TWI603756B - 具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材 - Google Patents

具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材 Download PDF

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卡耳尊集團控股有限公司
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Description

具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材
本發明關於一種利用連續可變變速器及流體置換技術的固定式健身器材，其可提供使用者適當的鍛鍊強度。使用者可透過一小型控制器調整該變速器的齒比以達到控制訓練強度的目的。
傳統的流體置換固定式健身器材採用了一種適合於大多數使用者的預設滑輪，齒輪，以及鏈輪比例設定。然而，此鍛鍊強度對於健身初學者來說可能負擔較大，但對於專業健身人士來說又太過輕鬆。對於一個僅僅需要輕度鍛鍊的休閒買家來說，上述的傳統健身器材所提供的運動強度將造成過大的身體負擔，這也因此限制了傳統健身器材的應用範圍。
許多過去使用流體(例如氣體，液體，或者是兩者兼用)置換阻尼的固定式健身器材已被設計改良，其通常整合了渦輪以提供阻力。
使用者界面(例如把手，腳踏板，繩索，鏈條，等等...)藉由一系列帶有纜線及鏈條的滑輪，齒輪，或是鏈輪來與渦輪結合。在傳統的設備中，此些滑輪，齒輪，或是鏈輪的齒比是固定的。
此固定齒比的設計提供了適用於大部分使用者的機械阻力設定，不管該使用者是新手還是專業運動員。因此，根據所設定的阻力大小，此些機器只能提供小範圍的使用需求。
當使用者操作置換渦輪，該所需的輸入能量與渦輪轉速並不是線性的。增加該渦輪速度需要不斷增加輸入功率。
在傳統的設備中，使用者輸入之能量已可經由一呈現使用者界面與渦輪轉速關係的公式圖表中得知。
如圖26所示，圖26顯示一商用健身房的氣體置換健身腳踏車之踏板阻力與輸入能量之間的立方關係。
雖然提供了一個很好但不是最佳的鍛鍊強度，但這種非線性的關係卻使一個典型的流體(氣體，液體或兩者)置換健身機卻很難同時滿足多個層面的用戶。
上述圖表的功率曲線顯示，對於一個使用者來說，實用的阻力區間僅僅侷限於非常狹小的範圍內。
這對於專業健身者來說，要細微增加體能鍛鍊的強度將是一件困難的事情。專業健身者將發現該訓練強度並無法滿足他們的需求。
對於新手或是初學者來說，該非線性的輸出特性以及逐漸增加的使用難度，將會造成身體疲勞提早出現，或甚至影響繼續使用該流體置換訓練器材鍛鍊身體的機會。新手或是初學者將發現該訓練機器所需的力量輸入強度對於其身體造成過大的負擔。
對於一個進行復健運動的使用者來說，其專業健身教練也許希望能以中速或是高速但低負載的方式進行訓練，然而，上述的非線性輸出關係，以及逐漸增加的使用強度，也許無法滿足實際醫療的需求。同樣的，初學者或是復健人士將會發現該機器的力量輸入需求超出了其本身的能力。
一般的用戶的運動鍛鍊可能只能產生幾百瓦的能量，而一個優秀運動員可能會產生高達3000瓦。每個上述的用戶只能在很小的功率曲線範圍內運動，但沒有任何一個其他機器可以提供所有他們所需的舒適功率範圍。
因此，在過去已有多方嘗試導入其他傳動裝置系統，例如類似於可在道路自行車中使用的撥鏈器換擋系統。此些系統皆已被證明難於使用，在於其齒比重疊的問題。
本發明的目的在於提供一種利用連續可變變速器及流體置換技術的固定式健身器材，其可提供使用者適當的鍛鍊強度。
本發明的一較佳實施例整合一無段變速裝置於流體置換訓練器的驅動置換渦輪以及驅動動力來源(踏板、手柄、曲柄等)之間。
較佳地，該固定式健身器材具有一個支撐結構；一個位於該支撐結構中的阻力裝置；一個安裝在輪轂上的無段變速裝置，該無段變速裝置同時安置於該阻力結構之上；一個可移動的使用者界面安裝於該支撐結構用以控制傳動齒比；通過一主鏈輪貫通的一主軸；主軸的兩端分別套設有第一鏈輪和第二鏈輪，複數個前滑輪和後滑輪與其對應連接；複數個彈性的纜線連接到複數個前滑輪並進一步連接到複數個鏈條；另一鏈條嚙合主鏈輪和安裝於輪轂上的無段變速器。其中，該複數個鏈條接合第一鏈輪和第二鏈輪以驅動主鏈輪，使另一條嚙合主鏈輪和安裝於輪轂上的無段變速器的鏈條能夠被驅動以使阻力裝置旋轉。
在此所揭露的各實施例的特徵及優點將呈現於下方的描述與圖示中，其中類似的數字代表類似的元件部分。
(1)‧‧‧阻力裝置
(2)‧‧‧無段變速器
(3)‧‧‧變速器驅動鏈輪
(4)‧‧‧變速器輸入軸花鍵
(5)‧‧‧傳動輸入單向離合器
(6)‧‧‧傳動比選擇環
(7)‧‧‧傳動比選擇器輸入控制端
(8)‧‧‧傳動比選擇器輸入控制間隔物
(9、10)‧‧‧Bowden線
(11)‧‧‧塔架
(12)‧‧‧腳踏板
(13)‧‧‧設備穩定座
(14)‧‧‧渦輪支架
(15)‧‧‧主鏈輪
(16)‧‧‧第一鏈輪
(17)‧‧‧第二鏈輪
(18)‧‧‧後滑輪
(19)‧‧‧前滑輪
(20、21)‧‧‧彈性纜繩
(22、23、24)‧‧‧鏈條
(25)‧‧‧手動傳動比控制旋鈕
(26)‧‧‧難度顯示器
(29)‧‧‧無線傳輸比控制面板
(30)‧‧‧具有智能電話控制器
(31)‧‧‧傳動比控制單元
(32)‧‧‧傳動比控制單元佈線
(33)‧‧‧登山者設備
(34)‧‧‧自行車設備
(35)‧‧‧動力循環設備
(36)‧‧‧曲柄鏈輪
(37)‧‧‧容置空間
(38)‧‧‧行星球體
(39)‧‧‧主軸
(40)‧‧‧單向順時針離合器
(41)‧‧‧單向逆時針離合器
(42)‧‧‧使用者界面
(43)‧‧‧右踏板
(44)‧‧‧曲柄臂
(45)‧‧‧左踏板
圖1是根據本發明的固定式健身設備的阻力裝置的一個優選實施例的示意圖。
圖2是本發明的一優選實施例的示意圖，其展示具有搭載了安裝於輪轂上的無段變速器的阻力裝置。
圖3是本發明安裝於輪轂的無段變速器及阻力裝置的一優選實施例的剖視圖。
圖4是本發明安裝於輪轂的無段變速器的一優選實施例的剖視圖。
圖5是本發明安裝於輪轂的無段變速器的一優選實施例的剖視圖，其展示了行星齒輪球體。
圖6是本發明一個較佳實施例的側視圖，其包括了搭載於輪轂上的無段變速器，該變速器輸入驅動鏈輪，變速器輸入軸花鍵，一個傳動輸入單向離合器，傳動比選擇環，傳動比選擇器輸入控制間隔物。
圖7是本發明的一優選實施例的示意圖，其包括搭載於輪轂上的無段變速器和變速器輸入驅動鏈輪。
圖8是本發明的一優選實施例的示意圖，其包括裝搭載於輪轂上的無段變速器和變速器輸入驅動鏈輪，以及傳動比選擇輸入控制端。
圖9是本發明的一優選實施例的示意圖，其包括裝搭載於輪轂上的無段變速器和變速器輸入驅動鏈輪，以及傳動比選擇輸入控制端。
圖10是根據本發明的固定式健身設備的優選實施例的示意圖。
圖11是根據本發明的固定式健身設備的優選實施例的另一局部示意圖。
圖12是根據本發明的固定式健身設備的優選實施例的分解立體圖。
圖13是根據本發明的固定式健身設備的優選實施例的另一分解透視圖。
圖14是根據本發明的固定式健身設備的優選實施例的另一分解透視圖。
圖15是根據本發明一個固定式健身設備的可移動的用戶界面 的優選實施例的局部放大圖。
圖16是根據本發明的固定健身設備的可移動用戶端界面的優選實施例的另一局部放大圖。
圖17是根據本發明的固定式健身器材的可移動用戶端界面的優選實施例的另一局部放大圖。
圖18是本發明的優選實施例的一局部放大圖，其包括可移動的用戶端界面，Bowden線，與變速比選擇器輸入控制端。
圖19是本發明的優選實施例的另一局部放大圖，其包括可移動的用戶端界面，Bowden線，與變速比選擇器輸入控制端。
圖20是根據本發明的固定式健身設備的另一個優選實施例的示意圖。
圖21是根據本發明的固定式健身設備的另一個優選實施例的另一個示意圖。
圖22是根據本發明的另一種固定健身設備的另一個優選實施例的示意圖。
圖23是根據本發明的固定式健身設備的又一優選實施例的示意圖。
圖24是根據本發明的另一種固定式健身設備的又一優選實施例的示意圖。
圖25是根據本發明的另一種固定式健身設備的又一優選實施例的示意圖。
圖26顯示商用健身房氣體置換固定式健身自行車的踏板頻率與用戶輸入瓦數關係功率曲線。
圖27顯示典型用戶使用本發明的固定式健身器材之踏板頻率與用戶輸入瓦數關係功率曲線。
圖28顯示本發明的踏板頻率與用戶輸入瓦數關係線性功率曲線，其中踏板節奏高達200RPM下的固定式健身設備的最大和最小傳動比。
圖29顯示本發明的踏板頻率與用戶輸入瓦數關係對數功率曲 線，其中踏板節奏高達200RPM下的固定式健身設備的最大和最小傳動比。
圖30顯示出用來測量固定健身設備的所有傳動比輸入功率的要求的示意圖。
請參考圖1至圖2，其展示了本發明的固定式健身設備的阻力裝置(1)。該阻力裝置(1)形成輪狀並在其中心具有一容置空間(37)。較佳地，該阻力裝置(1)可以是一個氣體置換渦輪。磁傳感器(在圖中未示出)位於所述流體(氣體、液體或兩者)置換渦輪中，其可檢測使用者界面和位移渦輪之速度，而這些速度之後用於計算所需的輸入功率和所消耗的熱量。一安裝在輪轂中的無段變速器(2)被容納在容置空間(37)中。該安裝在輪轂上的無段變速器(2)具有一個變速器驅動鏈輪(3)同軸地設置在其上。圖3係為一側視圖展示了阻力裝置(1)和容置在該容置空間(37)內的無段變速器(2)。圖4亦為一剖視圖展示安裝於輪轂上的無段變速器(2)。一變速器輸入軸花鍵(4)穿過該無段變速器(2)的中心，和一個傳動比選擇器輸入控制端(7)同軸地套在變速器輸入軸花鍵(4)的一端。一傳動比選擇環(6)扣在該變速器輸入軸花鍵(4)抵制該傳動比選擇器輸入控制端(7)，以防止傳動比選擇器輸入控制端(7)滑出該變速器輸入軸花鍵(4)。一包括七個行星球體(38)的內部機構被安裝於該無段變速器(2)中以連續地改變傳動比。該行星球體(38)被用於從傳動輸入到耦合於所述阻力裝置(1)的傳動輸出之間傳輸力量。該傳輸結構使得每個行星球體(38)的驅動邊緣跟踪其相反位置至從動邊緣位置，從而引起傳動比的改變(當各行星球體的從動邊緣接觸的位置發生變化時)。從動邊緣的位置是可變的，其可通過由Bowden線(9、10)拉動及推動來選擇(如圖8和圖9所示)。
圖5是傳動組件的內部視圖，其展示所述行星球體(38)和變速器輸入軸花鍵(4)。圖6顯示了該無段變速器(2)的輸入區段，變速器驅動鏈輪(3)，變速器輸入軸花鍵(4)，一傳動輸入單向離合器(5)，傳動比選擇環(6)，傳動比選擇器輸入控制端(7)，和多個傳動比選擇器輸入控制間隔物(8)。其中，傳動輸入單向離合器(5)、變速器驅動鏈輪(3)、多個傳動比選擇器輸入控制間隔物(8)、傳動比選擇器輸入控制端(7)及所述傳動比選擇環(6)依序同軸套在變速器輸入軸花鍵(4)朝向該無段變速器(2)的方向上。
更具體地，如圖7所示，變速器驅動鏈輪(3)的中心形成一空心部分，該空心部分具有一個齒形外周緣。該傳動輸入單向離合器(5)的外週緣突出形成複數個分別對應於變速器驅動鏈輪(3)的中空部的齒形外週緣的凸部，從而使變速器驅動鏈輪(3)和傳動輸入單向離合器(5)可在組裝後同時旋轉。
參照圖8和9，二Bowden線(9)和(10)被鏈接到傳動比選擇器輸入控制端(7)。這兩個Bowden線(9、10)用於調節分別由高向低或從低到高的傳動比。
圖10和11顯示了根據本發明的固定式健身設備的優選實施例之一。一種安裝於一塔架(11)內的渦輪支架(14)被用於支撐該阻力裝置(1)，和一對腳踏板(12)被安裝在塔架(11)上以提供用戶踩踏於其上。此外，一個設備穩定座(13)被設置於在塔架(11)的底部以穩定塔架(11)。值得注意的是，該塔架(11)僅是用於容納上述元件的支撐結構，因此可以形成任何形狀和尺寸，只要能根據本發明而安全地執行工作即可。
請參照圖12至14，其展示了該阻力裝置(1)如何與用戶腳踏板(12)協同工作。貫穿主鏈輪(15)的主軸(39)的兩端分別設有第一鏈輪(16)和第二鏈輪(17)。腳踏板(12)以75°傾斜角度沿塔架(11)的滑動導軌移動(未在圖中所示)。腳踏板(12)被連接到鏈條(22、23)，該鏈條(22、23)連接到 滑接前滑輪(19)的彈性纜繩(20、21)，該鏈條(22、23)進一步連接到第一鏈輪(16)然後再藉由一單向順時針離合器(40)與主軸(39)連結；該鏈條(22、23)同時連接到第二鏈輪(17)，然後再藉由一單向逆時針離合器(41)與主軸(39)連結。從左側看時，主軸(39)沿逆時針方向旋轉，如圖13所示。鏈條(22、23)連接到彈性纜繩(20、21)，該彈性纜繩(20、21)環繞後滑輪(18)運動。從左側看時，主軸(39)沿逆時針方向驅動主鏈輪(15)，如圖14所示。主鏈輪(15)藉由鏈條(24)連接到變速器驅動鏈輪(3)，其驅動無段變速器(2)相應地旋轉，從而使阻力裝置(1)進一步在無段變速器(2)的控制下沿逆時針方向旋轉。
參照圖15至17，一個可移動的使用者界面(42)被安裝在塔架(11)用於控制傳動比。值得注意的是，可移動的使用者界面(42)可以是有線或無線控制器，其可以是手動，遙控，電動，液壓，氣動控制，或其組合，例如具有難度顯示器(26)的手動傳動比控制旋鈕(25)(圖15)，或是具有智能電話控制器(30)的無線傳輸比控制面板(29)(圖17)。因此，該無段變速器(2)的轉速可藉由調整可移動的使用者界面(42)來根據使用者需求來增加或減少。例如，目前商用安裝在輪轂上的無段變速器具有可調節的1：1到3.6：1比例範圍。此比例範圍，配合仔細選擇的中間鏈輪規格，已被證明是能夠提供任何用戶最佳的訓練強度。更具體地，在一預定的輸入頻率下，一無段變速器傳動比1：1可設定其置換渦輪在其最低速度。同樣地，在一預定的輸入頻率下，一無段變速器傳動比3.6：1可設定其置換渦輪在其最高速度。因此，該安裝在輪轂上的無段變速器提供從低到高，平滑而無落差的無窮盡360%齒比範圍。
參照圖18和19，該可移動的使用者界面(42)透過兩個Bowden線(9、10)連接傳動比選擇器輸入控制端(7)，以用於控制傳動比。值得注意的是，該可移動的使用者界面(42) 也可以是具有伺服器控制傳動比控制單元佈線(32)的伺服器控制的傳動比控制單元(31)，如圖19所示。
參照圖20至25，其展示了根據本發明的固定式健身設備的其它優選實施方案。圖20至22顯示登山者設備(33)。腳踏板(12)以60°傾斜角度沿支撐結構的滑動導軌移動。圖23顯示一自行車設備(34)。圖24和25顯示動力循環設備(35)。該動力循環設備(35)進一步配置一右踏板(43)，一左踏板(45)，一曲柄臂(44)和一個曲柄鏈輪(36)。
參照圖26至29，本發明與其他機器相比時的顯著差異在於，及使非常輕的負載都可以具有非常高的輸入速度，而高負荷則可使用低到適中的速度。這是超越任何其它流體(氣氣，液體或兩者)置換機器的能力。圖27顯示了本發明中最大和最小傳動比條件下踏板頻率和能量輸入之間的測量關係。由圖中可看出，典型用戶的能量輸出區間顯示，舒適的功率輸出設置可適用於任何用戶。圖28的圖表顯示了本發明中最大和最小傳動比條件下的踏板頻率(高達200rpm)和能量輸入的線性關係。由圖中可以看出，在很大的範圍內，其在低傳動比的條件下可提供低負載，而在高傳動比下提供高負載。用戶可以在兩個曲線之間的任何點選擇一個適合的輸入速度和負載。圖29的圖表顯示了本發明中最大和最小傳動比條件下的踏板頻率(高達200rpm)和能量輸入的對數關係。由圖中可以看出，在很大的範圍內，其在低傳動比的條件下可提供高負載，而在高傳動比下提供低負載。用戶可以在兩個曲線之間的任何點選擇一個適合的輸入速度和負載。由此可以看出，傳統的運動機只能為用戶提供單一的運動強度(圖26)，而根據本發明，可針對不同用戶提供不同的運動強度(圖27至29)，如此無論是優秀運動員還是新手都可以找到適合自己的運動強度。
根據上述的那些特徵，整合流體置換功能及遠程控制無段變速器特性的設備較一般設備顯著降低鍛煉負荷，但卻同 時卻仍保有提供高負載的能力。上述的特性在於流體阻力的速度和能量之間的獨特立方關係。流體阻力已存在非常廣的功率/阻力範圍，然而現在可因為在傳動裝置和傳動裝置上液體置換飛輪或渦輪的立方加乘效應進一步呈指數增加。因此使用傳動比1：3.6(如測試並在本說明書中所提到的數據)的無段變速器可增加或減少一般流體阻力渦輪在一選擇的條件下產生的負載/能量達到46.656倍(3.6立方)。因此，可以知道，藉由簡單的傳動比調整，新手，復健人士，或優秀運動員，皆可得到適合的運動強度。初始系統的傳動比，從使用者界面到渦輪，都被設計為使初學者具有舒適的感覺。使用可被使用者控制且安裝於輪轂的無段變速器的優點在於其渦輪的輸出力量及強度可被使用者根據自身需求微調，因此可大大提高性能測量的精度和可重複性，但卻同時仍可提供任何用戶一個更愉快和舒適的訓練條件。設定和維持一個完美的負載與運動頻率對於使用者來說將會是一件容易的事情。
雖然本發明已經參照前述優選實施例描述，但可以理解的是，本發明並不限於上述細節。各種類似的變化和修改仍然可提供本領域技術人員針對本發明的啟發與教示，因此，所有這些變化和等同的修改亦涵蓋在所附申請專利範圍請求項所限定的本發明技術範圍內。
(1)‧‧‧阻力裝置
(2)‧‧‧無段變速器
(11)‧‧‧塔架(支撐結構)
(12)‧‧‧腳踏板
(13)‧‧‧設備穩定座
(14)‧‧‧渦輪支架

Claims (12)

  1. 一種具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，包括：一支撐結構；一位於該支撐結構中的阻力裝置；一安裝在輪轂上的無段變速裝置；一可移動的使用者界面安裝於該支撐結構用以控制傳動齒比；通過一主鏈輪貫通的一主軸，主軸的兩端分別套設有第一鏈輪和第二鏈輪；複數個前滑輪和後滑輪與該第一鏈輪和第二鏈輪對應連接；複數個具有彈性的纜線連接到該複數個前滑輪並進一步連接到複數個鏈條；以及另一鏈條嚙合主鏈輪和安裝於輪轂上的無段變速器；其中，該複數個鏈條接合第一鏈輪和第二鏈輪以驅動主鏈輪，使另一條嚙合主鏈輪和安裝於輪轂上的無段變速器的鏈條能夠被驅動以使阻力裝置旋轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該阻力裝置係為流體置換渦輪。
  3. 如申請專利範圍第2項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該流體置換渦輪係為氣動渦輪或是液動渦輪。
  4. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該阻力裝置的中央凹陷以形成一容置空間，該安裝在輪轂上的無段變速裝置係容置於該容置空間中。
  5. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，進一步包含一傳動輸入單向離合器，一變速器輸入驅動鏈輪，複數個傳動比選擇器輸入控制間隔物，一傳 動比選擇器輸入控制端，以及一傳動比選擇環，依序同軸的朝該無段變速器方向套入一變速器輸入軸花鍵。
  6. 如申請專利範圍第5項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該變速器輸入驅動鏈輪的中心形成一具有齒狀外輪廓的中空部。
  7. 如申請專利範圍第6項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該傳動輸入單向離合器的外週緣突出形成複數個分別對應於變速器輸入驅動鏈輪的中空部的齒形外週緣的凸部，從而使固定式健身設備變速器輸入驅動鏈輪和傳動輸入單向離合器可在組裝後同時旋轉。
  8. 如申請專利範圍第7項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中另一鏈條連結於該主鏈輪與該變速器輸入驅動鏈輪，以便當主軸由第一鏈輪和第二鏈輪所驅動旋轉時，主鏈輪可以相應地旋轉以同時經由前述另一鏈條驅動變速器輸入驅動鏈輪。
  9. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中安裝在輪轂上的無段變速裝置係藉由手動、遙控、電動、液壓或氣動的組合方式來控制及驅動。
  10. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該可移動的使用者界面係為一具有難度顯示器的傳動比控制旋鈕。
  11. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該可移動的使用者界面係為一具有難度顯示器的電子傳動比控制面板。
  12. 如申請專利範圍第1項所述具有連續可變變速器的流體置換固定式健身器材，其中該可移動的使用者界面係為一具有智能電話控制器的無線傳動比控制面板。
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