TWI679046B - 直接傳動式健身訓練設備 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種直接傳動式健身訓練設備，主要包括支撐座、支撐輪軸、慣性裝置、發電裝置及阻力產生裝置；支撐輪軸樞設於支撐座，慣性裝置對支撐輪軸軸承提供慣性轉動效果，阻力產生裝置設置於支撐座或支撐輪軸軸心並對支撐輪軸軸承提供轉動阻力；慣性裝置和發電裝置同軸組設於支撐輪軸之軸承，支撐輪軸轉動時將驅動發電裝置進行發電。藉由同軸組設於支撐輪軸之軸承和軸心的慣性裝置和發電裝置，將使不論是傳遞到慣性裝置抑或發電裝置之動力更為直接，進而提升發電效率，且所有構件更為緊湊，而體積大幅縮小，又可簡化組裝工序。

Description

直接傳動式健身訓練設備

本發明係關於一種直接傳動式健身訓練設備，尤指一種可將自行車組設於其上，而供使用者自行踩踏訓練。

不論是運輸、通勤、甚至是運動休閒，自行車運動已逐漸成為社會大眾所普遍接受之運動型態。然而，自行車運動難免會受限於外部的氣候或環境，例如下雨、寒冷、酷熱、甚至空污等等，而無法盡情地運動。因此，遂有室內健身訓練設備孕育而生。

然而，傳統健身訓練設備為了產生踩踏阻力，而必須連接外部電源，故大多只能適用於室內。而且，傳統健身訓練設備拘於飛輪所產的轉動慣性因素，都只能採用間接傳動之設計。舉例說明，請參閱圖8，其係習知自行車訓練器9之使用狀態立體圖，如圖中所揭示，變速齒輪與飛輪組件91構成一體，而飛輪組件再透過皮帶連接至另一阻尼飛輪92。

然而，採用間接傳動之傳統健身訓練設備，不僅結構複雜、體積龐大、生產工序多、成本高昂、且只能提供使用者於室內模擬騎乘自行車之用，縱使加裝發電裝置，其因拘於間接傳動，故發電量有限，發電效率不佳。

本發明之主要目的係在提供一種直接傳動式健身訓練設備，俾能簡化整體結構，大幅縮小體積，組裝更便利，且能提供極佳之發電效率。

為達成上述目的，本發明一種直接傳動式健身訓練設備主要包括一支撐座、一支撐輪軸、一慣性裝置、一發電裝置、以及一阻力產生裝置；支撐輪軸樞設於支撐座上，慣性裝置係用於對支撐輪軸提供慣性轉動之效果，阻力產生裝置係設置於支撐座或支撐輪軸中非轉動之部分，並對支撐輪軸提供轉動阻力；其中，慣性裝置和發電裝置係同軸組設於支撐輪軸上，而支撐輪軸轉動時將驅動發電裝置進行發電。

據此，本發明藉由同軸組設於該支撐輪軸之慣性裝置和發電裝置，將使不論是傳遞到慣性裝置抑或發電裝置之動力更為直接，進而顯著提升發電效率。另一方面，本發明所有構件可更為緊湊，而體積可大幅縮小，且可簡化組裝工序。

較佳的是，本發明之發電裝置可包括串接於支撐輪軸之第一發電模組、及第二發電模組；其中，第一發電模組包括第一輪轂、第一從動輪、第一發電輪、及第一發電線圈架，而第一輪轂係組設於支撐輪軸，第一發電輪係樞接於支撐輪軸，且第一從動輪係介於第一輪轂和第一發電輪之間，第一發電線圈架係至少部分環設於第一發電輪外側；第一輪轂之內環周、第一從動輪之外環周、以及第一發電輪之外環周佈設有複數磁性元 件，複數磁性元件中彼此相鄰的磁極不同。當第一輪轂隨支撐輪軸之軸承轉動而旋轉時，第一輪轂驅動第一從動輪轉動進而帶動第一發電輪旋轉，而第一發電輪與第一發電線圈架感應生電。

據此，本發明可以透過第一輪轂、第一從動輪和第一發電輪之配置來進一步提升發電輪之轉速；易言之，上述三者之配置可形成類似行星齒輪和太陽齒輪之匹配模式，進而大幅提升發電輪轉速，可顯著提高發電效率。同樣地，第一輪轂、第一從動輪、第一發電輪、及第一發電輪間均採磁性非接觸式感應，阻力極小，又可完全避免因磨擦產生熱、或產生噪音。

再者，本發明之第二發電模組可包括第二輪轂、連接架、以及第二發電線圈架；第二輪轂係連接於第一輪轂，而第二發電線圈架係組設於連接架，第一從動輪樞接於連接架；第二輪轂之內環周佈設有複數磁性元件，且複數磁性元件中彼此相鄰的磁極不同。當第二輪轂隨支撐輪軸之轉動而旋轉時，第二發電線圈架與第二輪轂產生相對轉動，而第二輪轂之複數磁性元件與第二發電線圈架感應生電。換言之，當支撐輪軸因使用者的踩踏而轉動時，將同步驅動第一發電模組、及第二發電模組發電，且第二發電模組係由第二輪轂直接與第二發電線圈架感應發電，故具有較佳之發電效率。

另外，本發明直接傳動式健身訓練設備之阻力產生裝置可設置於第一輪轂外側並電性連接於發電裝置，而阻力產生裝置可藉由發電裝置所產生之電力激磁 吸附第一輪轂以對支撐輪軸產生轉動阻力。換言之，本發明之阻力產生裝置可採用電磁式阻力產生裝置，且發電裝置所產生之電力供給予阻力產生裝置俾利對支撐輪軸產生轉動阻力。

又，本發明直接傳動式健身訓練設備之支撐座包括一底座、及一支撐立架，該支撐立架係樞接於底座且其高度係可調整。換言之，本發明之支撐座可因應不同車身尺寸、以及不同輪徑大小來調整合適的立架高度。此外，支撐立架可包括第一立架、以及第二立架，而第一立架之一端樞接於底座，另一端樞接於第二立架第一立架；而且，支撐座可更包括一調整桿，第二立架之中段開設有複數開孔，且調整桿之一端樞接至第一立架之中段，另一端插設於第二立架之複數開孔中之一者。據此，本發明可以透過調整第一立架和第二立架之間的夾角，來提升或降低支撐座的高度，且又可透過調整桿來固定調整後的高度。

此外，本發明直接傳動式健身訓練設備可更包括一控制模組，其包括控制器、驅動電路、阻力調整電路、整流濾波電路、以及穩壓電路，而阻力產生裝置透過驅動電路電性耦接至控制器，且阻力調整電路電性連接至控制器並用於調整阻力產生裝置所產生之阻力大小，又發電裝置透過整流濾波電路和穩壓電路電性耦接至控制器。據此，發電裝置所產生之電力可供給予整個控制模組。

較佳的是，控制模組可更包括一回授電路，其包括電壓回授電路、電流回授電路、及磁場回授電路；電壓回授電路、及電流回授電路可電性連接於發電裝置和控制器之間；而磁場回授電路可電性連接於控制器，並組設於阻力產生裝置上以感測其磁場強度。換言之，本發明可以透過電壓回授電路和電流回授電路得知發電裝置的發電狀況，並透過磁場回授電路感測阻力產生裝置之磁場強度。

再且，本發明之控制模組可更包括一應變感測器，其組設於支撐輪軸並電性耦接於控制器；而控制器可根據應變感測器所感測之支撐輪軸的變形量而求得一踩踏扭力。

1‧‧‧直接傳動式健身訓練設備

2‧‧‧支撐座

20‧‧‧支撐立架

21‧‧‧底座

211‧‧‧固定框

212‧‧‧活動腳

22‧‧‧第一立架

23‧‧‧第二立架

231‧‧‧開孔

24‧‧‧調整桿

3‧‧‧支撐輪軸

4‧‧‧慣性裝置

5‧‧‧發電裝置

51‧‧‧第一發電模組

511‧‧‧第一輪轂

512‧‧‧第一從動輪

513‧‧‧第一發電輪

514‧‧‧第一發電線圈架

52‧‧‧第二發電模組

521‧‧‧第二輪轂

522‧‧‧連接架

523‧‧‧第二發電線圈架

6‧‧‧阻力產生裝置

7‧‧‧齒盤

8‧‧‧控制模組

81‧‧‧控制器

82‧‧‧驅動電路

83‧‧‧回授電路

831‧‧‧電壓回授電路

832‧‧‧電流回授電路

833‧‧‧磁場回授電路

84‧‧‧阻力調整電路

85‧‧‧整流濾波電路

86‧‧‧穩壓電路

87‧‧‧應變感測器

9‧‧‧習知自行車訓練器

91‧‧‧飛輪組件

92‧‧‧阻尼飛輪

B‧‧‧自行車

Fr‧‧‧後叉

M‧‧‧磁性元件

Oc‧‧‧缺口

圖1係本發明一較佳實施例之使用狀態立體圖。

圖2係本發明一較佳實施例移除外殼體後之立體圖。

圖3A係本發明一較佳實施例之發電模組之立體圖。

圖3B係本發明一較佳實施例之發電模組之剖面圖。

圖3C係本發明一較佳實施例之發電模組移除連接架後之立體圖。

圖3D係本發明一較佳實施例之發電模組移除連接架、第一從動輪、及第一發電線圈架後之立體圖。

圖4係本發明一較佳實施例之支撐座之立體圖。

圖5係本發明一較佳實施例之系統架構圖。

圖6係本發明另一較佳實施例之使用狀態立體圖。

圖7係本發明另一較佳實施例之使用狀態立體圖。

圖8係習知自行車訓練器之使用狀態立體圖。

本發明直接傳動式健身訓練設備在本實施例中被詳細描述之前，要特別注意的是，以下的說明中，類似的元件將以相同的元件符號來表示。再者，本發明之圖式僅作為示意說明，其未必按比例繪製，且所有細節也未必全部呈現於圖式中。

請先參閱圖1，圖1係本發明直接傳動式健身訓練設備一較佳實施例之使用狀態立體圖。如圖中所示，本實施例之使用方式係先將一自行車B的後輪移除，並將自行車B之後叉Fr安裝於本實施例之直接傳動式健身訓練設備1上。

請再一併參閱圖2，圖2係本發明一較佳實施例移除外殼體後之立體圖。如圖2中所示，本實施例主要包括一支撐座2、一支撐輪軸3、一慣性裝置4、一發電裝置5、以及一阻力產生裝置6。其中，支撐輪軸3樞設於支撐座2上，且支撐輪軸3上設置有多片不同齒數的齒盤7(請見圖1)，藉以提供變速功能。然而，自行車B之後叉Fr也是安裝於支撐輪軸3上，且自行車B的鏈條耦合於齒盤7上，故當使用者踩踏時，便可驅動支撐輪軸3轉動。

再者，慣性裝置4係組設於支撐輪軸3上，本實施例之慣性裝置4為一飛輪裝置，其係用於對支撐 輪軸3提供慣性轉動之效果，能讓騎乘者有更接近騎乘一般自行車的感受，因為旋轉的飛輪裝置提供類似滾動之自行車輪胎的慣性。

請同時參閱圖3A、圖3B、以及圖3C，圖3A係本發明一較佳實施例之發電模組之立體圖，圖3B係本發明一較佳實施例之發電模組之剖面圖，圖3C係本發明一較佳實施例之發電模組移除連接架後之立體圖。本實施例之發電裝置5包括串接於支撐輪軸3之第一發電模組51、及第二發電模組52。

進一步說明，本實施例之第一發電模組51包括一第一輪轂511、一第一從動輪512、一第一發電輪513、及一第一發電線圈架514。其中，第一輪轂511係組設於支撐輪軸3，故將隨支撐輪軸3同步轉動。另外，第一發電輪513樞接於支撐輪軸3，二者間配置有培林，故可相對轉動。第一從動輪512係介於第一輪轂511之內周壁和第一發電輪513之間，且第一輪轂511之內環周、第一從動輪512之外環周、以及第一發電輪513之外環周佈設有複數磁性元件m，其彼此相鄰的磁極不同。

藉此，第一輪轂511、第一從動輪512、及第一發電輪513間藉由磁性元件m彼此呈非接觸之磁性耦合。另外，第一發電線圈架514係至少部分環設於第一發電輪513外側，而本實施例之第一發電線圈架514為一C型線圈架，其包括一缺口Oc；第一發電輪513係容設於C型線圈架內，並透過缺口Oc而受第一從動輪512所驅動。另，C型線圈架上纏繞有線圈(圖中未示)，藉以產生感應電流。

請再一併參閱圖3A、圖3B、及圖3D，圖3D係本發明一較佳實施例之發電模組移除連接架、第一從動輪、及第一發電線圈架後之立體圖。本實施例之第二發電模組52包括一第二輪轂521、一連接架522、以及一第二發電線圈架523；其中，第二輪轂521和第一輪轂511一體連接，故當支撐輪軸3轉動時，第二輪轂521和第一輪轂511將同步轉動。再者，第二發電線圈架523和第一發電線圈架514都組設於連接架522，且第一從動輪512亦樞接於連接架522。同樣地，第二輪轂521之內環周佈設有複數磁性元件m，且複數磁性元件m中彼此相鄰的磁極不同。

以下說明本實施例之發電裝置5的運作原理。當第一輪轂511因使用者踩踏而轉動時，第一輪轂511和第二輪轂521將隨之同步旋轉。接著，第一輪轂511將驅動第一從動輪512轉動進而帶動第一發電輪513旋轉。此時，當第一發電輪513旋轉時，第一發電輪513上的複數磁性元件m將與第一發電線圈架514上的線圈感應生電。

另一方面，當第二輪轂521也隨支撐輪軸3之轉動時，第二輪轂521與第二發電線圈架523產生相對轉動，而第二輪轂521上之複數磁性元件m與第二發電線圈架523亦同步感應生電。換言之，在本實施例中，只要當支撐輪軸3一轉動，即可驅動第一發電模組51和第二發電模組52同步發電，發電效率相當高。而且，該二發電模組均採磁性非接觸式感應，阻力極小，又可完全避免因磨擦產生熱和噪音。

另一方面，再請參閱圖3A，關於阻力產生裝置6，本實施例是採用電磁式阻力產生裝置，其設置於第一輪轂511外側並電性連接於發電裝置5。其中，阻力產生裝置6可藉由發電裝置5所產生之電力激磁吸附第一輪轂511以對支撐輪軸3產生轉動阻力。

請參閱圖4，圖4係本發明一較佳實施例之支撐座之立體圖。本實施例之支撐座2包括一底座21及一支撐立架20，而支撐立架20係樞接於底座21且其高度係可調整。其中，支撐立架20包括第一立架22、第二立架23、以及一調整桿24。其中，底座21由一固定框211、以及二活動腳212所組成，而二活動腳212之一端樞接於固定框211。當使用狀態時，二活動腳212撐開，使其一端彼此遠離，藉以具備穩固支撐之效用；另一方面，當不使用時，則可將二活動腳212收折，而彼此趨近，以減少所佔體積。

再者，第一立架22之一端亦樞接於底座21之固定框211，而第二立架23則樞接於第一立架22之另一端。另外，第二立架23之中段開設有三開孔231，而調整桿24之一端樞接至第一立架22之中段，另一端插設於第二立架23之該三開孔231中之一者。據此，當使用者欲調整支撐立架20之高度時，只要替換調整桿24插設於該三開孔231之位置即可，相當便利。

請參閱圖5，圖5係本發明一較佳實施例之系統架構圖。如圖中所示，本實施例之控制模組8主要包括一控制器81、一驅動電路82、一回授電路83、一 阻力調整電路84、一整流濾波電路85、一穩壓電路86、以及一應變感測器87。其中，阻力調整電路84電性連接至控制器81，而阻力產生裝置6透過驅動電路82電性耦接至控制器81；換言之，使用者可以透過阻力調整電路84來調整阻力產生裝置6所產生的阻力大小，而控制器81一旦接收到阻力調整電路84所傳送之信號後，隨即控制驅動電路82，進而驅動阻力產生裝置6對支撐輪軸3形成阻力。

再者，本實施例之回授電路83包括電壓回授電路831、電流回授電路832、及磁場回授電路833。電壓回授電路831、及電流回授電路832電性連接於發電裝置5和控制器81之間。其中，本實施例可以透過電壓回授電路831和電流回授電路832得知發電裝置5的發電狀況。

另外，磁場回授電路833電性連接於控制器81，而本實施例之磁場回授電路833可包括一霍爾效應感測器(Hall Sensor)，其組設於阻力產生裝置6上並感測其磁場強度，而透過回授電路處理83並回授予控制器81。換言之，回授電路83主要供阻力產生裝置6產生並傳送回授信號予控制器81，藉以獲知目前的阻力狀態。

另一方面，發電裝置5透過整流濾波電路85和穩壓電路86電性耦接至控制器81，整流濾波電路85主要用於對發電裝置5所產生的交流電流進行整流並濾波，而穩壓電路86則用於調控電壓，使其維持穩定。

再且，應變感測器87組設於支撐輪軸3並電性耦接於控制器81；而控制器81可根據應變感測器87所感測之支撐輪軸3的變形量而求得一踩踏扭力。換言之，本實施例可將使用者每次踩踏時所造成支撐輪軸3的變形量，直接換算成扭力值，再進一步經過運算而求得功率，亦即可透過量化來讓使用者瞭解踩踏的功率輸出。

請參閱圖6、及圖7，圖6係本發明另一較佳實施例之使用狀態立體圖，圖7係本發明又一較佳實施例之使用狀態立體圖。如圖中所示本發明直接傳動式健身訓練設備1並不侷限於如前述實施例之自行車訓練台，亦可運用於如圖6和圖7所示之飛輪健身車、或其他等效之健身設備。至於，圖6和圖7間之差異僅在於驅動形式，其中圖6係間接驅動，而圖7係直接驅動。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

Claims (10)

1. 一種直接傳動式健身訓練設備，包括：一支撐座；一支撐輪軸，其樞設於該支撐座上；一慣性裝置，其係用於對該支撐輪軸提供慣性轉動之效果；一發電裝置；以及一阻力產生裝置，係設置於該支撐座，並對該支撐輪軸提供轉動阻力；其中，該慣性裝置和該發電裝置係同軸並排組設於該支撐輪軸上，而該支撐輪軸轉動時將驅動該發電裝置進行發電。
2. 如請求項1之直接傳動式健身訓練設備，其中，該發電裝置包括一第一發電模組，其係串接於該支撐輪軸，該第一發電模組包括一第一輪轂、一第一從動輪、一第一發電輪、及一第一發電線圈架，該第一輪轂係組設於該支撐輪軸，該第一發電輪係樞接於該支撐輪軸，該第一從動輪係介於該第一輪轂和該第一發電輪之間，該第一發電線圈架係至少部分環設於該第一發電輪外側；該第一輪轂之內環周、該第一從動輪之外環周、以及該第一發電輪之外環周佈設有複數磁性元件，該複數磁性元件中彼此相鄰的磁極不同；當該第一輪轂隨該支撐輪軸轉動而旋轉時，該第一輪轂驅動該第一從動輪轉動進而帶動該第一發電輪旋轉，而該第一發電輪與該第一發電線圈架感應生電。
3. 如請求項2之直接傳動式健身訓練設備，其中，該發電裝置更包括一第二發電模組，其係串接於該支撐輪軸，該第二發電模組包括一第二輪轂、一連接架、以及一第二發電線圈架；該第二輪轂係連接於該第一輪轂，該第二發電線圈架係組設於該連接架，該第一從動輪樞接於該連接架；該第二輪轂之內環周佈設有複數磁性元件，該複數磁性元件中彼此相鄰的磁極不同；當該第二輪轂隨該支撐輪軸之轉動旋轉時，該第二發電線圈架與該第二輪轂產生相對轉動，而該第二輪轂之該複數磁性元件與該第二發電線圈架感應生電。
4. 如請求項2之直接傳動式健身訓練設備，其中，該阻力產生裝置係設置於該第一輪轂外側並電性連接於該發電裝置，該阻力產生裝置藉由該發電裝置所產生之電力激磁吸附該第一輪轂以對該支撐輪軸產生轉動阻力。
5. 如請求項1之直接傳動式健身訓練設備，其中，該支撐座包括一底座、及一支撐立架，該支撐立架係樞接於該底座且其高度係可調整。
6. 如請求項5之直接傳動式健身訓練設備，其中，該支撐立架包括一第一立架、以及一第二立架，該第一立架之一端樞接於該底座，另一端樞接於該第二立架。
7. 如請求項6之直接傳動式健身訓練設備，其中，該支撐座更包括一調整桿，該第二立架之中段開設有複數開孔，該調整桿之一端樞接至該第一立架之中段，另一端插設於該第二立架之該複數開孔中之一者。
8. 如請求項1之直接傳動式健身訓練設備，其更包括一控制模組，其包括一控制器、一驅動電路、一阻力調整電路、一整流濾波電路、以及一穩壓電路，該阻力產生裝置透過該驅動電路電性耦接至該控制器，該阻力調整電路電性連接至該控制器並用於調整該阻力產生裝置所產生之阻力大小，該發電裝置透過該整流濾波電路和該穩壓電路電性耦接至該控制器。
9. 如請求項8之直接傳動式健身訓練設備，其中，該控制模組更包括一回授電路，其包括一電壓回授電路、一電流回授電路、及一磁場回授電路；該電壓回授電路、及該電流回授電路係電性連接於該發電裝置和該控制器之間，該磁場回授電路係電性連接於該控制器並組設於該阻力產生裝置上以感測其磁場強度。
10. 如請求項9之直接傳動式健身訓練設備，其中，該控制模組更包括一應變感測器，其組設於該支撐輪軸並電性耦接於該控制器；該控制器根據該應變感測器所感測之該支撐輪軸的變形量而求得一踩踏扭力。