TWM654268U - 健身車飛輪助動暨阻力裝置 - Google Patents

Abstract

一種健身車飛輪助動暨阻力裝置，包括一電機裝置，包括一轉軸、一定子和一外轉子，其中該定子具有環設的複數個定子繞組，該外轉子的內環面環設複數個永磁單元間隔地對應於複數個定子繞組。該電機裝置的該外轉子係結合在飛輪的一中央通孔中、配置在飛輪的空間中或通過一傳動部件連結於該飛輪。一個人電子裝置在使用者的操作下傳送一無線控制信號給一控制器，該無線控制信號中載有上坡或下坡的通訊協定信號至該控制器，據以控制該電機裝置施加阻力至該飛輪或施加助動力至該飛輪。

Description

健身車飛輪助動暨阻力裝置

本創作係關於一種飛輪控制裝置，特別是一種健身車飛輪助動暨阻力裝置。藉由操作一個人電子裝置可傳送一無線控制信號給一控制器，該無線控制信號中載有上坡或下坡的通訊協定信號至該控制器，據以控制該電機裝置施加阻力至該飛輪或施加助動力至該飛輪。

傳統健身車或室內運動用腳踏車之設計中，為了要增添運動者的騎乘樂趣及多樣變化性，故在健身車的飛輪有配置驅動和阻力控制的設計。而在現今虛擬實境的應用中，具有驅動控制和阻力控制的設計更成為必備的功能。

傳統飛輪係一個具有28~460mm直徑的飛輪，使用者騎乘飛輪車時，踩動踏板經由皮帶之傳動而帶動飛輪轉動，其中飛輪轉動慣量I=mr²。其中，m為飛輪重量，r為飛輪半徑，轉動慣量單位為kg m²(公斤米平方)。由上得知飛輪車直徑大，使用者騎乘時產生慣性就大。

傳統習知中大都使用切換開關切換電動機或發電機模式，其生產成本高，使用不方便。此外，其使用的同步電機中，其線圈繞阻分佈至同步電機飛輪之外圍，造成成本高昂，同時該永磁式同步電機運轉同需要成本高之角度偵測單元。

傳統習知電動機驅動系統與阻力系統，在發電機模式而欲對電機產生阻力時，係將電機運轉產生的電能以放電電阻消耗，以耗掉運動者的運動能量，會造成系統溫升問題。

緣此，本創作之主要目的即是提供一種健身車飛輪助動暨阻力裝置。

本創作的健身車飛輪助動暨阻力裝置包括一電機裝置，包括一轉軸、一定子和一外轉子，其中該定子具有環設的複數個定子繞組，該外轉子的內環面環設複數個永磁單元間隔地對應於複數個定子繞組。該電機裝置的該外轉子係結合在飛輪的一中央通孔中、配置在飛輪的空間中或通過一傳動部件連結於該飛輪。一個人電子裝置在使用者的操作下傳送一無線控制信號給一控制器，該無線控制信號中載有上坡或下坡的通訊協定信號至該控制器，據以控制該電機裝置施加阻力至該飛輪或施加助動力至該飛輪。

當使用者騎乘飛輪車運動時，經由個人電子裝置控制阻力裝置之阻力大小，以模擬上坡之坡度，以達到虛擬實境上坡之運動效果，上坡使用者騎乘時，本創作之飛輪中心之電機裝置係工作於發電機狀態。

當下坡時，飛輪車之飛輪係以一低轉速低扭力之運轉來帶動使用者下坡騎乘，這時本健身車飛輪助動暨阻力系統之電機裝置，係工作於電動機狀態。

電動機扭力(Torque)=r F，由於低扭力低轉速電動機就是以帶動使用者下坡騎乘所需之扭力。

以扭力(Torque)為1牛頓米，施力F為20牛頓就可使飛輪以300RPM低速運轉。

扭力Torque=r F

r=Torque/F=1.0牛頓米/20牛頓=0.05M(米)=50mm(公厘)。

由以上推論以50mm(公厘)半徑的電動機就可以使健身車飛輪助動暨阻力系統，作為下坡時之運轉，以帶動使用者下坡之騎乘。本創作具有飛輪直徑大，使用者騎乘產生較大之慣性及電機裝置所需的直徑小，可以節省成本之優點，本創作亦不需要成本高之角度偵測元件。

本創作所採用的具體技術，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進 一步之說明。

100、100a、100b、100c、100d:健身車飛輪助動暨阻力裝置

1:飛輪

11:中央通孔

12:圈肋

13:發電模組圈肋

14:定位架

2、2a、2b、2c、2d:阻力器

3:調節桿

4:電機裝置

41:轉軸

42:定子

43:外轉子

431:永磁單元

5:個人電子裝置

6:控制器

7:發電模組

71:永磁單元

72:發電模組定子

8:傳動部件

圖1A顯示本創作第一實施例的立體圖。

圖1B顯示本創作第一實施例相關組件分離時的立體分解圖。

圖1C顯示本創作第一實施例的側視圖。

圖2顯示本創作第二實施例的側視圖。

圖3顯示本創作第三實施例的側視圖。

圖4A顯示本創作第四實施例的立體圖。

圖4B顯示本創作第四實施例相關組件分離時的立體分解圖。

圖4C顯示本創作第四實施例的側視圖。

圖5A顯示本創作第五實施例的立體圖

圖5B顯示本創作第五實施例相關組件分離時的立體分解圖。

圖5C顯示本創作第五實施例電機裝置的相關組件分離時的立體分解圖。

圖5D顯示本創作第五實施例的側視圖。

參閱圖1A~1C所示，其分別顯示本創作第一實施例健身車飛輪助動暨阻力裝置100的立體圖、各相關組件分離時的立體分解圖和側視圖。如圖所示，飛輪1可藉由一定位座(未示)定位在一定位位置或結合於一健身車。本實施例的飛輪1係為薄式飛輪型式。

飛輪1的外輪緣頂面配置一永久磁鐵式阻力器2，且永久磁鐵式阻力器2可配置一調節桿3。

飛輪1開設有一中央通孔11，且在中央通孔11中可結合一電機裝置4。電機裝置4包括一轉軸41、一定子42和一外轉子43。其中，定子42具有環設的習知的複數個定子繞組(未示)，外轉子43的外環面結合於飛輪 1的中央通孔11，並在其內環面環設有複數個永磁單元431間隔地對應於定子42的複數個定子繞組。

如圖1C所示，使用者藉由個人電子裝置5的操作可傳送無線控制信號給控制器6。例如，使用者可藉由個人電子裝置5傳送載有上坡的通訊協定信號至控制器6，使本創作工作於阻力模式。該個人電子裝置5可為個人行動裝置、個人電腦、平板電腦、通訊裝置之一。

此時，當飛輪1由一運動者施加一運動力而轉動，該運動力會帶動電機裝置4的外轉子43轉動，使定子42的複數個定子繞組感應產生一電壓至控制器6，由控制器6控制阻力器2向飛輪1的方向位移，由該阻力器2施加一阻力至該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在上坡路況時的虛擬實境感。

使用者可藉由個人電子裝置5傳送載有下坡的通訊協定信號至控制器6，使本創作工作於助動模式。此時，經控制器6供應一電源至電機裝置4的定子42的複數個定子繞組驅動該外轉子43轉動，故可施加一助動力於該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在下坡路況時的虛擬實境感。

參閱圖2所示，其顯示本創作第二實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置的側視圖。本實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置100a的組成構件與第一實施例大致相同，故相同元件乃標示相同的元件編號，以資對應，其差異在於飛輪1的外輪緣處配置一電磁鐵式阻力器2a。

相似地，當本創作工作於阻力模式時，飛輪1係由一運動者施加一運動力而轉動，該運動力會帶動電機裝置4的外轉子43轉動，使定子42的複數個定子繞組感應產生一電壓至控制器6，由控制器6控制阻力器2a產生一電磁場施加一阻力至該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在上坡路況時的虛擬實境感。

當本創作工作於助動模式時，經控制器6供應一電源至電機裝置4的定子42的複數個定子繞組驅動該外轉子43轉動，故可施加一助動力於 該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在下坡路況時的虛擬實境感。

參閱圖3所示，其顯示本創作第三實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置的側視圖。本實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置100b的組成構件亦與第一實施例大致相同，其差異在於飛輪1的外輪緣處配置另一型式的電磁鐵式阻力器2b。其動作原理和功能相同於前述第二實施例。

參閱圖4A~4C所示，其分別顯示本創作第四實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置的立體圖、各相關組件分離時的立體分解圖和側視圖。本實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置100c的組成構件與第一實施例大致相同，故相同元件乃標示相同的元件編號，以資對應。本實施例的飛輪1係為厚式飛輪型式。

在本實施例中，係將電機裝置4配置在飛輪1的側壁的一圈肋12所形成的一外置空間中，且該電機裝置4的外轉子43的複數個永磁單元431係彼此間隔地環設在該圈肋12的內環面。本實施例中所使用的阻力器係可為一電磁式阻力2c。

當本創作工作於阻力模式時，飛輪1係由一運動者施加一運動力而轉動，故圈肋12隨之轉動，使各個永磁單元431轉動。如此，將使定子42的複數個定子繞組感應產生一電壓至控制器6，由控制器6控制阻力器2c產生一電磁場施加一阻力至該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在上坡路況時的虛擬實境感。

當本創作工作於助動模式時，經控制器6供應一電源至電機裝置4的定子42的複數個定子繞組驅動圈肋12轉動，故可帶動飛輪1，亦即可施加一助動力於飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在下坡路況時的虛擬實境感。

此外，在本實施例中，可在電機裝置4的定子42的內環部更配置一發電模組7，其包括一發電模組圈肋13以及環設在發電模組圈肋13之內環面的複數個永磁單元71。另在轉軸41結合一發電模組定子72，並在該 發電模組定子72繞設有複數個發電繞組。

當電機裝置4轉動時，可以同時帶動發電模組7的複數個永磁單元71轉動，而使發電模組定子72的發電繞組產生電力作為健身車所需的電能。

參閱圖5A~5C所示，其分別顯示本創作第五實施例的健身車飛輪助動暨阻力裝置的立體圖、各相關組件分離時的立體分解圖、電機裝置的相關組件分離時的立體分解圖和側視圖。本實施例健身車飛輪助動暨阻力裝置100d的設計中，係將飛輪1可藉由習知的定位架14定位在一定位位置，而電機裝置4則配置定位在飛輪1的鄰近位置處，再藉由一傳動部件8可用以施加一阻力至飛輪1或施加一助動力至該飛輪1。

電機裝置4包括一轉軸41、一定子42和一外轉子43，其中該定子42具有環設的複數個定子繞組，該外轉子43結合於該轉軸41，並在其內環面環設有複數個永磁單元431間隔地對應於定子42的複數個定子繞組。

一傳動部件8連結於該電機裝置4的轉軸41和飛輪1的飛輪轉軸之間。傳動部件8可為傳動皮帶、鍊條或齒輪之一。

當本創作工作於阻力模式時，飛輪1係由一運動者施加一運動力而轉動，該運動力會同時通過傳動部件8帶動電機裝置4的外轉子43轉動，使定子42的複數個定子繞組感應產生一電壓送至控制器6，由控制器6控制阻力器2d產生一電磁場施加一阻力至該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在上坡路況時的虛擬實境感。

當本創作工作於助動模式時，經控制器6供應一電源至電機裝置4的定子42的複數個定子繞組驅動該外轉子43轉動，故可通過傳動部件8的傳動施加一助動力於該飛輪1。如此，即可產生模擬運動者在騎乘自行車並在下坡路況時的虛擬實境感。

以上所舉實施例僅係用以說明本創作，並非用以限制本創作之範圍，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。

100:健身車飛輪助動暨阻力裝置

1:飛輪

2:阻力器

3:調節桿

4:電機裝置

41:轉軸

42:定子

43:外轉子

431:永磁單元

5:個人電子裝置

6:控制器

Claims (12)

1. 一種健身車飛輪助動暨阻力裝置，用以施加一阻力至一飛輪或施加一助動力至該飛輪，包括：一電機裝置，包括一轉軸、一定子和一外轉子，其中該定子具有環設的複數個定子繞組，該外轉子結合於該轉軸，並在該外轉子的內環面環設複數個永磁單元間隔地對應於複數個定子繞組；該電機裝置的該外轉子係結合在該飛輪的一中央通孔中；一阻力器，鄰近配置於該飛輪；一個人電子裝置，在使用者的操作下傳送一無線控制信號給一控制器，該無線控制信號中載有上坡或下坡的通訊協定信號至該控制器，據以控制該電機裝置施加阻力至該飛輪或施加助動力至該飛輪。
2. 依據請求項1所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該阻力器係電磁鐵式阻力器、永久磁鐵式阻力器之一。
3. 依據請求項1所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該飛輪係薄式飛輪。
4. 一種健身車飛輪助動暨阻力裝置，用以施加一阻力至一飛輪或施加一助動力至該飛輪，包括：一電機裝置，包括一轉軸、一定子和一外轉子，其中該定子具有環設的複數個定子繞組，該外轉子結合於該轉軸，並在該外轉子的內環面環設複數個永磁單元間隔地對應於複數個定子繞組；該電機裝置係配置在該飛輪的側壁的一圈肋所形成的一空間中，且該電機裝置的該外轉子的該複數個永磁單元係彼此間隔地環設在該圈肋的內環面；一阻力器，鄰近配置於該飛輪； 一個人電子裝置，在使用者的操作下傳送一無線控制信號給一控制器，該無線控制信號中載有上坡或下坡的通訊協定信號至該控制器，據以控制該電機裝置施加阻力至該飛輪或施加助動力至該飛輪。
5. 依據請求項4所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該阻力器係電磁鐵式阻力器、永久磁鐵式阻力器之一。
6. 依據請求項4所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該飛輪係厚式飛輪之一。
7. 依據請求項4所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該飛輪側的該側壁更形成一發電模組圈肋，供容置一發電模組，該發電模組包括複數個永磁單元環設在該發電模組圈肋之內環面，而在該轉軸結合一繞設有複數個發電繞組的發電模組定子。
8. 一種健身車飛輪助動暨阻力裝置，用以施加一阻力至一飛輪或施加一助動力至該飛輪，包括：一電機裝置，包括一轉軸、一定子、一外轉子，其中該定子具有環設的複數個定子繞組，該外轉子結合於該轉軸，並在該外轉子的內環面環設複數個永磁單元間隔地對應於複數個定子繞組；該電機裝置係配置在該飛輪的一鄰近位置；一傳動部件，連結於該轉軸和該飛輪；一阻力器，鄰近配置於該飛輪；一個人電子裝置，在使用者的操作下傳送一無線控制信號給一控制器，該無線控制信號中載有上坡或下坡的通訊協定信號至該控制器，據以控制該電機裝置施加阻力至該飛輪或施加助動力至該飛輪。
9. 依據請求項8所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該阻力器係電磁鐵式阻力器、永久磁鐵式阻力器之一。
10. 依據請求項8所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該傳動部件係為傳動皮帶、鍊條或齒輪之一。
11. 依據請求項8所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該飛輪係薄式飛輪、厚式飛輪之一。
12. 依據請求項1、4或8所述之健身車飛輪助動暨阻力裝置，其中該個人電子裝置為個人行動裝置、個人電腦、平板電腦、通訊裝置之一。

Images