專利名稱：智能電磁式健身器械阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是智能電磁式健身器械阻尼器，它屬于健身運(yùn)動器材技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
力量型健身器械主要由操作機(jī)構(gòu)和配重機(jī)構(gòu)兩大部分組成，操作機(jī)構(gòu)根據(jù)所訓(xùn)練的肌肉位置不同有其各自相應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)，而配重機(jī)構(gòu)在系列產(chǎn)品中大都是基本相同的， 目前國內(nèi)外傳統(tǒng)力量型健身器械的配重源均采用疊加式配重鐵的方法，靠克服重力對肌肉 進(jìn)行訓(xùn)練，其力量的大小靠改變配重鐵的數(shù)量來進(jìn)行調(diào)整，采用疊加式配重鐵的方法存在 著以下不足之處①配重鐵只能做垂直往復(fù)運(yùn)動，其所占用的垂直空間較大，因此配重源只能作為 一個獨(dú)立的單元安置在特定的位置，使器械的占地面積較大；②訓(xùn)練的項目不同，其運(yùn)動軌跡的長度也不同，如果統(tǒng)一配重源則只能依照最大 行程設(shè)計，對于小行程的器械就會產(chǎn)生多余空行程，造成材料的浪費(fèi)；③力量的大小不具備無級連續(xù)調(diào)整和動態(tài)變化的功能；④由于是純機(jī)械結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)智能化控制；⑤在配重鐵回落時會出現(xiàn)撞擊，產(chǎn)生極大的噪音，尤其是當(dāng)提拉鋼絲繩或連接件 破斷時配重鐵失控墜落將器械砸壞，甚至發(fā)生事故。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種利用電磁效應(yīng)能夠進(jìn)行動態(tài)調(diào)整訓(xùn)練力量大小，用旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動代替直線運(yùn)動的方法，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)對健身器械運(yùn)動部件的位置、速度、瞬時功 率、人體能量的消耗進(jìn)行實時檢測，可以通過程序設(shè)置對不同器械的不同要求進(jìn)行動態(tài)的 管理，具有運(yùn)算、信息存儲和顯示功能小型化的智能電磁式健身器械阻尼器，用以取代現(xiàn)有 的配重鐵。解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是所述的本發(fā)明是一種智能電磁式健 身器械阻尼器，其特征在于利用磁粉離合器所具備的傳遞扭矩大小與激磁電流成正比的 線性關(guān)系而與其滑差速度無關(guān)的特性，通過控制磁粉離合器激磁電流的大小來控制其產(chǎn)生 滑差扭矩大小的方法來改變運(yùn)動阻力的大小，由行星輪系構(gòu)成的增速機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)速以降低 所用磁粉離合器的許用扭矩傳遞值，磁粉離合器的輸入和輸出端與由兩個不同速比的齒輪 副組成的差動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差的兩齒輪分別連接以獲得較小的滑差速度降低滑差功率。 他們之間的連接方法是行星增速機(jī)構(gòu)的低速軸為本發(fā)明的施力軸，高速軸為為本發(fā)明的 輸入前半軸，它與一個由兩個不同速比的輸入齒輪副和輸出齒輪副及一個超越離合器組成 的差動機(jī)構(gòu)相連接，差動機(jī)構(gòu)的輸入前半軸與前輸入齒輪固連并與超越離合器的半個單元 連接，并向超越離合器的另半個單元和與其相連接的輸入后半軸及后輸入齒輪單向傳遞扭 矩，差動機(jī)構(gòu)的輸出前半軸與前輸出齒輪固連并與磁粉離合器的一端連接，輸出后半軸與 后輸出齒輪固連并與磁粉離合器的另一端連接同時通過電磁離合器與回程電動機(jī)相連，在施力軸或適當(dāng)位置設(shè)置一個角位移編碼器為計算機(jī)控制系統(tǒng)提供位置信息，根據(jù)位置信息和相應(yīng)的程序，通過計算機(jī)運(yùn)算后對各執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的指令，控制磁粉離合器激磁電 流的變化、電磁離合器的通斷、回程電動機(jī)的即時轉(zhuǎn)速和啟動、停止?；爻屉妱訖C(jī)驅(qū)動力的 作用相當(dāng)于配重鐵回落時的重力，其轉(zhuǎn)向與施力方向相反，回程電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過電 磁離合器傳遞給后輸出齒輪和磁粉離合器的一端，由磁粉離合器的另一端傳遞給前輸出齒 輪，再由前輸入齒輪傳遞給行星增速機(jī)構(gòu)的高速軸，減速后傳遞到施力軸，回程階段差動機(jī) 構(gòu)中的超越離合器處于超越狀態(tài)。對照現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的有優(yōu)點(diǎn)是將傳統(tǒng)健身器械配重源的直線運(yùn)動改變成旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動，把克服重力的直線力改變?yōu)榭朔ぞ氐呐まD(zhuǎn)力，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)對健身器械運(yùn) 動部件的位置、速度、瞬時功率、人體能量的消耗進(jìn)行實時檢測，可以通過程序設(shè)置對不同 器械的不同要求進(jìn)行智能化動態(tài)的管理，有效地利用空間，實現(xiàn)以配重鐵為動力源的器械 所不能實現(xiàn)的具有動態(tài)過程、計算、存儲和顯示的功能。
四

圖1為本發(fā)明的機(jī)構(gòu)簡圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
五具體實施例方式結(jié)合附圖1、圖2對本發(fā)明實施例予以說明所述的一種智能電磁式健身器械阻 尼器，包括施力軸(1)、角位移編碼器(2)、計算機(jī)控制系統(tǒng)(3)、增速機(jī)構(gòu)(4)、輸入前半軸 (5)、前輸入齒輪(6)、前輸出齒輪(7)、輸出前半軸(8)、磁粉離合器(9)、輸出后半軸(10)、 后輸出齒輪(11)、電磁離合器(12)、回程電動機(jī)(13)、后輸入齒輪(14)、輸入后半軸(15)、 超越離合器(16)，行星增速機(jī)構(gòu)的低速軸為本發(fā)明的施力軸(1)，高速軸為為本發(fā)明差動 機(jī)構(gòu)的輸入前半軸(5)，它與一個由兩個不同速比的輸入齒輪副和輸出齒輪副及一個超越 離合器(16)組成的差動機(jī)構(gòu)相連接，差動機(jī)構(gòu)的輸入前半軸(5)與前輸入齒輪(6)固連并 與超越離合器(16)的半個單元連接，并向超越離合器(16)的另半個單元和與其相連接的 輸入后半軸(15)及后輸入齒輪(14)單向傳遞扭矩，差動機(jī)構(gòu)的輸出前半軸(8)與前輸出 齒輪⑵固連并與磁粉離合器(9)的一端連接，輸出后半軸(10)與后輸出齒輪(11)固連并 與磁粉離合器(9)的另一端連接同時通過電磁離合器(12)與回程電動機(jī)(13)相連，在施 力軸(1)或適當(dāng)位置設(shè)置一個角位移編碼器(2)為計算機(jī)控制系統(tǒng)提供位置信息，根據(jù)位 置信息和相應(yīng)的程序，通過計算機(jī)運(yùn)算后對各執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的指令，控制磁粉離合器 (9)激磁電流的變化、電磁離合器(12)的通斷、回程電動機(jī)(13)的即時轉(zhuǎn)速和啟動、停止。 回程電動機(jī)(13)驅(qū)動力的作用相當(dāng)于配重鐵回落時的重力，其轉(zhuǎn)向與施力方向相反，回程 電動機(jī)(13)的輸出轉(zhuǎn)矩通過電磁離合器(12)傳遞給后輸出齒輪(11)和磁粉離合器(9)的 一端，由磁粉離合器的(9)另一端傳遞給前輸出齒輪(7)，再由前輸入齒輪(7)傳遞給行星 增速機(jī)構(gòu)的高速軸，減速后傳遞到施力軸(1)，回程階段差動機(jī)構(gòu)中的超越離合器(16)處 于超越狀態(tài)。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，在此對其各部分的功用分別加以說明1、磁粉離合器
磁粉離合器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞扭矩的，具有激磁電流和傳遞扭矩基本成線性關(guān)系、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種多用 途性能優(yōu)越的自動控制元件，具有如下特點(diǎn)a、激磁電流與扭矩成線性關(guān)系磁粉制動器的扭矩跟激磁電流的大小基本成線性關(guān)系，通過改變激磁電流的大小 可以任意調(diào)節(jié)控制扭矩的大小。b、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速一扭矩特性當(dāng)激磁電流保持不變時，扭矩將會穩(wěn)定地傳遞，不會受到轉(zhuǎn)速變化的影響，只需要 調(diào)節(jié)激磁電流便能準(zhǔn)確地控制扭矩。C、控制功率小磁粉離合器是利用電磁效應(yīng)下的磁粉來傳遞扭矩的，可以用很小的電功率控制很 大的傳遞功率，很容易用電子線路和計算機(jī)控制。d、快速響應(yīng)特性磁粉離合器因其固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定了該種產(chǎn)品的無響應(yīng)時間、扭矩上升時間及 扭矩下降時間都極短，此特性決定了磁粉離合器可以應(yīng)用于需頻繁啟停、換向的應(yīng)用場合。利用磁粉離合器的特性可以實現(xiàn)通過調(diào)整激磁電流的方法控制所傳遞扭矩的大 小，同時磁粉離合器的即時激磁電流可以向計算機(jī)系統(tǒng)提供扭矩值。2、差動機(jī)構(gòu)根據(jù)磁粉離合器的特性，在理想狀態(tài)下只要確定了激磁電流就確定了磁粉離合器 所傳遞扭矩的大小，無論主動端和從動端之間的轉(zhuǎn)速如何變化，它們之間所傳遞的扭矩始 終是恒定的，這也是本發(fā)明利用的磁粉離合器最重要的一個特性。磁粉離合器在使用中有一個重要參數(shù)——滑差功率P P = M · η/9550P-滑差功率(KW)M-扭矩(N-M)η-滑差轉(zhuǎn)速(rpm)為了有效減小磁粉離合器的重量，只能使用小扭矩的磁粉離合器，將其安裝在高 速位置，若直接使用，其滑差功率將大大超過額定參數(shù)，參照圖1的差動機(jī)構(gòu)簡圖，其作用 就是可以有效降低磁粉離合器主動端和從動端之間的轉(zhuǎn)速差，合理選擇Zi、Z2、Z3、Z4之值便 可獲得一個理想的滑差轉(zhuǎn)速。3、超越離合器超越離合器具有單向傳動的功能，在I軸和II軸之間設(shè)置超越離合器的目的是用 于回程，當(dāng)回程電動機(jī)啟動后，H4將反轉(zhuǎn)，！^、 、叫、均反轉(zhuǎn)，此時IV軸的動力傳遞給III軸后 超越離合器進(jìn)入超越狀態(tài)不會向I軸傳遞動力，回程時的動力傳遞路線VIV軸一磁粉離 合器一II軸一I軸，所傳遞的扭矩大小直接由磁粉離合器控制。4、電磁離合器電磁離合器的用途是在施力時切斷與回程電機(jī)的連接。在回程時吸合使回程電機(jī) 反向施力(相當(dāng)于配重鐵的下落時對人所施加的力)。6、回程電動機(jī)
回程電動機(jī)作為回程動力源使用，伺服電動機(jī)具有比功率大的優(yōu)點(diǎn)同時便于實現(xiàn)數(shù)字化控制為最佳選擇，也可以其他電機(jī)代替。7、角位移編碼器角位移編碼器是本發(fā)明的重要傳感器件，它負(fù)責(zé)給計算機(jī)控制系統(tǒng)提供操作元件 (例如力臂或轉(zhuǎn)體腹斜肌訓(xùn)練器的轉(zhuǎn)軸等施力元件)的即時位置信息和角速度信息。8、計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)要完成下述基本任務(wù)(1)接受角位移編碼器的位置信息，確定磁粉離合器激磁電流啟動時間和啟動位 置；(2)接受角位移編碼器的位置信息，在動態(tài)過程中根據(jù)不同的訓(xùn)練器械的不同要 求，設(shè)定相應(yīng)程序為磁粉離合器提供動態(tài)的激磁電流，其作用相當(dāng)于傳統(tǒng)器械中變徑線盤 所起的作用；(3)接受角位移編碼器的位置和磁粉離合器激磁電流的變化量積分后，獲得作功 的累積量，通過顯示模塊告訴訓(xùn)練者所消耗的熱量；(4)通過角位移編碼器檢測的瞬時速度和磁粉離合器激磁電流的變化量，通過顯 示模塊告訴訓(xùn)練者瞬時所發(fā)出的功率是多少；(5)通過計算機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)置相應(yīng)程序回程時模仿重力加速度的效果；(6)接受角位移編碼器的位置信息控制電磁離合器的切開與吸合時間。
權(quán)利要求
一種智能電磁式健身器械阻尼器，其特征在于利用磁粉離合器所具備的傳遞扭矩大小與激磁電流成正比的線性關(guān)系而與其滑差速度無關(guān)的特性，由角位移編碼器為計算機(jī)控制系統(tǒng)提供的位置信息或人工調(diào)節(jié)的方式控制磁粉離合器激磁電流的變化來控制其產(chǎn)生滑差扭矩大小的方法來改變運(yùn)動阻力的大小，通過由行星輪系或其他任何方式構(gòu)成的增速機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)速以降低所用磁粉離合器的許用扭矩傳遞值，磁粉離合器的輸入和輸出端與由兩個不同速比的齒輪副組成的差動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差的兩齒輪分別連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能電磁式健身器械阻尼器，其特征在于增速機(jī)構(gòu)的 低速軸為本發(fā)明的施力軸，高速軸為為本發(fā)明差動機(jī)構(gòu)的輸入前半軸，它與一個由兩個不 同速比的輸入齒輪副和輸出齒輪副及一個超越離合器組成的差動機(jī)構(gòu)相連接，差動機(jī)構(gòu)的 輸入前半軸與前輸入齒輪固連并與超越離合器的半個單元連接，并向超越離合器的另半個 單元和與其相連接的輸入后半軸及后輸入齒輪單向傳遞扭矩，差動機(jī)構(gòu)的輸出前半軸與前 輸出齒輪固連并與磁粉離合器的一端連接，輸出后半軸與后輸出齒輪固連并與磁粉離合器 的另一端連接同時通過電磁離合器與回程電動機(jī)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能電磁式健身器械阻尼器，其特征在于在施力軸或 適當(dāng)位置設(shè)置一個角位移編碼器為計算機(jī)控制系統(tǒng)提供位置信息，根據(jù)位置信息和相應(yīng)的 程序，通過計算機(jī)運(yùn)算后對各執(zhí)行元件發(fā)出相應(yīng)的指令，控制磁粉離合器激磁電流的變化、 電磁離合器的通斷、回程電動機(jī)的即時轉(zhuǎn)速和啟動、停止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能電磁式健身器械阻尼器，其特征在于回程電動機(jī) 驅(qū)動力的作用相當(dāng)于配重鐵回落時的重力，其轉(zhuǎn)向與施力方向相反，回程電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn) 矩通過電磁離合器傳遞給后輸出齒輪和磁粉離合器的一端，由磁粉離合器的另一端傳遞給 前輸出齒輪，再由前輸入齒輪傳遞給增速機(jī)構(gòu)的高速軸，減速后傳遞到施力軸，回程階段差 動機(jī)構(gòu)中的超越離合器處于超越狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種智能電磁式健身器械阻尼器，用以取代現(xiàn)有的配重鐵，利用磁粉離合器所具備的傳遞扭矩大小與激磁電流成正比的線性關(guān)系而與其滑差速度無關(guān)的特性，通過控制激磁電流來控制其產(chǎn)生滑差扭矩大小的方法來改變運(yùn)動阻力的大小，由行星輪系構(gòu)成的增速機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)速以降低所用磁粉離合器的許用扭矩傳遞值，磁粉離合器的輸入和輸出端與由兩個不同速比的齒輪副組成的差動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差的兩齒輪分別連接以獲得較小的滑差速度降低滑差功率，將傳統(tǒng)健身器械配重源的直線運(yùn)動改變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)對健身器械進(jìn)行實時檢測，通過程序設(shè)置對不同器械的不同要求進(jìn)行動態(tài)的管理。
文檔編號A63B24/00GK101810925SQ20091000934
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月19日
發(fā)明者邵培森 申請人:楊華平