TWM515234U - 內建控制器之磁控發電機 - Google Patents

Description

內建控制器之磁控發電機

本創作係有關磁控發電機的裝置，尤指一種應用於健身運動器材，具有內建控制單元以整合發電機構與磁阻機構的裝置。

按，許多健身器材都會裝設飛輪以增加其旋轉慣性，同時飛輪亦可作為負載以達到健身效果；近年來，運用飛輪裝設永久磁石作為轉子，以電樞作為定子，使定子線圈產生交流電，再以該電流作為控制及煞車負載所需之電力；此類型專利見諸於美國第6,084,325號「發電與渦流磁阻混合之剎車裝置」(BRAKE DEVICE WITH A COMBINATION OF POWER-GENERATING AND EDDY-CURRENT MAGNETIC RESISTANCE)，如圖1-1，1-2所示；及美國第7,732,961號「內建渦流磁阻之混合式發電機」(COMBINED GENERATOR WITH BUILT-IN EDDY-CURRENT MAGNETIC RESISTANCE)，如圖2所示；在圖1-1，1-2中，運動器材之轉動輪A帶動飛輪820旋轉，飛輪820所黏貼之永久磁鐵821與定子鐵心830構成磁路，使線圈831產生電流；該電流經整流、濾波轉變成直流，一者供應控制儀表890；一者供應設在飛輪820側邊之煞車鐵心850，使該煞車鐵心850形成一渦電流(EDDY CURRENT)，進而對飛輪820造成一磁阻效果；圖2與圖1-1應用的原理相似，其差異僅在於圖1-1煞車鐵心850係設在飛輪820外周緣，而圖2的煞車鐵心980係設在飛輪920的內周緣。

前述圖1-1與圖2的專利，係以使用者施加在運動器材上的動能使發電機構產生電力，再將其電力回授磁阻機構產生磁阻形成運動施力之負載；按，此種架構可達到極佳的運動效果，惟，該機構可產生大電流與大磁阻，適合裝設在較大型或控制功能較多的運動器材上；相反的，需求小電流小磁阻的運動器材，若是使用圖1-1的裝置，則有資源投入過多的疑慮；換言之，按1-1中產生的大電流與大磁阻比較不適合小型運動器材需求；因此，若能減少動能負載、縮小其體積、降低製造成本，而將發電與磁阻兩者的機構整合應用於小型運動器材者，乃成為本創作者研發的目標。

再者，如圖1-2及圖2所示，其控制器係包括整流與濾波電路、及調整直流電源供應器，其中，該整流與濾波電路係將發電機構所產生的交流電流轉換成直流電流，再由控制器計算控制儀表所設定之扭力值後，控制該調整直流電源供應器的電流值，使該煞車鐵心形成渦電流，進而對飛輪造成一磁阻效果；惟，該控制器都設置在該發電與剎車模組的外部，且須透過交流電路、直流電路與模組作連接；因此，運動器材上不但須規劃放置該控制器的位置，且線路的配置也造成安裝作業的困擾。

緣是，本創作之主要目的，係在提供可產生發電及磁阻負載的裝置，且其體積較小製造成本較低，適合小型健身運動器材的裝置。

本創作之又一目的，係在提供整合控制器、發電機構與磁阻機構，以減少健身運動器材安裝控制器與配置線路的困擾。

為達上述目的，本創作採取的技術手段，包含：一固定軸，用以固定在健身運動器材之支撐座上；一傳動輪，係樞接在該固定軸上之一端，用以承接健身運動器材所傳送之動力；一外轉子，係包括一飛輪及一永久磁石，該飛輪具有一同軸心之內環體與外環體，據以形成一圓形之第一容置空間與一環凹形之第二容置空間，該飛輪係樞接在該固定軸上，並令該飛輪受該傳動輪帶動而同步迴轉，該永久磁石則係固設於該飛輪內環體之內徑周緣上；一內定子，係包括一線圈固定架及一電樞鐵心，該線圈固定架係套接於該固定軸上，該電樞鐵心係組合在該線圈固定架之外緣，令該內定子係組設於該飛輪之第一容置空間內，且該電樞鐵心外緣鄰接該永久磁石之內緣；藉此，該外轉子迴轉將使該內定子產生交流電流，並經由連接於該電樞鐵心外側之輸出線輸出電流；至少一磁阻機構，係包括一定子鐵心、一電磁線圈、及一連接該電磁線圈之輸入線，該定子鐵心設有一呈山型凹陷之容置部，用以套設該電磁線圈；一固定架，係固設在該線圈固定架之外側，一導磁環，係嵌設於該飛輪外環體之內周緣，該定子鐵心係組合在該固定架上，令該磁阻機構係組設於該飛輪之環凹形的第二容置空間內，且該定子鐵心之外緣與該導磁環內緣具有一間隙，當該電磁線圈之輸入線被輸入一直流電流時，將使該定子鐵心產生一磁場，並與該耦合旋轉之導磁環產生一渦流磁阻，據以由內部對該飛輪形成一種反向阻力；一控制電路單元，係以內建形態組設於該固定架側邊，其至少包括一自激式發電電路、一AC轉DC電路、一微處理器、以及一DC控制電路，並電性連接該電樞鐵心之輸出線、外部電子表、及電磁線圈之輸入線，該控制電路單元可將該電樞鐵心送出之交流電流轉換成直流電流以供應該電磁線圈，該外部電子表係供使用者輸入運動扭力設定值，再由該微處理器產生一控制值，該控制值可調整該DC控制電路之電流大小給該電磁線圈，使該定子鐵心與該導磁環產生渦流磁阻形成該飛輪的反向阻力； 藉此，該磁阻機構與該控制電路單元，係分別位於該飛輪之第二容置空間的相對位置，且不接觸到該飛輪，據以將該外轉子與內定子所構成的發電機構，及該磁阻機構與該控制電路單元，整合為一體之模組化架構。

依據前揭特徵，該磁阻機構具有兩組，且呈左右對稱方式組設於該飛輪之環凹形第二容置空間內。

依據前揭特徵，更包括於該固定架側邊、該控制電路單元的另一側設一無線發射接收單元，用以傳輸該控制電路單元與該外部電子表之間的訊號資料。

依據前揭特徵，該控制電路單元與該無線發射接收單元係分別設成電路板形態，且配合該環凹形之第二容置空間，設成二片上下對稱的圓弧電路板，恰可容置在該第二容置空間的上下內部，再配合該二組磁阻機構係呈左右對稱容置該第二容置空間，利用該外轉子內部空間，且不會干涉到該外轉子的轉動，使整體架構呈模組化且扁平化。

依據前揭特徵，該控制電路單元與該固定架之間，及該無線發射接收單元與該固定架之間，分別裝設一保護蓋。

依據前揭特徵，本創作中之該微處理器更可連結一傳輸埠，可供一校正軟體將健身運動器材機構的阻力值存入該微處理器內，此時，該控制電路單元將據以補償所輸入之扭力設定值後，再產生正確的控制值來調整DC控制電路之電流大小，以供該磁阻機構與該導磁環產生渦流磁阻形成該飛輪的反向阻力。

本創作藉助上揭技術手段，即可提供體積較小、製造成本較低且兼具發電與磁阻功能的裝置；再者，本裝置係採發電機構、磁阻機構、及控制電路板同置一體之模組化設計，因此，健身運動器材上無需規劃控制器的位置，也沒有線路配置的困擾，可使磁控發電機的安裝應用更為方便容易。

首先，請參閱圖3～圖6所示，本創作之一可行實施例包含有： 一固定軸10，其兩端為固定段11，其中間為組裝段12，該兩端之固定段11係用來固定本創作在運動器材之支撐座上。

一傳動輪13，用以傳遞使用者在健身運動器材上所施加之動能；本實施例中該傳動輪13係為皮帶輪，該皮帶輪13具有一齒狀面131藉以套置一皮帶使該皮帶輪13與健身運動器材之轉動輪相連接；一第一軸承孔132用以裝設滾珠軸承14並套置在該固定軸10之組裝段12之一側，使用一扣環15固定該滾珠軸承14，使該皮帶輪13可在該固定軸10上樞轉。

一外轉子20，係包括一飛輪21及固設於該飛輪21內徑之永久磁石22，該飛輪21具有一盤體211，該盤體211外緣朝軸向延伸一外環體212，該盤體211中央朝軸向延伸一與該外環體212同軸心之內環體213，使該內環體213內緣形成一圓形之第一容置空間214，且該內環體213與該外環體212之間形成一環凹形之第二容置空間215；該永久磁石22為一環狀構造，其外周緣係黏貼於該內環體213之內徑周緣上，使該永久磁石22與該飛輪21結合成一體；該盤體211設有一法蘭216，其中心處設有一大軸孔217及一第二軸承孔218，該大軸孔217用以套置在該皮帶輪13之凸軸133外周，使該外轉子20可受該皮帶輪13帶動而同步迴轉，該第二軸承孔218用以裝設一滾珠軸承24並套置在該固定軸10之組裝段12上，使用一扣環25固定該滾珠軸承24，使該外轉子20可同時在該固定軸10上樞轉。

一內定子30，係包括一線圈固定架31、及一電樞鐵心32，該線圈固定架31具有一軸孔311、一盤面312、及一法蘭313，該軸孔311內設一鍵槽314，該線圈固定架31係緊密套置於該固定軸10組裝段12之另一側，並以一方鍵嵌入該鍵槽314內，使該線圈固定架31固定於該固定軸10上，並使該線圈固定架31定位於該飛輪21之第一容置空間214內；該電樞鐵心32，其外周緣設有發電線圈321，其內周緣設有鐵心架322，該發電線圈321外側接有輸出線323，該鐵心架322設有螺栓孔324，使用螺栓及螺帽將該該鐵心架322鎖固在該線圈固定架31之外緣，使該電樞鐵心32之發電線圈321外緣鄰近該永久磁石22之內緣；藉此，該外轉子20迴轉將使該發電線圈321產生交流電流，並經由該輸出線323輸出電流。

二組磁阻機構40，每一組各別包括一定子鐵心41、一電磁線圈42、及一連接該電磁線圈42之輸入線43，該定子鐵心41設有一呈山型凹陷之容置部411，用以套設該電磁線圈42；一固定架51，具有一固定孔511、及一固定面512，該固定孔511係套置於該線圈固定架31之法蘭313上，該固定面512設有螺栓孔513，用螺栓及螺帽將該固定架32鎖固在該線圈固定架31之盤面312上；一導磁環52，係嵌設於該飛輪21外環體212之內周緣，本實施例中，該導磁環52係直接成型在該外環體212之內周緣上；每一定子鐵心41設有螺栓孔412，用螺栓及螺帽分別將該定子鐵心41以對稱方式鎖固在該固定架51之兩側；令該二組磁阻機構40係呈左右對稱的組設於該飛輪21之第二容置空間215的左右內部，且該定子鐵心41之外緣與該導磁環52內緣具有一間隙G，當該電磁線圈42之輸入線43被輸入一直流電流時，將使該定子鐵心41產生一磁場，並與該耦合旋轉之導磁環52產生一渦流磁阻，據以由內部對該飛輪21形成一種反向阻力。

一控制電路單元60，係以內建形態透過一第一保護蓋53組設於該固定架51的一側，本實施例中，該控制電路單元60係為一電路板形態；一無線發射接收單元70，係提供外部電子表230與該控制電路單元60之間的訊號傳輸，在本實施例中，該無線發射接收單元70，亦為一電路板形態，包括使用藍芽無線裝置，但不限於此；其亦採內建形態透過一第二保護蓋54組設於該固定架51的另一側；此處，該第一保護蓋53與該第二保護蓋54除了作為該控制電路單元60與該無線發射接收單元70的定位構件外，更具有保護該控制電路單元60及該無線發射接收單元70的功能。

再者，本實施例中，該控制電路單元60與該無線發射接收單元70的電路板，係配合該環凹形之第二容置空間215，設成二片上下對稱的圓弧電路板，恰可容置在該第二容置空間215的上下內部，再配合該二組磁阻機構40係呈左右對稱容置該第二容置空間215，巧妙利用該外轉子20內部的有限空間，且不會干涉到該外轉子20的轉動，使得該內建控制器之磁控發電機100的整體架構，具有模組化且扁平化的特性，方便健身器材或復健器材之空間運用與裝設。

該控制電路單元60的結構，請參閱圖7所示，內含一自激式發電電路61、一AC轉DC電路62、一微處理器63、以及一DC控制電路64，該自激式發電電路61即為產生交流電流之電樞鐵心32的輸出線323，該交流電流經由該AC轉DC電路62即產生穩定的直流電流，使用者在外部電子表230輸入運動扭力設定值，該設定值將經由該無線發射接收單元70傳輸給該控制電路單元60的微處理器63，該微處理器63將產生一控制值給該DC控制電路64，以輸出一大小適當之直流電流給該電磁線圈42，使定子鐵心41與該導磁環52產生渦流磁阻形成該飛輪21的反向阻力。

本實施例中，該微處理器63可進一步連結一傳輸埠，可供一校正軟體65將健身運動器材機構的阻力值存入該微處理器63內，此時，該控制電路單元60將據以補償所輸入之扭力設定值後，再產生正確的控制值來調整DC控制電路64之電流大小，以供該磁阻機構40與該導磁環52產生渦流磁阻形成該飛輪21的反向阻力。

圖8所示，為本創作組裝在健身運動器材之一可行實施例示意圖，其中，本創作內建控制器之磁控發電機100，其固定軸10係組裝在健身運動器材200之架體210的支撐座上，健身運動器材200之腳踏軸220有一皮帶與本創作之皮帶輪13連接，一電子表230係裝設在該健身運動器材200之車把240上，使用者可輸入運動扭力設定值後，當其踩踏腳踏板250轉動該腳踏軸220，本創作之電樞鐵心32就會產生交流電流，該交流電流經由該控制電路單元60的 AC轉DC電路62產生直流電流，再經該微處理器63計算扭力設定值與運動器材的阻力值後，將產生一控制值給該DC控制電路64輸出一大小適當之電流，供該磁阻機構40與該導磁環52產生渦流磁阻形成該飛輪21的反向阻力回授給該健身運動器材200之腳踏軸220，而達到健身運動的效果。

本創作藉助上揭技術手段，該磁阻機構40與該控制電路單元60，係分別位於該飛輪21之第二容置空間215的相對位置，且不接觸到該飛輪21，據以將該外轉子20與內定子30所構成的發電機構，及該磁阻機構40與該控制電路單元60，整合為一體之模組化架構；因此，健身運動器材上無需規劃控制器的位置，也沒有線路配置的困擾，可使磁控發電機的安裝應用更為方便容易。

綜上所述，本創作所揭示之構造，為昔所無，且確能達到功效之增進，並具可供產業利用性，完全符合新型專利要件，祈請  鈞局核賜專利，以勵創新，無任德感。

惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本創作之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括在本案申請專利範圍內。

10‧‧‧固定軸
11‧‧‧固定段
12‧‧‧組裝段
13‧‧‧傳動輪/皮帶輪
131‧‧‧齒狀面
132‧‧‧第一軸承孔
133‧‧‧凸軸
14‧‧‧滾珠軸承
15‧‧‧扣環
20‧‧‧外轉子
21‧‧‧飛輪
211‧‧‧盤體
212‧‧‧外環體
213‧‧‧內環體
214‧‧‧第一容置空間
215‧‧‧第二容置空間
216‧‧‧法蘭
217‧‧‧大軸孔
218‧‧‧第二軸承孔
22‧‧‧永久磁石
24‧‧‧滾珠軸承
25‧‧‧扣環
30‧‧‧內定子
31‧‧‧線圈固定架
311‧‧‧軸孔
312‧‧‧盤面
313‧‧‧法蘭
314‧‧‧鍵槽
32‧‧‧電樞鐵心
321‧‧‧發電線圈
322‧‧‧鐵心架
323‧‧‧輸出線
324‧‧‧螺栓孔
40‧‧‧磁阻機構
41‧‧‧定子鐵心
411‧‧‧容置部
412‧‧‧螺栓孔
42‧‧‧電磁線圈
43‧‧‧輸入線
51‧‧‧固定架
511‧‧‧固定孔
512‧‧‧固定面
513‧‧‧螺栓孔
52‧‧‧導磁環
53‧‧‧第一保護蓋
54‧‧‧第二保護蓋
60‧‧‧控制電路單元
61‧‧‧自激式發電電路
62‧‧‧AC轉DC電路
63‧‧‧微處理器
64‧‧‧DC控制電路
65‧‧‧校正軟體
70‧‧‧無線發射接收單元
100‧‧‧內建控制器之磁控發電機
200‧‧‧健身運動器材
210‧‧‧架體
220‧‧‧腳踏軸
230‧‧‧電子表
240‧‧‧車把
250‧‧‧腳踏板
G‧‧‧間隙

圖1-1 係習用發電與渦流磁阻混合之剎車裝置之側視圖。 圖1-2 係習用發電與渦流磁阻混合之剎車裝置整體控制之示意圖。 圖2 係習用內建渦流磁阻之混合式發電機之示意圖。 圖3 係本創作較佳實施例之分解立體圖。 圖4 係本創作較佳實施例之分解立體圖。 圖5 係本創作較佳實施例之組合立體圖。 圖6 係本創作較佳實施例之剖視圖。 圖7 係本創作控制電路單元之結構示意圖。 圖8 係本創作組裝在健身運動器材之示意圖。

10‧‧‧固定軸

11‧‧‧固定段

12‧‧‧組裝段

13‧‧‧傳動輪/皮帶輪

131‧‧‧齒狀面

14‧‧‧滾珠軸承

20‧‧‧外轉子

21‧‧‧飛輪

211‧‧‧盤體

212‧‧‧外環體

213‧‧‧內環體

214‧‧‧第一容置空間

215‧‧‧第二容置空間

22‧‧‧永久磁石

24‧‧‧滾珠軸承

30‧‧‧內定子

31‧‧‧線圈固定架

311‧‧‧軸孔

312‧‧‧盤面

313‧‧‧法蘭

314‧‧‧鍵槽

32‧‧‧電樞鐵心

321‧‧‧發電線圈

322‧‧‧鐵心架

323‧‧‧輸出線

324‧‧‧螺栓孔

40‧‧‧磁阻機構

41‧‧‧定子鐵心

411‧‧‧容置部

412‧‧‧螺栓孔

42‧‧‧電磁線圈

43‧‧‧輸入線

51‧‧‧固定架

511‧‧‧固定孔

512‧‧‧固定面

513‧‧‧螺栓孔

52‧‧‧導磁環

53‧‧‧第一保護蓋

54‧‧‧第二保護蓋

60‧‧‧控制電路單元

70‧‧‧無線發射接收單元

Claims (8)

1. 一種內建控制器之磁控發電機，係應用於健身運動器材，包含有： 一固定軸，用以固定在健身運動器材之支撐座上； 一傳動輪，係樞接在該固定軸上之一端，用以承接健身運動器材所傳送之動力； 一外轉子，係包括一飛輪及一永久磁石，該飛輪具有一同軸心之內環體與外環體，據以形成一圓形之第一容置空間與一環凹形之第二容置空間，該飛輪係樞接在該固定軸上，並令該飛輪受該傳動輪帶動而同步迴轉，該永久磁石則係固設於該飛輪內環體之內徑周緣上； 一內定子，係包括一線圈固定架及一電樞鐵心，該線圈固定架係套接於該固定軸上，該電樞鐵心係組合在該線圈固定架之外緣，令該內定子係組設於該飛輪之第一容置空間內，且該電樞鐵心外緣鄰接該永久磁石之內緣；藉此，該外轉子迴轉將使該內定子產生交流電流，並經由連接於該電樞鐵心外側之輸出線輸出電流； 至少一磁阻機構，係包括一定子鐵心、一電磁線圈、及一連接該電磁線圈之輸入線，該定子鐵心設有一呈山型凹陷之容置部，用以套設該電磁線圈；一固定架，係固設在該線圈固定架之外側，一導磁環，係嵌設於該飛輪外環體之內周緣，該定子鐵心係組合在該固定架上，令該磁阻機構係組設於該飛輪之環凹形的第二容置空間內，且該定子鐵心之外緣與該導磁環內緣具有一間隙，當該電磁線圈之輸入線被輸入一直流電流時，將使該定子鐵心產生一磁場，並與該耦合旋轉之導磁環產生一渦流磁阻，據以由內部對該飛輪形成一種反向阻力； 一控制電路單元，係以內建形態組設於該固定架側邊，其至少包括一自激式發電電路、一AC轉DC電路、一微處理器、以及一DC控制電路，並電性連接該電樞鐵心之輸出線、外部電子表、及電磁線圈之輸入線，該控制電路單元可將該電樞鐵心送出之交流電流轉換成直流電流以供應該電磁線圈，該外部電子表係供使用者輸入運動扭力設定值，再由該微處理器產生一控制值，該控制值可調整該DC控制電路之電流大小給該電磁線圈，使該定子鐵心與該導磁環產生渦流磁阻形成該飛輪的反向阻力； 藉此，該磁阻機構與該控制電路單元，係分別位於該飛輪之第二容置空間的相對位置，且不接觸到該飛輪，據以將該外轉子與內定子所構成的發電機構，及該磁阻機構與該控制電路單元，整合為一體之模組化架構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，該磁阻機構具有兩組，且呈左右對稱方式組設於該飛輪之環凹形第二容置空間內。
3. 如申請專利範圍第2項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，更包括於該固定架側邊、該控制電路單元的另一側設一無線發射接收單元，用以傳輸該控制電路單元與該外部電子表之間的訊號資料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，該控制電路單元與該無線發射接收單元係分別設成電路板形態，且配合該環凹形之第二容置空間，設成二片上下對稱的圓弧電路板，恰可容置在該第二容置空間的上下內部，再配合該二組磁阻機構係呈左右對稱容置該第二容置空間，利用該外轉子內部空間，且不會干涉到該外轉子的轉動，使整體架構呈模組化且扁平化。
5. 如申請專利範圍第4項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，該控制電路單元與該固定架之間，及該無線發射接收單元與該固定架之間，分別裝設一保護蓋。
6. 如申請專利範圍第1項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，該微處理器更進一步連結一傳輸埠，可供一校正軟體將健身運動器材機構的阻力值存入該微處理器內，該控制電路單元將據以補償所輸入之扭力設定值後，再產生正確的控制值來調整直流電源供應器之電流大小，以供該磁阻機構與該導磁環產生渦流磁阻形成該飛輪的反向阻力。
7. 如申請專利範圍第1項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，該導磁環係直接成型在該飛輪外環體之內周緣上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之內建控制器之磁控發電機，其中，該傳動輪為一皮帶輪。