專利名稱：智能電磁式健身器械阻尼器的制作方法
技術領域：
本發明是智能電磁式健身器械阻尼器，它屬于健身運動器材技術領域。
背景技術：
力量型健身器械主要由操作機構和配重機構兩大部分組成，操作機構根據所訓練的肌肉位置不同有其各自相應的特殊結構，而配重機構在系列產品中大都是基本相同的， 目前國內外傳統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 進行訓練，其力量的大小靠改變配重鐵的數量來進行調整，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運動，其所占用的垂直空間較大，因此配重源只能作為 一個獨立的單元安置在特定的位置，使器械的占地面積較大；②訓練的項目不同，其運動軌跡的長度也不同，如果統一配重源則只能依照最大 行程設計，對于小行程的器械就會產生多余空行程，造成材料的浪費；③力量的大小不具備無級連續調整和動態變化的功能；④由于是純機械結構難以實現智能化控制；⑤在配重鐵回落時會出現撞擊，產生極大的噪音，尤其是當提拉鋼絲繩或連接件 破斷時配重鐵失控墜落將器械砸壞，甚至發生事故。
發明內容
本發明的目的是提出一種利用電磁效應能夠進行動態調整訓練力量大小，用旋轉 運動代替直線運動的方法，采用計算機控制系統對健身器械運動部件的位置、速度、瞬時功 率、人體能量的消耗進行實時檢測，可以通過程序設置對不同器械的不同要求進行動態的 管理，具有運算、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，用以取代現有 的配重鐵。解決本發明技術問題所采用的技術方案是所述的本發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 線性關系而與其滑差速度無關的特性，通過控制磁粉離合器激磁電流的大小來控制其產生 滑差扭矩大小的方法來改變運動阻力的大小，由行星輪系構成的增速機構提高轉速以降低 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 副組成的差動機構中產生轉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構的低速軸為本發明的施力軸，高速軸為為本發明的 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 的差動機構相連接，差動機構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，差動機構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相連，在施力軸或適當位置設置一個角位移編碼器為計算機控制系統提供位置信息，根據位置信息和相應的程序，通過計算機運算后對各執行元件發出相應的指令，控制磁粉離合器激磁電 流的變化、電磁離合器的通斷、回程電動機的即時轉速和啟動、停止。回程電動機驅動力的 作用相當于配重鐵回落時的重力，其轉向與施力方向相反，回程電動機的輸出轉矩通過電 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構的高速軸，減速后傳遞到施力軸，回程階段差動機 構中的超越離合器處于超越狀態。對照現有技術本發明的有優點是將傳統健身器械配重源的直線運動改變成旋轉 運動，把克服重力的直線力改變為克服扭矩的扭轉力，采用計算機控制系統對健身器械運 動部件的位置、速度、瞬時功率、人體能量的消耗進行實時檢測，可以通過程序設置對不同 器械的不同要求進行智能化動態的管理，有效地利用空間，實現以配重鐵為動力源的器械 所不能實現的具有動態過程、計算、存儲和顯示的功能。
四
圖1為本發明的機構簡圖。圖2為本發明的結構圖。
五具體實施例方式結合附圖1、圖2對本發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)、計算機控制系統(3)、增速機構(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(13)、后輸入齒輪(14)、輸入后半軸(15)、 超越離合器(16)，行星增速機構的低速軸為本發明的施力軸(1)，高速軸為為本發明差動 機構的輸入前半軸(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)組成的差動機構相連接，差動機構的輸入前半軸(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，差動機構的輸出前半軸(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(13)相連，在施 力軸(1)或適當位置設置一個角位移編碼器(2)為計算機控制系統提供位置信息，根據位 置信息和相應的程序，通過計算機運算后對各執行元件發出相應的指令，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(13)的即時轉速和啟動、停止。 回程電動機(13)驅動力的作用相當于配重鐵回落時的重力，其轉向與施力方向相反，回程 電動機(13)的輸出轉矩通過電磁離合器(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 增速機構的高速軸，減速后傳遞到施力軸(1)，回程階段差動機構中的超越離合器(16)處 于超越狀態。為了進一步說明本發明，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系、響應速度快、結構簡單、無沖擊、無振動、無噪音、無污染等優點，是一種多用 途性能優越的自動控制元件，具有如下特點a、激磁電流與扭矩成線性關系磁粉制動器的扭矩跟激磁電流的大小基本成線性關系，通過改變激磁電流的大小 可以任意調節控制扭矩的大小。b、穩定的轉速一扭矩特性當激磁電流保持不變時，扭矩將會穩定地傳遞，不會受到轉速變化的影響，只需要 調節激磁電流便能準確地控制扭矩。C、控制功率小磁粉離合器是利用電磁效應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控制。d、快速響應特性磁粉離合器因其固有的結構特點確定了該種產品的無響應時間、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用于需頻繁啟停、換向的應用場合。利用磁粉離合器的特性可以實現通過調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系統提供扭矩值。2、差動機構根據磁粉離合器的特性，在理想狀態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——滑差功率P P = M · η/9550P-滑差功率(KW)M-扭矩(N-M)η-滑差轉速(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，參照圖1的差動機構簡圖，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速差，合理選擇Zi、Z2、Z3、Z4之值便 可獲得一個理想的滑差轉速。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軸之間設置超越離合器的目的是用 于回程，當回程電動機啟動后，H4將反轉，！^、 、叫、均反轉，此時IV軸的動力傳遞給III軸后 超越離合器進入超越狀態不會向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的連接。在回程時吸合使回程電機 反向施力(相當于配重鐵的下落時對人所施加的力)。6、回程電動機
回程電動機作為回程動力源使用，伺服電動機具有比功率大的優點同時便于實現數字化控制為最佳選擇，也可以其他電機代替。7、角位移編碼器角位移編碼器是本發明的重要傳感器件，它負責給計算機控制系統提供操作元件 (例如力臂或轉體腹斜肌訓練器的轉軸等施力元件)的即時位置信息和角速度信息。8、計算機控制系統計算機控制系統要完成下述基本任務(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，在動態過程中根據不同的訓練器械的不同要 求，設定相應程序為磁粉離合器提供動態的激磁電流，其作用相當于傳統器械中變徑線盤 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 示模塊告訴訓練者瞬時所發出的功率是多少；(5)通過計算機控制系統，設置相應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系而與其滑差速度無關的特性，由角位移編碼器為計算機控制系統提供的位置信息或人工調節的方式控制磁粉離合器激磁電流的變化來控制其產生滑差扭矩大小的方法來改變運動阻力的大小，通過由行星輪系或其他任何方式構成的增速機構提高轉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構中產生轉速差的兩齒輪分別連接。
2.根據權利要求1所述的一種智能電磁式健身器械阻尼器，其特征在于增速機構的 低速軸為本發明的施力軸，高速軸為為本發明差動機構的輸入前半軸，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構相連接，差動機構的 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，差動機構的輸出前半軸與前 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相連。
3.根據權利要求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 適當位置設置一個角位移編碼器為計算機控制系統提供位置信息，根據位置信息和相應的 程序，通過計算機運算后對各執行元件發出相應的指令，控制磁粉離合器激磁電流的變化、 電磁離合器的通斷、回程電動機的即時轉速和啟動、停止。
4.根據權利要求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 驅動力的作用相當于配重鐵回落時的重力，其轉向與施力方向相反，回程電動機的輸出轉 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構的高速軸，減速后傳遞到施力軸，回程階段差 動機構中的超越離合器處于超越狀態。
全文摘要
本發明提供一種智能電磁式健身器械阻尼器，用以取代現有的配重鐵，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系而與其滑差速度無關的特性，通過控制激磁電流來控制其產生滑差扭矩大小的方法來改變運動阻力的大小，由行星輪系構成的增速機構提高轉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構中產生轉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，將傳統健身器械配重源的直線運動改變成旋轉運動，采用計算機控制系統對健身器械進行實時檢測，通過程序設置對不同器械的不同要求進行動態的管理。
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 優先權日2009年2月19日
發明者邵培森 申請人:楊華平