马达式肌力训练机的制作方法

专利名称：马达式肌力训练机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及训练机，尤其涉及一种马达式肌力训练机(Motor Utility Strength Trainer)。
背景技术：
无论是为了娱乐、健康或者是为了事业，健身成为许多人生活中的重要 部分，例如在欧美先进国家甚为流行的肌力训练机(Strength Trainer), 是利用铁块(lron Weight Plate)来塑造健美的肌肉，并促进生理机能及保持 身体健康，所以它也称为"重量肌力训练机(Weight Strength Trainer),其 主要结构如图1所示，这种传统的肌力训练机10，是属于一种重锤机器(weight machine),使用铁块11作为运动量的负载，这种类型的专利见诸美国第 7029427号、第5833585号及第4478411号等在前专利案。但是，传统的这种 负载方式，使用时存有如下缺陷1、铁块11体积大占空间，且、M吏用者运 动量负载需要调整时，是通过增加或者减少铁块ll等负载的个数及重量，而 进行调整，其不仅费时费力，且无法使运动持续进行，不易达到预期的练习 功效。2、该铁块11等负载，不但笨重且负载大小调整不易，无法精确调整 到预期的负载，作为练习的指标，因此使得运动效果大打折扣。3、当铁块ll 等负载被传动缆线12拉起，然后放下时，会产生极大的噪音，这样不仅会千 扰别人，也令运动者感到刺耳与不适。4、现有的肌力训练机10属于一种重 锤式负载，无法设定运动曲线来改变负载，更无法进行振动训练(Vibration Training,使其运动功能受到局限。5、由于运动中的负载无法调整，如心率 超过使用者安全范围时，无法立即自动降低负载，因此容易发生运动过量或 伤害。
所以，现有肌力训练机10的负载装置，其在使用上仍有其未尽完善之处， 因此仍有改进空间。
于是，本实用新型创作人在中国台湾公告第230359号专利案中，揭示一
种电机式健身器材自动负载装置，是利用直流马达的转矩使钢索产生定额张力，进而取代传统的铁块，相关类型专利见诸于US Patent NO. 5020794、 5180348、 4979733及4678184等专利案中。但是，在卜.述在前技术(Prior Art) 中，其在使用时仍普遍存在下述缺陷1、当低荷重时，直流马达的输出转矩 甚低，且由于机构系统惯性及机械损失抵消了部分转矩，以致于钢索回巻时， 呈现无力状态及速度迟缓的现象，反而没有传统使用铁块等荷重方式的速度 感，因此使用时普遍反应不佳，认为已失去原有的那种运动感觉，殊为可惜。 2、当系统电源切断或者在运动中停电时，由于马达失去回巻力，从而使钢索 呈松弛状态，容易导致钢索滑出绞盘的螺旋沟槽而造成故障。3、由于机构中 传动的机械损失及系统惯性加速度因素，致使钢索的线速度无法与使用者的 运动同步，为其未尽完善之处。
本实用新型人有鉴于上述问题仍然极需加强改善，以使其在使用时能够 感觉更好，于是，继前案(中国台湾公告第230359号)之后，作了更完善与 进步的设计，是利用直流或无刷马达的电流与转矩(Torque)呈线性关系的特 性，以取代现有铁块作为负载构件，且同步具有振动训练(Vibration Training) 功能，并可作曲线负载控制及负载电流补偿，更可防止钢索回收脱落的马达

实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种 马达式肌力训练机，其是利用马达输出轴的扭力代替传统铁块，具有构造轻 简，大幅降低机台重量和体积且无噪音，可借助马达同时产生拉力、阻力及 振动力，且该振动波形有多种选择，频率及振幅均可依需求分别调整的功效。
本实用新型的另一目的在于提供一种马达式肌力训练机，进一步针对钢 索回巻呈松弛状态进行改进，其在绞盘主轴尾端装设一板形蜗巻弹簧(Sprial Spring),使产生一定的反向转矩而施于主轴，再传至绞盘使钢索有一恒定的 拉力，且主轴前端与皮带轮内的单向针状轴承(roller clutch),可使主轴回 巻时不致带动沉重的马达电枢，因此绞盘可将钢索快速回收，避免脱落故障。
本实用新型的又一目的在于提供一种马达式肌力训练机，其可侦测使用 者的心率，如心率超过安全范围时，则自动降低负载，让心率逐渐降低至安 全范围内，确保使用者健康。本实用新型的再一目的在于提供一种马达式肌力训练机，是在绞盘主轴 丄-.设有与其连动的光遮断圆盘及一对设在光遮断圆盘周缘的光藕合器，构成 一运动行程感知器，当绞盘带动光遮断圆盘，由该光藕合器所产生的脉冲信 号送至该控制器内的正反转信号解码器，分别送出正反转信号至微电脑控制 仪表，通过进行曲线负载控制及对负载电流做适当补偿，让使用者获致一种 顺畅与真实的情境。
本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。
本实用新型马达式肌力训练机，包括
一架体，其上设有座位，及一肌力伸展构件是与一钢索其中一端连接； 一负载构件，是设在该架体上，其具有一马达，及以一传动元件与一绞
盘连接，且该绞盘供与该钢索另一端连接，且可在其上巻绕；其特征在于
该负载构件的马达是由一直流或无刷马达构成，该绞盘是以-与其连动
的主轴，穿伸轴承后设在一定位座上；该传动元件，包括一设在马达输出轴
的第一皮带轮， 一设在该绞盘主轴前端的第二皮带轮，且该第二皮带轮与该
主轴间嵌套有单向针状轴承，以及一连接第一、第二皮带轮的时规皮带；一 控制器，内置控制电路，其包括有一DC电源供应器、电流及转向控制单元、 信号处理介面及一正反转信号解码器；由使用者经一微电脑控制仪表，调整 其输送至该马达的电流及信号，以控制该马达的扭力、振动频率与振幅，使 该马达同时产生拉力、阻力及振动力，且可依需求选择振动波形；
一运动行程感知器，包括一设在该绞盘侧边并与其连动的光遮断圆盘， 及一对设在该光遮断圆盘周缘的光藕合器，该钢索带动该绞盘转动时，该光 遮断圆盘同步转动，由该光藕合器产生的脉冲信号送至该控制器内的正反转 信号解码器，分别送出正反转信号至该微电脑控制仪表，作为曲线负载控制 及对负载电流做适当的补偿；
--板形蜗巻弹簧，其内端部结合在该绞盘主轴尾端的套筒，而其外端部 形成勾扣体是固定在该定位座外侧的卡制片，该绞盘被该钢索带动旋转，迫 使该板形蜗巻弹簧旋紧，并在该主轴施予一反向转矩，再传至该绞盘使钢索 产生一恒定的拉力，该第二皮带轮内的单向针状轴承，是在该主轴回巻时与 该第二皮带轮脱离，不会带动马达电枢，断电时使该绞盘迅速回巻该钢索。前述的马达式肌力训练机，其中微电脑控制仪表设在架体上或者其周边。 前述的马达式肌力训练机，其中徽电脑控制仪表包括接收一由心跳侦测
器所发送的使用者心率信号。
前述的马达式肌力训练机，其中心跳侦测器包括置于使用者胸部及腕部。 前述的马达式肌力训练机，其中马达产生的振动波形包括正弦波、方波
或者锯齿波。
前述的马达式肌力训练机，其中绞盘主轴的定位座包括设成一 U字形体; 且光遮断圆盘固定在绞盘主轴， 一对光藕合器固定在U字形定位座..t。
前述的马达式肌力训练机，其中板形蜗巻弹簧的外周包括设有一罩盖， 且该卡制片是连接固定在该罩盖内侧。
本实用新型马达式肌力训练机的有益效果，其是利用马达输出轴的扭力 代替传统铁块，具有构造轻简，大幅降低机台重量和体积且无噪音，可借助 马达同时产生拉力、阻力及振动力，且该振动波形有多种选择，频率及振幅
均可依需求分别调整的功效；其在绞盘主轴尾端装设一板形蜗巻弹簧(Sprial Spring),使产生一定的反向转矩而施于主轴，再传至绞盘使钢索具有一恒定 的拉力，且主轴前端与皮带轮内的单向针状轴承(roller clutch)，可使主轴 回巻时不致带动沉重的马达电枢，因此绞盘可将钢索快速回收，避免脱落故 障；其可侦测使用者的心率，如心率超过安全范围时，则自动降低负载，让 心率逐渐降低至安全范围内，确保使用者健康；在绞盘主轴上设有与其连动 的光遮断圆盘及一对设在光遮断圆盘周缘的光藕合器，构成一运动行程感知 器，当绞盘带动光遮断圆盘，由该光藕合器所产生的脉冲信号送至该控制器 内的正反转信号解码器，分别送出正反转信号至微电脑控制仪表，通过进行 曲线负载控制及对负载电流做适当补偿，让使用者获致顺畅与真实的情境。


图1为现有肌力训练机使用状态参考图。
图2为本实用新型较佳实施例立体结构示意图。
图3为本实用新型负载构件结构立体图。
图4为本实用新型负载构件结构剖示图。
图4A为图4所示4A—4A断面结构剖示图。
7图5为本实用新型较佳实施例电路架构图。
图6A为现有肌力训练机时间与作用力关系图。
图6B为本实用新型运动时间与作用力关系图。
图7A为现有肌力训练机运动位移距离与作用力关系图。
图7B为本实用新型位移距离与作用力关系图。
图8A为现有肌力训练机心率与作用力关系图。
图8B为本实用新型心率与作用力关系图。
图中主要标号说明20架体、21座位、22肌力伸展构件、23钢索、24 导轮、25装设板、30负载构件、31马达、32传动元件、321输出轴、322第 一皮带轮、323时规皮带、324第二皮带轮、325单向针状轴承、33绞盘、 331主轴、34定位座、341轴承、342套筒、35板形蜗巻弹簧、351内端部、 352勾扣体、36光遮断圆盘、37光藕合器、38运动行程感知器、39罩盖、391 卡制片、40控制器、41为DC电源供应器、42电流及转向控制单元、43信号 处理介面、44正反转信号解码器、50微电脑控制仪表、60心跳侦测器、70 作用力、71曲线、80振动波形、81正弦波、82方波、83锯齿波。
具体实施方式
参阅图2、图3、图4、图4A所示，本实用新型较佳实施例包括有 一架 体20，其上设有座位21，及一肌力伸展构件22是与一钢索23其中一端连接; 一负载构件30，是设在该架体20上，其具有一马达31及以一传动元件32与 -绞盘33连接，且该绞盘33是供该钢索23经导轮24的另一端连接，且可 在其上巻绕；本实用新型的改进之处在于该负载构件30的马达31是由一 直流或无刷马达构成，该绞盘33是以一与其连动的主轴331，穿伸轴承341 后设在- 定位座34上；本实施例中，该定位座34呈U字形体，且固定在一 装设板25上。
该传动元件32，包括一设在马达输出轴321的第一皮带轮322， 一设在 该绞盘主轴331前端的第二皮带轮324，且该第二皮带轮324与该主轴331间 嵌套有单向针状轴承325，以及一连接第一、第二皮带轮322、 324的时规皮 带323构成；
一控制器40，内置控制电路，由使用者经一微电脑控制仪表50，调整其输送至该马达31的电流及信号，用以控制该马达31的扭力、振动频率与振 幅，使该马达31同时产生拉力、阻力及振动力，且可依需求选择振动波形；
一运动行程感知器38，包括一设在该绞盘33侧边并与其连动的光遮断圆 盘36,及一对设在该光遮断圆盘36周缘的光藕合器37，本实施例中，该光 遮断圆盘36固定在绞盘主轴331，而该光藕合器37则固定在U字形定位座 34，当该钢索23带动该绞盘33转动时，该光遮断圆盘36同步转动，由该光 藕合器37产生的脉冲信号送至该控制器40内的正反转信号解码器44，分别 送出正反转信号至该微电脑控制仪表50，作曲线负载控制及对负载电流做适 当的补偿；
一板形蜗巻弹簧35，外周设有一罩盖39，其内端部351是结合在该绞盘 主轴331尾端的套筒342，其外端部形成勾扣体352是固定在该定位座外侧的 卡制片391，于是当该绞盘被该钢索23带动旋转时，迫使该板形蜗巻弹簧35 旋紧，并施予一反向转矩于该主轴331，再传至该绞盘33使钢索23具有一恒 定的拉力，该第二皮带轮324内的单向针状轴承325，是在该主轴331回巻时 与该第二皮带轮324脱离，不会带动该马达电枢，使该绞盘33迅速将该钢索 23回巻。本实施例中，该卡制片391是连接固定在该罩盖39内侧，但不限定 于此。
再者，该控制器40的控制电路包含一DC电源供应器41， 一电流及转向 控制单元42， 一信号处理介面43以及一正反转信号解码器44，如ffl 5所小； 且，由肌力伸展构件22经绞盘33带动光遮断圆盘36，由一对光藕合器37所 产生的脉冲送至正反转信号解码器44，分别送出正反转信号至微电脑控制仪 表50, —方面可使微电脑控制仪表50的显示器(DISPLAY)显示运动行程，另
方面可利用该正反转脉冲信号计算出系统动态机械损失来做适当的补偿。 又，前述微电脑控制仪表50可如图2所示，设在机台侧边方便使用者调整的 位置。至于，该控制器40与该微电脑控制仪表50电性连接，使用者由该徽 电脑控制仪表50输入资料或指令，控制器40则依信号控制输送至该马达31 的电流大小。
由此，本实用新型具有构造轻简，不仅大幅降低机台重量及体积，且无 噪音并可电脑化调整，依设定的运动曲线，产生连续而圆滑的可变阻力，达到使用舒适并大幅减低运动伤害的功效。
另，该马达31及定位座34则固定在架体20的装设板25上，但是形式不拘。
承上，该微电脑控制板50及控制器40其中任一者的内部，设有可接收 -一由心跳侦测器60所发送的使用者心率信号。所述心跳侦测器60包括绑在 使用者胸部的侦测器或是载在腕部的脉博表，该类型产品见诸于美国专利第 4409983号、第4224948号、第4120269、第5807267号等在前申请案中，故，
不再赘述。
更重要的，本实用新型的马达31是由一直流或无刷的马达所构成，因此 该马达31除具有前述的扭力及阻力的作用力外，其更包括可产生振动力。根 据科学家研究发现，将振动刺激和阻力训练结合，可以增加肌力及爆发力。
故，本实用新型第一种独特功能，是作为振动训练(Vibration Training) 之用，不但可增强运动员肌力，亦有助于妇女瘦身及老人复健等作用。图6A、 图6B是现有肌力训练机与本实用新型的比较表，本实用新型的马达31所产 生振动波形80可依需求，包括正弦波81、方波82及锯齿波83等，这是传统 重锤式肌力训练机无法实现的。
此外，本实用新型第二种独特功能，是可变拉力及阻力，如图7A、图7B 的比较表所示，即运动中拉力及阻力可依微电脑控制板50预设的曲线71，很 圆滑地逐渐增加或减少，该功能可大幅减低使用者，尤其是复健病患，老人 及妇女的运动伤害，这是传统重锤式肌力训练机实现不了的。
本实用新型第三种独特功能，是可依使用者心率(Heartbeat)来控制负载 作用力，如超过安全范围时，则经由微电脑控制板50自动降低负载作用力 (force)，如图8B所示，让心跳率逐渐降低至安全范围内，且其亦可连线网 路，由医师或教练来监控及记录使用者的运动情形，发生紧急状况时可及时 发现和处理，这也是习用重锤式肌力训练机不能实现的，其心跳与作用力的 关系图如图8A所示，当心率超过安全范围时，其负载作用力70仍然维持不 变，可能对复健病患及心脏病患产生病发的危险性。
所以，本实用新型利用马达的电流与转矩(Torque)呈线性关系的特性， 以其取代现有铁块作为负载构件，且同步具有振动训练(Vibration Training)功能。再者，本实用新型可作曲线负载控制及对负载电流做适当补偿，并在 断电时可使钢索回收而避免脱落，克服在前申请案中的缺陷。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任 何形式h的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何 简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1、一种马达式肌力训练机，包括一架体，其上设有座位，及一肌力伸展构件是与一钢索其中一端连接；一负载构件，是设在该架体上，其具有一马达，及以一传动元件与一绞盘连接，且该绞盘供与该钢索另一端连接，且可在其上卷绕；其特征在于该负载构件的马达是由一直流或无刷马达构成，该绞盘是以一与其连动的主轴，穿伸轴承后设在一定位座上；该传动元件，包括一设在马达输出轴的第一皮带轮，一设在该绞盘主轴前端的第二皮带轮，且该第二皮带轮与该主轴间嵌套有单向针状轴承，以及一连接第一、第二皮带轮的时规皮带；一控制器，内置控制电路，其包括有一DC电源供应器、电流及转向控制单元、信号处理介面及一正反转信号解码器；经一微电脑控制仪表，调整其输送至该马达的电流及信号，以控制该马达的扭力、振动频率与振幅；一运动行程感知器，包括一设在该绞盘侧边并与其连动的光遮断圆盘，及一对设在该光遮断圆盘周缘的光藕合器，该钢索带动该绞盘转动时，该光遮断圆盘同步转动，由该光藕合器产生的脉冲信号送至该控制器内的正反转信号解码器，分别送出正反转信号至该微电脑控制仪表，作为曲线负载控制及对负载电流做适当的补偿；一板形蜗卷弹簧，其内端部结合在该绞盘主轴尾端的套筒，而其外端部形成勾扣体是固定在该定位座外侧的卡制片，该绞盘被该钢索带动旋转，迫使该板形蜗卷弹簧旋紧，并在该主轴施予一反向转矩，再传至该绞盘使钢索产生一恒定的拉力，该第二皮带轮内的单向针状轴承，是在该主轴回卷时与该第二皮带轮脱离，不会带动马达电枢，断电时使该绞盘迅速回卷该钢索。
2、 根据权利要求l所述的马达式肌力训练机，其特征在于，所述微电脑 控制仪表设在架体上或者其周边。
3、 根据权利要求1所述的马达式肌力训练机，其特征在于，所述徽电脑 控制仪表包括接收一由心跳侦测器所发送的使用者心率信号。
4、 根据权利要求3所述的马达式肌力训练机，其特征在-丁，所述心跳侦 测器包括置于使用者胸部及腕部。
5、 根据权利要求1所述的马达式肌力训练机，其特征在于，所述马达产生的振动波形包括正弦波、方波或者锯齿波。
6、 根据权利要求1所述的马达式肌力训练机，其特征在于，所述绞盘主 轴的定位座包括设成一 U字形体；且光遮断圆盘固定在绞盘主轴， 一对光藕 合器固定在U字形定位座上。
7、 根据权利要求1所述的马达式肌力训练机，其特征在于，所述板形蜗 巻弹簧的外周包括设有一罩盖，且该卡制片是连接固定在该罩盖内侧。
专利摘要一种马达式肌力训练机，包括设座位的架体，与钢索连接肌力伸展构件，负载构件设在架体上，具马达及以传动元件与绞盘连接，绞盘供钢索另端连接；负载构件马达由直流或无刷马达构成，绞盘以与其连动的主轴穿伸轴承后设在定位座上；传动元件包括设在马达输出轴的第一皮带轮，设在绞盘主轴的第二皮带轮，连接第一、第二皮带轮的时规皮带；控制器内置控制电路；运动行程感知器包括光遮断圆盘及一对光耦合器；板形蜗卷弹簧内端部结合在绞盘主轴尾端套筒，外端部形成勾扣体固定在定位座外侧卡制片，绞盘被钢索带动旋转，迫使板形蜗卷弹簧旋紧，并在主轴施予反向转矩，再传至绞盘使钢索有恒定拉力，断电时绞盘迅速回卷钢索，避免脱落；自动降低负载，使用安全。
文档编号A63B21/005GK201423109SQ200920148529
公开日2010年3月17日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者谢豊民 申请人:祺骅股份有限公司