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(dòng)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(guó)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(duì)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(lái)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(dòng)，其所占用的垂直空間較大，因此配重源只能作為 一個(gè)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(xiàng)目不同，其運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度也不同，如果統(tǒng)一配重源則只能依照最大 行程設(shè)計(jì)，對(duì)于小行程的器械就會(huì)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(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)整和動(dòng)態(tài)變化的功能；④由于是純機(jī)械結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)智能化控制；⑤在配重鐵回落時(shí)會(huì)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(shí)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(dòng)態(tài)調(diào)整訓(xùn)練力量大小，用旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)代替直線運(yùn)動(dòng)的方法，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)健身器械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度、瞬時(shí)功 率、人體能量的消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以通過(guò)程序設(shè)置對(duì)不同器械的不同要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的 管理，具有運(yùn)算、信息存儲(chǔ)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(wèn)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(wú)關(guān)的特性，通過(guò)控制磁粉離合器激磁電流的大小來(lái)控制其產(chǎn)生 滑差扭矩大小的方法來(lái)改變運(yùn)動(dòng)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(gè)不同速比的齒輪 副組成的差動(dòng)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(gè)由兩個(gè)不同速比的輸入齒輪副和輸出齒輪副及一個(gè)超越離合器組成 的差動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，差動(dòng)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(gè)單元 連接，并向超越離合器的另半個(gè)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(dòng)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(shí)通過(guò)電磁離合器與回程電動(dòng)機(jī)相連，在施力軸或適當(dāng)位置設(shè)置一個(gè)角位移編碼器為計(jì)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(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后對(duì)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(dòng)機(jī)的即時(shí)轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)、停止。回程電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力的 作用相當(dāng)于配重鐵回落時(shí)的重力，其轉(zhuǎn)向與施力方向相反，回程電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)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(dòng)機(jī) 構(gòu)中的超越離合器處于超越狀態(tài)。對(duì)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(dòng)改變成旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，把克服重力的直線力改變?yōu)榭朔ぞ氐呐まD(zhuǎn)力，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)健身器械運(yùn) 動(dòng)部件的位置、速度、瞬時(shí)功率、人體能量的消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，可以通過(guò)程序設(shè)置對(duì)不同 器械的不同要求進(jìn)行智能化動(dòng)態(tài)的管理，有效地利用空間，實(shí)現(xiàn)以配重鐵為動(dòng)力源的器械 所不能實(shí)現(xiàn)的具有動(dòng)態(tài)過(guò)程、計(jì)算、存儲(chǔ)和顯示的功能。
四

圖1為本發(fā)明的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。
五具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖1、圖2對(duì)本發(fā)明實(shí)施例予以說(shuō)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(jì)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(dòng)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(dòng) 機(jī)構(gòu)的輸入前半軸(5)，它與一個(gè)由兩個(gè)不同速比的輸入齒輪副和輸出齒輪副及一個(gè)超越 離合器(16)組成的差動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，差動(dòng)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(gè)單元連接，并向超越離合器(16)的另半個(gè)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(dòng)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(shí)通過(guò)電磁離合器(12)與回程電動(dòng)機(jī)(13)相連，在施 力軸(1)或適當(dāng)位置設(shè)置一個(gè)角位移編碼器(2)為計(jì)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(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后對(duì)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(dòng)機(jī)(13)的即時(shí)轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)、停止。 回程電動(dòng)機(jī)(13)驅(qū)動(dòng)力的作用相當(dāng)于配重鐵回落時(shí)的重力，其轉(zhuǎn)向與施力方向相反，回程 電動(dòng)機(jī)(13)的輸出轉(zhuǎn)矩通過(guò)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(dòng)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(shuō)明本發(fā)明，在此對(duì)其各部分的功用分別加以說(shuō)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(lái)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(jiǎn)單、無(wú)沖擊、無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是一種多用 途性能優(yōu)越的自動(dòng)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(dòng)器的扭矩跟激磁電流的大小基本成線性關(guān)系，通過(guò)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(shí)，扭矩將會(huì)穩(wěn)定地傳遞，不會(huì)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(lái)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(jì)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(wú)響應(yīng)時(shí)間、扭矩上升時(shí)間及 扭矩下降時(shí)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(chǎng)合。利用磁粉離合器的特性可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)調(diào)整激磁電流的方法控制所傳遞扭矩的大 小，同時(shí)磁粉離合器的即時(shí)激磁電流可以向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供扭矩值。2、差動(dòng)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(wú)論主動(dòng)端和從動(dòng)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(gè)特性。磁粉離合器在使用中有一個(gè)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(guò)額定參數(shù)，參照?qǐng)D1的差動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其作用 就是可以有效降低磁粉離合器主動(dòng)端和從動(dòng)端之間的轉(zhuǎn)速差，合理選擇Zi、Z2、Z3、Z4之值便 可獲得一個(gè)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(dòng)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，H4將反轉(zhuǎn)，！^、 、叫、均反轉(zhuǎn)，此時(shí)IV軸的動(dòng)力傳遞給III軸后 超越離合器進(jìn)入超越狀態(tài)不會(huì)向I軸傳遞動(dòng)力，回程時(shí)的動(dòng)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(shí)切斷與回程電機(jī)的連接。在回程時(shí)吸合使回程電機(jī) 反向施力(相當(dāng)于配重鐵的下落時(shí)對(duì)人所施加的力)。6、回程電動(dòng)機(jī)
回程電動(dòng)機(jī)作為回程動(dòng)力源使用，伺服電動(dòng)機(jī)具有比功率大的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)便于實(shí)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(jì)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(shí)位置信息和角速度信息。8、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)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(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)位 置；(2)接受角位移編碼器的位置信息，在動(dòng)態(tài)過(guò)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?yàn)榇欧垭x合器提供動(dòng)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(guò)顯示模塊告訴訓(xùn)練者所消耗的熱量；(4)通過(guò)角位移編碼器檢測(cè)的瞬時(shí)速度和磁粉離合器激磁電流的變化量，通過(guò)顯 示模塊告訴訓(xùn)練者瞬時(shí)所發(fā)出的功率是多少；(5)通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)置相應(yīng)程序回程時(shí)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(shí)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(wú)關(guān)的特性，由角位移編碼器為計(jì)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(lái)控制其產(chǎn)生滑差扭矩大小的方法來(lái)改變運(yùn)動(dòng)阻力的大小，通過(guò)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(gè)不同速比的齒輪副組成的差動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)的輸入前半軸，它與一個(gè)由兩個(gè)不 同速比的輸入齒輪副和輸出齒輪副及一個(gè)超越離合器組成的差動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，差動(dòng)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(gè)單元連接，并向超越離合器的另半個(gè) 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(dòng)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(shí)通過(guò)電磁離合器與回程電動(dòng)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(gè)角位移編碼器為計(jì)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(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算后對(duì)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(dòng)機(jī)的即時(shí)轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)、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(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)力的作用相當(dāng)于配重鐵回落時(shí)的重力，其轉(zhuǎn)向與施力方向相反，回程電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn) 矩通過(guò)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(dòng)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(wú)關(guān)的特性，通過(guò)控制激磁電流來(lái)控制其產(chǎn)生滑差扭矩大小的方法來(lái)改變運(yùn)動(dòng)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(gè)不同速比的齒輪副組成的差動(dòng)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(dòng)改變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)健身器械進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)程序設(shè)置對(duì)不同器械的不同要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的管理。
文檔編號(hào)A63B24/00GK101810925SQ20091000934
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)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(qǐng)人:楊華平