TWM456829U - 渦電流式阻尼機構 - Google Patents

Description

渦電流式阻尼機構

本創作係為一種阻尼機構，尤指應用於健身器材之飛輪的渦電流式阻尼機構。

傳統的健身器材，例如健身車，使用者主要係藉由踩動踏板，藉以驅動健身車上所設的飛輪產生轉動，而為了使得踩動踏板時可以讓使用者承受適當的阻力或抗力，目前主要係透過磁阻力的方式，提供健身車不同阻力大小的調整，進而讓使用者經由對抗不同的阻力或抗力而達到運動健身的效果。

例如中華民國新型專利號第M343500號所揭示的一種運動器材之內磁式阻力調整裝置，其主要係設有一個圓盤，並在圓盤周圍的外側結合一金屬阻力環，另在金屬阻力環圍饒的範圍內設置一控制座，並在設置盤外緣的一端樞接一弧形板體，於弧形板體外壁對應該金屬阻力環結合複數磁石，以藉由調整磁石位置提供轉動圓盤的阻力。

惟，習知技術由於必須透過鋼絲拉動弧形板體藉以調整磁石與金屬阻力環內周壁之間的間距，來達到調整所受磁阻力量的大小，然而此類的阻力結構不但體積較為龐大且磁力受鑄鐵輪影響，結構過於複雜無法準確計算阻力大小之外，亦不易於組裝，且製造成本也較為昂貴。

再者，由於主要係透過在弧形板體的一端進行施力 及拉引，使得磁石相對應於金屬阻力環的行程距離較大，且所產生的阻力變化不但受金屬環影響，亦受鑄鐵輪材料影響，使得對於使用者來說阻力的定量調整及控制更較為不易。

由於係採用強力彈簧的方式來調整弧形板體與金屬阻力環之間的間距，經長久使用後彈簧易於失去彈性，進而造成阻力調整的失效。且採用電接方式驅動馬達，其耗電流大，需使用市電供應，造成使用者在使用上的不便。

為了能有效克服上述習知技術的問題，本創作主要在於提供一種可應用於健身器材，結構較為簡單，易於使用者調整阻力大小，且阻力大小單純依據磁鐵強度及金屬環大小而進行調整阻力大小。

本創作解決問題之技術手段係提供一種渦電流式阻尼機構，係在一以非導磁性材料所製成之金屬環之鄰近位置配置有一磁性制動單元，磁性制動單元包括有一磁性元件支架以及複數個磁性元件，驅動馬達經由傳動組件帶動磁性元件支架旋動，使磁性元件接近或遠離金屬環，由磁性元件產生一磁力場，再於金屬環產生渦流以及對飛輪產生一制動力。

在飛輪進行轉動時，透過金屬環與磁性元件之間的磁力線切割而產生一渦電流(Eddy Current)效應，進而與磁性元件之間產生吸力或阻力，且隨著磁性元件與金屬環之間的距離愈近，所切割的磁力線越多，其所產生的吸力或阻力也越大，即可使得阻力相對增強。反之，當磁性元件與金屬環之間的距離愈遠，即可使得阻力相對減弱，而達到調整飛輪阻力大小的目的。

本創作的的磁性元件主要係針對金屬環的相互作用 而產生阻力，而非針對飛輪而產生，故當飛輪靜止或轉動極慢時，將不致產生任何阻力作用，對於復健者在使用飛輪進行復健時，將可以避免飛輪在起始轉動時因產生過大的起始轉矩(Initial Torque)而造成使用者的運動傷害。

本創作渦電流式阻尼機構之優點包括有：

(1)飛輪在靜止或極慢的轉動時，幾乎不會產生阻力。

(2)具有極低的起始轉矩(Initial Torque)。

(3)體積小，不致佔用過大的設置空間。

(4)整體零件及組件相對較少，可節省生產成本。

(5)不需要運用到彈簧，故結構相對而言亦較為簡單。

本創作所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。

1‧‧‧飛輪

11‧‧‧轉軸

12‧‧‧軸座

2‧‧‧金屬環

2a‧‧‧金屬環

21a‧‧‧弧形金屬片

3‧‧‧承架

31‧‧‧轉軸結合端

32‧‧‧外側端

321‧‧‧軸桿

33‧‧‧蓋板

33a‧‧‧蓋板

34‧‧‧固定支架

4‧‧‧磁性制動單元

41‧‧‧磁性元件支架

411‧‧‧外環面

412‧‧‧自由端

42‧‧‧磁性元件

5‧‧‧傳動組件

51‧‧‧齒輪組

511‧‧‧輸出軸柱

512‧‧‧第一齒輪

513‧‧‧第二齒輪

514‧‧‧第三齒輪

52‧‧‧轉動輪組

521‧‧‧內圓輪

521a‧‧‧偏心軸孔

521b‧‧‧外環緣

522‧‧‧外圓輪

522a‧‧‧連結軸柱

53‧‧‧傳動輪組

531‧‧‧傳動輪

531a‧‧‧中央軸孔

531b‧‧‧輸出軸孔

532‧‧‧傳動軸

532a‧‧‧傳動軸柱

54‧‧‧電路板

55‧‧‧可變電阻

6‧‧‧驅動馬達

61‧‧‧馬達轉軸

7‧‧‧發電機組

71‧‧‧轉子

72‧‧‧定子

73‧‧‧發電線圈組

731‧‧‧電力輸出端

7a‧‧‧發電機組

71a‧‧‧轉子

72a‧‧‧定子

73a‧‧‧發電線圈組

731a‧‧‧電力輸出端

8‧‧‧感應線圈

81‧‧‧感應處理裝置

811‧‧‧整流濾波模組

812‧‧‧A/D轉換模組

813‧‧‧處理模組

814‧‧‧顯示模組

ti‧‧‧時間長度

tj‧‧‧時間長度

第1圖係顯示本創作第一實施例之部分分解圖。

第2圖係顯示本創作第一實施例之組合圖。

第3圖係顯示本創作第一實施例之部分結構分解圖。

第4圖係顯示本創作第一實施例之部分結構組合圖。

第5圖係顯示本創作第一實施例之部分結構上視圖。

第6圖係顯示本創作第二實施例之部分分解圖。

第7圖係顯示本創作第二實施例之組合圖。

第8圖係顯示本創作第三實施例之部分分解圖。

第9圖係顯示本創作第三實施例之組合圖。

第10圖係顯示發電機組之定子繞設有一電線圈組之結構示意圖。

第11圖係顯示本創作第四實施例之結構示意圖。

第12圖係顯示本創作第四實施例之發電機組之定子繞設有一電線圈組之結構示意圖。

第13圖係顯示本創作第四實施例之感應電動勢信號示意圖。

第14圖係顯示本創作第四實施例之感應處理裝置方塊圖。

請參閱第1圖及第5圖，分別係為本創作第一實施例之部分分解圖、組合圖及上視圖。如圖所示，本創作之渦電流式阻尼機構主要係應用在一運動器材之飛輪1上，用以使得飛輪1在作動時能產生適當的阻力，以提供使用者適當的運動強度。

本創作渦電流式阻尼機構係包括有一飛輪1、一金屬環2、一承架3、一磁性制動單元4、一傳動組件5及一驅動馬達6。飛輪1係以一轉軸11為旋轉中心並受一外加驅動力旋轉，且轉軸11結合有一軸座12，而金屬環2則結合於飛輪1。其中，金屬環2係選自鋁、銅之一之非導磁性材料。

承架3具有一轉軸結合端31及一外側端32，其中轉軸結合端31係結合在軸座12，而外側端32則延伸至金屬環2之鄰近位置，且在外側端32設有一軸桿321。此外，本創作之渦電流式阻尼機構更包括有一蓋板33，結合於承架3。

磁性制動單元4係包括有一磁性元件支架41以及複數個磁性元件42，磁性元件42係為複數個N、S極性交錯並以一弧形排列結合於磁性元件支架41之外環面411且面向鄰近於金屬環2，磁性元件支架41之一端係為自由端412，而另一端係可轉動地結合在承架3之外側端32之軸桿321。其中，磁性元件42選自永久磁鐵、電磁鐵之一所構成。

傳動組件5係連結於磁性制動單元4，而驅動馬達6 則連結於傳動組件5。驅動馬達6經由傳動組件5帶動磁性元件支架41以承架3之外側端32之軸桿321為旋轉中心而旋動，使磁性制動單元4之磁性元件42接近或遠離金屬環2，由磁性元件42產生一磁力場，再於金屬環2產生渦流以及對飛輪1產生一制動力。

其中傳動組件5係包括有一齒輪組51及一轉動輪組52。齒輪組51係結合於驅動馬達6，並由驅動馬達6帶動旋轉，齒輪組51包括有一輸出軸柱511、一第一齒輪512、一第二齒輪513及一第三齒輪514。

第一齒輪512係與驅動馬達6之一馬達轉軸61相齧合，第二齒輪513位於第一齒輪512之鄰近位置並齧合於第一齒輪512，而第三齒輪514則齧合於第二齒輪513，並以輸出軸柱511為軸心旋轉。

轉動輪組52包括有一內圓輪521及一外圓輪522。內圓輪521具有一偏心軸孔521a，並結合在齒輪組51的輸出軸柱511，而外圓輪522則套設在內圓輪521的外環緣521b，外圓輪522具有一連結軸柱522a，係可轉動地結合在磁性元件支架41之自由端412。

驅動馬達6作動後，經由馬達轉軸61驅動齒輪組51之第一齒輪512轉動，第一齒輪512再帶動第二齒輪513轉動，第二齒輪513再帶動第三齒輪514轉動，並由輸出軸柱511帶動轉動輪組52之內圓輪521轉動，轉動輪組52之內圓輪521帶動外圓輪522轉動，使外圓輪522之連結軸柱522a產生位移，再由連結軸柱522a帶動磁性制動單元4之磁性元件支架41以承架3之外側端32之軸桿321為旋轉中心而接近或遠離金屬環2。

請參閱第6圖及第7圖，其中第6圖係顯示本創作第二實施例之部分分解圖，而第7圖係顯示本創作第二實施例之組合圖。如圖所示，本實施例與第一實施例相比較，其大抵結構上皆相似，所不同者在於傳動組件5係包括有一齒輪組51及一傳動輪組53。此外，更包括有一蓋板33a，結合於承架3。

齒輪組51係結合於驅動馬達6，並由驅動馬達6帶動旋轉，齒輪組51包括有一輸出軸柱511、一第一齒輪512、一第二齒輪513及一第三齒輪514。

第一齒輪512係與驅動馬達6之一馬達轉軸61相齧合，第二齒輪513位於第一齒輪512之鄰近位置並齧合於第一齒輪512，而第三齒輪514則齧合於第二齒輪513，並以輸出軸柱511為軸心旋轉。

傳動輪組53包括有一傳動輪531及一傳動軸532。傳動輪531具有一中央軸孔531a及位在中央軸孔531a之鄰近位置之一輸出軸孔531b，中央軸孔531a結合在齒輪組51的輸出軸柱511，以輸出軸柱511為軸心旋轉，而傳動軸532則結合在傳動輪531之輸出軸孔531b，傳動軸532具有一傳動軸柱532a，係可轉動地結合在磁性元件支架41之自由端412。

驅動馬達6作動後，經由齒輪組51驅動傳動輪組53之傳動輪531轉動，傳動輪組53之傳動輪531帶動傳動軸532位移，再由傳動軸532帶動磁性制動單元4之磁性元件支架41以承架3之外側端32之軸桿321為旋轉中心而接近或遠離金屬環2。

請參閱第8圖至第10圖，其中第8圖係顯示本創作第三實施例之部分分解圖，第9圖係顯示本創作第三實施例之組合圖，而第10圖係顯示發電機組之定子繞設有一電線圈組之結構 示意圖。如圖所示，本創作渦電流式阻尼機構更可結合有一發電機組7，用以提供一工作電力至驅動馬達6。

發電機組7包括有一轉子71、一定子72及一發電線圈組73。其中，轉子71係結合固定在飛輪1並受飛輪1帶動旋轉，定子72結合固定在飛輪1之轉軸11之鄰近位置並相對應於轉子71，而發電線圈組73則繞設在定子72，轉子71受飛輪1帶動旋轉時，發電線圈組73的一對電力輸出端731係電連接至驅動馬達6，以供應一工作電力至驅動馬達6。

傳動組件5之齒輪組51係結合於驅動馬達6，並由驅動馬達6帶動旋轉，齒輪組51包括有一輸出軸柱511、一第一齒輪512、一第二齒輪513及一第三齒輪514。

第一齒輪512係與驅動馬達6之一馬達轉軸61相齧合，第二齒輪513位於第一齒輪512之鄰近位置並齧合於第一齒輪512，而第三齒輪514則齧合於第二齒輪513，並以輸出軸柱511為軸心旋轉。

傳動輪組53包括有一傳動輪531及一傳動軸532。傳動輪531具有一中央軸孔531a及位在中央軸孔531a之鄰近位置之一輸出軸孔531b，中央軸孔531a結合在齒輪組51的輸出軸柱511，以輸出軸柱511為軸心旋轉，而傳動軸532則結合在傳動輪531之輸出軸孔531b，傳動軸532具有一傳動軸柱532a，係可轉動地結合在磁性元件支架41之自由端412。

此外，在傳動輪組53之傳動輪531上方更結合有一電路板54，用以讀取傳動輪組53之傳動軸532帶動磁性制動單元4之磁性元件支架41位移時之位移量。

請參閱第11圖及第12圖，其中第11圖係顯示本創 作第四實施例之結構示意圖，而第12圖係顯示本創作第四實施例之發電機組之定子繞設有一電線圈組之結構示意圖。如圖所示，本實施例與前一實施例相比較，其大抵結構上皆相似，所不同者在於發電機組7a之定子72a係為一完整的圓形，承架3之轉軸結合端31更延伸有一固定支架34，固定支架34係結合於發電機組7a之定子72之一選定位置。

定子72a結合固定在飛輪1之轉軸11之鄰近位置並相對應於轉子71a，而發電線圈組73a則繞設在定子72a，轉子71a受飛輪1帶動旋轉時，發電線圈組73a的一對電力輸出端731a係電連接至驅動馬達6，以供應一工作電力至驅動馬達6。

此外，在齒輪組51之第三齒輪514上方更結合有一可變電阻55，藉由第三齒輪514帶動可變電阻55，改變可變電阻55之電阻值，用以讀取傳動輪組53之傳動軸532帶動磁性制動單元4之磁性元件支架41位移時之位移量。

另請參閱第13圖及第14圖，其中第13圖係顯示本創作第四實施例之感應電動勢信號示意圖，而第14圖係顯示本創作第四實施例之感應處理裝置方塊圖。如圖所示，金屬環2a是由複數弧形金屬片21a所組成，相鄰二弧形金屬片之間構成有一間距。

此外，本創作之腳踏傳動飛輪加速裝置更包括至少一感應線圈8及一感應處理裝置81。感應線圈8係配置在金屬環2a的相鄰位置，用以感測磁性制動單元4在金屬環2a所產生的渦電流，並產生一相對應的感應電流，而感應處理裝置81則連接於感應線圈8，用以接收感應線圈8所產生之感應電流。

當飛輪1轉動時，由於在本實施例中，金屬環2a是 由複數弧形金屬片21a所組成，且弧形金屬片21a之間具有間距，因此當位於弧形金屬片21a之間的間距轉動至感應線圈8之位置時，間距部位的磁性制動單元4與金屬環2a之間無磁力線切割，故無法產生渦電流效應，因此感應線圈8亦無法感測渦電流而導致感應電流的信號中斷，進而構成一週期性的斷續信號，如第13圖所示，由圖示中顯示每一次感應線圈8經感應產生時間長度ti的感應電流之波形後，將接著有時間長度tj的無波形狀態，其中時間長度ti與弧形金屬片21a的弧長成正相關，與飛輪1的轉速成反比，時間長度tj則與間隔長度成正相關。

感應處理裝置81包括有一整流濾波模組811、一A/D轉換模組812、一處理模組813及一顯示模組814。整流濾波模組811係與感應線圈8電連接，使得感應線圈8感應渦電流所產生的感應電流經由整流濾波模組811執行一整流及濾波之處理後輸出，A/D轉換模組812電連接於整流濾波模組811，用以將經整流濾波模組811處理及輸出的類比式感應電流轉換處理成一數位信號後輸出，處理模組813係與A/D轉換模組812電連接，用以接收及處理由A/D轉換模組812輸出的數位信號，而顯示模組814係與處理模組813電連接，係用以接收及顯示處理模組813所輸出的控制訊號及資訊。

由於在本實施例中，當飛輪1轉動的速度愈快時，感應線圈8在單位時間間隔內產生無感應電流的次數將成正相關而遞增，因此處理模組813主要係透過判斷單位時間內無感應電流的次數後，將其轉換成為飛輪1的轉速，且由於渦電流(Eddy Current)的大小(即阻力)與磁性制動單元4之磁場強度亦成正比，因此藉由偵測所得的A/D轉換模組812可以轉換成為目前磁性制 動單元4與金屬環2a之間所產生的阻力大小而顯示於顯示模組814，但顯示模組814所顯示的資訊可以包括但不限於飛輪1的轉速、阻力值或騎乘距離等。

綜上所陳，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用以限定本創作，凡其他未脫離本創作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‧‧‧飛輪

11‧‧‧轉軸

12‧‧‧軸座

2‧‧‧金屬環

3‧‧‧承架

31‧‧‧轉軸結合端

32‧‧‧外側端

321‧‧‧軸桿

33‧‧‧蓋板

4‧‧‧磁性制動單元

41‧‧‧磁性元件支架

411‧‧‧外環面

412‧‧‧自由端

42‧‧‧磁性元件

51‧‧‧齒輪組

511‧‧‧輸出軸柱

512‧‧‧第一齒輪

513‧‧‧第二齒輪

514‧‧‧第三齒輪

52‧‧‧轉動輪組

521‧‧‧內圓輪

521a‧‧‧偏心軸孔

521b‧‧‧外環緣

522‧‧‧外圓輪

522a‧‧‧連結軸柱

6‧‧‧驅動馬達

61‧‧‧馬達轉軸

Claims (15)

1. 一種渦電流式阻尼機構，其包括有：一飛輪，以一轉軸為旋轉中心並受一外加驅動力旋轉，該轉軸結合有一軸座；一金屬環，結合於該飛輪；一承架，具有一轉軸結合端及一外側端，其中該轉軸結合端係結合在該軸座，而該外側端則延伸至該金屬環之鄰近位置，且在該外側端設有一軸桿；一磁性制動單元，包括有一磁性元件支架以及複數個磁性元件，該磁性元件係結合於該磁性元件支架之外環面且面向鄰近於該金屬環，該磁性元件支架之一端係為自由端，而另一端係可轉動地結合在該承架之外側端之軸桿；一傳動組件，連結於該磁性制動單元；一驅動馬達，連結於該傳動組件，該驅動馬達經由該傳動組件帶動該磁性元件支架以該承架之外側端之軸桿為旋轉中心而旋動，使該磁性制動單元之磁性元件接近或遠離該金屬環，由該磁性元件產生一磁力場，再於該金屬環產生渦電流以及對該飛輪產生一制動力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，其中該傳動組件包括有：一齒輪組，結合於該驅動馬達，由該驅動馬達帶動旋轉，該齒輪組具有一輸出軸柱；一轉動輪組，包括有：一內圓輪，該內圓輪具有一偏心軸孔，結合在該齒輪組的該輸出軸柱； 一外圓輪，套設在該內圓輪的外環緣，該外圓輪具有一連結軸柱，可轉動地結合在該磁性元件支架之自由端；其中該驅動馬達作動後，經由該齒輪組驅動該轉動輪組之該內圓輪轉動，該轉動輪組之該內圓輪帶動該外圓輪轉動，使該外圓輪之該連結軸柱產生位移，再由該連結軸柱帶動該磁性制動單元之磁性元件支架以該承架之外側端之軸桿為旋轉中心而接近或遠離該金屬環。
3. 如申請專利範圍第2項所述之渦電流式阻尼機構，其中該齒輪組包括有：一第一齒輪，與該驅動馬達之一馬達轉軸相齧合；一第二齒輪，位於該第一齒輪之鄰近位置並齧合於該第一齒輪；一第三齒輪，齧合於該第二齒輪，並以該輸出軸柱為軸心旋轉。
4. 如申請專利範圍第2項所述之渦電流式阻尼機構，其中該傳動組件更結合有一蓋板。
5. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，其中該金屬環係選自鋁、銅之一之非導磁性材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，其中該磁性元件選自永久磁鐵、電磁鐵之一所構成。
7. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，其中該傳動組件包括有：一齒輪組，結合於該驅動馬達，由該驅動馬達帶動旋轉，該齒輪組具有一輸出軸柱；一傳動輪組，包括有：一傳動輪，具有一中央軸孔及位在該中央軸孔之鄰近位置之 一輸出軸孔，該中央軸孔結合在該齒輪組的該輸出軸柱，以該輸出軸柱為軸心旋轉；一傳動軸，係結合在該傳動輪之該輸出軸孔，該傳動軸具有一傳動軸柱，係可轉動地結合在該磁性元件支架之自由端；其中該驅動馬達作動後，經由該齒輪組驅動該傳動輪組之該傳動輪轉動，該傳動輪組之該傳動輪帶動該傳動軸位移，再由該傳動軸帶動該磁性制動單元之磁性元件支架以該承架之外側端之軸桿為旋轉中心而接近或遠離該金屬環。
8. 如申請專利範圍第7項所述之渦電流式阻尼機構，其中該傳動輪更結合有一電路板，用以讀取該磁性制動單元之位移量。
9. 如申請專利範圍第7項所述之渦電流式阻尼機構，其中該齒輪組更結合有一可變電阻，用以讀取該磁性制動單元之位移量。
10. 如申請專利範圍第7項所述之渦電流式阻尼機構，其中該齒輪組包括有：一第一齒輪，與該驅動馬達之一馬達轉軸相齧合；一第二齒輪，位於該第一齒輪之鄰近位置並齧合於該第一齒輪；一第三齒輪，齧合於該第二齒輪，並以該輸出軸柱為軸心旋轉。
11. 如申請專利範圍第7項所述之渦電流式阻尼機構，其中該傳動組件更結合有一蓋板。
12. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，其中該驅動馬達更結合有一發電機組，該發電機組包有：一轉子，結合固定在該飛輪，並受該飛輪帶動旋轉；一定子，結合固定在該飛輪之該轉軸之鄰近位置，並相對應於 該轉子；一發電線圈組，繞設在該定子，該轉子受該飛輪帶動旋轉時，該發電線圈組的一對電力輸出端係電連接至該驅動馬達，以供應一工作電力至該驅動馬達。
13. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，其中該金屬環係由複數弧形金屬片所組成，相鄰二弧形金屬片之間構成有一間距。
14. 如申請專利範圍第1項所述之渦電流式阻尼機構，更包括有：至少一感應線圈，配置在該金屬環的相鄰位置，用以感測該磁性制動單元在該金屬環所產生的渦電流，並產生一相對應的感應電流；一感應處理裝置，連接於該感應線圈，用以接收該感應線圈所產生之感應電流。
15. 如申請專利範圍第14項所述之渦電流式阻尼機構，其中該感應處理裝置包括有：一整流濾波模組，與該感應線圈電連接，接收該感應電流，並執行一整流及濾波之處理後進行輸出；一A/D轉換模組，電連接於該整流濾波模組，接收經該整流濾波模組處理後之感應電流，並轉換處理成一數位信號後輸出；一處理模組，與該A/D轉換模組電連接，用以接收及處理該數位信號。