旋轉。

本發明包括有至少一加速轉盤組20，其係由一第一副軸4、一第一小轉盤5、一第二大轉盤6所組成。其中，該第一副軸4係定位在一鄰近於該固定軸1的位置，與該固定軸1相隔一預定距離。一第一小轉盤5可轉動地樞設於該第一副軸4。一第一皮帶B1連結於該第一小轉盤5與該第一大轉盤3之間。該第一大轉盤3經由該第一皮帶B1帶動旋轉該第一小轉盤5。

圖式中是以一個加速轉盤組20作為圖式實施例。在實際應用時，可視加速放大倍數的需求而設計成一組或以組以上的加速轉盤組20。

一第二大轉盤6可轉動地樞接於該第一副軸4，並固接於該第一小轉盤5而與該第一小轉盤5帶動同步旋轉。

一第二小轉盤7經由一第一軸承71可轉動地樞接於固定軸1，而與該第一大轉盤3同軸，且該第二大轉盤6與該第二小轉盤7之間以一第二皮帶B2予以連結。第二大轉盤6經由該第二皮帶B2帶動該第二小轉盤7旋轉。

第一大轉盤3的直徑與所述的第一小轉盤5的直徑之比率係可設計為例如5比1，第二大轉盤6的直徑與第二小轉盤7的直徑之比率可設計為例如5比1；如此，外加驅動力I由第一大轉盤3帶動第一小轉盤5及第二大轉盤6轉動、再自第二大轉盤6帶動第二小轉盤7旋轉，即已將外加驅動力I的轉速放大25倍。

而在發電模組200方面，發電模組200包括有複數個環列磁性元件81，該些磁性元件81係環列在一個由第二小轉盤7帶動旋轉的承座82的內環面，以作為該發電模組200的轉子8。

而在相對應於該承座82及環列磁性元件81的位置，則設有一定子9。定子9係包括有一線圈承座91及線圈92。線圈承座91是由複數片矽鋼片疊置而成，並可供複數個線圈92繞置，使得各個線圈92相對應於該些磁性元件81，並保持一預定間隙。當第二小轉盤7以高速旋轉時，承座82及磁性元件81亦隨之旋轉，如此即可由該線圈92產生電力。

在本實施例中，線圈承座91是經由一固定座93而結合於固定軸1，且該固定座93固定有一支架94，該支架94的自由端941由該固定軸1延伸出一長度，並在該自由端941結合於第一副軸4之一端，使該第一副軸4定位在鄰近於該固定軸1的位置。

參閱第5圖所示，其顯示第3圖中的發電模組200更連接有一制動裝置300的示意圖。發電模組200所產生的電力 供應至該制動裝置300，由該制動裝置300產生制動力，而此制動裝置300係可安裝在各種不同的健身裝置中，以作為使用者在使用健身裝置時所需的制動力。

本發明的設計中，第二小轉盤7係經由第一軸承71可轉動地樞接於該固定軸1，而與該第一大轉盤3同軸，其等效的示意圖如第4圖所示。

本發明的發電模組200所產生的電力可以作各種不同的應用。例如參見第5圖，當本發明應用在例如健身車時，發電模組200所產生的電力，可經由電線傳送至一制動裝置300，以作為使用者在使用健身車時，提供所需的制動力。

參見第6圖，其係顯示本發明應用例一之示意圖，此應用例一係為本發明運動設備之同軸式轉盤加速裝置結合於飛輪之示意圖。如圖所示，本發明安裝於室內健身車時，當健身車的飛輪2轉動，藉由本發明內嵌於飛輪2中的轉盤加速結構而使健身車發電模組200產生電力，此電力供應至制動裝置300後，可由制動裝置300對飛輪2產生電磁制動力。制動裝置300可經由簡易的固定架301定位在相對應於健身車的飛輪2的外環緣鄰近處，而在飛輪2的外環緣可加鋁或銅環。

參見第7圖，其係顯示本發明應用例二之示意圖，此應用例二係為本發明運動設備之同軸式轉盤加速裝置安裝於室內健身車之承座示意圖。如圖所示，此應用例類似於第6圖的配置，其可將制動裝置300a經由固定架94定位在相對應於承座82的外環緣鄰近處。發電模組200產生之電力供 應至制動裝置300a後，可由制動裝置300a對承座82產生電磁制動力，進而對飛輪2產生制動力。由於承座82是隨著第二小轉盤7高速旋轉，故制動裝置300a對承座82產生電磁制動效果佳。

參見第8圖，其係顯示本發明應用例三之示意圖，此應用例三係為本發明運動設備之同軸式轉盤加速裝置安裝於室內健身車之飛輪碟片示意圖。如圖所示，本發明安裝於室內健身車，且當健身車的飛輪2外加鋁或銅材料製成的飛輪碟片23時，可以如圖所示的制動裝置300b對應配置在飛輪2的飛輪碟片23兩側邊。發電模組200產生電力供應至制動裝置300b後，可由制動裝置300b對飛輪2的飛輪碟片23產生電磁制動力，進而對飛輪2產生制動力。此應用例中，飛輪2可設計成較小的的直徑，可節省材料。再者，在此實施例中，該飛輪碟片23可整合於例如運動設備的飛輪2，也可以不裝設飛輪2而僅單獨以鋁或銅製成的飛輪碟片23搭配發電模組200及制動裝置300b即能達到制動的作用。

參見第9圖，其係顯示本發明應用例四之示意圖，此應用例四係為本發明運動設備之同軸式轉盤加速裝置安裝於室內健身車之承座碟片示意圖。如圖所示，此應用例類似於第7圖的配置，其可將制動裝置300c經由固定架94定位在相對應於承座82外加鋁或銅材料製成的承座碟片821的兩側邊。發電模組200產生之電力供應至制動裝置300c後，可由制動裝置300c對承座碟片821產生電磁制動力，進而 對飛輪2產生制動力。在此實施例中，該承座碟片821可整合於例如運動設備的飛輪2，也可以不裝設飛輪2而僅單獨以鋁或銅製成的承座碟片821搭配發電模組200及制動裝置300c即能達到制動的作用。

參見第10圖，其係顯示本發明應用例五之示意圖，此應用例五係為本發明運動設備之同軸式轉盤加速裝置安裝於飛輪之內側緣示意圖。如圖所示，本發明亦可在飛輪2的內側緣配置制動裝置300d。發電模組200產生電力供應至制動裝置300d後，可由制動裝置300d對飛輪2產生電磁制動力。

參見第11圖，其係顯示本發明應用例六之示意圖，此應用例六係為本發明運動設備之同軸式轉盤加速裝置安裝於自行車訓練器之示意圖。如圖所示，本發明應用於自行車訓練器時，係在自行車訓練器後輪後方配置本發明的運動設備之同軸式轉盤加速裝置10(即包括有轉盤加速機構及發電模組)，並延伸結合一制動輪300e。當使用者踩踏自行車訓練器時，可帶動本發明的運動設備之同軸式轉盤加速裝置10，再由發電模組產生電力供應至制動輪300e後，可由制動輪300e對自行車訓練器後輪產生制動力。

參見第12圖，其係顯示本發明應用例七之示意圖，此應用例七係為本發明配置於自行車的踏板軸之示意圖。如圖所示，本發明應用於自行車時，係在自行車的踏板軸處配置本發明的運動設備之同軸式轉盤加速裝置10(包括有轉盤加速機構及發電模組)。當使用者踩踏自行車器時，可帶動本 發明的運動設備之同軸式轉盤加速裝置轉動，再由發電模組200產生電力供應負載。

以上所舉實施例僅係用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍，因此，舉凡與上述實施例等效，而能完成者，均仍應包含於本發明之精神範圍內。

10‧‧‧運動設備之同軸式轉盤加速裝置

20‧‧‧加速轉盤組

100‧‧‧轉盤加速機構

200‧‧‧發電模組

300、300a、300b、300c、300d、300e‧‧‧制動裝置

301‧‧‧固定架

1‧‧‧固定軸

2‧‧‧飛輪

21‧‧‧飛輪軸承

22‧‧‧內側面

23‧‧‧飛輪碟片

3‧‧‧第一大轉盤

31‧‧‧連結柱

4‧‧‧第一副軸

5‧‧‧第一小轉盤

6‧‧‧第二大轉盤

7‧‧‧第二小轉盤

71‧‧‧第一軸承

8‧‧‧轉子

81‧‧‧磁性元件

82‧‧‧承座

821‧‧‧承座碟片

9‧‧‧定子

91‧‧‧線圈承座

92‧‧‧線圈

93‧‧‧固定座

94‧‧‧支架

941‧‧‧自由端

B1‧‧‧第一皮帶

B2‧‧‧第二皮帶

I‧‧‧外加驅動力

第1圖係本發明較佳實施例各構件分離時之立體分解圖。

第2圖係本發明較佳實施例各構件組合時之立體圖。

第3圖係顯示第2圖中3-3斷面的剖視圖。

第4圖顯示本發明第二小轉盤與第一大轉盤同軸的頂視示意圖。

第5圖顯示本發明發電模組連接有一制動裝置的示意圖。

第6圖係本發明應用例一之示意圖。

第7圖係本發明應用例二之示意圖。

第8圖係本發明應用例三之示意圖。

第9圖係本發明應用例四之示意圖。

第10圖係本發明應用例五之示意圖。

第11圖係本發明應用例六之示意圖。

第12圖係本發明應用例七之示意圖。

10‧‧‧運動設備之同軸式轉盤加速裝置

20‧‧‧加速轉盤組

100‧‧‧轉盤加速機構

200‧‧‧發電模組

1‧‧‧固定軸

2‧‧‧飛輪

22‧‧‧內側面

3‧‧‧第一大轉盤

4‧‧‧第一副軸

5‧‧‧第一小轉盤

6‧‧‧第二大轉盤

7‧‧‧第二小轉盤

71‧‧‧第一軸承

8‧‧‧轉子

81‧‧‧磁性元件

82‧‧‧承座

9‧‧‧定子

91‧‧‧線圈承座

93‧‧‧固定座

94‧‧‧支架

B1‧‧‧第一皮帶

B2‧‧‧第二皮帶

I‧‧‧外加驅動力

Claims (7)

1. 一種運動設備之同軸式轉盤加速裝置，包括：一固定軸；一第一大轉盤，可轉動地樞設於該固定軸，可受一外加驅動力驅動而旋轉；至少一個以上的加速轉盤組；一第一皮帶，連結於該加速轉盤組與該第一大轉盤之間，該第一大轉盤經由該第一皮帶帶動旋轉該加速轉盤組；一第一軸承，結合於該固定軸；一第二小轉盤，經由該第一軸承可轉動地樞接於該固定軸，而與該第一大轉盤同軸；一第二皮帶，連結於該加速轉盤組與該第二小轉盤之間，該加速轉盤組經由該第二皮帶帶動該第二小轉盤旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之運動設備之同軸式轉盤加速裝置，其中該加速轉盤組，包括有：一第一副軸，定位在一鄰近於該固定軸的位置，與該固定軸相隔一預定距離；一第一小轉盤，可轉動地樞設於該第一副軸；一第二大轉盤，可轉動地樞接於該第一副軸，並固接於該第一小轉盤而與該第一小轉盤帶動同步旋轉。
3. 如申請專利範圍第1項所述之運動設備之同軸式轉盤加 速裝置，其中該第一大轉盤結合有一飛輪，且該飛輪係經由飛輪軸承可轉動地樞設於該固定軸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之運動設備之同軸式轉盤加速裝置，其中該固定軸固定有一支架，該支架的自由端由該固定軸延伸出一長度，並在該自由端結合於該第一副軸，使該第一副軸定位在鄰近於該固定軸的位置。
5. 如申請專利範圍第1項所述之運動設備之同軸式轉盤加速裝置，其中該第二小轉盤結合有一承座，該承座由該第二小轉盤帶動旋轉，而一發電模組的轉子包括有複數個環列磁性元件，該些磁性元件係環列在該承座的內環面；該發電模組的定子包括有一線圈承座以及繞置在該線圈承座的複數個線圈，各個線圈相對應於該些磁性元件，並保持一預定間隙。
6. 如申請專利範圍第5項所述之運動設備之同軸式轉盤加速裝置，其中該固定軸固定有一支架，其中該發電模組更連接有一制動裝置，該發電模組所產生的電力供應至該制動裝置，由該制動裝置產生制動力。
7. 如申請專利範圍第1項所述之運動設備之同軸式轉盤加速裝置，其中該固定軸固定有一支架，其中該制動裝置係安裝在一健身裝置。