一種健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及健身器材技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前流行的健身器一般都采用鐵塊作為配重負(fù)載，主要缺點(diǎn)有二個(gè)，首先是健身器本身機(jī)架龐大，整體重量大，占用空間多，不方便搬運(yùn)、安裝，除了健身房等場(chǎng)所使用外，難以進(jìn)入普通的家庭用戶市場(chǎng);其次，配重塊數(shù)量有限制，根據(jù)使用者不同，調(diào)節(jié)不同的配重依靠手動(dòng)設(shè)置配重塊的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)法做到無(wú)級(jí)配重。為此，用戶希望能改造健身器的負(fù)載方式，用電磁負(fù)載代替現(xiàn)有的鐵塊配重，以消除上述缺陷，同時(shí)，通過(guò)加裝控制電磁負(fù)載的人機(jī)操作界面，來(lái)凸顯新一代健身器的品質(zhì)，提高健身器的檔次。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0004]本發(fā)明要解決的問(wèn)題是要解決傳統(tǒng)技術(shù)中配重負(fù)載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大而笨重和配重塊重量單一的問(wèn)題。
[0005](二)技術(shù)方案
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，包括健身器支架、拉力索、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)控制單元；
[0007]所述電機(jī)安裝在健身器支架并可旋轉(zhuǎn)，所述拉力索纏繞在電機(jī)上，其一端與電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，另一端與健身器材上的力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接;所述力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于通過(guò)拉力索帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生拉力，所述電機(jī)控制單元通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生與拉力相對(duì)的負(fù)載力。
[0008]上述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)中，所述電機(jī)的結(jié)構(gòu)為永磁無(wú)刷直流電機(jī)。
[0009]上述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)中，還包括張力傳感器，所述張力傳感器用于檢測(cè)力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的當(dāng)前拉力。
[0010]上述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)中，所述力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為拉手環(huán)或者拉力桿，人體可通過(guò)拉手環(huán)或者拉力桿以控制拉力索帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生拉力。。
[0011]上述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)中，還包括一個(gè)與電機(jī)控制單元連接的操作顯示面板。
[0012]上述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)中，還包括滑輪，所述滑輪安裝在健身器支架上并與拉力索傳動(dòng)配合。
[0013]上述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)中，所述張力傳感器可安裝在滑輪上或者在電機(jī)的電機(jī)軸與健身器支架之間。
[0014](三)有益效果
[0015]本發(fā)明的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)通過(guò)永磁無(wú)刷直流電機(jī)代替了傳統(tǒng)的鐵塊作為配重，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又輕巧，而且通過(guò)電磁原理來(lái)調(diào)整配重的力度，可以實(shí)現(xiàn)配重的無(wú)級(jí)化調(diào)控，使鍛煉者鍛煉可以更加有效，而且本系統(tǒng)可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，相比傳統(tǒng)的技術(shù)中松開(kāi)力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)配重塊突然掉落造成器材損壞的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明的健身器材上的平面示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)的工作原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的配重負(fù)載系統(tǒng)的重力變化圖；
[0019]圖中I為電機(jī)、2為滑輪、4為健身器支架、5為拉力索、6為力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、7為張力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0021]如圖1和圖3所示，一種健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，包括操作顯示面板、健身器支架4、拉力索5、電機(jī)1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)控制單元。該電機(jī)的結(jié)構(gòu)為永磁無(wú)刷直流電機(jī)。所述電機(jī)I安裝在健身器支架4并可旋轉(zhuǎn)，所述拉力索5纏繞在電機(jī)I上，其一端與電機(jī)I的轉(zhuǎn)子連接，另一端與健身器材上的力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6連接，具體的說(shuō)所述力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6為拉手環(huán)或者拉力桿，人體可通過(guò)拉手環(huán)或者拉力桿以控制拉力索5帶動(dòng)電機(jī)I旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生拉力，所述電機(jī)控制單元通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生與拉力相對(duì)的負(fù)載力(實(shí)際是略小于力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6產(chǎn)生的拉力)，從而可以形成配重的施加力。
[0022]本發(fā)明還包括滑輪2，所述滑輪2安裝在健身器支架4上并與拉力索5傳動(dòng)配合。
[0023]本發(fā)明還包括張力傳感器7，所述張力傳感器用于檢測(cè)力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的當(dāng)前拉力。所述張力傳感器7可安裝在滑輪2上或者在電機(jī)I的電機(jī)軸與健身器支架4之間，當(dāng)然也可安裝到其他地方，具體可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。
[0024]如圖2為本發(fā)明的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)的工作原理圖，該圖包含有一個(gè)瞬時(shí)無(wú)功轉(zhuǎn)矩?fù)Q算單元、電流調(diào)節(jié)單元、電機(jī)計(jì)算單元。換流位置計(jì)算單元、同步PWM產(chǎn)生單元、驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離單元、電壓信號(hào)處理單元、三相電壓逆變電路、溫度信號(hào)處理電路、相電流采樣電路和位置傳感電路。
[0025]首先，在人機(jī)操作界面上輸入需要模擬的電磁力大小Fe，相當(dāng)于傳統(tǒng)健身器鍛煉前要選定負(fù)重鐵塊的重量，這個(gè)力的大小幾乎是無(wú)級(jí)的，以公斤為單位進(jìn)行選擇，而不像鐵塊的重量組合非常有限；“位置檢測(cè)電路”與“電機(jī)控制單元”的存儲(chǔ)記憶單元配合，可以檢測(cè)健身器是否處于初始狀態(tài)，如果不在初始初始狀態(tài)則通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，讓健身器處于起始位置。
[0026]健身開(kāi)始時(shí)，當(dāng)人拉動(dòng)拉手桿向下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)拉力索和滑輪把力傳遞到“張力傳感器”，并繼續(xù)傳遞到電機(jī)繞有拉力索的電機(jī)外轉(zhuǎn)子，“張力傳感器”會(huì)檢測(cè)當(dāng)前拉力Fe，“電機(jī)控制單元”根據(jù)拉力Fe-Fc差值的大小，通過(guò)“瞬時(shí)無(wú)功轉(zhuǎn)矩單元”和“電流調(diào)節(jié)單元”來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的電流，當(dāng)Fe-Fc>0則加大電機(jī)的控制電流，否則，減小電機(jī)的電流;調(diào)節(jié)算法可以是典型的PID算法，也可以采用模糊控制或其他算法。不論采用何種算法，都采用PWM(脈沖寬度調(diào)制)方式控制電機(jī)，即改變電機(jī)線圈導(dǎo)通的占空比來(lái)決定電機(jī)電流；
[0027]控制電機(jī)的電流與多個(gè)因素有關(guān)，我們的電機(jī)控制主要考慮下列因素:
[0028]設(shè)定目標(biāo)拉力Fe:在不考慮拉力索和滑輪等機(jī)械效率的情況下，F(xiàn)e主要決定了電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩大小，而電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小與流經(jīng)電機(jī)繞組的電流有關(guān);也就是根據(jù)Fe可以計(jì)算出所需的電流是多少;直流供電電壓:供電電壓不同，即使占空比值相同，電流輸出也不同，所以，需要“電壓信號(hào)處理電路”對(duì)供電電源的進(jìn)行電壓取樣，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。根據(jù)電壓信號(hào)，可以計(jì)算對(duì)應(yīng)的電壓補(bǔ)償參數(shù)；
[0029]電機(jī)位置:永磁直流無(wú)刷電機(jī)是由多個(gè)永磁體組成的輪轂，由于電機(jī)繞組線圈相對(duì)于永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)位置不同，相同電流產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩是不同的(即拉力不同)，編碼傳感器(是“位置傳感電路”的一部分)可以檢測(cè)電機(jī)的位置。根據(jù)當(dāng)前位置可以計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)的位置補(bǔ)償參數(shù)；
[0030]電機(jī)轉(zhuǎn)速:電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)，即使占空比值相同，不同轉(zhuǎn)速，電流輸出也不同；“位置傳感電路”可以檢測(cè)電機(jī)的位置，進(jìn)而“電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算單元”(通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn))，得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速;根據(jù)當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以計(jì)算相應(yīng)的速度補(bǔ)償參數(shù)；
[0031]“位置傳感電路”還有另一個(gè)作用是換相。我們采用的永磁直流電機(jī)是三相繞組，在任一時(shí)刻只有二相繞組在通電，一相繞組是不通電的，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，需要隨時(shí)換相。電機(jī)內(nèi)部的霍爾傳感器，通過(guò)“換流計(jì)算單元”，為換向的時(shí)機(jī)提供信號(hào)，該信號(hào)和上述各種參數(shù)結(jié)合，由“同步PWM產(chǎn)生單元”生成六個(gè)互補(bǔ)的三相PWM波形，經(jīng)“驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離”電路，對(duì)波形進(jìn)行高低壓隔離，再送到“三相電壓逆變電路”來(lái)驅(qū)動(dòng)“永磁無(wú)刷電機(jī)”，達(dá)到幾千瓦級(jí)別的功率輸出。
[0032]“相電流采樣電路”可以檢測(cè)當(dāng)前電機(jī)電流，并反饋給“電機(jī)控制單元”。“相電流采樣電路”也是電機(jī)保護(hù)電路的一部分，電流超過(guò)某一閾值時(shí)，可以報(bào)警或停止電機(jī)工作?！皽囟刃盘?hào)處理電路”是為了保護(hù)“三相電壓逆變電路”中的大功率MOS管的，以免管子過(guò)熱失效。
[0033]本發(fā)明的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)通過(guò)永磁無(wú)刷直流電機(jī)代替了傳統(tǒng)的鐵塊作為配重，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又輕巧，而且通過(guò)電磁原理來(lái)調(diào)整配重的力度，可以實(shí)現(xiàn)配重的無(wú)級(jí)化調(diào)控，使鍛煉者鍛煉可以更加有效，而且本系統(tǒng)可控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，相比傳統(tǒng)的技術(shù)中松開(kāi)力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)會(huì)配重塊突然掉落造成器材損壞的問(wèn)題。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，包括健身器支架(4)、拉力索(5)、電機(jī)(I)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)控制單元； 所述電機(jī)(I)安裝在健身器支架(4)并可旋轉(zhuǎn)，所述拉力索(5)纏繞在電機(jī)(I)上，其一端與電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)子連接，另一端與健身器材上的力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)連接;所述力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)用于通過(guò)拉力索(5)帶動(dòng)電機(jī)(I)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生拉力，所述電機(jī)控制單元通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生與拉力相對(duì)的負(fù)載力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)(I)的結(jié)構(gòu)為永磁無(wú)刷直流電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，還包括張力傳感器(7)，所述張力傳感器用于檢測(cè)力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的當(dāng)前拉力。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，所述力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(6)為拉手環(huán)或者拉力桿，人體可通過(guò)拉手環(huán)或者拉力桿以控制拉力索(5)帶動(dòng)電機(jī)(I)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生拉力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個(gè)與電機(jī)控制單元連接的操作顯示面板。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，還包括滑輪(2)，所述滑輪安裝在健身器支架(4)上并與拉力索(5)傳動(dòng)配合。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，其特征在于，所述張力傳感器(7)可安裝在滑輪上或者在電機(jī)(I)的電機(jī)軸與健身器支架(4)之間。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)，包括健身器支架、拉力索、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)控制單元；所述電機(jī)安裝在健身器支架并可旋轉(zhuǎn)，所述拉力索纏繞在電機(jī)上，其一端與電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，另一端與健身器材上的力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；所述力量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于通過(guò)拉力索帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生拉力，所述電機(jī)控制單元通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)并使其產(chǎn)生與拉力相對(duì)的負(fù)載力。本發(fā)明的健身器材上的配重負(fù)載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又輕巧，而且實(shí)現(xiàn)了配重的無(wú)級(jí)化調(diào)控。
【IPC分類(lèi)】A63B24/00, A63B21/005
【公開(kāi)號(hào)】CN105498151
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510957361
【發(fā)明人】陸偉東
【申請(qǐng)人】寧波嘉達(dá)健康科技有限公司
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月18日