TWI633907B - Sports equipment and resistance system applied to the aforementioned sports equipment - Google Patents

Abstract

一種具有阻力系統的運動器材，特徵在於前述阻力系統包含一第一轉軸及一第二轉軸，二者之間設有一傳動機構，使前述二轉軸以一預定轉速比相互帶動旋轉，此外，一第一阻力裝置可依據控制而對前述第一轉軸施加一阻礙其旋轉的第一阻力，一第二阻力裝置可依據控制而對前述第二轉軸施加一阻礙其旋轉的第二阻力，前述第一阻力裝置及前述第二阻力裝置可被分別獨立控制；使用者利用前述運動器材進行運動時會驅動一運動件位移，前述運動件被驅動位移時會帶動前述二轉軸對應旋轉，亦即使用者進行前述運動必須同時克服前述二轉軸的旋轉阻力。

Description

運動器材及應用於前述運動器材的阻力系統

本發明與運動器材有關，更詳而言之，是關於具有阻力系統的運動器材，以及應用於前述運動器材的阻力系統。

例如固定式腳踏車、橢圓運動機、划船機、重量訓練裝置等需要使用者出力驅動運動件(例如踏板或把手)位移以進行運動的運動器材，通常都設有用以阻礙前述運動件位移並且可供調整阻力大小的阻力系統，讓使用者進行前述運動必須克服適當阻力，以獲得所需的運動效果。多數運動器材都是阻力愈大，使用者運動即愈費力，運動難度愈高，但樓梯機的狀況較為特別，因為其阻力系統是用來阻緩階梯下滑，所以當阻力愈大時，運動難度反而愈低。常見的前述阻力系統的阻力來源類型包括電磁阻力、摩擦阻力、流體阻力、彈性阻力及重力(例如重量訓練裝置的配重塊)。不同的運動器材會因不同的器材類型或設計需求而採用不同類型的阻力系統，但一台運動器材的阻力系統通常只有一種阻力來源。

我國第I593444號專利揭示一種類似所謂免插電跑步機的運動器材(以下稱案例運動器材)，使用者除了可選擇在其跑步台上進行走路、慢跑或跑步運動，還可選擇進行以雙手捉握前端架體並以雙腳推動跑帶頂面向後滑移的重量訓練，更特別的是，案例運動器材的阻力系統包含有一渦電流式阻力裝置及一摩擦式阻力裝置，前述渦電流式阻力裝置能以渦流制動的方式阻礙跑帶前端的前滾筒旋轉，而前述摩擦式阻力裝置則能以摩擦制動的方式阻礙前述前滾筒旋轉，形成跑帶循環繞轉的阻力；使用者能透過一第一控制介面及一第二控制介面分別控制前述渦電流式阻力裝置及前述摩擦式阻力裝置；藉此，在進行走路、慢跑或跑步運動時能主要藉由渦電流阻力作為較低的需求阻力，而且可以相對容易地對阻力進行微幅調整，反之，在進行前述重量訓練時能主要藉由摩擦阻力作為較高的需求阻 力，而且必要時能提供非常大的阻力以滿足體能極佳或需要高強度訓練的使用者。其中，渦電流式阻力裝置為現今運動器材廣泛使用的非接觸式阻力裝置，具有阻力容易控制、構件不會磨損的優點，但因無法兼顧高精度及高阻力，所以上揭阻力系統另外使用摩擦式阻力裝置以提供重量訓練所需的強大阻力，而摩擦式阻力裝置的相對缺點之一就是構件容易耗損，例如摩擦帶可能斷裂而須換新。

基本上，案例運動器材的阻力系統是以性質不同的兩種阻力分別應付阻力需求不同的兩種運動模式(有氧運動及重量訓練)，進而，因為上述兩種阻力可被分別調整而且阻力能夠疊加併用，所以還能提供靈活的阻力選搭方式，例如在進行前述重量訓練時，可將適當等級的摩擦式阻力作為粗略的基礎阻力，並且將適當等級的渦電流式阻力作為微調用的附加阻力，以獲得更精確的總阻力。此般阻力選搭方式在概念上類似一般重量訓練裝置常見的配重選擇系統，即，使用者通常先選擇適當數量的主配重塊(例如每塊重15磅)，再選擇是否附加重量較輕的副配重塊(例如每塊重5磅，最多附加2塊)，簡便地在一寬廣的可選擇範圍當中細緻選擇所需的運動荷重(例如從最輕15磅到最重295磅，以5磅的級距進行選擇)。

話說回來，案例運動器材的阻力系統採用渦電流式及摩擦式兩種阻力裝置，生產較為麻煩，維修成本較高，而且設計上較難掌控兩種阻力的大小比例，有礙上述阻力選搭(粗調加微調)的精確性及易用性。另一方面，習知重量訓練裝置的配重選擇系統雖然直覺易用，但顯然不適合作為案例運動器材及其他運動器材(例如免插電跑步機、固定式腳踏車、橢圓運動機、划船機、樓梯機等)的阻力系統。

本發明的主要目的在於提供一種具有阻力系統的運動器材，以及一種應用於前述運動器材的阻力系統，其中，前述阻力系統能被簡便控制而提供調整精度較高的輕型阻力，或是提供阻力上限較高的重型阻力，還可藉以在一較大的可選擇範圍中以較高的精度選擇所需的阻力。

本發明的另一目的在於提供一種具有阻力系統的運動器材，以及一種應用於前述運動器材的阻力系統，其中，前述阻力系統有利於設計、生產及維護。

本發明的又一目的在於提供一種具有阻力系統的運動器材，以及一種應用於前述運動器材的阻力系統，其中，前述阻力系統適合應用於多種運動器材。

為了達成前述目的，本發明提供一種具有阻力系統的運動器材，其包含有：一架體總成；一運動件，用以與利用前述運動器材進行一運動的使用者接觸，當前述使用者進行前述運動時會驅動前述運動件相對於前述架體總成位移；一第一轉軸及一第二轉軸，各可在前述架體總成上旋轉；一傳動機構，連接在前述第一轉軸與第二轉軸之間，使前述第一轉軸及第二轉軸以一預定轉速比相互帶動旋轉，其中轉速較快的一者為轉速較慢的一者的至少兩倍快；前述第一轉軸及第二轉軸其中一者不經由前述傳動機構而與前述運動件動力連接，使得當前述運動件被前述使用者驅動位移時會帶動前述第一轉軸及第二轉軸以不同轉速對應旋轉；一第一阻力裝置，可依據控制而對前述第一轉軸施加一阻礙其旋轉的第一阻力；一第二阻力裝置，可依據控制而對前述第二轉軸施加一阻礙其旋轉的第二阻力；一操控系統，與前述第一阻力裝置及第二阻力裝置連接，用以供前述使用者操作，以控制前述第一阻力裝置的第一阻力及前述第二阻力裝置的第二阻力；前述第一阻力裝置及第二阻力裝置可被分別獨立控制。

為了達成前述目的，本發明提供一種應用於運動器材的阻力系統，前述運動器材具有一架體總成及一運動件，當使用者利用前述運動器材進行一運動時會驅動前述運動件相對於前述架體總成位移；前述阻力系統包含有：一架體，合併於前述架體總成；一第一轉軸及一第二轉軸，各可在前述架體上旋轉；一傳動機構，連接在前述第一轉軸與第二轉軸之間，使前述第一轉軸及第二轉軸以一預定轉速比相互帶動旋轉，其中轉速較快的一者為轉速較慢的一者的至少兩倍快；前述第一轉軸及第二轉軸其中一者不經由前述傳動機構而與前述運動件動力連接，使得當前述運動件被前述使用者驅動位移時會帶動前述第一轉軸及第二轉軸以不同轉速對應旋轉；一第一阻力裝置，可依據控制而對前述第一轉軸施加一阻礙其旋轉的第一阻力；一第二阻力裝置，可依據控制而對前述第二轉軸施加一阻礙其旋轉的第二阻力；其中，前述第一阻力裝置及第二阻力裝置可被分別獨立控制。

前述傳動機構典型如帶傳動機構、鏈傳動機構、齒輪傳動機構等，其中各傳動軸(例如前述第一轉軸及第二轉軸)的轉速與扭矩成反比。藉此，假設是前述第一轉軸不經由前述傳動機構而與前述運動件動力連接，則前述運動件的位移不僅要克服前述第一阻力裝置施加在前述第一轉軸的第一阻力，還要經由前述傳動機構連帶克服前述第二阻力裝置施加在前述第二轉軸的第二阻力，而前述第二阻力基本上會以對應於傳動轉速比的倍率作用在第一轉軸(例如，若第二轉軸的轉速為第一轉軸的3倍快，等於第二阻力裝置間接對第一轉軸施加3倍於前述第二阻力的旋轉阻力；若第二轉軸的轉速為第一轉軸的3倍慢，等於第二阻力裝置間接對第一轉軸施加前述第二阻力3分之1的旋轉阻力)，如此，前述第一及第二阻力裝置對前述第一及第二轉軸當中轉速較慢的一者所施加的阻力適合作為調整精度較高的輕型阻力，對轉速較快的一者所施加的阻力適合作為阻力上限較高的重型阻力，前述兩種阻力能夠獨立作用亦可合併作用。

較佳地，如果前述第一阻力裝置對前述第一轉軸施加前述第一阻力的方式與前述第二阻力裝置對前述第二轉軸施加前述第二阻力的方式相同，例如同樣採用渦電流式阻力裝置，則生產較為容易，維修成本較低，而且在設計上，尤其當第一阻力裝置及第二阻力裝置規格相同時，可基於傳動轉速比掌控兩種阻力的大小比例，使能提供精確易用的阻力選搭方法。

900‧‧‧運動器材

910‧‧‧跑步台

911‧‧‧底部架體

912‧‧‧前滾筒

913‧‧‧後滾筒

914‧‧‧環狀帶體

915‧‧‧軸承

921‧‧‧左側架體

922‧‧‧右側架體

923‧‧‧前端架體

924‧‧‧前支柱

925‧‧‧後支柱

926‧‧‧扶手桿

927‧‧‧捉握部

928‧‧‧捉握部

930‧‧‧攔阻裝置

940‧‧‧阻力系統

941‧‧‧第一轉軸

942‧‧‧第二轉軸

951‧‧‧第一傳動輪

952‧‧‧第二傳動輪

953‧‧‧傳動帶

960‧‧‧第一阻力裝置

961‧‧‧第一金屬圓盤

962‧‧‧第一磁場產生單元

963‧‧‧偏轉盤

964‧‧‧偏轉架

965‧‧‧永久磁鐵

966‧‧‧扭簧

967‧‧‧第一控制介面

968‧‧‧第一鋼索

970‧‧‧第二阻力裝置

971‧‧‧第二金屬圓盤

972‧‧‧第二磁場產生單元

973‧‧‧偏轉盤

974‧‧‧偏轉架

975‧‧‧永久磁鐵

976‧‧‧扭簧

977‧‧‧第二控制介面

978‧‧‧第二鋼索

981‧‧‧大皮帶輪

982‧‧‧小皮帶輪

983‧‧‧傳動皮帶

984‧‧‧發電模組

990‧‧‧顯示介面

A1‧‧‧第一軸線

A2‧‧‧第二軸線

A3‧‧‧第三軸線

A4‧‧‧第四軸線

以下即搭配圖面詳細說明本發明一較佳實施例的結構、動作及功效，其中：圖1是本發明一較佳實施例的運動器材的立體圖；圖2是圖1當中矩框區域的放大圖(其中取除運動器材的少數構件)，呈現前述運動器材的阻力系統；圖3是本發明一較佳實施例的前述運動器材的跑步台前端的另一視角；圖4是本發明一較佳實施例中的前述阻力系統的側視圖；以及圖5是本發明一較佳實施例中的前述阻力系統的頂視圖。

請先參閱圖1，本發明一較佳實施例的運動器材(900)的基本構成類似我國第I593444號專利揭示的運動器材(即案例運動器材)，主要包含一位在底部的跑步台(910)、一位在左側的左側架體(921)、一位在右側的右側架體(922)、一位在前端的前端架體(923)、一配接在該等架體(921)(922)(923)之間的攔阻裝置(930)，以及一設在跑步台(910)前端左側的阻力系統(940)。與案例運動器材相同，本較佳實施例的運動器材(900)亦可供使用者選擇在跑步台(910)上進行走路、慢跑或跑步之類的有氧運動(第一使用模式)，或是選擇在跑步台(910)上進行模擬推動重物前進的重量訓練(第二使用模式)。前述阻力系統(940)用以在使用者進行前述有氧運動或重量訓練時提供所需的運動阻力，乃本發明的創作重點所在，質言之，本較佳實施例的運動器材(900)主要在改進案例運動器材的阻力系統，至於其他部分基本上均為先前技術。以下會先就本運動器材(900)的先前技術部分作一簡要說明，再對前述阻力系統(940)的結構、動作及功效等進行詳細解說。

前述跑步台(910)主要具有一可穩定支撐在地面上的底部架體(911)、一橫向樞設在底部架體(911)前端的前滾筒(912)、一橫向樞設在底部架體(911)後端的後滾筒(913)，以及一環套前滾筒(912)及後滾筒(913)而能在底部架體(911)上循環繞轉的環狀帶體(俗稱跑帶)(914)。前述跑步台(910)沒有馬達等動力裝置，主要依靠使用者運動時的腳部施力來推動環狀帶體(914)循環繞轉。因為跑步台(910)的具體結構與本發明的創作內容沒有實質關聯，所以在此僅簡要說明並且省略圖解。我國第I593444號專利當中揭示的跑步台範例及可能結構，以及先前技術中各種免插電跑步機的跑步台結構，均適用於本較佳實施例中的跑步台(910)。

前述左側架體(921)及右側架體(922)各具有一由底部架體(911)的前端往上延伸的前支柱(924)、一由底部架體(911)的後端往上延伸的後支柱(925)，以及一連結在前支柱(924)的頂端與後支柱(925)的頂端之間的扶手桿(926)。前述前端架體(923)連結在左、右二前支柱(924)之間，在不同的高度位置設有若干可供使用者選擇捉握的捉握部(927)(928)。前述底部架體(911)、左側架體(921)、右側架體(922)及前端架體(923)，共同構成運動器材(900)的架體總成。

前述攔阻裝置(930)大體上為一概呈Y字形的帶狀體，當運動器材(900)以前述第一使用模式供使用者進行走路、慢跑或跑步運動時，攔阻裝置(930)得以圖1示意方式配接在左側架體(921)、右側架體(922)與前端架體(923)之間，撐張在環狀帶體(914)上方空間的適當高度，可攔住使用者的腰部以阻擋其前進，讓使用者不需捉握架體即可利用反作用力提昇腳部對環狀帶體(914)表面的向後推力，因此能以如同在戶外運動般的自然動作進行走路、慢跑或跑步運動。當運動器材(900)以前述第二使用模式供使用者進行前述重量訓練時，攔阻裝置(930)被適當卸除而空出環狀帶體(914)上方的空間，讓使用者能以雙手捉握前端架體(923)的捉握部(927)(928)，並以雙腳推動環狀帶體(914)頂面向後滑移，進行模擬在平地上推動重物前進的重量訓練。有關攔阻裝置(930)的詳細結構及前述兩種使用模式的相關細節，亦可參閱我國第I593444號專利的說明書內容。

在本較佳實施例的運動器材(900)中，前述環狀帶體(914)作為運動器材(900)的運動件，用以與利用運動器材(900)進行預定運動的使用者接觸，當使用者進行前述運動時會驅動前述運動件以預定方式相對於架體總成位移(本例為循環繞轉)。前述阻力系統(940)可受控產生阻礙環狀帶體(914)循環繞轉的阻力，例如在前述第一使用模式下產生相對較小的輕型阻力，在前述第二使用模式下產生相對較大的重型阻力。

請再搭配參閱圖2至圖5，前述阻力系統(940)整體上設置在跑步台(910)的前端左側，主要包含樞設在底部架體(911)的一第一轉軸(941)及一第二轉軸(942)、一連接在第一轉軸(941)與第二轉軸(942)之間的傳動機構(未標號，後詳)、一用以阻礙第一轉軸(941)旋轉的第一阻力裝置(960)，以及一用以阻礙第二轉軸(942)旋轉的第二阻力裝置(970)。

前已述及，跑步台(910)具有一橫向樞設在底部架體(911)前端的前滾筒(912)，更詳而言之，前滾筒(912)的左、右二端分別利用一軸承(915)樞設在底部架體(911)前端的左、右二側(參閱圖3)，使其中心軸線(以下稱第一軸線)(A1)對應於運動器材的左右軸向，並且可在底部架體(911)上依第一軸線(A1)原地旋轉。阻力系統(940)的第一轉軸(941)同軸固接在前滾筒(912)的左端，凸伸出左側軸承(915)的外側並且超出底部架體(911)左側面適當長度，同樣可在底部架體(911)上依前述第一軸線(A1)原地旋轉。因為前述環狀 帶體(914)以適當緊度環套前滾筒(912)及後滾筒(913)，所以當環狀帶體(914)受力位移(循環繞轉)時，前滾筒(912)及後滾筒(913)均會對應旋轉(註：排除環狀帶體(914)與滾筒(912)(913)之間出現非預期的打滑現象，下同)，反過來說，前滾筒(912)及後滾筒(913)受力旋轉時亦會帶動環狀帶體(914)對應位移，實務上，前滾筒(912)及後滾筒(913)的轉動慣量會成為協助環狀帶體(914)循環繞轉的慣性力。因為第一轉軸(941)與前滾筒(912)同軸固接而會同步旋轉，所以第一轉軸(941)形同經由前滾筒(912)而與環狀帶體(914)動力連接，當使用者出力驅動環狀帶體(914)位移時會帶動第一轉軸(941)對應旋轉。

前述第二轉軸(942)平行地位在第一轉軸(941)的後下方，獨自依其中心軸線(第二軸線)(A2)樞設在底部架體(911)，並且凸出底部架體(911)左側面適當長度，可在底部架體(911)上依前述第二軸線(A2)原地旋轉。

前述傳動機構是由一第一傳動輪(951)、一第二傳動輪(952)及一傳動帶(953)所構成，其中，第一傳動輪(951)具體為一直徑相對較大的大皮帶輪，其同軸固接在第一轉軸(941)的外端；第二傳動輪(952)具體為一直徑相對較小的小皮帶輪，其同軸固接在第二轉軸(942)的外端；第一傳動輪(951)與第二傳動輪(952)在左右軸向上的位置對齊(參閱圖5)；傳動帶(953)具體為一傳動皮帶，以適當緊度環套第一傳動輪(951)及第二傳動輪(952)，使得第一傳動輪(951)與第二傳動輪(952)以預定轉速比相互帶動旋轉，換言之，第一轉軸(941)與第二轉軸(942)以預定轉速比相互帶動旋轉。在本較佳實施例中，第一傳動輪(951)的直徑/周長約為第二傳動輪(952)的直徑/周長的3.2倍，使得第一轉軸(941)每旋轉1圈，第二轉軸(942)即旋轉3.2圈左右，換言之，第二轉軸(942)的轉速約為第一轉軸(941)的3.2倍，或者說，前述傳動機構的傳動轉速比約為3.2。如此，當環狀帶體(914)被使用者驅動位移時，會同時帶動第一轉軸(941)及第二轉軸(942)以不同轉速對應旋轉。其中，第二轉軸(942)是經由前述傳動機構(及第一轉軸(941)、前滾筒(912))而與環狀帶體(914)動力連接，第一轉軸(941)則是不經由前述傳動機構而與環狀帶體(914)動力連接。

在本較佳實施例中，第一轉軸(941)上的第一傳動輪(大皮帶輪)(951)是以較重的金屬製成，藉以在旋轉時產生較大的轉動慣量，亦即發揮飛輪的功用，(尤其在運動器材供使用者進行跑步運動時)讓前滾筒(912) 的旋轉及環狀帶體(914)的循環繞轉較為平穩順暢。

除了上揭結構，本發明中的傳動機構也可能採用其他結構進行傳動，例如，前述傳動輪及傳動帶分別採用時規皮帶輪及時規皮帶，或者，前述傳動輪及傳動帶分別以鏈輪及鏈帶取代，或是直接以相互嚙合的大、小二齒輪完成加速傳動。此外，無論採用帶傳動、鏈傳動或齒輪傳動機構，均不限於採用一次傳動，意謂也可採用二次傳動、三次傳動等，舉例來說，可在前述第一轉軸與前述第二轉軸之間增設一中介轉軸，前述中介轉軸上同軸固設一直徑較小的第三傳動輪及一直徑較大的第四傳動輪，而且，前述第三傳動輪直徑小於第一轉軸上的第一傳動輪，其間環套一第一傳動帶，前述第四傳動輪直徑大於第二轉軸上的第二傳動輪，其間環套一第二傳動帶，使得中介轉軸的轉速高於第一轉軸(即第一次加速傳動)，而第二轉軸的轉速又高於中介轉軸(即第二次加速傳動)，藉以獲得更高的傳動轉速比。在本發明的其他實施方式中(無圖)，傳動機構進行減速傳動，亦即，經由傳動機構而與運動件動力連接的第二轉軸，轉速低於不經由傳動機構而與運動件動力連接的第一轉軸。就本發明的功效考量(後詳)，前述傳動機構的傳動轉速比至少為2(註：意指第一轉軸及第二轉軸當中轉速較快的一者為轉速較慢的一者的至少兩倍快)，而且3以上尤佳。

請參閱圖4，當環狀帶體(914)循環繞轉而帶動前滾筒(912)及第一轉軸(941)對應旋轉時，也會同時經由前述傳動機構(即第一傳動輪(951)、傳動帶(953)及第二傳動輪(952))帶動第二轉軸(942)以較快的轉速對應旋轉，其中，傳動帶(953)循環繞轉以傳遞力量，而因為傳動帶(953)在第一傳動輪(951)上的力量與在第二傳動輪(952)上的力量相等，而且，在第一傳動輪(951)上的前述力量對於第一轉軸(941)的扭矩(即第一傳動輪(951)的半徑)，大於在第二傳動輪(952)上的前述力量對於第二轉軸(942)的扭矩(即第二傳動輪(952)的半徑)，所以第一轉軸(941)的扭力會大於第二轉軸(942)的扭力，而且扭力的大小與傳動輪(951)(952)的直徑成正比，亦即與轉速成反比，例如本較佳實施例中的第一轉軸(941)的扭力為第二轉軸(942)的扭力的3.2倍左右。上述原理及公式同樣適用於鏈傳動或齒輪傳動等其他傳動機構，亦適用於經由中介轉軸進行的二次傳動、三次傳動等。

前述第一阻力裝置(960)可對第一轉軸(941)施加一阻礙其旋 轉的第一阻力，本較佳實施例中的第一阻力裝置(960)實質上為一習知的渦流制動器(Eddy Current Brake；ECB)，主要包含一第一金屬圓盤(961)及一第一磁場產生單元(962)，其中，第一金屬圓盤(961)以良導體的金屬材質(如鋁、銅或其合金)製成，同軸固接在第一轉軸(941)的外端，位在第一傳動輪(951)的內側(即右側)，而且外徑適度大於第一傳動輪(951)。第一磁場產生單元(962)設在第一金屬圓盤(961)的前方，用以對第一金屬圓盤(961)產生強度可變的磁場，主要包含一偏轉盤(963)、一偏轉架(964)及二永久磁鐵(以下簡稱磁鐵)(965)，其中，偏轉盤(963)依一通過其圓心且對應於左右軸向的第三軸線(A3)樞接在底部架體(911)，偏轉架(964)固接在偏轉盤(963)的外側，可隨著偏轉盤(963)依前述第三軸線(A3)偏轉；偏轉架(964)具有左右相對的平行二側壁(未標號)，前述二磁鐵(965)各呈圓錠狀，分別設在前述二側壁的內面並且隔空相對，請參閱圖5，在左右軸向上，左、右二磁鐵(965)分別位在第一金屬圓盤(961)的內、外二側，各與第一金屬圓盤(961)的盤面保持適當間隙。

此外，偏轉架(964)上環套一扭簧(966)，扭簧(966)的其中一端抵住偏轉架(964)，另一端抵住底部架體(911)，其彈力可使偏轉架(964)相對於底部架體(911)依前述第三軸線(A3)以一預定旋向偏轉，在本例中，前述彈力對應於使偏轉架(964)以圖4中的逆時鐘方向偏轉，例如由圖4中的實線所繪位置(最外位置)逆時鐘偏轉至假想線所繪位置(最內位置)。偏轉盤(963)及偏轉架(964)相對於底部架體(911)的角位置可供調整(後述)，以改變前述二磁鐵(965)內面與第一金屬圓盤(961)盤面的(側視下)重疊面積。當第一金屬圓盤(961)隨著第一轉軸(941)旋轉，且其盤面通過第一磁場產生單元(962)的左、右二磁鐵(965)之間的磁場時，會因為渦電流效應(eddy current effects)而產生阻礙第一金屬圓盤(961)旋轉的阻力，本較佳實施例即是將此阻力作為第一阻力裝置(960)所產生用以阻礙第一轉軸(941)旋轉的前述第一阻力。

運動器材(900)還設有一可供使用者操作以控制第一阻力裝置(960)的第一控制介面(967)(參閱圖1)，在本較佳實施例中，配合第一阻力裝置(960)的第一磁場產生單元(962)上揭構造，前述第一控制介面(967)實質上為一鋼索收放器(註：習知裝置，除了應用於運動器材，亦常見應用於變速腳踏車的檔位切換器(shifter)，圖1所繪為撥桿式)，設置在前述右側架體(922)上適合使用者右手操作的位置，具有可供階段式扳動的撥桿(未標號)， 例如可在最低至最高共10個檔位(等級)中前後扳動選擇。一第一鋼索(968)的一端連接在第一磁場產生單元(962)的偏轉盤(963)(參閱圖3)，另一端連接在前述鋼索收放器的一棘輪(圖中未示，與前述撥桿同動而階段式偏轉)，可被鋼索收放器階段式地收短或放長，藉以階段式地控制偏轉盤(963)及偏轉架(964)的角位置。詳而言之，每將鋼索收放器的撥桿往較低等級扳動一階段，第一鋼索(968)即被前述棘輪收短一小段長度，其緊縮的拉力會反抗前述扭簧(966)的彈力，使偏轉架(964)以圖4中的順時鐘方向往前述最外位置偏轉對應角度；反之，每將鋼索收放器的撥桿往較高等級扳動一階段，第一鋼索(968)即被前述棘輪放長一小段長度，讓前述扭簧(966)的彈力對應舒張，使偏轉架(964)以圖4中的逆時鐘方向往前述最內位置偏轉對應角度。

當偏轉架(964)位在前述最外位置時，前述二磁鐵(965)與第一金屬圓盤(961)在側視下完全沒有重疊，此時通過盤面的磁通量最小，(在相同轉速下)產生的渦電流阻力也最小；反之，當偏轉架(964)位在前述最內位置時，前述二磁鐵(965)與第一金屬圓盤(961)在側視下完全重疊，此時通過盤面的磁通量最大，(在相同轉速下)產生的渦電流阻力也最大。前述鋼索控制器的前述棘輪(圖中未示)經過特別設計，當其隨前述撥桿階段式偏轉時，前述第一鋼索(968)在每一階段的收放長度各有一特定值，使得偏轉架(964)在每一階段的偏轉角度各有一特定值，就結果而言，前述撥桿每扳動一階段，前述二磁鐵(965)與第一金屬圓盤(961)的重疊面積的變化量大致均等，亦即前述磁通量的變化量大致均等，舉例而言，假設偏轉架(964)共有10個角位置可供選擇，則每一階段的磁通量變化均大致等於(在前述最內位置的)最大磁通量與(在前述最外位置的)最小磁通量的差距的9分之1。藉此，使用者可透過第一控制介面(鋼索控制器)(967)控制第一阻力裝置(960)施加在第一轉軸(941)的前述第一阻力，並且是以等量變動的方式進行階段式調整。

前述第二阻力裝置(970)可對第二轉軸(942)施加一阻礙其旋轉的第二阻力，本較佳實施例中的第二阻力裝置(970)實質上亦為一渦流制動器(ECB)，且其具體結構及工作方式與上揭第一阻力裝置(960)雷同，說明如下：第二阻力裝置(970)主要包含一第二金屬圓盤(971)及一第二磁場產生單元(972)，其中，第二金屬圓盤(972)同軸固接在第二轉軸(942)的外端，位 在第二傳動輪(952)的外側(即左側)；第一金屬圓盤(961)與第二金屬圓盤(971)在左右軸向上的位置相錯(參閱圖5)，但二者(961)(971)在側視下局部重疊(參閱圖4)，如此排列可縮短阻力系統(940)的整體長度。第二磁場產生單元(972)設在第二金屬圓盤(971)的後方，主要包含一偏轉盤(973)、一偏轉架(974)及二永久磁鐵(以下簡稱磁鐵)(975)，其中，偏轉盤(973)與偏轉架(974)相對固定，共同依一通過偏轉盤(973)圓心且對應於左右軸向的第四軸線(A4)樞接在底部架體(911)；前述二磁鐵(975)分別設在偏轉架(974)的左、右二側壁(未編號)內面並且隔空相對，請參閱圖5，左、右二磁鐵(975)分別與第二金屬圓盤(971)的內、外二側面保持適當間隙。此外，偏轉架(974)上環套一扭簧(976)，其彈力可使偏轉架(974)以圖4中的順時鐘方向偏轉，例如由圖4中的假想線所繪位置(最外位置)順時鐘偏轉至實線所繪位置(最內位置)。同樣地，當第二金屬圓盤(971)隨著第二轉軸(942)旋轉，且其盤面通過第二磁場產生單元(972)的左、右二磁鐵(975)之間的磁場時，會產生阻礙第二金屬圓盤(971)旋轉的渦電流阻力，即第二阻力裝置(970)所產生用以阻礙第二轉軸(942)旋轉的前述第二阻力。

對應地，運動器材(900)設有一可供使用者操作以控制第二阻力裝置(970)的第二控制介面(977)(參閱圖1)，前述第二控制介面(977)實質上亦為一鋼索收放器(同前)，設置在前述左側架體(921)上適合使用者左手操作的位置，其與第二磁場產生單元(972)的偏轉盤(973)之間連接一第二鋼索(978)(參閱圖2)，可藉以階段式地控制偏轉盤(973)及偏轉架(974)的角位置，此部分的機構原理同前，不再贅述。當第二磁場產生單元(972)的偏轉架(974)位在前述最外位置時，(在相同轉速下)前述第二阻力最小；反之，當偏轉架(974)位在前述最內位置時，(在相同轉速下)前述第二阻力最大。同於第一控制介面(967)控制第一阻力裝置(960)，第二控制介面(968)每控制第二磁場產生單元(972)的偏轉架(974)偏轉一階段，(在相同轉速下)第二轉軸(942)受到來自第二阻力裝置(970)的第二阻力的變化量大致均等。

前述第一控制介面(967)及第二控制介面(977)共同構成運動器材(900)的操控系統，用以供使用者操作，以控制第一阻力裝置(960)的第一阻力及第二阻力裝置(970)的第二阻力，而且，第一阻力裝置(960)及第二阻力裝置(970)可被分別獨立控制，例如前述二偏轉架(964)(974)的角位置互 不干涉。有別於上揭純機械式的控制方式，本發明的運動器材當中的操控系統也可能透過電控方式控制第一、第二阻力裝置，例如在本發明的另一實施方式中(無圖)，阻力裝置延續上揭較佳實施例的基本結構，只不過其中的偏轉架(964)(974)由受鋼索拉動改成以小型伺服馬達決定其角位置，對應地，控制介面改成電子式的按鍵或旋鈕，其與前述伺服馬達之間連接有訊號線及控制電路，可藉以控制馬達動作而決定偏轉架(964)(974)的角位置。此外，在本發明的另一實施方式中(無圖)，阻力裝置同樣是由一金屬圓盤及一磁場產生單元所構成，不同的是，磁場產生單元以電磁鐵取代前述永久磁鐵，前述電磁鐵位置固定且鄰近於金屬圓盤的盤面，可被控制介面以電控方式調整其輸入電流而變化其磁場強度，達到控制渦電流阻力的目的。

前已述及，前述運動器材(900)的跑步台(910)沒有動力裝置，使用者在跑步台(910)上進行走路、慢跑或跑步運動，或是進行前述重量訓練，均須以腳部推動環狀帶體(914)循環繞轉。而在環狀帶體(914)循環繞轉時，前滾筒(912)、後滾筒(913)、第一轉軸(941)及第二轉軸(942)均會對應旋轉，換言之，使用者的出力必須同時克服前滾筒(912)、後滾筒(913)、第一轉軸(941)及第二轉軸(942)的旋轉阻力，才能推動環狀帶體(914)循環繞轉。就本發明的焦點，前述阻力系統(940)的第一阻力裝置(960)可依據控制而對第一轉軸(941)施加阻礙其旋轉的第一阻力，第二阻力裝置(970)可依據控制而對第二轉軸(942)施加阻礙其旋轉的第二阻力，而且其中的第二轉軸(942)是經由前述傳動機構而與環狀帶體(914)動力連接，所以，使用者驅動環狀帶體(914)位移不僅要克服第一轉軸(941)的前述第一阻力，還要經由前述傳動機構連帶克服第二轉軸(942)的前述第二阻力。前文中已經說明，在本較佳實施例中，當第一轉軸(941)及第二轉軸(942)經由傳動機構一起旋轉時，因為第二轉軸(942)的轉速約為第一轉軸(941)轉速的3.2倍，所以第一轉軸(941)的扭力約為第二轉軸(942)扭力的3.2倍，也就是說，假設傳動機構末端的第二轉軸(942)至少要獲得100牛頓‧米的扭力才能克服其旋轉阻力(主要為前述第二阻力)順利旋轉，那麼，傳動機構前端的第一轉軸(941)就至少要獲得320牛頓‧米的扭力，才能帶動第二轉軸(942)一起旋轉。簡言之，在本較佳實施例中，第二阻力裝置(970)對第二轉軸(942)施加1單位的旋轉阻力(即前述第二阻力)，等於間接對第一轉軸(941)施加3.2單位的旋轉阻力 (有別於前述第一阻力)，或者說，前述第二阻力每增加/減少1單位，第一轉軸(942)的旋轉阻力就會增加/減少3.2單位。

值得一提的是，本較佳實施例中的第一阻力裝置(960)及第二阻力裝置(970)均採用渦流制動器，其中阻礙金屬圓盤旋轉的渦電流阻力會與金屬圓盤本身的轉速成正比，亦即轉速愈快，旋轉阻力愈大；在此假設前述二阻力裝置(960)(970)的結構完全相同，包含金屬圓盤(961)(971)的材質、尺寸相同，磁場產生單元(962)(972)的磁鐵(965)(975)材質、尺寸、相對位置相同等；因為在第一轉軸(941)及第二轉軸(942)一起旋轉時，第二轉軸(942)上的第二金屬圓盤(971)的轉速約為第一轉軸(941)上的第一金屬圓盤(961)轉速的3.2倍，所以，如果控使前述二磁場產生單元(962)(972)的磁鐵(965)(975)分別與對應的金屬圓盤(961)(971)完全重疊，則第二阻力裝置(970)對第二轉軸(942)施加的第二阻力，會是第一阻力裝置(960)對第一轉軸(941)施加的第一阻力的3.2倍左右。加上前段所述的經由傳動機構產生的力量放大放果，第二阻力裝置(970)可能間接施加在第一轉軸(941)的旋轉阻力最大值，會是第一阻力裝置(960)可能施加在第一轉軸(941)的旋轉阻力(即第一阻力)最大值的10倍左右。

當然，本發明中的第一阻力裝置及第二阻力裝置的阻力來源並不限定為電磁阻力，例如亦可採用摩擦阻力、流體阻力、彈性阻力及重力等其他阻力類型。其中，像風阻、水阻這類流體阻力，因為阻力的大小與速度(轉速)的平方成正比，所以當應用在本發明中時，可使前述二阻力裝置的最大阻力值比例更加懸殊。

由以上說明可知，第一阻力裝置(960)施加在第一轉軸(941)的第一阻力對環狀帶體(914)位移所造成的阻力(以下稱第一運動阻力)的可能上限相對較低，而且當第一阻力受控變動時，環狀帶體(914)運動阻力的對應變動較為平緩，例如每增減1千克力的第一阻力就只反應為增減1千克力左右的運動阻力；反之，第二阻力裝置(970)施加在第二轉軸(942)的第二阻力對環狀帶體(914)位移所造成的阻力(以下稱第二運動阻力)的可能上限相對較高，而且當第二阻力受控變動時，環狀帶體(914)運動阻力的對應變動較為劇烈，例如每增減1千克力的第二阻力可能反應為增減3.2千克力左右的運動阻力。所以，對前述運動器材(900)而言，第一阻力裝置(960)對 第一轉軸(941)施加的第一阻力適合作為調整精度較高的輕型阻力，第二阻力裝置(970)對第二轉軸(942)施加的第二阻力適合作為阻力上限較高的重型阻力。藉此，當使用者選擇在運動器材(900)的前述第一使用模式下進行走路、慢跑或跑步運動時，可透過第一控制介面(967)控使第一阻力裝置(960)產生所需的第一阻力，使環狀帶體(914)具有相對較輕的運動阻力，而且必要時可微幅調整；反之，當使用者選擇在運動器材(900)的前述第二使用模式下進行前述重量訓練時，可透過第二控制介面(977)控使第二阻力裝置(970)產生所需的第二阻力，使環狀帶體(914)具有相對較重的運動阻力，而且必要時可產生極大阻力。

進而，因為第一轉軸(941)及第二轉軸(942)的旋轉阻力都會成為環狀帶體(914)的運動阻力，而且第一阻力裝置(960)對第一轉軸(941)施加的旋轉阻力(即第一阻力)與第二阻力裝置(970)對第二轉軸(942)施加的旋轉阻力(即第二阻力)可被分別獨立控制，所以使用者還可依個人需求進行阻力選搭，例如在進行前述重量訓練時，可控使第二阻力裝置(970)產生適當等級的前述第二阻力以作為粗略的基礎阻力，並且控制第一阻力裝置(960)產生適當等級的前述第一阻力以作為微調用的附加阻力，藉以在一較大的可選擇範圍中以較高的精度選擇所需的阻力。

由於第一阻力裝置(960)的第一阻力對環狀帶體(914)所造成的第一運動阻力，以及第二阻力裝置(970)的第二阻力對環狀帶體(914)所造成的第二運動阻力，二者的大小比例可能基於前述傳動機構的傳動轉速比及前述阻力裝置(960)(970)的阻力類型適當掌握(註：如前所述，本較佳實施例可被適當設計成，第二阻力裝置(970)可能間接加施加在第一轉軸(941)的最大阻力，大約是第一阻力裝置(960)可能施加在第一轉軸(941)的最大阻力的10倍)，因此較容易設計出類似習知重量訓練裝置的配重選擇系統那樣直覺易用的阻力選搭方式。較佳地，前述第一阻力被調整為最大值時的前述第一運動阻力的大小，小於前述第二阻力被調整一階段時的前述第二運動阻力的變化量。

在上揭較佳實施例中，運動器材(900)的操控系統包含分離的一第一控制介面(967)及一第二控制介面(977)，分別用以控制第一阻力裝置(960)及第二阻力裝置(970)；但在本發明的其他實施方式中(無圖)，運動器 材的操控系統只有單一控制介面，使用者只要透過前述控制介面輸入所需的總阻力，即可經由一中央控制電路(例如微處理器)以電控方式分別控制第一阻力裝置及第二阻力裝置各自產生應有的阻力，自動搭配出前述總阻力。

本發明的阻力系統可以應用在各種運動器材，包含免插電跑步機、固定式腳踏車、橢圓運動機、划船機、樓梯機、重量訓練裝置等。

基於本發明的上位概念，所提供的阻力系統中的第一轉軸及第二轉軸經由傳動機構以預定轉速比相互帶動旋轉，其中一轉軸(假設第一轉軸)不經由前述傳動機構與運動器材的運動件(例如跑帶、踏板、把手等)動力連接，另一轉軸(假設第二轉軸)經由前述傳動機構與前述運動件動力連接；前揭較佳實施例中的第二轉軸轉速快於第一轉軸，但本發明其實也允許第二轉軸的轉速慢於第一轉軸，此時，轉速相對較快的第一轉軸所受的第一阻力，可以產生相對較大的運動阻力，而轉速較慢的第二轉軸所受的第二阻力，可以產生相對較小且容易微調的運動阻力。

Claims (10)

1. 一種運動器材，可供一使用者藉以進行一運動；前述運動器材包含有：一架體總成；一運動件，用以與進行前述運動的前述使用者接觸，當前述使用者進行前述運動時會驅動前述運動件相對於前述架體總成位移；一第一轉軸，可在前述架體總成上旋轉；一第二轉軸，可在前述架體總成上旋轉；一傳動機構，連接在前述第一轉軸與前述第二轉軸之間，使前述第一轉軸及前述第二轉軸以一預定轉速比相互帶動旋轉，其中轉速較快的一者為轉速較慢的一者的至少兩倍快；前述第一轉軸及前述第二轉軸其中一者不經由前述傳動機構而與前述運動件動力連接，使得當前述運動件被前述使用者驅動位移時會帶動前述第一轉軸及前述第二轉軸以不同轉速對應旋轉；一第一阻力裝置，可依據控制而對前述第一轉軸施加一阻礙其旋轉的第一阻力；一第二阻力裝置，可依據控制而對前述第二轉軸施加一阻礙其旋轉的第二阻力；以及一操控系統，與前述第一阻力裝置及前述第二阻力裝置連接，用以供前述使用者操作，以控制前述第一阻力裝置的第一阻力及前述第二阻力裝置的第二阻力；前述第一阻力裝置及前述第二阻力裝置可被分別獨立控制。
2. 如請求項1的運動器材，其中，前述第一轉軸不經由前述傳動機構而與前述運動件動力連接；前述第二轉軸的轉速快於前述第一轉軸的轉速。
3. 如請求項2的運動器材，其中，前述第二阻力的大小與前述第二轉軸的轉速成正相關。
4. 如請求項1的運動器材，其中，前述第一阻力裝置對前述第一轉軸施加前述第一阻力的方式與前述第二阻力裝置對前述第二轉軸施加前述第二阻力的方式相同。
5. 如請求項4的運動器材，其中，前述第一阻力裝置包含一與前述第一轉軸同軸固接的第一金屬圓盤，以及一設在前述架體總成的第一磁場產生 單元，能以渦流制動方式阻礙前述第一金屬圓盤旋轉，形成前述第一阻力；前述第二阻力裝置包含一與前述第二轉軸同軸固接的第二金屬圓盤，以及一設在前述架體總成的第二磁場產生單元，能以渦流制動方式阻礙前述第二金屬圓盤旋轉，形成前述第二阻力；前述操控系統可分別控制前述第一磁場產生單元對前述第一金屬圓盤的磁場強度，以及前述第二磁場產生單元對前述第二金屬圓盤的磁場強度。
6. 如請求項1的運動器材，前述操控系統包含一第一控制介面及一第二控制介面；前述第一控制介面與前述第一阻力裝置連接，用以供前述使用者操作，以控制前述第一阻力裝置的第一阻力；前述第二控制介面與前述第二阻力裝置連接，用以供前述使用者操作，以控制前述第二阻力裝置的第二阻力。
7. 如請求項6的運動器材，其中，前述第一阻力裝置的第一阻力可被前述第一控制介面以等量變動的方式進行階段式調整；前述第二阻力裝置的第二阻力可被前述第二控制介面以等量變動的方式進行階段式調整。
8. 如請求項7的運動器材，其中，前述第二轉軸的轉速快於前述第一轉軸的轉速；前述第一阻力對前述運動件位移所造成的阻力定義為第一運動阻力，前述第二阻力對前述運動件位移所造成的阻力定義為第二運動阻力；前述第一阻力被調整為最大值時的前述第一運動阻力的大小，小於前述第二阻力被調整一階段時的前述第二運動阻力的變化量。
9. 如請求項1的運動器材，其中，前述架體總成包含有一底部架體及一前端架體；前述運動件為一環狀帶體，能在前述底部架體上循環繞轉；前述環狀帶體的頂面上方定義出一運動空間，前述前端架體相對位在前述運動空間的前端，具有至少一可供前述使用者捉握的捉握部；前述運動器材可供前述使用者選擇在前述環狀帶體上進行跑步運動，或是選擇進行以雙手捉握前述捉握部並以雙腳推動前述環狀帶體頂面向後滑移的重量訓練。
10. 一種應用於運動器材的阻力系統，前述運動器材具有一架體總成及一運動件，當使用者利用前述運動器材進行一運動時會驅動前述運動件相對於前述架體總成位移；前述阻力系統包含有：一架體，合併於前述運動器材的架體總成； 一第一轉軸，可在前述架體上旋轉；一第二轉軸，可在前述架體上旋轉；一傳動機構，連接在前述第一轉軸與前述第二轉軸之間，使前述第一轉軸及前述第二轉軸以一預定轉速比相互帶動旋轉，其中轉速較快的一者為轉速較慢的一者的至少兩倍快；前述第一轉軸及前述第二轉軸其中一者不經由前述傳動機構而與前述運動器材的運動件動力連接，使得當前述運動件被前述使用者驅動位移時會帶動前述第一轉軸及前述第二轉軸以不同轉速對應旋轉；一第一阻力裝置，可依據控制而對前述第一轉軸施加一阻礙其旋轉的第一阻力；以及一第二阻力裝置，可依據控制而對前述第二轉軸施加一阻礙其旋轉的第二阻力；其中，前述第一阻力裝置及前述第二阻力裝置可被分別獨立控制。