本發(fā)明為涉及一種自行車訓練器,尤指一種電磁制動式自行車訓練器及其阻力控制方法。
背景技術(shù):
自行車,或稱腳踏車、單車、鐵馬等,是一種常見的代步工具,但隨著時代的變遷,自行車已成為現(xiàn)代人生活中的休閑娛樂工具,于騎乘自行車的時候,可以欣賞沿路的風景,并可同時達成運動健身的目的,而廣受大眾的喜愛,然而,并非所有的場所以及氣候皆適合騎乘自行車,如雪地或下雨的時候等,因此,為了可以在任何情況下皆能享受騎乘自行車的樂趣,遂發(fā)展出了自行車訓練器。只要將自己的自行車固定定位于該自行車訓練器上,便可無視于空間以及地點的問題,隨意享受騎乘自行車的樂趣。
為了符合實際騎乘的實境,某些自行車訓練器進一步設(shè)置一個可隨著速度而改變阻力的機械機構(gòu),該阻力曲線可按照一默認的使用情境做設(shè)定調(diào)整,惟此種設(shè)計僅能針對單一使用情境設(shè)計,無法隨意控制大小即可程序化。
因此更進一步設(shè)計出一個可電控調(diào)整阻力的裝置,如美國專利第US 20140171272號的「Bicycle trainer」,其包含有一框架集件(frame assembly)以及一飛輪組件(flywheel assembly),該框架集件用以支撐該飛輪組件,該飛輪組件具有一連動軸(flywheel axle)、一圍繞設(shè)置于該連動軸外的磁制動件(T-shaped portions)以及一連接于該連動軸的磁性旋轉(zhuǎn)件(flywheel member),該磁制動件接收一電流而產(chǎn)生一磁場,當該連動軸帶動該磁性旋轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)時,該磁性旋轉(zhuǎn)件抵抗該磁場旋轉(zhuǎn)進而提供一阻力,且根據(jù)該電流的改變而可改變磁場的大小,進而改變該阻力的大小,以模擬各種不同的情境。
然而,這樣的阻力產(chǎn)生方式需要耗費相當?shù)碾娏Γ虼?,現(xiàn)有自行車訓練器仍必須連接外部電力才能進行完整的功能運作,實際上仍受到使用地點的限制。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的主要目的,在于解決自行車訓練器因電力消耗功率大而需要外部電力,而導(dǎo)致受限于使用地點的問題。
為達上述目的,本發(fā)明提供一種電磁制動式自行車訓練器,包含有一基座、一設(shè)置于該基座上的支撐組件以及一固定于該基座上的磁滯阻力產(chǎn)生模塊,該支撐組件包含有一設(shè)置于該基座上的支撐臂以及一設(shè)置于該支撐臂遠離該基座的一端并用以固定一踩踏輪體的一輪軸的固定件,該磁滯阻力產(chǎn)生模塊包含有一內(nèi)導(dǎo)磁固定件、一外導(dǎo)磁固定件、一設(shè)置于該內(nèi)導(dǎo)磁固定件與該外導(dǎo)磁固定件之間的半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件以及一接收一電力的導(dǎo)電線圈,該內(nèi)導(dǎo)磁固定件具有一容納該導(dǎo)電線圈的容置槽以及一內(nèi)感應(yīng)扇區(qū),該外導(dǎo)磁固定件具有一對應(yīng)該內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)的位置的外感應(yīng)扇區(qū),該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件對應(yīng)設(shè)置于該內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)與該外感應(yīng)扇區(qū)之間并對應(yīng)該后輪軸的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn),該內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)具有多個間隔設(shè)置的內(nèi)凹陷部而形成多個相鄰該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件的內(nèi)磁力部,該外感應(yīng)扇區(qū)具有多個間隔設(shè)置的外凹陷部而形成多個相鄰該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件的外磁力部,該些外磁力部是對應(yīng)于該些內(nèi)凹陷部的位置,該些內(nèi)磁力部則對應(yīng)于該些外凹陷部的位置。
該導(dǎo)電線圈接受該電力而感應(yīng)該些外磁力部及該些內(nèi)磁力部產(chǎn)生相異的磁性,而使該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件對應(yīng)產(chǎn)生磁性而于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一磁滯阻力。
為達上述目的,本發(fā)明又提供一種電磁制動式自行車訓練器的阻力控制方法,包含有以下步驟:
S1:一用戶通過一中央控制模塊調(diào)整預(yù)定的一踩踏阻力的大小;
S2:該中央控制模塊輸入一電力至一磁滯阻力產(chǎn)生模塊的一導(dǎo)電線圈,該導(dǎo)電線圈感應(yīng)該磁滯阻力產(chǎn)生模塊的一內(nèi)導(dǎo)磁固定件的多個內(nèi)磁力部與該磁滯阻力產(chǎn)生模塊的一外導(dǎo)磁固定件的多個外磁力部產(chǎn)生相異的磁性,該內(nèi)導(dǎo)磁固定件具有多個與該些內(nèi)磁力部間隔設(shè)置的內(nèi)凹陷部,該外導(dǎo)磁固定件具有多個與該些外磁力部間隔設(shè)置的外凹陷部,該些外磁力部是對應(yīng)于該些內(nèi)凹陷部的位置,該些內(nèi)磁力部則對應(yīng)于該些外凹陷部的位置;
S3:該使用者藉由踩踏牽引一踩踏輪體轉(zhuǎn)動,并使該磁滯阻力產(chǎn)生模塊的一半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件隨著該踩踏輪體轉(zhuǎn)動,其中該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件設(shè)置于該內(nèi)導(dǎo)磁固定件與該外導(dǎo)磁固定件之間;以及
S4:該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件受到該外磁力部與該內(nèi)磁力部的交互影響而于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一磁滯阻力,其是對應(yīng)于該使用者預(yù)定的該踩踏阻力。
綜上所述,本發(fā)明具有以下特點:
一、藉由該磁滯阻力產(chǎn)生模塊作為阻力產(chǎn)生的機構(gòu),利用半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件的導(dǎo)磁特性,使該內(nèi)導(dǎo)磁固定件與該外導(dǎo)磁固定件的磁滯阻力能有效率的產(chǎn)生效果,當該后輪帶動該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件旋轉(zhuǎn)時,即會產(chǎn)生平順的阻力,有效大幅降低所需電力。
二、藉由該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件并未與該內(nèi)導(dǎo)磁固定件、該外導(dǎo)磁固定件接觸,因此并不會產(chǎn)生因磨損而損耗的問題,而具有壽命長以及消耗成本低的優(yōu)點。
三、可控制導(dǎo)電線圈的輸入電壓或電流,達到產(chǎn)生多變阻力的結(jié)果,以更精準的模擬各種騎乘情境。
附圖說明
圖1A,為本發(fā)明一較佳實施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1B,為圖1A的局部放大示意圖。
圖2,為本發(fā)明的磁滯阻力產(chǎn)生模塊的立體剖面示意圖。
圖3,為本發(fā)明一較佳實施例的后視平面示意圖。
圖4,為本發(fā)明一較佳實施例的局部分解示意圖。
圖5,為本發(fā)明一較佳實施例的功能方塊示意圖。
圖6,為本發(fā)明一較佳實施例的使用狀態(tài)示意圖。
圖7,為本發(fā)明一較佳實施例的流程示意圖。
具體實施方式
涉及本發(fā)明的詳細說明及技術(shù)內(nèi)容,現(xiàn)就配合圖式說明如下:
請參閱圖1A、圖1B至圖6所示,本發(fā)明為一種電磁制動式自行車訓練器,包含有一基座10、一支撐組件20以及一磁滯阻力產(chǎn)生模塊40,該支撐組件20設(shè)置于該基座10上,并具有一設(shè)置于該基座10上的支撐臂21以及一設(shè)置于該支撐臂21遠離該基座10的一端以固定一踩踏輪體2的一輪軸(圖未示)的固定件22,本實施例中,是以兩個該支撐臂21作為舉例說明。
請配合參閱圖2所示,該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40包含有一內(nèi)導(dǎo)磁固定件41、一外導(dǎo)磁固定件42、一半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43以及一接收一電力的導(dǎo)電線圈44,該內(nèi)導(dǎo)磁固定件41具有一容納該導(dǎo)電線圈44的容置槽411以及一內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)412,該外導(dǎo)磁固定件42具有一對應(yīng)該內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)412的位置的外感應(yīng)扇區(qū)421,于此實施例中,該內(nèi)導(dǎo)磁固定件41與該外導(dǎo)磁固定件42是利用一鎖固件110而彼此鎖固在一起,該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43對應(yīng)設(shè)置于該內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)412與該外感應(yīng)扇區(qū)421之間并對應(yīng)該輪軸的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn),該內(nèi)感應(yīng)扇區(qū)412順延該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43的旋轉(zhuǎn)方向具有多個間隔設(shè)置的內(nèi)凹陷部412a而形成多個相鄰該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43的內(nèi)磁力部412b,該外感應(yīng)扇區(qū)421順延該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43的旋轉(zhuǎn)方向具有多個間隔設(shè)置的外凹陷部421a而形成多個相鄰該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43的外磁力部421b,該些外磁力部421b是對應(yīng)于該些內(nèi)凹陷部412a的位置,而該些內(nèi)磁力部412b則對應(yīng)于該些外凹陷部421a的位置。其中該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43的材質(zhì)可為鐵、鈷、鎳及其合金所組成。
當該導(dǎo)電線圈44接受該電力時,會感應(yīng)該些外磁力部421b及該些內(nèi)磁力部412b產(chǎn)生相異的磁性,而使該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43對應(yīng)產(chǎn)生磁性而于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生平順的阻力,有效大幅降低所需電力,且該內(nèi)導(dǎo)磁固定件41、該外導(dǎo)磁固定件42與該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43彼此之間并未接觸到,因此不會有因磨損而需要進行替換的問題,可以提高使用壽命并減少消耗成本。
本實施例中更具有一相對該支撐組件20而設(shè)置于該基座10上的連動組件30,該連動組件30包含有一固定連接于該基座10上的定位座31以及一與該定位座31樞接的連動軸32,該連動軸32與該固定件22的距離對應(yīng)于該踩踏輪體2的輪圈半徑,而使該連動軸32接觸該踩踏輪體2,并隨該踩踏輪體2的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn),且該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43連接于該連動軸32而隨該連動軸32旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動。
于本實施例中,是利用一設(shè)置于該基座10上的發(fā)電儲存模塊50來提供該電力,而該發(fā)電儲存模塊50與該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40分別設(shè)置于該踩踏輪體2的兩側(cè),可以避免該發(fā)電儲存模塊50與該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40同時作用時,產(chǎn)生的磁場互相干擾的問題,以及達到重量平衡的效果,確保旋轉(zhuǎn)順暢,并包含有一對應(yīng)該踩踏輪體2而轉(zhuǎn)動的發(fā)電機51、一電性連接于該發(fā)電機51的整流穩(wěn)壓單元53(示于圖5)以及一電性連接該發(fā)電機51的電力儲存單元52(示 于圖5),其中該整流穩(wěn)壓單元53、該電力儲存單元52是省略于圖1A及其他圖式的結(jié)構(gòu)圖中,以方便敘述該電磁制動式自行車訓練器的主要結(jié)構(gòu),且本實施例中,該發(fā)電機51為連接于該連動軸32。如圖1B所示,該發(fā)電機51包含有一與該連動軸32連接的內(nèi)轉(zhuǎn)子磁力件511以及一環(huán)繞于該內(nèi)轉(zhuǎn)子磁力件511外的定子發(fā)電組件512,該連動軸32帶動位于內(nèi)側(cè)的該內(nèi)轉(zhuǎn)子磁力件511轉(zhuǎn)動,就可利用較小的阻力來改變磁場而使該定子發(fā)電組件512感應(yīng)產(chǎn)生該電力,同時降低影響該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40內(nèi)的總力,讓磁滯阻力產(chǎn)生模塊40所提供的阻力值能更精準。
該整流穩(wěn)壓單元53將該發(fā)電機51所產(chǎn)生的電力進行整流與穩(wěn)壓,再傳輸至該電力儲存單元52,該電力儲存單元52則將該電力進行儲存,并于需要時提供給該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40,使該些外磁力部421b及該些內(nèi)磁力部412b產(chǎn)生相異的磁性,因此,可以將使用者于踩踏該踩踏輪體2所產(chǎn)生的動力,轉(zhuǎn)換成所需的該電力儲存起來,達到自給自足的目的,不需要額外外接電源,而可使用于各種無法提供電力的場所,如郊外、風景區(qū)等,不會有環(huán)境受限的問題,亦符合綠色環(huán)保的趨勢。此實施例中,該電力儲存單元52為鋰電池,但不以此為限。
此外,由于該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43因順應(yīng)該內(nèi)導(dǎo)磁固定件41及該外導(dǎo)磁固定件42的磁性而于旋轉(zhuǎn)時不斷的變換分子排列以改變磁極時,會產(chǎn)生熱能,且當該發(fā)電機51進行發(fā)電時亦會產(chǎn)生熱能,因此,可以于該連動軸32上設(shè)置一散熱件100,以對該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40以及該發(fā)電機51進行散熱,減少熱所產(chǎn)生的影響,如效率降低等,本實施例中是將該散熱件100設(shè)置于該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40以及該發(fā)電機51之間,并具有多個連接于該連動軸32并以該連動軸32為中心的葉片101,但不以此為限。
如圖3與圖4所示,本發(fā)明還包含有一力量檢測模塊90,其包含有一固定連接于該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的連接固定臂91、一設(shè)置于該連接固定臂91上的形變感應(yīng)單元92以及一固定于該基座10上的擋止件93,于此實施例中,該擋止件93為設(shè)置于該定位座31之上,該連接固定臂91具有一供設(shè)置該形變感應(yīng)單元92的本體911,以及分別位于該本體911兩端的一連接端912與一承力端913,該連接端912固定連接該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的外導(dǎo)磁固定件42,而該承力端913對應(yīng)于該擋止件93的位置,當該踩踏輪體2帶動該連動軸32轉(zhuǎn) 動時,該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40與該連接固定臂91會跟著被帶動,但當被帶動時,該連接固定臂91的該承力端913會被該擋止件93擋住,使該連接固定臂91產(chǎn)生形變,進而使設(shè)置于該本體911上的該形變感應(yīng)單元92感應(yīng)形變的變化量而計算出騎乘者的踩踏功率,并較傳統(tǒng)利用加速度以計算機仿真計算出力度的方式準確,更可以進一步計算騎乘者的卡路里等信息,并結(jié)合其他信息以做為體適能評估的功用。
續(xù)搭配參閱圖5所示,本實施例更包含有一中央控制模塊60、一無線傳輸模塊70以及一外部裝置80,該中央控制模塊60與該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40、該發(fā)電儲存模塊50以及該力量檢測模塊90電性連接,以檢測及計算各項騎乘數(shù)據(jù),如踩踏功率、騎行速度、踏頻、騎行時間、距離、消耗卡路里等等,并可調(diào)整該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的輸入功率,而該中央控制模塊60亦與該無線傳輸模塊70電性連接,該無線傳輸模塊70為利用無線傳輸?shù)姆绞?,如低功率藍牙(BlueTooth Smart)以及ANT+等,將騎乘數(shù)據(jù)輸出至一外部裝置80,該外部裝置80可以為手機、平板計算機、計算機或電視等等,以顯示出騎乘數(shù)據(jù),此外,該外部裝置80更可以包含有一行動應(yīng)用程序81,而可作為主動式可程序的接口,供用戶進行踩踏阻力的調(diào)整等設(shè)定。實際運作流程將于后段做詳細的說明,在此則不另行贅述。
續(xù)搭配參閱圖6所示,為一較佳實施例的使用狀態(tài),為可以將一般自行車1的后輪軸直接配合本發(fā)明進行使用,更詳細的說明,于使用時,先將該二固定件22分別夾置于該后輪軸的兩端,以進行該后輪軸的固定,并調(diào)整該連動軸32與該固定件22的距離,使其對應(yīng)于該踩踏輪體2的輪圈半徑,而使該連動軸32可以接觸該踩踏輪體2,并隨該踩踏輪體2的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn),該連動軸32旋轉(zhuǎn)而可以同步帶動該發(fā)電機51以及該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40,該發(fā)電機51的該內(nèi)轉(zhuǎn)子磁力件511轉(zhuǎn)動而可使該定子發(fā)電組件512感應(yīng)產(chǎn)生該電力,該電力會通過該電力儲存單元52供給該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40,以產(chǎn)生阻力。除上述利用組合一般自行車的方式之外,本發(fā)明亦可配合一體制成的飛輪踩踏機構(gòu),而同樣藉由該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40進行阻力調(diào)整,并通過該發(fā)電儲存模塊50達到自給自足的電力提供。
續(xù)搭配參閱圖7所示,本發(fā)明的阻力控制方法包含有以下步驟:
S1:一用戶通過一中央控制模塊60調(diào)整預(yù)定的一踩踏阻力的大小,或可 通過一仿真路徑選擇模塊進行仿真路徑選擇,而提供該中央控制模塊60依照一虛擬路程進行該踩踏阻力大小的調(diào)整,即可仿真實際騎乘路徑的阻力,提高騎乘上的樂趣。其中,更包含有以下步驟:
S1A:該使用者輸入該踩踏阻力的大小至一外部裝置80的一行動應(yīng)用程序81之中。
S1B:該行動應(yīng)用程序81以無線連接的方式,如低功率藍牙(BlueTooth Smart)以及ANT+等,傳輸至一無線傳輸模塊70,進而傳輸至該中央控制模塊60。
S2:該中央控制模塊60根據(jù)該踩踏阻力的大小而輸入一電力至一磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的一導(dǎo)電線圈44,該導(dǎo)電線圈44感應(yīng)該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的一內(nèi)導(dǎo)磁固定件41的多個內(nèi)磁力部412b與該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的一外導(dǎo)磁固定件42的多個外磁力部421b產(chǎn)生相異的磁性,且該內(nèi)導(dǎo)磁固定件41具有多個與該些內(nèi)磁力部412b間隔設(shè)置的內(nèi)凹陷部412a,該外導(dǎo)磁固定件42具有多個與該些外磁力部421b間隔設(shè)置的外凹陷部421a,并該些外磁力部421b是對應(yīng)于該些內(nèi)凹陷部412a的位置,該些內(nèi)磁力部412b則對應(yīng)于該些外凹陷部421a的位置。
S3:該使用者藉由踩踏牽引一踩踏輪體2轉(zhuǎn)動,并使該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40的一半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43隨著該踩踏輪體2轉(zhuǎn)動,其中該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43設(shè)置于該內(nèi)導(dǎo)磁固定件41與該外導(dǎo)磁固定件42之間,與此同時,該踩踏輪體2會一并帶動一發(fā)電儲存模塊50,進行發(fā)電與儲存,并將該發(fā)電儲存模塊50儲存后的電力提供給步驟S2使用。且由于該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40產(chǎn)生阻力以及該發(fā)電儲存模塊50發(fā)電時,會產(chǎn)生熱能,因此,該踩踏輪體2可以一并帶動一散熱件100,以對該磁滯阻力產(chǎn)生模塊40與該發(fā)電儲存模塊50進行散熱。
S4:由于該外磁力部421b與該內(nèi)磁力部412b產(chǎn)生相異的磁性,該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件43受到相異的磁性的相互影響而于旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一磁滯阻力,其是對應(yīng)于該使用者預(yù)定的該踩踏阻力。
綜上所述,本發(fā)明具有以下特點:
一、藉由該磁滯阻力產(chǎn)生模塊作為阻力產(chǎn)生的機構(gòu),利用半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件的磁滯特性,使該內(nèi)導(dǎo)磁固定件與該外導(dǎo)磁固定件的磁滯阻力能有效率的產(chǎn)生效果,大幅降低所需電力。
二、藉由該內(nèi)導(dǎo)磁固定件、該外導(dǎo)磁固定件與該半硬磁材料旋轉(zhuǎn)件彼此之間并未接觸到,因此不會有因磨損而需要進行替換的問題,可以提高使用壽命并減少消耗成本。
三、藉由該內(nèi)轉(zhuǎn)子磁力件的結(jié)構(gòu)作為該發(fā)電機,而具有小抵抗阻力的優(yōu)點而不致影響到磁滯阻力產(chǎn)生模塊所提供的總阻力值。
四、將該發(fā)電儲存模塊所產(chǎn)生的電力提供給該磁滯阻力產(chǎn)生模塊,而通過該磁滯阻力產(chǎn)生模塊的低耗電特性,而完全不需要額外電源線連接插座,而可真正不受環(huán)境、時間、空間的限制。
五、配合該中央控制模塊的使用,可隨意控制輸入導(dǎo)電線圈的電流或電壓,進而仿真各種使用情境的狀態(tài),甚至可按照一實際騎乘路線所收集到的阻力值在本自行車訓練器重現(xiàn)。
六、藉由該散熱件的設(shè)置,可以對該磁滯阻力產(chǎn)生模塊以及該發(fā)電機進行散熱,減少熱所產(chǎn)生的影響。
七、藉由該力量檢測模塊的設(shè)置,可以實際檢測到使用者踩踏的力度,而較傳統(tǒng)利用加速度以計算機仿真計算出力度的方式準確。
八、利用該中央控制模塊與該磁滯阻力產(chǎn)生模塊、該發(fā)電儲存模塊以及該力量檢測模塊電性連接,而可檢測及計算各項騎乘數(shù)據(jù),并利用該無線傳輸模塊傳輸至該外部裝置,以供用戶觀看,并可以搭配軟件而形成可程序的接口,供用戶進行調(diào)整設(shè)定。
因此本發(fā)明極具進步性及符合申請發(fā)明專利的要件,爰依法提出申請,祈鈞局早日賜準專利,實感德便。
以上已將本發(fā)明做一詳細說明,以上所述者,僅為本發(fā)明的一較佳實施例而已,當不能限定本發(fā)明實施的范圍。即凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與修飾等,皆應(yīng)仍屬本發(fā)明的專利涵蓋范圍內(nèi)。