TWI826291B - 旋轉式電磁控制阻力器 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種旋轉式電磁控制阻力器，除了將高精度的感應模組設置在阻力器內，並將三維高精度的實測數據(速度、扭力、電流)整合後寫入感應模組的可複寫唯讀記憶體(EEPROM)並將其置入阻力器內，而完整的控制器軟硬體則設置在阻力器外的器材上，並使感應模組的訊號傳輸線能穿過旋轉的阻力器再連接於外部的控制器，改善習知技術將控制器設在阻力器內的問題，使阻力器能獨立完整發展而不受控制器的限制，在阻力器量產與後續維修上大幅提高其彈性的優勢，而高精度的三維實測數據也可以跟著阻力器移動而不會消失，可以長期保持高精度的效果。

Description

旋轉式電磁控制阻力器

本發明係關於健身器材阻力器的技術領域，尤指一種旋轉式電磁控制阻力器。

健身器材中取得消耗功率所需的資訊有兩個：一是轉速，二是扭力。因此想要提高阻力器精度，就必須要取得高精度的速度與扭力資訊。高精度的轉速資訊已經有許多優良且可用的速度感測器可供選用，不管是光電感應式或是磁感應式，都有許多選項可供選擇。

而高精度扭力資訊的取得，業界的做法有兩類，一是用感測器(Sensor，例如扭力感測器)取得阻力資訊後，動態調整達到目標扭力值。然而此法的代價很高，因為此法皆需要用到高精度的應變計方可取得扭力資訊，此外在應用此類感測器需要將對應的應變計進行校正，或是裝入已經校正好的感測器方可正常運作，因此大幅提高量產的困難與成本。

另一類的作法，則是提供完整的阻力器扭力資訊來達到快速調控的目標，此類做法必須要提供單一阻力器對應不同轉速、電流的扭力資訊，將其載入控制器中提供準確的資訊。然而為求提高精度，其扭力資訊已經不再是單一的測試值，而是一串大量的三維真實數據(實測的扭力、轉速、電流值)，因此在量產時除了需要對阻力器進行測試以外，如何將此單一阻力器的大量三維真實數據對應到每台最後完成的健身器材上，目前並無有效的方法可以處理。業界中有將控制器直接植入阻力器內整合成單一模組，雖然可將三維真實數據直接寫入控制器的記憶體內，然而由於阻力器內的高溫環境以及內部空間有限，大幅降低控制器的壽命結果，而為了提升控制器抗高溫的能力，只能用高規格耐熱的電子元件予以對應，在成本的評估上仍屬弱勢。

此外，習知技術的阻力器採用鐵殼作為其旋轉體，並未考量其散熱效果，容易造成內部電機積熱高溫，電機及電子元件壽命減短。而且習知的鐵殼組合結構若涉及到平衡問題時，除了需要進行平衡作業以解決相關不平衡所導致的振動問題以外，因平衡作業所增加的平衡孔亦無法為消費者所接受。

本發明之主要目的在於提供一種旋轉式電磁控制阻力器，可以保留高精度的三維測試數據於阻力器內，也不會讓控制器在高熱的環境中運作，其作法就是僅將三維高精度的實測數據寫入感應模組的可複寫唯讀記憶體(EEPROM)後內建於阻力器內，至於完整控制器的軟硬體仍設置於器材其他適當的位置，除了可以配合環境的應用之外，還可以避免非得要逼迫阻力器與控制器強制結合的問題，可將阻力器與控制器得以獨立完整發展而不受個別空間的限制，在量產與後續維修上大幅提高其彈性的優勢，而高精度的三維實測數據也可以跟著阻力器移動而不會消失，可以長期保持高精度的效果。

為了達到上述目的，本發明一種旋轉式電磁控制阻力器，其較佳的技術方案包含:一旋轉殼體，其具有位於其兩側面的一第一側蓋與一第二側蓋，及一形成在該第一側蓋與該第二側蓋之間的內腔；該第一側蓋與該第二側蓋一般為非導磁金屬構成，其中心分別設有一軸孔，該軸孔分別連通該內腔和該第一側蓋與該第二側蓋的外側面；一導磁金屬環，其固定在該內腔的一內周壁，使該導磁金屬環能與該第一側蓋及該第二側蓋一起旋轉；一固定軸，其貫穿在該旋轉殼體的第一側蓋與第二側蓋的軸孔中，其兩端突出該第一側蓋與該第二側蓋的外側面，用以將其兩端安裝固定在該健身器材上，使該旋轉殼體與該導磁金屬環以該固定軸為中心旋轉；一電磁制動固定盤，其設置在該旋轉殼體的內腔，其具有一轂部，該轂部的一軸孔不可轉動地套設在該固定軸，該轂部外周面穿設在該第一側蓋的軸孔中，使該第一側蓋依該轂部的外周面旋轉；其中該轂部設有軸向貫穿的至少一電線穿孔，該電線穿孔軸向連通該內腔和該第一側蓋的外側面；一電磁制動單元，其設置在該旋轉殼體的內腔中，其具有一環形鐵心，多數個形成在該環形鐵心的外圈的齒部，及多數組分別繞設在該齒部的線圈，該電磁制動單元的環形鐵心不可轉動地固定在該固定軸或該電磁制動固定盤上，該線圈通過一電流使該齒部朝向該導磁金屬環的內環面產生一電磁阻力，該電磁制動單元的一電源線穿過該電線穿孔延伸到該旋轉殼體外與一控制器連接。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，更包含一感應模組，其設置在該內腔中的電磁制動固定盤一側面，其具有一IC電路板及若干訊號傳輸線及該電源線，該訊號傳輸線及該電源線一端連接該IC電路板，另一端分別穿過該電線穿孔延伸到該旋轉殼體外與一控制器連接。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該旋轉殼體包含非導磁金屬構成的一外環體，該第一側蓋與該第二側蓋結合在該外環體的兩側面，形成該旋轉殼體的三個組件能快速精準地抵靠在導磁金屬環的外周，並使該旋轉殼體整體組合結構更加平衡。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該第一側蓋與該第二側蓋的圓周具有一凸緣，該外環體與該凸緣分別設有多數軸向的螺絲穿孔及固定在該螺絲穿孔的螺絲，藉此達到快速組裝的效果。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該第一側蓋、該第二側蓋及該外環體為鋁合金或鋁鎂合金其中之一，能使旋轉殼體達到更佳的散熱效果。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該電磁制動固定盤具有一環繞於該轂部圓周的固定盤，該環形鐵心可一體成型或數塊組合並不可轉動地固定在該固定盤一面，使該電磁制動單元能固定在該固定軸。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該IC電路板具有感測器和記憶儲存單元。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該記憶儲存單元為可複寫唯讀記憶體(EEPROM)或其他記憶體。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，更包含一轉盤，其結合在該第二側蓋的內側面，用以使該感應模組感應該轉盤之轉速。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該第一側蓋的軸孔中設有一滾子軸承，該滾子軸承套設在該轂部的外周面。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，更包含一傳動輪，該傳動輪可轉動地套設在該固定軸，該傳動輪一端的外周面穿設在該第二側蓋的軸孔中，使該傳動輪帶動該第二側蓋旋轉。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該傳動輪的另一端的外周面設有多數皮帶槽。

較佳的技術方案之一，上述旋轉式電磁控制阻力器中，該傳動輪內設有多數滾子軸承，該滾子軸承套設在該固定軸。

茲依附圖實施例將本發明之技術特徵及其作用、目的詳細說明如下：

參閱圖1至圖4所示，本發明一種旋轉式電磁控制阻力器，其主要結構包含一旋轉殼體10、一導磁金屬環20及一固定軸30其中:

該旋轉殼體10具有位於其兩側面的一第一側蓋11與一第二側蓋12，及一形成在該第一側蓋11與該第二側蓋12之間的內腔13；該第一側蓋11與該第二側蓋12為內側面形成有凹部的圓蓋，較佳的採用非導磁金屬且散熱較佳的金屬製成，例如鋁合金或鋁鎂合金等，其中心分別設有一軸孔111、121，該軸孔111、121分別連通該內腔13和該第一側蓋11與該第二側蓋12的外側面。

在另一較佳的實施例中，該旋轉殼體10實施為三個組件組成，除了該第一側蓋11與第二側蓋12之外，更可實施一外環體14，使第一側蓋11與第二側蓋12夾在外環體14的兩側面。該外環體14同為非導磁金屬(例如鋁合金或鋁鎂合金)製成的圓環體，然後將第一側蓋11與第二側蓋12組合在該外環體14的兩側面。其組合結構及方式可在該第一側蓋11與第二側蓋12的圓周分別設有一凸緣112、122，並且在該外環體14與該凸緣112、122分別設有多數軸向的螺絲穿孔141、113、123，如此就能使用螺絲15直接快速精準固定在該螺絲穿孔141、113、123，使三個組件精準得抵靠在導磁金屬環20的外周，並使該旋轉殼體10整體組合結構更加平衡，防止配置不平衡所造成的振動，而且使其外型更臻美觀。除此之外，採用鋁合金或鋁鎂合金組成旋轉殼體10，能更有利於散熱，預防旋轉殼體10內部積熱，能延長裝設在其內部的電機與電子元件的使用壽命。

該導磁金屬環20係為可導磁的金屬材質製成的圓環體，並不限於單純的鐵(Fe)材質，將該導磁金屬環20固定在旋轉殼體10的內腔13的一內周壁，使該導磁金屬環20能與旋轉殼體10一起旋轉，其旋轉的支點在於該固定軸30，該固定軸30係貫穿在該旋轉殼體10的第一側蓋11與第二側蓋12的軸孔111、121中，其兩端突出到該第一側蓋11與第二側蓋12的外側面，用以將其兩端安裝固定在飛輪車等健身器材上，使得該旋轉殼體10與該導磁金屬環20以該固定軸30為中心旋轉。因此，當使用者踩踏飛輪車時，可以帶動該旋轉殼體10旋轉。

為了使該旋轉殼體10轉動時產生的阻力，而且其阻力的強弱能讓使用者更精準的調整控制，以達到健身訓練的作用，本發明採用電磁阻力技術，更在阻力器內實施有一電磁制動固定盤40、一電磁制動單元50、一感應模組60及一轉盤70，其中:

該電磁制動固定盤40設置在該旋轉殼體10的內腔13，其具有一轂部41和一環繞於轂部41圓周的固定盤42，該轂部41的一軸孔43不可轉動地套設在上述該固定軸30，該轂部41外周面則穿設在上述該第一側蓋11的軸孔111中，使第一側蓋11依轂部41的外周面旋轉。其中該轂部41特別設有軸向貫穿的一或一個以上的電線穿孔44，如圖3及圖4所示為兩個電線穿孔44，使電線穿孔44形成軸向連通上述該內腔13和該第一側蓋11外側面的構造，用於內部的感應模組60能連接到外部的控制器。

該電磁制動單元50設置在該旋轉殼體10的內腔13中(如圖2及圖3所示)，其主要具有一體成型或數塊組合成的一環形鐵心51，多數個形成在該環形鐵心51的外圈的齒部52，及多數組分別繞設在該齒部52的線圈53。其中該環形鐵心51可實施成與上述該電磁制動固定盤40的固定盤42一體成型的構造，而較佳的實施成不可轉動地固定在該固定軸30或該電磁制動固定盤40的固定盤42上的組合式構造，如此在該些線圈53通過一電流時，能使該齒部52朝向上述該導磁金屬環20的內環面產生一電磁阻力，電磁阻力的大小與電流/電壓成正相關的關係，只要通過控制電流/電壓，就能精準的控制上述該旋轉殼體10轉動的阻力。

該感應模組60設置在該內腔13中的電磁制動固定盤40一側面(如圖2及圖3所示)，其具有一IC電路板61及若干訊號傳輸線62及電源線63。IC電路板61實施有耐高溫的速度感測器或其他感測器和記憶儲存單元(例如可複寫唯讀記憶體，EEPROM)，該訊號傳輸線62及電源線63一端連接該IC電路板61，另一端則分別穿過上述該電線穿孔44延伸到旋轉殼體10外，並連接於外部的一控制器90(如圖5所示)。本發明的訊號傳輸線62及電源線63係通過電磁制動固定盤40的兩個電線穿孔44區分開來，再延伸到阻力器外，如此可將高功率的電源線63與訊號傳輸線62分開，避免彼此雜訊干擾的發生。

而該轉盤70可結合在上述該第二側蓋12的內側面，使轉盤70與旋轉殼體10連動旋轉，用以使該感應模組60能感應該轉盤70的轉速數據。該轉盤70與IC電路板61的感應元件依照不同的感應技術而為不同的實施例，例如感應元件為光學傳感器或霍爾傳感器時，該轉盤70則改用相匹配的元件，此為已知的技術。藉此，本發明就能實現感應模組60在旋轉阻力器內，而控制器在旋轉阻力器以外的控制及感測技術，使控制器不受旋轉阻力器內部的高熱影響，如此就能長期保持阻力器感應數據維持在高精度的效果。

本發明上述該感應模組60及該轉盤70不以設置在該旋轉殼體10內部為限，亦可將該感應模組60設置在該旋轉殼體10外部的其他固定物(例如車架)，並將該轉盤70安裝在該旋轉殼體10外部的一側，同樣能達成不受旋轉阻力器內部的高熱影響，能長期保持阻力器感應數據維持在高精度的效果。至於該電磁制動單元50的電源線則仍由上述該電線穿孔44穿出並延伸到該旋轉殼體外10與一控制器連接。

本發明其他較佳的改進之處還包含上述該第一側蓋11的軸孔111中設有一滾子軸承16，使該滾子軸承16套設在該轂部41的外周面。上述該第二側蓋12的軸孔121中設有一傳動輪80，該傳動輪80可轉動地套設在該固定軸30，使該傳動輪80一端的外周面穿設在該第二側蓋12的軸孔121中，另一端突出到第二側蓋12外並在其外周面設有多數皮帶槽81，該皮帶槽81通過皮帶(未圖示)與飛輪車的踏板連動，使該傳動輪80能夠帶動該第二側蓋12(即整個旋轉殼體10與導磁金屬環20)旋轉。而且，該傳動輪80的內部設有多數滾子軸承82，該滾子軸承82套設在該固定軸30，能夠增進傳動輪80與旋轉殼體10旋轉效果。

參閱圖5所示為本發明控制系統之方塊示意圖，外部的一控制器90通過上述的訊號傳輸線62及電源線63連接本發明旋轉式電磁控制阻力器的電磁制動單元50及感應模組60，該控制器90包含一微處理器91，一控制電路92、一直流電源供應器93和一控制器軟體94，該控制器90能對該電磁制動單元50提供激磁的電流/電壓，進而使轉動的旋轉殼體10產生阻力，同時控制感應模組60感測該轉盤70的轉速，將感應模組60測錄到的訊息回饋到控制器90，再由控制器軟體94進行數據運算分析以獲得旋轉式電磁控制阻力器的轉速與扭力，再將數據傳送到非輪車的電子錶100，該電子錶100具有電子錶電路101和無線模組102，能用於顯示訓練當下的數據同時藉由無線模組102無線傳送到使用者的裝置。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

10:旋轉殼體 11:第一側蓋 111:軸孔 112:凸緣 113:螺絲穿孔 12:第二側蓋 121:軸孔 122:凸緣 123:螺絲穿孔 13:內腔 14:外環體 141:螺絲穿孔 15:螺絲 16:滾子軸承 20:導磁金屬環 30:固定軸 40:電磁制動固定盤 41:轂部 42:固定盤 43:軸孔 44:電線穿孔 50:電磁制動單元 51:環形鐵心 52:齒部 53:線圈 60:感應模組 61:IC電路板 62:訊號傳輸線 63:電源線 70:轉盤 80:傳動輪 81:皮帶槽 82:滾子軸承 90:控制器 91:微處理器 92:控制電路 93:直流電源供應器 94:控制器軟體 100:電子錶 101:電子錶電路 102:無線模組

[圖1]為本發明較佳實施例之立體示意圖。 [圖2]為本發明較佳實施例之分解示意圖。 [圖3]為本發明圖4較佳實施例之I-I斷面示意圖。 [圖4]為本發明較佳實施例之側視示意圖。 [圖5] 為本發明控制系統之方塊示意圖。

10:旋轉殼體

11:第一側蓋

111:軸孔

112:凸緣

113:螺絲穿孔

12:第二側蓋

121:軸孔

122:凸緣

123:螺絲穿孔

13:內腔

14:外環體

141:螺絲穿孔

15:螺絲

16:滾子軸承

20:導磁金屬環

30:固定軸

40:電磁制動固定盤

41:轂部

42:固定盤

43:軸孔

44:電線穿孔

50:電磁制動單元

51:環形鐵心

52:齒部

53:線圈

60:感應模組

61:IC電路板

62:訊號傳輸線

63:電源線

70:轉盤

80:傳動輪

81:皮帶槽

82:滾子軸承

Claims (13)

1. 一種旋轉式電磁控制阻力器，其安裝應用於健身器材上，其包含： 一旋轉殼體，其具有位於其兩側面的一第一側蓋與一第二側蓋，及一形成在該第一側蓋與該第二側蓋之間的內腔；該第一側蓋與該第二側蓋為非導磁金屬構成，其中心分別設有一軸孔，該軸孔分別連通該內腔和該第一側蓋與該第二側蓋的外側面； 一導磁金屬環，其固定在該內腔的一內周壁，使該導磁金屬環能與該第一側蓋及該第二側蓋一起旋轉； 一固定軸，其貫穿在該旋轉殼體的第一側蓋與第二側蓋的軸孔中，其兩端突出該第一側蓋與該第二側蓋的外側面，用以將其兩端安裝固定在該健身器材上，使該旋轉殼體與該導磁金屬環以該固定軸為中心旋轉； 一電磁制動固定盤，其設置在該旋轉殼體的內腔，其具有一轂部，該轂部的一軸孔不可轉動地套設在該固定軸，該轂部外周面穿設在該第一側蓋的軸孔中，使該第一側蓋依該轂部的外周面旋轉；其中該轂部設有軸向貫穿一或一個以上的電線穿孔，該些電線穿孔軸向連通該內腔和該第一側蓋的外側面；及 一電磁制動單元，其設置在該旋轉殼體的內腔中，其具有一體成型或數塊組合成的一環形鐵心，多數個形成在該環形鐵心的外圈的齒部，及多數組分別繞設在該齒部的線圈，該電磁制動單元的環形鐵心不可轉動地固定在該固定軸或該電磁制動固定盤上，該線圈通過一電流使該齒部朝向該導磁金屬環的內環面產生一電磁阻力，該電磁制動單元的電源線穿過該電線穿孔延伸到該旋轉殼體外與一控制器連接。
2. 如請求項1所述旋轉式電磁控制阻力器，更包含一感應模組，其設置在該內腔中的電磁制動固定盤一側面，其具有一IC電路板及若干訊號傳輸線及該電源線，該訊號傳輸線及該電源線一端連接該IC電路板，另一端分別穿過該電線穿孔延伸到該旋轉殼體外與該控制器連接。
3. 如請求項1或2所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該旋轉殼體包含非導磁金屬構成的一外環體，該第一側蓋與該第二側蓋結合在該外環體的兩側面。
4. 如請求項3所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該第一側蓋與該第二側蓋的圓周具有一凸緣，該外環體與該凸緣分別設有多數軸向的螺絲穿孔及固定在該螺絲穿孔的螺絲。
5. 如請求項4所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該第一側蓋、該第二側蓋及該外環體為鋁合金或鋁鎂合金其中之一。
6. 如請求項1或2所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該電磁制動固定盤具有一環繞於該轂部圓周的固定盤，該環形鐵心一體成型或不可轉動地固定在該固定盤一面。
7. 如請求項2所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該IC電路板具有感測器和記憶儲存單元。
8. 如請求項7所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該記憶儲存單元為可複寫唯讀記憶體(EEPROM)。
9. 如請求項2所述旋轉式電磁控制阻力器，其中更包含一轉盤，其結合在該第二側蓋的內側面，用以使該感應模組感應該轉盤扭力與轉速。
10. 如請求項1所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該第一側蓋的軸孔中設有一滾子軸承，該滾子軸承套設在該轂部的外周面。
11. 如請求項1所述旋轉式電磁控制阻力器，更包含一傳動輪，該傳動輪可轉動地套設在該固定軸，該傳動輪一端的外周面穿設在該第二側蓋的軸孔中，使該傳動輪帶動該第二側蓋旋轉。
12. 如請求項11所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該傳動輪的另一端的外周面設有多數皮帶槽。
13. 如請求項11所述旋轉式電磁控制阻力器，其中該傳動輪內設有多數滾子軸承，該滾子軸承套設在該固定軸。

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