TWI743966B - 自發電健身車阻力系統 - Google Patents

Abstract

一種自發電健身車阻力系統，包括一自發電裝置結合於一健身車的慣性金屬飛輪轉盤，可隨著該慣性金屬飛輪轉盤的轉動而產生一電能。一電磁阻力制動裝置，可由該自發電裝置取得該電能，使對應磁極間建立一磁場，該慣性金屬飛輪轉盤轉動會切割該磁場，而在該慣性金屬飛輪轉盤的表面產生渦流，該渦流與該電磁阻力制動裝置所產生的該磁場產生相互吸引或互斥作用，致施加一阻力至該慣性金屬飛輪轉盤。一阻力驅動控制裝置，可接收或傳送一外部電子裝置的至少一指令訊號，並轉換產生一阻力調節信號至該電磁阻力制動裝置。一調節操作裝置可供使用者調節該電磁阻力制動裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤的該阻力大小。

Description

自發電健身車阻力系統

[0001]  本發明係關於一種健身車的設計，特別是一種結合自發電裝置的健身車阻力系統。

[0002]  傳統飛輪健身車的阻力系統大致分為永久磁石阻力系統及電磁式阻力系統兩種。雖然已有結合自發電功能的健身車阻力系統的設計，但傳統室內健身車自發電阻力系統中，其慣性(inertia)不足，故在進行乘騎訓練時，無法達到戶外訓練的效果。為了要解決此一問題，必須再增加一級(間接傳動)，來帶動自發電阻力系統，其主要缺點如下： (1) 傳統健身車自發電阻力系統，因受發電系統的定子與轉子直徑結構大小，而限制其慣性。慣性=M*R²，其中M代表重量，R代表直徑大小。 (2) 傳統健身車自發電阻力系統，因無設計慣性金屬飛輪，而其電磁阻力制動裝置，設計於發電轉子外徑，或兩側，因轉子直徑限制而產生的慣性不佳。 (3) 傳統健身車自發電阻力系統，其電磁阻力制動裝置係採用多電磁極數，設計於飛輪外圓周的外側或飛輪兩側，產生的阻力效率低。 (4) 傳統健身車自發電阻力系統，結構複雜、生產不易、成本高。 (5) 傳統健身車自發電阻力系統，因無結合智能調節鈕(smart tension knob)或智能調節桿(smart tension lever)的設計，當使用於虛擬實境(Virtual reality) on line能接收on-line訊號，而當off line時，無乘騎阻力變化控制訊號。 (6) 傳統健身車自發電阻力系統，因無結合智能調節鈕(smart tension knob)或智能調節桿(smart tension lever)，使用於虛擬實境(Virtual reality)，使用者無法乘騎變化阻力大小。 (7) 傳統健身車自發電阻力系統，因無結合智能調節鈕(smart tension knob)或智能調節桿(smart tension lever)，無法於乘騎時，緊急剎車功能，容易產生運動傷害。

[0003]  緣此，本發明之主要目的即是提供一種自發電健身車阻力系統，可針對前述傳統健身車阻力系統的缺失而改善，並配合虛擬實境的科技及群體運動訓練的目標而設計出一符合健身車所需的智慧型阻力系統。 [0004]  本發明所採用之技術手段係包括一自發電裝置結合於一健身車的慣性金屬飛輪轉盤，可隨著該慣性金屬飛輪轉盤的轉動而產生一電能。一電磁阻力制動裝置，可由該自發電裝置取得該電能，使對應磁極間建立一磁場，該慣性金屬飛輪轉盤轉動會切割該磁場，而在該慣性金屬飛輪轉盤的表面產生渦流，該渦流與該電磁阻力制動裝置所產生的該磁場產生相互吸引或互斥作用，致施加一阻力至該慣性金屬飛輪轉盤。一阻力驅動控制裝置，可接收或傳送一外部電子裝置的至少一指令訊號，並轉換產生一阻力調節信號至該電磁阻力制動裝置。一調節操作裝置可供使用者調節該電磁阻力制動裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤的該阻力大小。 [0005]  在效果方面，本發明具有以下優勢: (1) 本發明自發電健身車阻力系統，為提升轉動慣性，特別設計發電裝置的轉子結合慣性金屬飛輪轉盤，藉以加大直徑，附合電動機慣性原理。 (2) 本發明自發電健身車阻力系統，為提高阻力制動效率，而將電磁阻力制動裝置，設計於慣性金屬飛輪轉盤的外徑內圈兩側位置。 (3) 本發明自發電健身車阻力系統，為提高阻力制動效率，特別設計電磁阻力制動裝置，於慣性金屬飛輪轉盤的外徑內圈兩側位置，且構成兩邊磁極電磁場形成迴路。 (4) 本發明自發電健身車阻力系統，為提高阻力制動效率，特別設計電磁阻力裝置，於慣性金屬飛輪轉盤的外徑內圈兩側位置，且構成兩邊磁極磁場迴路，當慣性金屬飛輪轉盤轉動時，切割磁場的磁力線，而於金屬慣性金屬飛輪轉盤產生強大的渦流(Eddy current)，更而產生高效率阻力效果。 (5) 本發明自發電健身車阻力系統，係設計C型矽鋼形狀，更能於慣性金屬飛輪轉盤磁場時產生高效率的渦流。 (6) 本發明自發電健身車阻力系統，其智能調節鈕或智能調節桿，設計結合電磁阻力制動裝置及阻力驅動控制裝置，可以隨時調整阻力大小，進而模擬戶外自行車的齒輪變速(Gear shift)效果。 (7) 本發明自發電健身車阻力系統，其智能調節鈕或智能調節桿設計結合電磁阻力制動裝置及阻力驅動控制裝置，可以調整改變電磁阻力制動裝置的磁阻大小。而進一步模擬戶外自行車各種不同廠家的(Gear shift)。 (8) 本發明自發電健身車阻力系統，其智能調節鈕或智能調節桿設計結合電磁阻力制動裝置及阻力驅動控制裝置，可以發揮緊急剎車功能。 [0006]  本發明所採用的具體技術，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

[0008]  請參閱圖1所示，其顯示本發明自發電健身車阻力系統結合在一健身車1的示意圖。如圖所示，一健身車1配置有一慣性金屬飛輪轉盤11和一踏板12。當使用者踩踏踏板12時，可帶動慣性金屬飛輪轉盤11轉動。 [0009]  在本發明的設計中，一自發電裝置2結合於健身車1的慣性金屬飛輪轉盤11。自發電裝置2包括不同功能用途的發電線圈繞設在定子的矽鋼片上及複數個環設在轉子上的永久磁鐵環。 [0010]  同時參閱圖2所示，該自發電裝置2包括一永久磁鐵環21和一發電線圈22，其中的永久磁鐵環21係同軸地結合於該慣性金屬飛輪轉盤11，而發電線圈22係繞設在矽鋼片上，且係同軸地對應於該永久磁鐵環21。 [0011]  當使用者踩踏踏板12而帶動慣性金屬飛輪轉盤11轉動時，永久磁鐵環21會隨著慣性金屬飛輪轉盤11以中心轉軸13作為旋轉中心而轉動，而發電線圈22由於係同軸地對應於該永久磁鐵環21，故使該發電線圈22得以輸出電能。 [0012]  本發明的設計中，在慣性金屬飛輪轉盤11的外環面鄰近處配置一電磁阻力制動裝置3和一調節操作裝置4。電磁阻力制動裝置3可以施加一阻力至該慣性金屬飛輪轉盤11，而藉由該調節操作裝置4可以調節施加至該慣性金屬飛輪轉盤11的阻力大小。電磁阻力制動裝置3包括一C型矽鋼片31和繞設在該C型矽鋼片的線圈32，該C型矽鋼片31的開放端形成該對應磁極33並對應於該慣性金屬飛輪轉盤11的外環緣的兩側面。 [0013]  當慣性金屬飛輪轉盤11轉動時，該電磁阻力制動裝置3由自發電裝置2取得電能，使該對應磁極33間建立一磁場，該慣性金屬飛輪轉盤11轉動會切割該磁場，而在該慣性金屬飛輪轉盤11的表面產生渦流，該渦流與該電磁阻力制動裝置3所產生的該磁場產生相互吸引或互斥作用，致施加一阻力至該慣性金屬飛輪轉盤11。 [0014]  為實現上述的本發明功能，慣性金屬飛輪轉盤11係由導磁性不佳的金屬材料，例如銅、鋁、鑄鐵等金屬材料所構成。 [0015]  前述的自發電裝置結構中，僅是作為一實施例說明，也可以改採用其它型式的自發電裝置結構。例如圖3顯示自發電裝置係一層式自發電裝置2a，其包括複數個永久磁鐵環21、21a及複數個發電線圈22、22a。其中，永久磁鐵環21、21a係由具有不同直徑的永久磁鐵環同軸地結合於該慣性金屬飛輪轉盤11。層式自發電裝置2a中的複數個發電線圈22、22a係同軸地各別對應於該複數個永久磁鐵環21、21a。各個發電線圈22、22a係繞設在矽鋼片上。較佳地，不同的發電線圈22、22a可供應至不同功能用途的負載。 [0016]  圖4顯示另一種型式的自發電裝置2b包括一永久磁鐵環21和兩個發電線圈22、22a，其中的永久磁鐵環21係同軸地結合於該慣性金屬飛輪轉盤11，而發電線圈22、22a係繞設在矽鋼片上，且係同軸地對應於該永久磁鐵環21。 [0017]  以下將同時參閱圖1、2、5對本發明的設計作進一步的說明。 [0018]  如圖5所示，其顯示本發明實施例電路方塊圖。調節操作裝置4包括一第一處理器41、一第一無線收發器42、一手動阻力調節部件43、一指示燈44、一緊急停止單元45、一電源46。 [0019]  第一無線收發器42可接收或傳送一外部電子裝置6的至少一操作訊號，並將該操作訊號傳送至該第一處理器41，該至少一操作信號包括角度信號、圈數信號、段數信號之一。該外部電子裝置6係可為一健身車電子錶、智慧型手機、智慧型穿戴裝置、平板電腦、電腦、工作站或雲端之一。 [0020]  手動阻力調節部件43連接於該第一處理器41，供該使用者藉由操作該手動阻力調節部件43而調節該電磁阻力制動裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤11的阻力大小。 [0021]  指示燈44連接於第一處理器41，可用以顯示手動阻力調節部件43在受到操作時的角度信號、圈數信號、段數信號、阻力大小的數值或其它各種信號/數值。 [0022]  一阻力驅動控制裝置5電連接於自發電裝置2和該電磁阻力制動裝置3。阻力驅動控制裝置5包括一第二處理器51、一第二無線收發器52、一驅動電路53、一發電整流控制電路54、一電源55、一速度信號感測單元56。 [0023]  第二無線收發器52連接於該第二處理器51，用以接收或傳送一外部電子裝置6的至少一指令訊號，並傳送至該第二處理器51。驅動電路53連接於該第二處理器51，依據該第二處理器51所產生的一驅動信號驅動電磁阻力制動裝置3。 [0024]  發電整流控制電路54連接於自發電裝置2，以將該自發電裝置2產生的電能整流後，作為電源55供應工作電能至該第二處理器51。 [0025]  速度信號感測單元56連接於該自發電裝置2和第二處理器51，用以感測該自發電裝置2的轉速，並據以產生一速度信號傳送至該第二處理器51。該第二處理器51在接收該速度信號後，可依據該速度信號、迴轉數計算出功率值(瓦特值)，並將包括該速度信號、迴轉數和該功率值等運動資訊經由第二無線收發器52傳送至外部電子裝置6。 [0026]  再者，調節操作裝置4中還包括一緊急停止單元45。緊急停止單元45在緊急狀態而受到使用者的向下壓按操作時，可產生一緊急停止信號至第一處理器41，再由第一處理器41輸出一最強阻力信號，經由該第一無線收發器42傳送至該阻力驅動控制裝置5，再由該阻力驅動控制裝置5產生一最強阻力驅動信號至該電磁阻力制動裝置3，由該電磁阻力制動裝置3施加一最強阻力至該慣性金屬飛輪轉盤11，使該慣性金屬飛輪轉盤11緊急停止。 [0027]  本發明的技術可應用於室內健身車，例如可包括慣性金屬飛輪轉盤車、室內自行車(Rower machine)、踏步機、手臂訓練機、室內訓練器、交叉訓練機(cross trainer)等具有電磁阻力制動的健身車。 [0028]  例如，圖6A顯示本發明應用在另一室內健身車時的應用例圖。在此應用例中，健身車1配置有慣性金屬飛輪轉盤11、踏板12、自發電裝置2、電磁阻力制動裝置3、調節操作裝置4等構件。其中，調節操作裝置4係包括一智能調節桿471和通過一鋼索472連結的一煞車件473。藉由操作該智能調節桿471經由鋼索472可帶動煞車件473動作，從而施加一阻力至飛輪11，使飛輪11緊急停止。 [0029]  例如，圖6B顯示本發明應用在另一室內健身車時的應用例圖。在此應用例中，健身車1配置有慣性金屬飛輪轉盤11、踏板12、自發電裝置2、電磁阻力制動裝置3、調節操作裝置4等構件。其中，調節操作裝置4係包括一排擋桿式調節操作裝置481和通過一鋼索482連結的一煞車件483。藉由操作該排擋桿式調節操作裝置481經由鋼索482可帶動煞車件483動作，從而施加一阻力至飛輪11，使飛輪11緊急停止。 [0030]  又例如，圖7顯示本發明應用在另一室內健身車時的應用例圖。在此應用例中，健身車1配置有慣性金屬飛輪轉盤11、自發電裝置2、電磁阻力制動裝置3、調節操作裝置4等構件。 [0031]  藉由上述的設計，本發明在應用方面可因應虛擬實境的科技及群體運動訓練、群體運動競賽、運動作功訓練、心肺訓練的目標需求，以配合虛擬實境裡地形(例如上、下坡段的坡度變化和各種不同地形騎乘時困難度的阻力及阻力準位變化)、地物(例如緊急剎車)、虛擬實境的不同困難度層級變化...等虛擬實境各種狀況變化的同步效果，使得使用者在進行健身訓練時，達到人、機、控制裝置一體的訓練境界。再者，本發明的設計可緊急反應人車間的互動即時狀況和反應人車介面的互動過程的樂趣。 [0032]  在實際應用時，本發明的自發電健身車阻力系統係可用於健身器材的健身車、划船器、室內自行車訓練器、橢圓機、踏部機、爬升機、跑部機、慣性金屬飛輪轉盤車。 [0033]  以上所舉實施例僅係用以說明本發明，並非用以限制本發明之範圍，凡其他未脫離本發明所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

1:健身車

11:慣性金屬飛輪轉盤

12:踏板

13:中心轉軸

2、2a、2b:自發電裝置

21、21a:永久磁鐵環

22、22a:發電線圈

3:電磁阻力制動裝置

31:C型矽鋼片

32:線圈

33:對應磁極

4:調節操作裝置

41:第一處理器

42:第一無線收發器

43:手動阻力調節部件

44:指示燈

45:緊急停止單元

46:電源

471:智能調節桿

472:鋼索

473:煞車件

481:排擋桿式調節操作裝置

482:鋼索

483:煞車件

5:阻力驅動控制裝置

51:第二處理器

52:第二無線收發器

53:驅動電路

54:發電整流控制電路

55:電源

56:速度信號感測單元

6:外部電子裝置

[0007] 圖1顯示本發明自發電健身車阻力系統結合在一健身車的示意圖。 圖2顯示圖1中的自發電裝置的擴大示意圖。 圖3顯示本發明另一型式的自發電裝置的擴大示意圖。 圖4顯示本發明另一型式的自發電裝置的擴大示意圖。 圖5顯示本發明實施例電路方塊圖。 圖6A顯示本發明應用在另一室內健身車時的應用例圖。 圖6B顯示本發明應用在另一室內健身車時的應用例圖。 圖7顯示本發明應用在另一室內健身車時的應用例圖。

2:自發電裝置

3:電磁阻力制動裝置

4:調節操作裝置

41:第一處理器

42:第一無線收發器

43:手動阻力調節部件

44:指示燈

45:緊急停止單元

46:電源

5:阻力驅動控制裝置

51:第二處理器

52:第二無線收發器

53:驅動電路

54:發電整流控制電路

55:電源

56:速度信號感測單元

6:外部電子裝置

Claims (11)

1. 一種自發電健身車阻力系統，包括：一自發電裝置，結合於一健身車的慣性金屬飛輪轉盤，可隨著該慣性金屬飛輪轉盤的轉動而產生一電能；一電磁阻力制動裝置，電連接於該自發電裝置，包括對應於該慣性金屬飛輪轉盤的兩個對應磁極以及線圈，當該慣性金屬飛輪轉盤轉動時，該電磁阻力制動裝置由該自發電裝置取得該電能，使該對應磁極間建立一磁場，該慣性金屬飛輪轉盤轉動會切割該磁場，而在該慣性金屬飛輪轉盤的表面產生渦流，該渦流與該電磁阻力制動裝置所產生的該磁場產生相互吸引或互斥作用，致施加一阻力至該慣性金屬飛輪轉盤；一阻力驅動控制裝置，電性連接該自發電裝置、該電磁阻力制動裝置和一外部電子裝置，該阻力驅動控制裝置包括：一第二處理器；一第二無線收發器，連接於該第二處理器，用以接收該外部電子裝置的至少一指令訊號，並傳送至該第二處理器，由該第二處理器轉換產生一驅動信號；一驅動電路，連接於該第二處理器和該電磁阻力制動裝置，依據該第二處理器所產生的該驅動信號驅動該電磁阻力制動裝置；一調節操作裝置，電連接該阻力驅動控制裝置，供使用者調節該電磁阻力制動裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤的該阻力大小。
2. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該自發電裝置包括：一永久磁鐵環，同軸地結合於該慣性金屬飛輪轉盤；至少一發電線圈，同軸地對應於該發電線圈的該永久磁鐵環。
3. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該自發電裝置係一層式自發電裝置，包括： 複數個永久磁鐵環，具有不同直徑且同軸地結合於該慣性金屬飛輪轉盤；複數個發電線圈，同軸地對應於該複數個永久磁鐵環。
4. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該慣性金屬飛輪轉盤係由銅、鋁、鑄鐵之一的金屬材料所構成。
5. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該電磁阻力制動裝置包括一C型矽鋼片和繞設在該C型矽鋼片的該線圈，該C型矽鋼片的開放端形成該對應磁極並對應於該慣性金屬飛輪轉盤的外環緣的兩側面。
6. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該調節操作裝置還包括一智能調節桿和通過一鋼索連結的一煞車件，該智能調節桿受操作時經由該鋼索帶動該煞車件動作，從而施加一最強阻力至該慣性金屬飛輪轉盤，使該慣性金屬飛輪轉盤緊急停止。
7. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該調節操作裝置包括：一第一處理器；一第一無線收發器，連接於該第一處理器，用以接收或傳送該外部電子裝置的該至少一操作訊號，並傳送至該第一處理器，該至少一操作信號包括角度信號、圈數信號、段數信號之一；一手動阻力調節部件，連接於該第一處理器，供該使用者藉由操作該手動阻力調節部件而調節該電磁阻力制動裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤的該阻力大小；一指示燈，連接於該第一處理器，用以顯示該角度信號、該圈數信號、該段數信號、該阻力大小之一的數值。
8. 依據請求項7所述之自發電健身車阻力系統，其中該調節操作裝置還包括一緊急停止單元，連接於該第一處理器，當該緊急停止單元受向下壓按時，由該第一處理器輸出一最強阻力信號，經由該第一無線收發器傳送至該阻力驅動控制裝置，再由該阻力驅動控制裝置產生一最強阻力驅動信號至 該電磁阻力制動裝置，由該電磁阻力制動裝置施加一最強阻力至該慣性金屬飛輪轉盤，使該慣性金屬飛輪轉盤緊急停止。
9. 依據請求項1所述之自發電健身車阻力系統，其中該阻力驅動控制裝置包括：一發電整流控制電路，連接於該自發電裝置，以將該自發電裝置產生的該電能整流後，供應一電源至該第二處理器；一速度信號感測單元，連接於該自發電裝置，用以感測該自發電裝置的轉速，並據以產生一速度信號、迴轉數傳送至該第二處理器，該第二處理器依據該速度信號、迴轉數計算出一功率值，並將包括該速度信號、該迴轉數和該功率值之運動資訊經由該第二無線收發器傳送至該外部電子裝置。
10. 一種自發電健身車阻力系統，包括：一電磁阻力制動裝置，包括對應於一健身車的的一慣性金屬飛輪轉盤的兩個對應磁極以及線圈，當該慣性金屬飛輪轉盤轉動時，該電磁阻力制動裝置由一電源取得電能，使該對應磁極間建立一磁場，該慣性金屬飛輪轉盤轉動會切割該磁場，而在該慣性金屬飛輪轉盤的表面產生渦流，該渦流與該電磁阻力制動裝置所產生的該磁場產生相互吸引或互斥作用，致施加一阻力至該慣性金屬飛輪轉盤；一阻力驅動控制裝置，電性連接該電磁阻力制動裝置和一外部電子裝置，該阻力驅動控制裝置包括：一第二處理器；一第二無線收發器，連接於該第二處理器，用以接收該外部電子裝置的至少一指令訊號，並傳送至該第二處理器，由該第二處理器轉換產生一驅動信號；一驅動電路，連接於該第二處理器和該電磁阻力制動裝置，依據該第二處理器所產生的該驅動信號驅動該電磁阻力制動裝置；一調節操作裝置，電連接該阻力驅動控制裝置，供使用者調節該電磁阻力制動 裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤的該阻力大小，該調節操作裝置包括：一第一處理器；一第一無線收發器，連接於該第一處理器，用以接收或傳送該外部電子裝置的該至少一操作訊號，並傳送至該第一處理器，該至少一操作信號包括角度信號、圈數信號、段數信號之一。
11. 依據請求項10所述之自發電健身車阻力系統，其中該調節操作裝置包括：一手動阻力調節部件，連接於該第一處理器，供該使用者藉由操作該手動阻力調節部件而調節該電磁阻力制動裝置施加至該慣性金屬飛輪轉盤的該阻力大小；一指示燈，連接於該第一處理器，用以顯示該角度信號、該圈數信號、該段數信號、該阻力大小之一的數值。

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