TWI553226B - Power generation and braking devices, and foot fitness equipment - Google Patents

Description

發電與制動裝置、及腳踩健身器材

本發明係有關於一種發電裝置，更具體而言，尤指一種抑制振動從而降低電磁噪音的發電與制動裝置，以及一種具有前述發電與制動裝置的腳踩健身器材。

如第1圖所示，習知的一發電裝置1，藉由旋轉一輪體2使一發電單元3不斷地產生交流電，並透過一整流器4將交流電轉換成直流電後，供給至一控制面板5；然而，該控制面板5僅須少量的電力便可運作，故藉由一高功率電阻6來將多餘的電力消耗。因此，會有功率浪費的問題。

此外，習知的發電裝置1會將該輪體2的磁鐵與該發電單元3的齒部以不成對的方式進行設置來降低頓轉轉矩的明顯程度；但是，當該輪體2的磁體與該發電單元3的齒部以不成對的方式進行設置時，由於內部扭力分佈不均勻，容易產生迴轉方向振動，使得該發電裝置1容易壞損，且會產生電磁噪音。

因此，如何發明出一種發電裝置，除了能提供所需電力與電磁阻力之外，來更進而避免功率浪費、抑制振動、並降低電磁噪音，將是本發明所欲積極揭露之處。

為解決上述現有技術的問題，本發明之目的在於提供一種發電與制動裝置，來避免功率浪費、抑制振動、並降低電磁噪音。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種發電與制動裝置，裝設於一軸桿上，包含一輪體、一定子單元、一整流單元、一控制面板、一波形產生單元、一直流電源調整單元及一制動單元。

該輪體活動軸設於該軸桿，且該輪體具有一外環部，環設於該輪體的邊緣；複數永久磁鐵，間隔設置於該外環部朝向該輪體之軸心的一面；及一內環部，與該外環部同心地設置於該輪體，並介於該外環部與該輪體之軸心間。

該定子單元以該輪體的軸心為中心，固定於該軸桿，且該定子單元具有一定子本體，介於該輪體的該外環部與該內環部間；複數第一齒部，環設於該定子本體的邊緣，且該等第一齒部對應該等永久磁鐵；及複數發電線圈，纏繞於該等第一齒部；其中，當該輪體旋轉時，該等永久磁鐵相對該定子單元旋轉以產生一交流電。

該整流單元電連接於該定子單元，以將該交流電進行轉換成一直流電；該控制面板電連接於該整流單元；該波形產生單元電連接於該控制面板，並產生一反相扭力輸入訊號；該直流電源調整單元電連接於該波形產生單元。

該制動單元以該輪體的軸心為中心，固定於該軸桿或該定子本體，該制動單元電連接於該直流電源調整單元，以接收該直流電與該反相扭力輸入訊號，且該制動單元具有一制動本體，介於該輪體的該內環部與該輪體之軸心間；複數第二齒部，環設於該制動本體的邊緣，且該等第二齒部對應該輪體的該內環部；及複數制動線圈，分別纏繞於各該第二齒部；其中，該制動單元制動該輪體。

於上述之發電與制動裝置，該輪體的該等永久磁鐵的磁極共有12個，該定子單元的該等第一齒部為37個。

於上述之發電與制動裝置，該制動單元的該等第二齒部以該制動本體的中心對稱排列。其中，該制動單元的該等第二齒部為18個。

此外，本發明提供另一種發電與制動裝置，其係與上述之發電與制動裝置的設置大致相同，其差異在於該輪體、該定子單元與該制動單元的設置關係。

該輪體的複數永久磁鐵間隔設置於該內環部朝向該輪體之軸心的一面；該定子單元的該定子本體介於該輪體的該內環部與該輪體之軸心間；且該制動單元的該制動本體介於該輪體的該外環部與該內環部間，該制動單元的該等第二齒部對應該輪體的該外環部。

再者，本發明更提供一種腳踩健身器材，包含一基座；如上述之一發電與制動裝置，設置於該基座；及一腳踩單元，設置於該基座，並藉由一帶動件帶動該發電與制動裝置的該輪體。

綜上所述，本發明發電與制動裝置，藉由上述之設置，來達成發電與電磁阻力之雙重功能，進而避免功率浪費，並產生均勻且對稱之反向扭力來抑制振動，從而降低電磁噪音。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：

請參照第2圖，其係為本發明發電與制動裝置100的示意圖，該發電與制動裝置100包含一軸桿10、一輪體20、一定子單元30、一整流單元40、一控制面板50、一波形產生單元60、一直流電源調整單元70及一制動單元80。在此，將該發電與制動裝置100設置於一腳踩健身器材1000來作為一範例，但應了解到，該發電與制動裝置100亦可設置於其他結構。

如第2圖與第3圖所示，該軸桿10軸設於該腳踩健身器材1000的一基座1001。

該輪體20活動軸設於該軸桿10，且該輪體20具有一外環部21、複數永久磁鐵22及一內環部23，該外環部21環設於該輪體20的邊緣，該等永久磁鐵22間隔設置於該外環部21朝向該輪體20之軸心的一面，該內環部23與該外環部21同心地設置於該輪體20，並介於該外環部21與該輪體20之軸心間。

如第2圖至第5圖所示，該定子單元30以該輪體20的軸心為中心，固定於該軸桿10，且該定子單元30具有一定子本體31、複數第一齒部32及複數發電線圈33，該定子本體31介於該輪體20的該外環部21與該內環部23間，該等第一齒部32環設於該定子本體31的邊緣，且該等第一齒部32對應該等永久磁鐵22，該等發電線圈33纏繞於該等第一齒部32；其中，當該輪體20旋轉時，該等永久磁鐵22相對該定子單元30旋轉以產生一交流電。

該整流單元40電連接於該定子單元30，以將該交流電轉換成一直流電；該控制面板50電連接於該整流單元40，以供一使用者進行該腳踩健身器材1000的相關控制；該波形產生單元60電連接於該控制面板50，並產生一反相扭力輸入訊號；該直流電源調整單元70電連接於該波形產生單元60，該整流單元40、該波形產生單元60及該直流電源調整單元70可整合成為一個控制器模組。

如第2圖至第6圖所示，該制動單元80以該輪體20的軸心為中心，固定於該定子本體31，該制動單元80電連接於該直流電源調整單元70，以接收該直流電與該反相扭力輸入訊號，且該制動單元80具有一制動本體81、複數第二齒部82及複數制動線圈83，該制動本體81介於該輪體20的該內環部23與該輪體20之軸心間，該等第二齒部82環設於該制動本體81的邊緣，且該等第二齒部82對應該輪體20的該內環部23，該等制動線圈83分別纏繞於各該第二齒部82；其中，當該制動單元80接收該直流電與該反相扭力輸入訊號後，產生反向扭力(即切線方向的力)與電磁吸引力(即徑向方向的力)來制動該輪體20，應了解到，反向扭力為主要制動該輪體20的力，電磁吸引力為輔助制動該輪體20的力。此外，雖然圖未示，該制動單元80亦可直接固定於該軸桿10。

接著，請再次參照第2圖至第4圖，並配合以下敘述來說明該發電與制動裝置100的作動。

首先，使用者係踩踏該腳踩健身器材1000的一腳踩單元1002(例如踏板)，並藉由一帶動件1003(例如皮帶)帶動該輪體20旋轉，該定子單元30與該制動單元80則固定不動。

當該輪體20藉由該帶動件1003帶動而旋轉時，該輪體20的該等永久磁鐵22會與該定子單元30的該等第一齒部32、該等發電線圈33反應，從而產生該交流電；該交流電藉由電線傳輸至該整流單元40；該整流單元40將該交流電轉換成該直流電；該直流電藉由電線傳輸至該控制面板50，以供電給該控制面板50，從而讓使用者進行操作而產生一控制訊號；通過該控制面板50後的該直流電與該控制訊號，藉由一電線傳輸至該波形產生單元60，以產生一反相扭力輸入訊號；通過該波形產生單元60後的該直流電與該反相扭力輸入訊號，藉由一電線傳輸至該直流電源調整單元70後，接著傳輸至該制動單元80，使得該制動單元80產生反向扭力與電磁吸引力。

應了解到，由於將該制動單元80的該制動本體81設置於該定子單元30的該定子本體31之內，並對應該輪體20的該內環部23，使得該制動單元80所產生的反向扭力與電磁吸引力於制動該輪體20的該內環部23時，控制該輪體20的轉速，並抑制該輪體20與該定子單元30作動時所產生的振動，從而降低電磁噪音。

此外，為了降低頓轉轉矩的明顯程度，本發明的發電與制動裝置100係使該輪體20的該等永久磁鐵22的磁極為12個，該定子單元30的該等第一齒部32為37個；並且，由

段所述可知，抑制振動並進而降低電磁噪音的原因，係因為該制動單元80的該制動本體81設置於該定子單元30的該定子本體31之內，並對應該輪體20的該內環部23，故不論該等永久磁鐵22與該等第一齒部32是否以不成對的方式進行設置，皆可達到抑制振動並進而降低電磁噪音之功效。

再者，藉由將該制動單元80的該等第二齒部82以該制動本體81的中心對稱排列，來使該制動單元80所產生的反向扭力與電磁吸引力均勻且對稱，從而提高該制動單元80抑制該輪體20與該定子單元30作動時所產生的振動之效果。其中，該制動單元80的該等第二齒部82為18個。

綜上所述，本發明發電與制動裝置，藉由上述之設置，有效地將該定子單元所產生的電力運用至該控制面板與該制動單元，從而避免功率的浪費；此外，藉由該定子單元與該制動單元的配置，來抑制該輪體與該定子單元作動時所產生的振動，從而降低電磁噪音。

如第7圖所示，其係為本發明發電與制動裝置200的第二具體實施例之示意圖。該發電與制動裝置200的元件與該發電與制動裝置100的元件相同，其差異在於該輪體20、該定子單元30與該制動單元80的設置關係。

其中，該輪體20的複數永久磁鐵22間隔設置於該內環部23朝向該輪體21之軸心的一面；該定子單元30的該定子本體31介於該輪體20的該內環部23與該輪體20之軸心間；且該制動單元80的該制動本體81介於該輪體20的該外環部21與該內環部23間，該制動單元80的該等第二齒部82對應該輪體20的該外環部21。藉此，該發電與制動裝置200亦能產生與該發電與制動裝置100相同的功效。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧發電裝置
2‧‧‧輪體
3‧‧‧發電單元
4‧‧‧整流器
5‧‧‧控制面板
6‧‧‧高功率電阻
10‧‧‧軸桿
20‧‧‧輪體
21‧‧‧外環部
22‧‧‧永久磁鐵
23‧‧‧內環部
30‧‧‧定子單元
31‧‧‧定子本體
32‧‧‧第一齒部
33‧‧‧發電線圈
40‧‧‧整流單元
50‧‧‧控制面板
60‧‧‧波形產生單元
70‧‧‧直流電源調整單元
80‧‧‧制動單元
81‧‧‧制動本體
82‧‧‧第二齒部
83‧‧‧制動線圈
100‧‧‧發電與制動裝置
200‧‧‧發電與制動裝置
1000‧‧‧腳踩健身器材
1001‧‧‧基座
1002‧‧‧腳踩單元
1003‧‧‧帶動件

第1圖係為習知發電裝置的示意圖。 第2圖係為本發明發電與制動裝置的第一具體實施例之示意圖。 第3圖係為本發明發電與制動裝置設置於一腳踩健身器材的示意圖。 第4圖係為本發明發電與制動裝置的第一具體實施例之局部剖面圖。 第5圖係為本發明發電與制動裝置之一定子單元與一制動單元的組合圖。 第6圖係為本發明發電與制動裝置之該定子單元與該制動單元組合後的前視圖。 第7圖係為本發明發電與制動裝置的第二具體實施例之示意圖。

10‧‧‧軸桿

20‧‧‧輪體

21‧‧‧外環部

22‧‧‧永久磁鐵

23‧‧‧內環部

30‧‧‧定子單元

31‧‧‧定子本體

32‧‧‧第一齒部

33‧‧‧發電線圈

40‧‧‧整流單元

50‧‧‧控制面板

60‧‧‧波形產生單元

70‧‧‧直流電源調整單元

80‧‧‧制動單元

81‧‧‧制動本體

82‧‧‧第二齒部

83‧‧‧制動線圈

100‧‧‧發電與制動裝置

1001‧‧‧基座

Claims (8)

1. 一種發電與制動裝置，係裝設於一軸桿上，包含： 一輪體，活動軸設於該軸桿，且該輪體具有： 一外環部，環設於該輪體的邊緣； 複數永久磁鐵，間隔設置於該外環部朝向該輪體之軸心的一面；及 一內環部，與該外環部同心地設置於該輪體，並介於該外環部與該輪體之軸心間； 一定子單元，以該輪體的軸心為中心，固定於該軸桿，且該定子單元具有： 一定子本體，介於該輪體的該外環部與該內環部間； 複數第一齒部，環設於該定子本體的邊緣，且該等第一齒部對應該等永久磁鐵；及 複數發電線圈，纏繞於該等第一齒部； 其中，當該輪體旋轉時，該等永久磁鐵相對該定子單元旋轉以產生一交流電； 一整流單元，電連接於該定子單元，以將該交流電進行轉換成一直流電； 一控制面板，電連接於該整流單元； 一波形產生單元，電連接於該控制面板，並產生一反相扭力輸入訊號； 一直流電源調整單元，電連接於該波形產生單元；以及 一制動單元，以該輪體的軸心為中心，固定於該軸桿或該定子本體，該制動單元電連接於該直流電源調整單元，以接收該直流電與該反相扭力輸入訊號，且該制動單元具有： 一制動本體，介於該輪體的該內環部與該輪體之軸心間； 複數第二齒部，環設於該制動本體的邊緣，且該等第二齒部對應該輪體的該內環部；及 複數制動線圈，分別纏繞於各該第二齒部； 其中，該制動單元制動該輪體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發電與制動裝置，其中，該輪體的該等永久磁鐵的磁極共有12個，該定子單元的該等第一齒部為37個。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發電與制動裝置，其中，該制動單元的該等第二齒部以該制動本體的中心對稱排列。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發電與制動裝置，其中，該制動單元的該等第二齒部為18個。
5. 一種發電與制動裝置，係裝設於一軸桿上，包含： 一輪體，軸設於該軸桿，且該輪體具有： 一外環部，環設於該輪體的邊緣； 一內環部，與該外環部同心地設置於該輪體，並介於該外環部與該輪體之軸心間；及 複數永久磁鐵，間隔設置於該內環部朝向該輪體之軸心的一面； 一定子單元，以該輪體的軸心為中心，固定設置於該軸桿，且該定子單元具有： 一定子本體，介於該輪體的該內環部與該輪體之軸心間； 複數第一齒部，環設於該定子本體的邊緣，且該等第一齒部對應該等永久磁鐵；及 複數發電線圈，纏繞於該等第一齒部； 其中，當該輪體旋轉時，該等永久磁鐵相對該定子單元旋轉以產生一交流電； 一整流單元，電連接於該定子單元，以將該交流電進行轉換成一直流電； 一控制面板，電連接於該整流單元； 一波形產生單元，電連接於該控制面板，並產生一反相扭力輸入訊號； 一直流電源調整單元，電連接於該波形產生單元；以及 一制動單元，以該輪體的軸心為中心，固定設置於該軸桿或該定子本體，該制動單元電連接於該直流電源調整單元，以接收該直流電與該反相扭力輸入訊號，且該制動單元具有： 一制動本體，介於該輪體的該外環部與該內環部間； 複數第二齒部，環設於該制動本體的邊緣，且該等第二齒部對應該輪體的該外環部；及 複數制動線圈，分別纏繞於各該第二齒部； 其中，該制動單元制動該輪體。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發電與制動裝置，其中，該輪體的該等永久磁鐵的磁極共有12個，該定子單元的該等第一齒部為37個。
7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之發電與制動裝置，其中，該制動單元的該等第二齒部以該制動本體的中心對稱排列。
8. 一種腳踩健身器材，包含： 一基座； 一發電與制動裝置，如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之發電與制動裝置，設置於該基座；及 一腳踩單元，設置於該基座，並藉由一帶動件帶動該發電與制動裝置的該輪體。