TWM607902U

TWM607902U - 高扭力磁阻煞車裝置

Info

Publication number: TWM607902U
Application number: TW109211372U
Authority: TW
Inventors: 李佳蓉
Original assignee: 逸東企業股份有限公司
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2021-02-21

Abstract

一種高扭力磁阻煞車裝置，係應用於健身運動器材，包含：一外轉子，設有一飛輪及一外環體；至少二磁阻機構，個別設有一煞車鐵心、及一電磁線圈；一支撐架，用以組設該磁阻機構，使其形成大於30度之夾角，且令煞車鐵心之外緣與外環體具有一間隙；當輸入所欲之扭力值及阻力曲線之軌跡，控制電路單元將據以輸入一適度之電流給電磁線圈，使煞車鐵心與該耦合旋轉之外環體產生一渦流磁阻，進而對外轉子形成一反向阻力。由於導磁環具有高磁通密度，且磁阻機構形成之夾角，將使其渦流磁阻達到最高扭力；同時控制電路單元將依據所欲之阻力條件而改變電流大小，藉以改善運動阻力的平滑性，因此本創作可達到高效率之運動負載及提升運動的變化性與舒適感。

Description

高扭力磁阻煞車裝置

本創作係有關一種健身運動器材裝置，尤指控制電路依據所設定之扭力以輸入適度之電流，使具特定夾角之磁阻機構與其耦合旋轉之飛輪產生反向阻力之一種高扭力磁阻煞車裝置。

按，許多健身運動器材都會裝設飛輪，用以增加旋轉之慣性力並可作為負載使用，進而可達到調整負載功能；圖1A所示為美國第5,711,404號「渦流磁控負載裝置」(MAGNETIC ADJUSTABLE LOADING DEVICE WITH EDDY CURRENT)，其裝置包含有：一飛輪710以及一金屬導體720所構成之轉子；其內緣裝設由導磁鐵片751以及永久磁鐵752所構成之定子750，藉由調整裝置771牽引導磁鐵片751自由端位移，進而改變轉子710,720與定子750之間隙d1，致使磁通量密度改變，以達到無段連續調整負載阻力的功效；不過該調整裝置771係經由人為操作來調整負載阻力，無法達到自動調整負載的功能，因此該專利具有自動化不足的缺失。

又按，近年來健身運動器材多運用飛輪裝設永久磁石，再以電樞作為定子使定子線圈產生電流，作為控制及煞車負載所需之電力；圖1B所示為美國第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 ESISTANCE)，其裝置包含有：運動器材之轉動輪帶動飛輪820旋轉，飛輪820黏貼永久磁鐵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，供應控制儀表及煞車鐵心850，使該剎車鐵心850形成一渦電流(EDDY CURR-ENT)，進而對飛輪820造成一磁阻效果；按，此種架構可達到極佳的運動效果，惟，發電機的輸出功率與轉速有密切的關係，由於發電機的轉速受到磁阻的限制，並未發揮應有的效率；再者，該機構較為複雜且製造成本較高，因而不適合裝設在小型或控制功能較少的運動器材上。

再按，圖1A中之調整負載欠缺自動化，而圖1B中之機構並不適合小型低價位運動器材需求；因此，如何整合兩者的優勢，既能簡化機構縮小體積、及降低製造成本，又能減少動能負載以供應小型運動器材，乃成為創作者本創作研發的目標。

緣是，本創作之主要目的，係在提供可應用於小型健身運動器材，且使其具有自動調整磁阻負載之一種渦流磁阻煞車裝置。

本創作之次要目的，係在提供可簡化機構據以降低製造成本，又能提升負載效率之高扭力磁阻煞車裝置。

本創作之再一目的，係在提供可藉由傳輸埠以載入所欲之阻力曲線圖，進而可提升運動變化性與舒適感之磁阻煞車裝置。

為達上述目的，本創作所採取的技術手段，包含：一支撐架、一轉動軸、一傳動輪、一外轉子、至少二磁阻機構、以及一控制電路單元；其中，該支撐架，具有一前、後板體，係以複數支定位桿將其組合成一體，且該支撐架設有腳座，用以固定在健身運動器材之架體上；該轉動軸，樞設在該支撐架之軸孔內；該傳動輪，樞接在該轉動軸上且位於該支撐架之外側端，用以承接健身運動器材所傳送之動力；該外轉子，包括一飛輪及一導磁環，該飛輪為一中央設有輪轂之盤體，且該輪轂具有軸孔以套設在該轉動軸上，該導磁環具有高磁通密度，其係緊密套設於該飛輪其外環體之周緣上，並令該外轉子受該傳動輪帶動而迴轉；該磁阻機構，係個別包括一煞車鐵心、一電磁線圈、一連接該電磁線圈之輸入線、以及一前、後托架，該煞車鐵心設有一容置部，用以套設該電磁線圈，該前、後托架係將該煞車鐵心鎖固在該內、外板體之定位孔處，令該磁阻機構設於該導磁環之外周緣處，而相互之間並形成大於30度之夾角，且該煞車鐵心之外緣與該導磁環具有一磁場間隙；該控制電路單元，係以內建形態組設於該支撐架側邊，其至少包括一微處理器、一DC控制電路、一供輸入所欲之扭力設定值之輸入裝置、以及一供載入阻力曲線圖之傳輸埠，該控制電路單元係連接一直流電源並電性連接該電磁線圈之輸入線。

藉此，該微處理器將計算其扭力之設定值後，產生一控制信號給該DC控制電路，繼而形成一大小適度之電流，並同步輸入該磁阻機構之電磁線圈，則電磁線圈的電流會在煞車鐵心上經由磁電轉換的原理產生一個磁場，此一磁場與該耦合旋轉之導磁環之間形成一個封閉的磁路；由於該外轉子處於旋轉狀態，此一封閉磁路會遭到破壞，而依據楞次定律，當一穩定的磁路遭到外力破壞時，會產生一個大小相同的反向阻力來抵抗，進而達到所欲運動負載的效果，且藉由選擇所欲之阻力曲線圖，將可增加運動的變化性並據以提升運動的舒適感。

依據前揭特徵，本創作中該二磁阻機構之夾角係大於30且小於90度；再者，該二磁阻機構之夾角係大於90且小於180度。

依據前揭特徵，本創作中該傳動輪為一皮帶輪。

藉助前揭特徵，本創作「高扭力磁阻煞車裝置」具有之效益為：

(1)本創作中該外轉子係受傳動輪帶動而迴轉，其具有一提供慣性轉動之飛輪及一具有高磁通密度之導磁環；該磁阻機構，係設於導磁環之外周緣處，其具有一煞車鐵心、與一電磁線圈，且其煞車鐵心之外緣與導磁環具有一磁場間隙，據以產生一磁阻效果；本創作設有一輸入裝置，可供輸入所欲之扭力值，則DC控制電路將據以產生一大小適度之電流，輸入給電磁線圈，以形成所需之運動阻力；由於本創作中未設置發電所需之定子線圈與交直流轉換之構件，因此得以簡化機構縮小體積、及降低製造成本，並使其可應用於小型健身運動器材；同時，本創作係藉由施加於電磁線圈上的電流大小來控制磁阻負載，由於該機構屬於非接觸式的阻力裝置，因此本創作亦具有具有阻力容易控制、構件不會磨損及維修成本較低的優點。

(2)本創作之外轉子，包括一提供慣性轉動之飛輪及一具有高磁通密度之導磁環，該導磁環係緊密套設於該飛輪之周緣上，且外轉子將受傳動輪帶動而迴轉；二磁阻機構，係設於導磁環之外周緣處，且其煞車鐵心之外緣與導磁環具有一磁場間隙；由於一大小適度之電流被輸入該磁阻機構之電磁線圈，則該電流會在煞車鐵心上產生一個磁場，而依據楞次定律此一磁場將與該耦合旋轉之導磁環之間形成一個反向阻力；由於該導磁環具有高磁通密度，且該磁阻機構其相互之間形成大於30且小於180度之夾角，煞車鐵心的磁力線不會相互干涉，其渦流磁阻將達到最高扭力，因此本創作的可達到高效率之運動負載的效果。

(3)本創作中設有輸入裝置與傳輸埠，可供輸入所欲之扭力設定值，及載入阻力曲線圖之軟體；當使用者輸入扭力條件後，控制電路單元之微處理器即參照阻力曲線圖之軌跡與扭力設定值後，隨即產生一大小適度之電流給該磁阻機構之電磁線圈，則煞車鐵心將與該耦合旋轉之導磁環之間產生一渦流磁阻，進而對外轉子形成一反向阻力。由於阻力曲線的圖形在讓使用者獲得不同難度時其阻力平穩性的感覺，既可提升舒適感也可避免因急遽阻力變化而造成運動的傷害；因此本創作可藉由傳輸埠讓使用者選擇所欲之阻力曲線圖，進而增加運動的變化性與舒適感。

10:支撐架

11:內板體

12:外板體

13:軸孔

14:定位孔

15:腳座

16:槽孔

17:定位桿

20:外轉子

21:飛輪

211:外環體

212:內側壁

213:軸孔

214:輪轂

215:鍵塊

22:導磁環

30:轉動軸

31:單向軸承

32:滾珠軸承

33:軸承座

40:傳動輪

50:磁阻機構

51:煞車鐵心

52:電磁線圈

53:輸入線

54:前托架

55:後托架

60:控制電路單元

61:微處理器

62:DC控制電路

63:輸入裝置

64:傳輸埠

100:高扭力磁阻煞車裝置

A:傳動機構

G:磁場間隙

θ:夾角

圖1A 係習用一種渦流磁控負載裝置之機構示意圖。

圖1B 係習用一種發電與渦流磁阻混合剎車裝置之機構示意圖。

圖2 係本創作之結構分解立體圖。

圖3 係本創作第一實施例前視角度之組合立體圖。

圖4 係本創作第一實施例後視角度之組合立體圖。

圖5 係本創作第一實施例前視角度之組合正視圖。

圖6 係本創作之組合剖視圖。

圖7 係本創作中外轉子之結構立體圖。

圖8 係本創作中第一實施例之結構示意圖。

圖9 係本創作中可載入阻力曲線軌跡之示意圖。

圖10係本創作第二實施例之組合立體圖。

圖11係本創作第二實施例之組合正視圖。

以下說明將配合圖式作為實施例，但不限定於此，本創作尚可施行於其它的實施例中，而公知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本創作形成不必要之限制。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

首先，請參閱圖2所示，為本創作「高扭力磁阻煞車裝置」100之結構，其包含有：一支撐架10，係由內、外板體11、12組裝而成，其上端各設有一軸孔13，該軸孔13四周設有等距之複數個定位孔14，內、外板體11、12下端各設有一腳座15，以螺栓鎖合槽孔16的方式使該支撐架10固定於健身運動器材之架體上；複數支定位桿17，各以螺帽將該定位桿17鎖固在該定位孔14內，使該內、外板體11、12結合成一體；一外轉子20，係包括一飛輪21及一導磁環22；該飛輪21，係提供一慣性轉動之盤體，具備一外環體211及一內側壁212，且該內側壁212之中心處形成一具有軸孔213之輪轂214；一轉動軸30，穿入該軸孔213，並以一鍵塊215嵌入其中段部位使該轉動軸30與該飛輪21同步轉動；一傳動輪40，係以一單向軸承31套設在該轉動軸30之一端，用以單向承接健身運動器材所傳送之動力，本創作中該傳動輪40係為一皮帶輪；該轉動軸30位於該飛輪21輪轂214兩側部位，各套設一滾珠軸承32，滾珠軸承32之外周再套設一軸承座33，而前後兩側之軸承座33則分別鎖固於該內、外板體11、12之軸孔13內。

承上，至少二磁阻機構50，係個別包括一煞車鐵心51、一電磁線圈52、一連接該電磁線圈之輸入線53、以及一前、後托架54、55，該煞車鐵心51設有一呈山型凹陷之容置部，用以套設該電磁線圈52；該前、後托架54、55係置於該煞車鐵心51之前後兩側，並以螺栓穿入該煞車鐵心51之穿透孔，再將該前、後托架54、55鎖固在該內、外板體11、12之定位孔14處；本創作中為了避免二磁阻機構50之煞車鐵心51其磁力線相互干涉，且使其渦流磁阻達到最高扭力，在將二磁阻機構50組設於該導磁環22之外周緣處時，其相互之夾角θ需設定為大於30且小於180度；同時，為產生磁阻效果，裝設在該前、後托架54、55中之煞車鐵心51，其外緣需與該導磁環之外周緣面形成一磁場間隙G；本創作中第一實施例係將二磁阻機構50之夾角θ設定為大於30且小於90度，如圖3~6所示；第二實施例係將二磁阻機構50之夾角θ設定為大於90且小於180度，如圖10~11所示；該夾角θ設定為大於30度的限定，不僅在避免二磁阻機構50之煞車鐵心51其磁力線發生相互干涉的現象，且同時在產出相同扭力的前題下，二磁阻機構50可讓磁阻效果分散在導磁環22外周之二處部位，將相較於一磁阻機構50讓磁阻效果集中在導磁環22外周之一處部位，而使外轉子20的旋轉產生較小的偏擺進而增加其使用的壽命。

圖7所示，為本創作中其外轉子20之結構；該外轉子20，係包括一飛輪21及一導磁環22；該飛輪21，具備一外環體211及一內側壁212，且該內側壁212之中心處形成一具有軸孔213之輪轂214；該軸孔213設有鍵槽216，當軸孔213套設在該轉動軸30上，係以一鍵塊215嵌入鍵槽216中，使該轉動軸30與該飛輪21同步轉動；該導磁環22係具有高磁通密度的材料所製成，本創作中該導磁環22為含碳量0.15~0.25%之碳鋼所製；再者，該導磁環22係以緊密配合的方式套設在以鑄鐵為材料所製之飛輪21其外環體211之外周緣，或者將該導磁環22直接成型在該外環體211之周緣而成，其係藉由本身材料的導磁性，達到與電磁線圈52產生一個封閉磁路的功能；本創作中採取將導磁環22套設在飛輪21之外環體211周緣的主要目的，係在提高外轉子20的磁通密度，並使其與磁阻機構50之煞車鐵心51產生較大的渦流磁阻，但又不會增加太多的材料成本；惟，有關導磁環22材料的選用，以及導磁環22套設飛輪21周緣的方式並不以此為限。

請進一步參閱圖8所示，為本創作中其第一實施例之結構配置狀態，包括一控制電路單元60，係以內建形態組設於該支撐架10側邊，其至少包括一微處理器61、一DC控制電路62、一供輸入所欲之扭力設定值之輸入裝置63、以及一供載入阻力曲線圖之傳輸埠64；本創作係經由使用者的運動施力，帶動器材上的傳動機構A以連結該傳動輪40(皮帶輪)使該外轉子20轉動。當使用者自輸入裝置63輸入所欲之運動扭力值，及自傳輸埠64選擇所欲之阻力曲線圖後，該微處理器61即參照阻力曲線圖之軌跡與扭力設定值後，隨即送出正確的控制信號給DC控制電路62，使其產生一大小適度之電流同步輸入該二磁阻機構50之輸入線53，則電磁線圈52的電流會在煞車鐵心51上經由磁電轉換的原理產生一個磁場，此一磁場與該耦合旋轉之導磁環22之間形成一個封閉的磁路；由於該外轉子20處於旋轉狀態，此一封閉磁路會遭到破壞，而依據楞次定律，當一穩定的磁路遭到外力破壞時，會產生一個大小相同、方向相反的力量來抵抗，該力量即形成健身運動器材上所需的阻力，而微處理器61將持續參照其扭力設定條件，經由該DC控制電路62調整於電磁線圈52的電流大小，使該阻力值等同於使用者所輸入之設定值，進而達到所欲運動負載的效果。

圖9所示，為運動的阻力曲線之示意圖，該阻力曲線設有許多不同難度之圖形，惟，基本上其阻力都設定為初始階段、逐步增加階段、與控制扭力階段；當初始階段其輸入電流不變，逐步增加階段其輸入電流將呈線性提高其阻力，而控制扭力階段則輸入電流將隨扭力設定條件而自動調整；按，該阻力曲線的圖形在讓使用者獲得不同難度時其阻力平穩性的感覺，既可提升舒適感也可避免因急遽阻力變化而造成運動的傷害；因此本創作可藉由傳輸埠讓使用者選擇所欲之阻力曲線圖，進而增加運動的變化性。

按，本創作中該外轉子20係受傳動輪40帶動而迴轉，其具有一提供慣性轉動之飛輪21及一具有高磁通密度之導磁環22；該磁阻機構50，係設於導磁環22之外周緣處，其具有一煞車鐵心51、與一電磁線圈52，且其煞車鐵心51之外緣與導磁環22具有一磁場間隙G，據以產生一磁阻效果；本創作設有一輸入裝置63，可供輸入所欲之扭力值，則DC控制電路62將據以產生一大小適度之電流，輸入給電磁線圈52以形成所需之運動阻力；由於本創作中未設置發電所需之定子線圈與交直流轉換之構件，因此得以簡化機構縮小體積、及降低製造成本，並使其可應用於小型健身運動器材；同時，本創作係藉由施加於電磁線圈52上的電流大小來控制磁阻負載，由於該機構屬於非接觸式的阻力裝置，因此本創作亦具有具有阻力容易控制、構件不會磨損及維修成本較低的優點。

次按，本創作之外轉子20，包括一提供慣性轉動之飛輪21及一具有高磁通密度之導磁環22，該導磁環22係緊密套設於該飛輪21之周緣上，且外轉子20將受傳動輪40帶動而迴轉；二磁阻機構50，係設於導磁環22之外周緣處，且其煞車鐵心51之外緣與導磁環22具有一磁場間隙G；由於一大小適度之電流被輸入該磁阻機構50之電磁線圈52，則該電流會在煞車鐵心51上產生一個磁場，而依據楞次定律此一磁場將與該耦合旋轉之導磁環22之間形成一個反向阻力；由於該導磁環22具有高磁通密度，且二磁阻機構50其相互之間形成大於30且小於180度之夾角θ，煞車鐵心51的磁力線不會相互干涉，其渦流磁阻將達到最高扭力，因此本創作的可達到高效率之運動負載的效果。

再按，本創作中設有輸入裝置63與傳輸埠64，可供輸入所欲之扭力設定值，及載入阻力曲線圖之軟體；當使用者輸入扭力條件後，控制電路單元60之微處理器61即參照阻力曲線圖之軌跡與扭力設定值後，隨即產生一大小適度之電流給該磁阻機構50之電磁線圈52，則煞車鐵心51將與該耦合旋轉之導磁環22之間產生一渦流磁阻，進而對外轉子20形成一反向阻力。由於阻力曲線的圖形在讓使用者獲得不同難度時其阻力平穩性的感覺，既可提升舒適感也可避免因急遽阻力變化而造成運動的傷害；因此本創作可藉由傳輸埠64讓使用者選擇所欲之阻力曲線圖，進而增加運動的變化性與舒適感。

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。