專利名稱：電動健身器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動健身器，它既可以用于四肢和骨骼肌的主動鍛煉、被動鍛煉、也可用于兩者結(jié)合的鍛煉。在本文中，“主動”是指使用者用四肢來克服健身器預(yù)先設(shè)置的運(yùn)動阻力；“被動”是指健身器自身作為一個推動器，使用者四肢隨它而運(yùn)動；而“結(jié)合”是指電力能量和肌肉能量的結(jié)合和相互作用。
人的日?；顒有枰鰟幼鳌幼鞯恼{(diào)控需要神經(jīng)系統(tǒng)、肌肉系統(tǒng)和骨骼系統(tǒng)之間的配合。肌肉和骨骼系統(tǒng)之間存在一種非常緊密的聯(lián)系，對正常功能而言，需要滑液關(guān)節(jié)和它們周圍的軟組織(肌肉、韌帶和結(jié)締組織)的全范圍的運(yùn)動，也需要肌肉的力量和耐力。人的日?；顒有枰】档捏w質(zhì)、這也體現(xiàn)在一個健康的心血管系統(tǒng)上。
為了提高和增強(qiáng)全面的體質(zhì)(心血管系統(tǒng))，每天必須活動各大肌群15-45分鐘。
為了滿足功能上要求，需要一種既能提供被動運(yùn)動部件又能提供主動運(yùn)動部件的模式。被動運(yùn)動應(yīng)該具有各種不同的速度同時又可以保證運(yùn)動關(guān)節(jié)的安全性。主動運(yùn)動需要分級使用不同的肌群。結(jié)合運(yùn)動則應(yīng)可以使能力循序漸進(jìn)地、可以控制地提高。
本發(fā)明提供一種可循序漸進(jìn)地增強(qiáng)體質(zhì)的電動健身器。使用者可以從下肢或上肢適度的“被動性的”(電動的)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動開始，通過“結(jié)合性”(電動加身體動作)的運(yùn)動，逐漸達(dá)到“主動性的”(身體動作，有氧代謝式)的運(yùn)動，可以向前或向后，可以采用任何坐姿或臥姿。范圍很寬的練習(xí)規(guī)模(被動-結(jié)合-主動)可以為醫(yī)療和一般性的目的提供多種鍛煉選擇來滿足各種不同的體育鍛煉的需要。由此可以相應(yīng)地制定可控制的個人健身計(jì)劃。
被動模式是依靠電動操作。由馬達(dá)帶動使用者的下肢或上肢(各自或兩者一起)，以受控速度向前或向后運(yùn)動。
結(jié)合模式有助于電動(被動)和身體運(yùn)動(主動)模式的結(jié)合，以此來使馬達(dá)“加速”(在一定程度的肌肉的支持下)或“減速”(依靠一定程度的肌肉的阻力)，這可以根據(jù)一個人所要求的努力程度、能夠或愿意投入的程度來定。
主動模式是依靠體能(有氧代謝式的)輸入。使用者推動馬達(dá)，使其象一個發(fā)電機(jī)一樣向前或向后旋轉(zhuǎn)，在兩個方向上承受可控制的阻力。
兩種模式之間的切換，向前或向后的切換，使用者可以根據(jù)自己的需要、能力和舒適程度來調(diào)控。
在練習(xí)時，使用者可以從事另一項(xiàng)活動，如看電視，閱讀等。
為了鍛煉上肢，使用者可以坐在地板上，也可以將器械抬到桌子上，使用者可坐在椅子上。
根據(jù)本發(fā)明的健身器旨在用于家庭和診所居家使用時，可供希望保持或希望循序漸進(jìn)地增強(qiáng)肌肉力量、耐力和綜合素質(zhì)的健康人用做健身器。肌肉的主動性鍛煉與被動性鍛煉交替運(yùn)用可以大大加速排泄肌肉中的某些代謝廢物，這些廢物的存在是肌肉疲勞的主要原因。
在診所使用時，可供要求被動、結(jié)合或主動運(yùn)動的身體有損傷的人使用此健身器可用于一般地維持或改變功能、理療，特別是可用于康復(fù)過程。
機(jī)械健身機(jī)及電動健身器已廣為人知。下面是一些常用的類型C.P.M.—被動性地活動關(guān)節(jié)，主要用于治療疼痛和矯形出現(xiàn)的慢性問題。這種設(shè)備昂貴并且很重。
固定自行車-測功計(jì)用于增強(qiáng)腿部肌肉的力量和改善心肺耐力。它沒有被動性部件，但有一個飛輪，其結(jié)構(gòu)龐大，并且騎坐很不舒服。
中運(yùn)機(jī)(Moto-Med(Reck))—只允許做基本上是被動性的運(yùn)動，既可以向前也可以向后?，F(xiàn)有兩種型號aRF-11，一種大型裝置，適合用在醫(yī)院和診所；及bPico，針對個人使用。主要部分重25公斤，僅允許腿部做被動性運(yùn)動。
美國專利5,071,117號公開了一種可折疊的電動器械，它既可以用作被動推動器，也可以用作主動健身器。這種器械的水平的確優(yōu)于上述的幾種裝置，因?yàn)樗粌H有兩種模式，而且重量輕，但它有一個明顯的不足之處，就是它的主要用來使蹬踏平滑均勻的飛輪是直接安裝在永磁直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的自由端。這種電機(jī)的高性能主要是由于在轉(zhuǎn)子和定子之間有一個極其微小的空氣間隙(大約0.1毫米)。如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高時(3000-5000轉(zhuǎn)/每分鐘)，不可避免地產(chǎn)生振動，在相對短的時間內(nèi)有可能使飛輪轉(zhuǎn)子一端安裝于其中的軸套產(chǎn)生磨損，由此影響間隙的均勻度，對電機(jī)的性能會產(chǎn)生不利的影響。
本發(fā)明的目的之一是提供一種電動健身器，只要輕輕按動開關(guān)它就可以實(shí)現(xiàn)前述的三種模式中的任何一種的操作。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種電動健身器，其中的飛輪在構(gòu)造上與轉(zhuǎn)子分開，從而轉(zhuǎn)子可以免受由飛輪所產(chǎn)生的振動的影響。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可通過提供如下的電動健身器而實(shí)現(xiàn)。該健身器的構(gòu)成包括一個支撐架，它包括至少一個構(gòu)件并且可以在支撐平面上安裝；一個電動馬達(dá)-發(fā)電機(jī)，它可以運(yùn)轉(zhuǎn)于第一種模式，在這種模式中它用作發(fā)電機(jī)，可吸收上述器械的使用者的肌肉能量，并將上述肌肉能量轉(zhuǎn)化為可以轉(zhuǎn)化為其他形式能量的電能，它還可以運(yùn)轉(zhuǎn)于第二種模式，在這種模式中上述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)用作一個推動器，從電源獲得電能并運(yùn)轉(zhuǎn)，由此鍛煉上述使用者的四肢，它還可以運(yùn)轉(zhuǎn)于第三種模式，在這種模式中，上述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)作為一個推動器運(yùn)轉(zhuǎn)，它將使用者的肌肉能量和電能結(jié)合起來而使上述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)加速或減速；一個第一開關(guān)裝置，用來在第一種模式和第二種模式之間切換；一個第二開關(guān)裝置，用來在上述第二種模式和第三種模式之間切換；一個第一調(diào)節(jié)裝置，用來調(diào)節(jié)在上述第一種模式中由上述使用者所消耗的能量；一個第二調(diào)節(jié)裝置，用來在上述第二或第三種模式中調(diào)整上述馬達(dá)的速度；一個變速裝置，它包括至少兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，在上述被動和結(jié)合模式中，用于降低上述用做推動器的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的輸出速度，以及在上述主動模式中，增加上述用做發(fā)電機(jī)的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的輸入速度；一個飛輪裝置，它固定安裝于上述的至少兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中的一個之上；及一個蹬踏裝置，它連接到上述變速裝置上，可以通過上述使用者的四肢來推動或推動使用者的四肢。
下面參考后面的示圖，結(jié)合一些最佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述，以便更充分地理解本發(fā)明。
具體參考詳細(xì)的圖示，可以強(qiáng)調(diào)指出所示的特例僅僅是一個示例，并且僅僅是作為示例討論本發(fā)明的最佳實(shí)施例，這樣做是為了提供據(jù)信是對本發(fā)明原則和概念方面的描述最有用的和最容易理解的內(nèi)容。在這方面，并不想超出理解本發(fā)明的基本內(nèi)容來顯示本發(fā)明更多的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，而熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人從結(jié)合附圖所做的描述可以清楚地知道本發(fā)明的幾種形式在實(shí)際中如何實(shí)施。
附圖簡介

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個可折疊的健身器實(shí)施例的總圖，已安裝有圖3b中所示的電力驅(qū)動裝置。
圖2是圖1實(shí)施例處于折疊狀態(tài)。
圖3a和3b示出根據(jù)本發(fā)明的電力驅(qū)動裝置以及其中的蝸輪整體，同時還示出飛輪的兩個可選位置。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的固定式健身器的總圖，有待安裝圖3a或3b中所示的電力驅(qū)動裝置。
圖5是健身器控制面板的電路圖，而圖6是健身器的控制面板。
參考附圖，圖1和4示出兩種類型的電動健身器可折疊的和固定的。每一種類型都可選擇圖3a和圖3b中的一種進(jìn)行安裝。
在圖1和圖2所示的實(shí)施例中，可以看到有兩個管狀的構(gòu)架2和4，它們通過一個樞軸6用鉸鏈彼此相互連接。兩個部件之間的角度是確定的并由一個帶槽的連桿10及緊固螺栓8來限定。當(dāng)折疊起來準(zhǔn)備儲藏或運(yùn)輸時，兩個部件2和4幾乎平行。在它們的最底部，部件2和4配裝有橫桿12，并帶有塑料或橡膠的端帽14。這些橫桿構(gòu)成了健身器在未折疊狀態(tài)下的支撐足，它們有足夠的長度可以提供充分的穩(wěn)定度。為了連接圖6的控制面板，將兩個電源插座16從端帽14的頭上裝進(jìn)每一個橫桿。所有通到電力驅(qū)動裝置單元的導(dǎo)線都在橫桿12和構(gòu)架部件2，4的內(nèi)部。手柄82是用于運(yùn)輸和抬起健身器。
一個電力驅(qū)動單元18固定安裝在構(gòu)架部件4偏下的部分。如圖3a和3b所示，驅(qū)動單元18可以有兩種，它們的不同在于飛輪28、32的安裝位置。為了圖示說明，圖1是按照圖3b裝配的。
該單元的主要部件是圖3a詳細(xì)顯示的一個低壓、永磁直流馬達(dá)-發(fā)電機(jī)20，從圖中可以看到它是固定安裝在蝸輪蝸桿23的外罩22上，蝸輪蝸桿包括蝸桿24和蝸輪25。
蝸桿24的一端接轉(zhuǎn)子(未畫出)，另一端接飛輪28。飛輪28是一個小的圓柱體(100-200克)，它以一旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)(3000-5000轉(zhuǎn)/每分鐘)，因此有足夠的儲存動能的能力，從而保證無顛簸起伏的蹬踏動作。
飛輪28的不可避免的振動由支撐蝸桿24的滾珠軸承26吸收。這樣可以保護(hù)轉(zhuǎn)子免受飛輪振動容易造成的損害并確保平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖3b所示的是保護(hù)轉(zhuǎn)子的第二種方法。這里，飛輪32的振動同樣被滾珠軸承(未畫出)所吸收，軸承支撐著安裝飛輪32和小齒輪36的輸出軸34。在圖3b所示的這種實(shí)施形式中，飛輪32固定在輸出軸34上，也就是說，是在第一步減速之后。因此它的速度較低，直徑和質(zhì)量略大(300-400克)。
蝸輪23的輸出部件是一個小齒輪36，它同一個內(nèi)齒輪38相嚙合，內(nèi)齒輪38固定連接到踏板曲柄30中的一個。內(nèi)齒輪38不僅增加了裝置的緊密度，而且由于其工作面及與小齒輪36的嚙合點(diǎn)都朝向里面并被罩住，即與使用者的四肢隔開，因而提高了安全性。
值得注意的是蝸桿24的前置角必須足夠大，才能使蝸輪可逆轉(zhuǎn)動，即不僅蝸桿24可以驅(qū)動蝸輪25，而且蝸輪必須也能驅(qū)動蝸桿。標(biāo)準(zhǔn)的蝸輪蝸桿不是這樣，它們大多數(shù)是自鎖的，也即蝸輪不能驅(qū)動蝸桿。正是這種特點(diǎn)，使根據(jù)本發(fā)明的健身器可以有三種鍛煉形式主動形式、被動形式和結(jié)合形式。
主動鍛煉時，使用者借助踏板和蝸輪25，驅(qū)動馬達(dá)20，馬達(dá)20此時是一臺發(fā)電機(jī)，蝸輪蝸桿23是一個增速器。使用者的肌肉能量通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，并通過功率晶體管60或68(圖5)以熱量的形式消耗掉。發(fā)電機(jī)的制動作用不受蹬踏方向(向前或向后)的影響。但向后蹬踏影響另一肌群。改變上面提到的功率晶體管的電導(dǎo)率就可以改變使用者的用力程度。
被動鍛煉時，馬達(dá)-發(fā)電機(jī)20作為馬達(dá)工作，它轉(zhuǎn)動踏板從而推動使用者的肢體，而蝸輪蝸桿23現(xiàn)在則作為減速器。通過改變供給馬達(dá)的電壓，可以改變踏板速度，并且通過扳動開關(guān)56(圖5)，使供給馬達(dá)20的直流電壓的正負(fù)極反轉(zhuǎn)，可以變成后踏。電路使用的是交流電源。
圖3a的實(shí)施例可以配裝到圖1所示的可折疊的電動健身器中，或圖4所示的固定式電動健身器中。配裝到圖1的實(shí)施例時，飛輪28上要加上一個安全帽(未畫出)。
圖4顯示的是一個固定的，非折疊型的電動健身器。健身器的基座由兩根平行管狀構(gòu)件40組成，并同兩個構(gòu)件42相連。一個做成弧形的構(gòu)件(未畫出)跨在構(gòu)件42上并且還可以當(dāng)做把手46使用。另外，無論是圖3a的類型還是圖3b的類型，弧形構(gòu)件還可作為驅(qū)動單元18的附屬裝置使用。一個輕質(zhì)的外殼48既美觀又有安全作用。橡膠或塑料端帽50用來確保健身器在操作時的穩(wěn)定。每個構(gòu)件40上的插座52可以就近使圖6的控制板接電供使用者操作。
圖5所示的是健身器的電路，最好是數(shù)字的，這一點(diǎn)將結(jié)合圖6進(jìn)行解釋?？刂圃ㄘ?fù)載調(diào)節(jié)器72，速度調(diào)節(jié)器74，三個乒乓開關(guān)54、56、57，以及一個計(jì)量表62。通過調(diào)節(jié)電位器64或70，負(fù)載調(diào)節(jié)器72可以改變功率晶體管60或68的電導(dǎo)率并在主動鍛煉模式下調(diào)控發(fā)電機(jī)20的制動作用。在主動模式下，分別向前或向后，就可以通過二極管58或66將每個功率晶體管60或68自動接通。
速度調(diào)節(jié)器74是一個變阻器，在被動模式下，它可以改變供給整流器78的變壓器76的原邊電壓，整流器78則為馬達(dá)20提供直流電。
乒乓開關(guān)54的作用是在主動鍛煉模式和被動鍛煉模式之間切換。在圖5的示意圖中，電路是按照主動模式位置畫出的，發(fā)電機(jī)20的電源已被切斷。
極性變更乒乓開關(guān)56有兩個位置F是指“向前”，B是指“向后”，并且在被動模式和結(jié)合模式下，它確定蹬踏的方向。
乒乓開關(guān)57的作用是從被動模式切換到結(jié)合模式，及進(jìn)行其逆切換。
圖6示出的是控制板80，它可以放置在使用者伸手可及的范圍內(nèi)的任何方便位置，如桌上，甚或地板上。
圖6示出負(fù)載調(diào)節(jié)器72，速度調(diào)節(jié)器74，乒乓開關(guān)54、56及57，和計(jì)量表62。后者最好是數(shù)字計(jì)量表，并有一個上三位數(shù)字區(qū)用“轉(zhuǎn)/每分鐘”顯示速度，還有一個下三位數(shù)字區(qū)用“瓦”顯示使用者的用力程度。
就治療而言，在結(jié)合模式C下，最好是從被動模式開始，將乒乓開關(guān)54和57撥到“P”的位置。此時，乒乓開關(guān)57撥到“C”。這樣，在“P”模式下應(yīng)分別顯示每分鐘轉(zhuǎn)速和功率瓦數(shù)的上區(qū)和下區(qū)會變暗并開始示出Δ(rpm)(轉(zhuǎn)速差)和ΔW(瓦數(shù)差)，也就是在前面的被動模式下所讀出的轉(zhuǎn)速(rpm)和功率瓦數(shù)(watt)與在結(jié)合模式下起始時的速度和功率之差，這個差值由一個，例如，微處理器63計(jì)算出來。各讀數(shù)前還帶有+或-號，這取決于在結(jié)合模式下馬達(dá)是受到了抗力(速度為-，功率瓦數(shù)為+)或是助力(速度為+，功率瓦數(shù)為-)。
根據(jù)本發(fā)明的健身器的任選附件可包括一個計(jì)時器，用來在預(yù)先設(shè)定的時間間隔結(jié)束后產(chǎn)生一個聲音或光學(xué)信號；一個轉(zhuǎn)速表或頻閃觀測盤(和熒光照明一起使用)用做標(biāo)定器。計(jì)時器還可以帶有一個編程器來控制阻力大小。由此，使用者可以調(diào)節(jié)身體的用力，并有意識地保持負(fù)載恒定，而與蹬踏的速度無關(guān)。
很顯然，對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員，本發(fā)明并不限于在前面實(shí)施例中所述的細(xì)節(jié)，而且在不背離其基本性質(zhì)和精神的情況下，本發(fā)明還可以用其它具體形式實(shí)施。因此，本實(shí)施例的各個方面都應(yīng)考慮是示例而非限制，而發(fā)明的范圍則由附帶的權(quán)利要求書來示出而不是根據(jù)前述的解釋，因此所有隨之而帶來的，在權(quán)利要求的等效范圍和意義上的改變都應(yīng)包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動健身器，包括一個支撐架，它包括至少一個構(gòu)件并且可以在支撐平面上安裝；一個電動馬達(dá)-發(fā)電機(jī)，它可以運(yùn)轉(zhuǎn)于第一種模式，在這種模式中它用作發(fā)電機(jī)，可吸收上述器械的使用者的肌肉能量，并將上述肌肉能量轉(zhuǎn)化為可以轉(zhuǎn)化為其他形式能量的電能，它還可以運(yùn)轉(zhuǎn)于第二種模式，在這種模式中上述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)用作一個推動器，從電源獲得電能并運(yùn)轉(zhuǎn)，由此鍛煉上述使用者的四肢，它還可以運(yùn)轉(zhuǎn)于第三種模式，在這種模式中，上述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)作為一個推動器運(yùn)轉(zhuǎn)，它將使用者的肌肉能量和電能結(jié)合起來而使上述馬達(dá)-發(fā)電機(jī)加速或減速；第一開關(guān)裝置，用來在上述第一種模式和上述第二種模式之間切換；第二開關(guān)裝置，用來在上述第二種模式和上述第三種模式之間切換；第一調(diào)節(jié)裝置，用來調(diào)節(jié)在上述第一種模式中由上述使用者所消耗的能量；第二調(diào)節(jié)裝置，用來在上述第二或第三種模式中調(diào)節(jié)上述馬達(dá)的速度；變速裝置，它包括至少兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，在上述被動和結(jié)合模式中，用于降低上述用做推動器的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的輸出速度，并在上述主動模式中，增加上述用做發(fā)電機(jī)的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的輸入速度；飛輪裝置，它固定安裝于上述的至少兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件中的一個之上；以及一個蹬踏裝置，它連接到上述變速裝置上，可以通過上述使用者的四肢來推動或推動使用者的四肢。
2.如權(quán)利要求1所述的健身器，其中上述支撐架是可折疊的，并包括兩個用鉸鏈彼此相互連接起來的管狀的部件。
3.如權(quán)利要求1所述的健身器，其中上述支撐架是固定支撐架。
4.如權(quán)利要求1所述的健身器，其中上述變速裝置包括一個固定連接到上述馬達(dá)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上的蝸桿；一個與上述蝸桿相嚙合的蝸輪；一個用鍵固定在上述蝸輪的軸上的小齒輪，以及一個同上述小齒輪相嚙合，并固定到一個活動連接在上述蹬踏軸上的蹬踏部件上的齒輪。
5.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動裝置，其中上述的齒輪是一個內(nèi)齒輪。
6.如權(quán)利要求1所述的健身器，其中上述的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)是一個直流馬達(dá)，其中上述的變速裝置是一個蝸輪副，它包括一個與一個蝸輪相嚙合的蝸桿，上述蝸桿有一個前置角，這樣上述馬達(dá)通過上述蝸桿可以如同被上述蝸輪通過上述蝸桿驅(qū)動一樣充分有效地驅(qū)動上述蝸輪。
7.如權(quán)利要求1所述的健身器，還包括一個第三開關(guān)裝置用于在上述第二或第三操作模式中反轉(zhuǎn)上述馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向。
8.如權(quán)利要求1所述的健身器，還包括以絕對單位測量蹬踏時的用力程度和能量消耗的計(jì)量表。
全文摘要
一種電動健身器,包括一個支撐架;一個馬達(dá)－發(fā)電機(jī);一個第一開關(guān)裝置用于在第一模式和第二模式間切換;一個第二開關(guān)裝置用于在第二模式和第三模式間切換;一個第一調(diào)節(jié)裝置用來在第一種模式時調(diào)節(jié)使用者所耗費(fèi)的能量;一個第二調(diào)節(jié)裝置用來在第二和第三種模式時調(diào)節(jié)馬達(dá)的速度;一個變速裝置;一個飛輪裝置;以及一個蹬踏裝置。
文檔編號A63B23/035GK1198355SQ9711470
公開日1998年11月11日 申請日期1997年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月7日
發(fā)明者埃德沃德·馬斯托夫, 葉赫基爾·茂特那 申請人:普魯派爾兩合公司