TWI648079B - Magnetic coupling control device and magnetic coupling device - Google Patents

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Abstract

一種磁性耦合裝置，包含一磁性飛輪單元以及一磁性耦合單元，磁性飛輪單元包含一飛輪以及複數第一磁鐵，複數第一磁鐵設置於飛輪之周緣呈間隔排列以形成一第一環狀磁性序列，複數第一磁鐵朝向飛輪徑向外側的磁極相同，磁性耦合單元包含一盤體、一轉軸、複數第二磁鐵以及複數第三磁鐵，盤體可轉動地設置於飛輪的周緣，轉軸係設置於盤體的軸心部位，複數第二磁鐵以及複數第三磁鐵係設置於盤體並圍繞轉軸呈交錯排列以共同形成一第二環狀磁性序列，第二環狀磁性序列係磁性耦合於第一環狀磁性序列，其中，更可將一可沿飛輪的軸向進行位移的磁阻環框設置於飛輪之周緣以形成一磁性耦合控制裝置。

Description

磁性耦合控制裝置以及磁性耦合裝置
本發明係有關於一種磁性耦合控制裝置以及磁性耦合裝置。
一般健身器材(例如飛輪車)材所使用的磁控阻力裝置，係將一磁控單元可樞擺地設置於飛輪的外緣或是內緣，透過調整磁控單元與飛輪之間的距離，進而調整磁控單元對飛輪所造成的阻力大小，如台灣第M512421號專利，係將樞轉件設置於飛輪的內緣，並在樞轉件上設置磁鐵，透過調整樞轉件與飛輪的距離進而調整磁阻力，又如台灣第M535574號專利，係將磁控單元設置於飛輪外緣，透過踩動踏板帶動飛輪轉動，進而使磁控單元產生渦電流進而產生磁力，並磁吸飛輪以產生運動所需的阻力。
然而上述透過調整磁性序列與飛輪之間距離進而調整磁阻力的方式，磁阻力與距離的關係係為非線性，因此需要非線性調整磁性序列移動的距離才能使得磁阻力為線性表現，或是需要安裝一些調整機構於阻力裝置內進而使磁阻力與調整機構的位移關係為線性，造成磁控調整方式較為複雜或是提高生產成本的問題。
此外，另一種磁控裝置係利用電磁鐵為磁控單元並對飛輪產生磁阻力，其中電磁鐵需要相當多電量以產生磁力，造成電磁鐵有發熱情形並且長時間使用會造成高溫難以散熱，另外由於飛輪為高速轉動因此難以量測及控制飛輪的溫度，再者，電磁鐵溫度升高亦造成磁性下降，因此需要調整電量以補足磁力，此種利用電磁鐵產生磁阻力的磁控方式較為複雜並且精準度較難以控制。
綜合上述說明，習知的磁控單元仍有其缺失，而有待改進。
藉此，本發明之主要目的係在於提供一種磁性耦合控制裝置，不僅結構較為精準建構，磁阻力控制及調整較為穩定，並且亦無習知磁控裝置中電磁鐵的發熱問題，並且該磁性耦合控制裝置可將飛輪轉動的能量藉由磁性耦合的方式輸出至其它裝置。
該磁性耦合控制裝置包含一磁性飛輪單元、一磁阻環框以及一磁性耦合單元，該磁性飛輪單元包含一飛輪以及複數第一磁鐵，該飛輪係裝設於一外部機台，該等第一磁鐵設置於該飛輪之周緣並圍繞該飛輪軸心部位呈間隔排列以形成一第一環狀磁性序列，各該第一磁鐵具有朝向該飛輪之軸心的第一磁極以及與第一磁極朝向相反方向的第二磁極，該磁阻環框裝設於該外部機台並圍繞於該飛輪之周緣，該磁阻環框可沿該飛輪的軸向進行位移，該磁性耦合單元裝設於該外部機台並位於該飛輪之周緣，該磁性耦合單元包含一盤體、一轉軸、複數第二磁鐵以及複數第三磁鐵，該盤體可轉動地裝設於該外部機台並位於該飛輪的周緣，該盤體的一底面係面向各該第一磁鐵的第二磁極，該轉軸係設置於該盤體的軸心部位並可與該盤體進行同步轉動，該等第二磁鐵以及該等第三磁鐵係設置於該盤體並圍繞該轉軸呈交錯排列，各該第二磁鐵的第一磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極，各該第三磁鐵的第二磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極，其中，該等第二磁鐵的第一磁極以及該等第三磁鐵的第二磁極係共同形成一第二環狀磁性序列，該第二環狀磁性序列係磁性耦合於該第一環狀磁性序列。
較佳地，該磁性耦合控制裝置更包含至少三定位桿，該至少三定位桿係裝設於該外部機台並穿設該磁阻環框，使磁阻環框於該等定位桿上移動並沿該飛輪的軸向進行位移。
較佳地，該磁阻環框係包含一外環框以及一導電內環框，該導電內環框環設於該外環框的內側，該三定位桿係穿設該外環框，使該外環框於該等定位桿上移動進而帶動該導電內環框沿該飛輪的軸向進行位移。
較佳地，該導電內環框係為鋁或銅材質製成。
較佳地，二相鄰該第一磁鐵之間相距一該第一磁鐵的寬度。
較佳地，該轉軸係接設一風扇模組、一發電模組或一輸出轉軸。
藉此，當該外部機台驅動該飛輪進行轉動時，係同步帶動該等第一磁鐵所構成的第一環狀磁性序列進行轉動，進而藉由磁性耦合帶動該第二環狀磁性序列、該盤體及該轉軸進行轉動，配合在該轉軸上設置該風扇模組、該發電模組或該輸出轉軸即可達到散熱、發電或是輸出至其它裝置的功效。
此外，當該磁阻環框沿該飛輪的軸向進行位移時，該磁阻環框係會重疊於該飛輪上的該第一環狀磁性序列，並隨著移動進而形成重疊面積的增減，造成磁阻力大小與該磁阻環框之位移距離呈現線性比例關係，藉此達到精準控制該磁性耦合控制裝置所提供的阻力的功效。
本發明之另一目的係在於提供一種磁性耦合裝置，包含一磁性飛輪單元以及一磁性耦合單元，該磁性飛輪單元包含一飛輪以及複數第一磁鐵，該飛輪係裝設於一外部機台，該等第一磁鐵設置於該飛輪之周緣並圍繞該飛輪軸心部位呈間隔排列以形成一第一環狀磁性序列，各該第一磁鐵具有朝向該飛輪之軸心的第一磁極以及與第一磁極朝向相反方向的第二磁極，該磁性耦合單元裝設於該外部機台並位於該飛輪之周緣，該磁性耦合單元包含一盤體、一轉軸、複數第二磁鐵以及複數第三磁鐵，該盤體可轉動地裝設於該外部機台並位於該飛輪的周緣，該盤體的一底面係面向各該第一磁鐵的第二磁極，該轉軸係設置於該盤體的軸心部位並可與該盤體進行同步轉動，該等第二磁鐵以及該等第三磁鐵係設置於該盤體並圍繞該轉軸呈交錯排列，各該第二磁鐵的第一磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極，各該第三磁鐵的第二磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極，其中，該等第二磁鐵的第一磁極以及該等第三磁鐵的第二磁極係共同形成一第二環狀磁性序列，該第二環狀磁性序列係磁性耦合於該第一環狀磁性序列。
較佳地，二相鄰該第一磁鐵之間相距一該第一磁鐵的寬度。
較佳地，該轉軸係接設一風扇模組、一發電模組或一輸出轉軸。
藉此，當該外部機台驅動該飛輪進行轉動時，係同步帶動該等第一磁鐵所構成的第一環狀磁性序列進行轉動，進而藉由磁性耦合帶動該第二環狀磁性序列、該盤體及該轉軸進行轉動，配合在該轉軸上設置該風扇模組、該發電模組或該輸出轉軸即可達到散熱、發電或是輸出至其它裝置的功效。
有關本發明所提供之詳細構造、特點，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。
本發明所提供的磁性耦合控制裝置10，係用以安裝於一外部機台1，較佳地，外部機台1係為運動健身器材，於本較佳實施例中外部機台1係為健身車，於其它較佳實施例中則不以此為限，磁性耦合控制裝置10包含一磁性飛輪單元20、一磁阻環框30以及一磁性耦合單元40。
請參考第1~3圖，磁性飛輪單元20包含一飛輪22以及複數第一磁鐵24，飛輪22係呈圓盤狀，飛輪22係裝設於外部機台1，更進一步來說，飛輪22軸心部位設有一軸套25以及一軸桿27，軸套25係同軸設置於飛輪22的軸心部位並可與飛輪22進行同步旋轉，軸桿27係同軸穿設軸套25及飛輪22並裝設於外部機台1，進而使飛輪22可於外部機台1上進行旋轉，其中，軸套25於本較佳實施例中係連接一傳動帶28，傳動帶28又連接一設置於外部機台1上的轉輪29，轉輪29係安裝曲柄踏板(圖中未示)，當踩踏踏板使轉輪29轉動時，係同步帶動傳動帶28進而驅動軸套25及飛輪22進行旋轉。
複數第一磁鐵24係為永久磁鐵，其中，各第一磁鐵24具有朝向相反方向的一第一磁極242以及一第二磁極244，複數第一磁鐵24係設置於飛輪22的周緣並圍繞飛輪22的軸心部位呈間隔排列以形成一第一環狀磁性序列39，更進一步來說，於本較佳實施例中，複數第一磁鐵24係設置於飛輪22的外緣並圍繞飛輪22的軸心部位呈間隔排列，於其他較佳實施例中，複數第一磁鐵24亦可直接設置於飛輪22的環狀側面並圍繞飛輪22的軸心部位呈間隔排列，各第一磁鐵24的第一磁極242係朝向飛輪22的軸心(軸向)，各第一磁鐵24的第二磁極244係朝向飛輪22的徑向外側，其中，第一磁極242及第二磁極244分別為S極及N極，或是分別為N極及S極，。此外，相鄰二第一磁鐵24之間係相距一預定距離D。
磁阻環框30係裝設於該外部機台1並圍繞於飛輪22之周緣，並可沿飛輪22的軸向進行位移，更進一步來說，磁性耦合控制裝置10更包含至少三定位桿36，至少三定位桿36平行於飛輪22的軸向並裝設於外部機台1且穿設磁阻環框30，使磁阻環框30於三定位桿36上移動並沿飛輪22的軸向進行位移，在更進一步來說，磁阻環框30係包含一外環框32以及一導電內環框34，導電內環框34環設於外環框32的內側，三定位桿36係穿設外環框32，使外環框32於三定位桿36上移動進而帶動導電內環框34沿飛輪22的軸向進行位移，其中，導電內環框34係為鋁、銅或銀等導電性較好的材料製成。因此，請參考第2~3圖，當磁阻環框30沿飛輪22的軸向進行位移時，導電內環框34係會重疊並覆蓋飛輪22上由複數第一磁鐵24所構成的第一環狀磁性序列39，並對飛輪22造成磁阻力進而提供使用者踩踏飛輪22所需的阻力，此外，隨著磁阻環框30移動進而形成導電內環框34與第一環狀磁性序列39重疊面積的增減，所造成磁阻力大小與磁阻環框30之位移距離呈現線性比例關係，藉此達到精準控制磁性耦合控制裝置10所提供的阻力的功效。
請參考第4圖，磁性耦合單元40係裝設於外部機台1並位於飛輪22之周緣，磁性耦合單元40包含一盤體42、一轉軸44、複數第二磁鐵46以及複數第三磁鐵48，盤體42係可轉動地裝設於外部機台1並位於飛輪22的周緣，盤體42具有相對之一底面422以及一頂面424，盤體42之底面422係面向各第一磁鐵24的第二磁極244，轉軸44係設置於盤體42的軸心部位並可與盤體42進行同步轉動，於本較佳實施例中，轉軸44可接設一風扇模組50、一發電模組(圖中未示)或是一輸出轉軸(圖中未示)，進而達到散熱、發電或是將動力輸出至其它裝置的功效，複數第二磁鐵46及複數第三磁鐵48於本較佳實施例中係為永久磁鐵，並且數量分別為三個，複數第二磁鐵46以及複數第三磁鐵48係設置於盤體42並圍繞轉軸44呈交錯排列，更進一步來說，盤體42上係穿設複數嵌孔426，複數嵌孔426圍繞轉軸44呈環狀排列，複數嵌孔426係用以嵌設複數第二磁鐵46以及複數第三磁鐵48，其中，各第二磁鐵46具有一朝向第一磁鐵24的第二磁極244的第一磁極462，各第三磁鐵48具有一朝向第一磁鐵24的第二磁極244的第二磁極482，值得一提的是，第一磁極462的極性與第二磁極244的極性相異，係分別為N極與S極，或是分別為S極與N極，進而使第一磁鐵24可與第二磁鐵46相吸，第二磁極482的極性與第二磁極244的極性相同，皆為S極或是皆為N極，進而使第一磁鐵24與第三磁鐵48相斥。
其中，請參考第8圖，複數第二磁鐵46與複數第三磁鐵48係共同形成一第二環狀磁性序列49，第二環狀磁性序列49係利用球帶面耦合方式(sphere zone coupling mean)磁性耦合於第一環狀磁性序列39，更進一步來說，請參考美國第US20140015362號專利說明書段落0031、0032、0035以及圖式第1、4圖，其係利用球帶面耦合手段(sphere zone coupling mean)將同球心不同軸向的二磁性陣列相互耦合，並在二磁性陣列之間形成一間隙，由於二磁性陣列皆由彼此相鄰且相異磁極的磁鐵構成，因此一旋轉體轉動時即可利用磁力作用帶動另一旋轉體進行轉動，而本案中第二環狀磁性序列49與各第一磁鐵24的非接觸球帶面耦合方式係等同於上述美國第US20140015362號專利中同球心不同軸向的二磁性陣列的磁性耦合方式，差異僅在於第二環狀磁性序列49係由相同磁極所構成，因此本發明中第二環狀磁性序列49與第一環狀磁性序列39具有較大的耦合面積以產生較大的耦合磁力。
此外，二相鄰第一磁鐵24相距的預定距離D係等同於一第一磁鐵24的寬度。
請參考第5~7圖，係顯示飛輪22帶動磁性耦合單元40的作動狀態，首先請參考第5圖，當飛輪22轉動時，會帶動複數第一磁鐵24進行轉動，此時一第一磁鐵24的第二磁極244會吸引一第二磁鐵46的第一磁極462，請接著參考第6圖，隨著飛輪22的轉動，第一磁鐵24的第二磁極244會帶動第二磁鐵46的第一磁極462沿第一磁鐵24的移動路徑移動，此時二第一磁鐵24的磁斥力會使得第三磁鐵48位於二第一磁鐵24之間，請接著參考第7圖，隨著飛輪22的轉動，第三磁鐵48係被二第一磁鐵24之磁斥力帶動並沿第一磁鐵24的移動路徑移動，而第一磁鐵24係吸引並帶動第二磁鐵46沿第一磁鐵24的移動路徑移動，重複上述循環，即可達到藉由飛輪22的轉動進而驅動盤體42及轉軸44轉動的目的。
而由於二相鄰第一磁鐵24相距一預定距離D，因此第三磁鐵48可穩定地被保持在二相鄰第一磁鐵24之間，進而使盤體42及轉軸44的轉動較為順暢。
綜合上述說明，當外部機台1驅動飛輪22進行轉動時，係同步帶動複數第一磁鐵24進行轉動，進而利用磁斥力及磁吸力使各第二磁鐵46、各第三磁鐵48、盤體42及轉軸44進行轉動，配合在轉軸44上設置風扇模組50、發電模組或輸出轉軸，即可達到發散磁性耦合控制裝置10所產生熱量，產生電力或是將飛輪22轉動能量輸出至其它外部裝置的功效。
此外，當磁阻環框30沿飛輪22的軸向進行位移時，導電內環框34係會重疊於飛輪22上的第一環狀磁性序列39，並隨著移動進而形成重疊面積的增減，造成磁阻力大小與磁阻環框30之位移距離呈現線性比例關係，藉此達到精準控制磁性耦合控制裝置10所提供的阻力的功效。
請參考第9圖，於本發明另一較佳實施例中，係提供一種磁性耦合裝置10’，其與磁性耦合控制裝置10的差異係在於磁性耦合裝置10’並不包含如上述的磁阻環框30，單純利用磁性飛輪單元20磁性耦合於磁性耦合單元40，因此當外部機台1驅動飛輪22進行轉動時，係同步帶動複數第一磁鐵24進行轉動，進而利用磁斥力及磁吸力使各第二磁鐵46、各第三磁鐵48、盤體42及轉軸44進行轉動，配合在轉軸44上設置風扇模組50、發電模組或輸出轉軸，即可達到發散磁性控制裝置10’所產生熱量，產生電力或是將飛輪22轉動能量輸出至其它外部裝置的功效。
最後必須再次說明，前揭實施例中所揭露的構成元件，以及第二磁極244、第一磁極462、第二磁極482的極性僅為舉例說明，並非用來限制本案的範圍，極性的調換或是其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧磁性耦合控制裝置
10’‧‧‧磁性耦合裝置
1‧‧‧外部機台
20‧‧‧磁性飛輪單元
30‧‧‧磁阻環框
40‧‧‧磁性耦合單元
22‧‧‧飛輪
24‧‧‧第一磁鐵
25‧‧‧軸套
27‧‧‧軸桿
28‧‧‧傳動帶
29‧‧‧轉輪
242、462‧‧‧第一磁極
244、482‧‧‧第二磁極
D‧‧‧預定距離
36‧‧‧定位桿
32‧‧‧外環框
34‧‧‧導電內環框
42‧‧‧盤體
44‧‧‧轉軸
46‧‧‧第二磁鐵
48‧‧‧第三磁鐵
422‧‧‧底面
424‧‧‧頂面
50‧‧‧風扇模組
426‧‧‧嵌孔
39‧‧‧第一環狀磁性序列
49‧‧‧第二環狀磁性序列
第1圖為本發明一較佳實施例之立體圖，顯示磁性耦合控制裝置安裝於外部機台的態樣。 第2~3圖為本發明一較佳實施例之立體圖，係顯示磁阻環框沿飛輪軸向移動的作動狀況。 第4圖為本發明一較佳實施例的部分分解圖，係顯示磁性耦合單元與第一環狀磁性序列的位置關係。 第5~7圖係為第一環狀磁性序列帶動磁性耦合單元的示意圖。 第8圖係為第二環狀磁性序列與第一環狀磁性序列的示意圖。 第9圖係為本發明所提供磁性耦合裝置的立體圖。

Claims (9)

  1. 一種磁性耦合控制裝置，包含： 一磁性飛輪單元，包含一飛輪以及複數第一磁鐵，該飛輪係裝設於一外部機台，該等第一磁鐵設置於該飛輪之周緣並圍繞該飛輪軸心部位呈間隔排列以形成一第一環狀磁性序列，各該第一磁鐵具有朝向該飛輪之軸心的第一磁極以及與第一磁極朝向相反方向的第二磁極； 一磁阻環框，裝設於該外部機台並圍繞於該飛輪之周緣，該磁阻環框可沿該飛輪的軸向進行位移；以及 一磁性耦合單元，裝設於該外部機台並位於該飛輪之周緣，該磁性耦合單元包含一盤體、一轉軸、複數第二磁鐵以及複數第三磁鐵，該盤體可轉動地裝設於該外部機台並位於該飛輪的周緣，該盤體的一底面係面向各該第一磁鐵的第二磁極，該轉軸係設置於該盤體的軸心部位並可與該盤體進行同步轉動，該等第二磁鐵以及該等第三磁鐵係設置於該盤體並圍繞該轉軸呈交錯排列，各該第二磁鐵的第一磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極，各該第三磁鐵的第二磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極； 其中，該等第二磁鐵的第一磁極以及該等第三磁鐵的第二磁極係共同形成一第二環狀磁性序列，該第二環狀磁性序列係磁性耦合於該第一環狀磁性序列。
  2. 如申請專利範圍第1項所述磁性耦合控制裝置，更包含至少三定位桿，該至少三定位桿係裝設於該外部機台並穿設該磁阻環框，使磁阻環框於該等定位桿上移動並沿該飛輪的軸向進行位移。
  3. 如申請專利範圍第2項所述磁性耦合控制裝置，該磁阻環框係包含一外環框以及一導電內環框，該導電內環框環設於該外環框的內側，該三定位桿係穿設該外環框，使該外環框於該等定位桿上移動進而帶動該導電內環框沿該飛輪的軸向進行位移。
  4. 如申請專利範圍第3項所述磁性耦合控制裝置，該導電內環框係為鋁或銅材質製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述磁性耦合控制裝置，二相鄰該第一磁鐵之間相距一該第一磁鐵的寬度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述磁性耦合控制裝置，該轉軸係接設一風扇模組、一發電模組或一輸出轉軸。
  7. 一種磁性耦合裝置，包含： 一磁性飛輪單元，包含一飛輪以及複數第一磁鐵，該飛輪係裝設於一外部機台，該等第一磁鐵設置於該飛輪之周緣並圍繞該飛輪軸心部位呈間隔排列以形成一第一環狀磁性序列，各該第一磁鐵具有朝向該飛輪之軸心的第一磁極以及與第一磁極朝向相反方向的第二磁極；以及 一磁性耦合單元，裝設於該外部機台並位於該飛輪之周緣，該磁性耦合單元包含一盤體、一轉軸、複數第二磁鐵以及複數第三磁鐵，該盤體可轉動地裝設於該外部機台並位於該飛輪的周緣，該盤體的一底面係面向各該第一磁鐵的第二磁極，該轉軸係設置於該盤體的軸心部位並可與該盤體進行同步轉動，該等第二磁鐵以及該等第三磁鐵係設置於該盤體並圍繞該轉軸呈交錯排列，各該第二磁鐵的第一磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極，各該第三磁鐵的第二磁極係朝向各該第一磁鐵的第二磁極； 其中，該等第二磁鐵的第一磁極以及該等第三磁鐵的第二磁極係共同形成一第二環狀磁性序列，該第二環狀磁性序列係磁性耦合於該第一環狀磁性序列。
  8. 如申請專利範圍第7項所述磁性耦合裝置，二相鄰該第一磁鐵之間相距一該第一磁鐵的寬度。
  9. 如申請專利範圍第7項所述磁性耦合裝置，該轉軸係接設一風扇模組、一發電模組或一輸出轉軸。
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