专利名称：可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发 力训练装置。
技术背景运动员在运动场上所表现的成果来自于自身的技巧与体能，而在体能的中，运动员的爆发力(P o w e r )便有一相当大的影响比例，爆 发力不仅影响运动员的表现成绩好坏，对于一般人而言，若自身的爆发 力强，则面对意外状况时可拥有较佳的反应能力，且在健身风气日盛的 现代社会中，如何锻练自身而增强体能实为一受关注的话题。运动员在竞技场上的表现，就是尽可能在极短时间发挥最大力量， 也就是爆发力大小往往是决定输赢的关键， 一般人面对意外情况时亦同， 往往瞬间爆发力便会左右对于突发意外情况的处理结果，爆发力大小实 与每一人息息相关。爆发力实际上便是肌肉力量(Force)与肌肉收縮速度(V e 1 o c i t y)的乘积，故可得知最关键的因子就是肌肉力量与肌肉收 縮速度；增加肌肉力量的方法，主要在于增加肌肉纤维数量及使其肥大; 而肌肉收縮速度的增强方法，则主要在于训练神经灵敏度以增强神经支 配肌肉收縮活动的效率与速度；传统肌肉力量训练机大部分皆采用铁块等重物作为重力负荷，如图1 所示，训练时借由反复拉动、释放该重力负荷，据以锻练肌肉；然而， 此种训练机不仅需配合复杂且占空间的滑轮系统，更只能增强与增加肌 肉纤维数量，对于肌肉收縮速度方面，则无法从此种训练机获得。另一种现有训练方式则如图2所示，除了利用传统铁块作为重力负 荷的外，在铁块与运动员之间加入一个震动器，此震动器的作用有如将 原本固定式的重力负荷改变成具有周期性涟波负荷变化的震动剌激，以 刺激神经的灵敏度，促进神经冲动减低神经抑制，以征召更多运动单位，使肌肉得以在单位时间内产生最大力量；然而，上述设备因仍沿用铁块 作为重力负荷的方式，需迁就重力负荷一定为上下位移的模式，使得训 练机变得很庞大，再加上配合绳索及转向用的滑轮，而必需占用相当大 的体积，结构复杂与占地庞大是其无法克服的缺点。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺 陷，而提供一种可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训 练装置，其将肌肉力量训练及增进神经灵敏度的运动员爆发力训练功能 于一体，具有轻薄短小节省空间的优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装 置，其特征在于，包括一个马达， 一扭力输出机构及一控制单元；该马 达设有一可感测马达转动角度及速度的传感器，该传感器以电性连接方 式与控制单元相连；该扭力输出机构是设置于马达的输出端，通过该扭
力输出机构可将使用者所施加的力量传递至马达，亦将马达输出的扭力 传递至使用者；该控制单元是与传感器连接，并根据输入的命令而以传 感器感测马达的状态，进而控制马达产生足以抗衡使用者所施加力量的 扭力；借此，该控制单元可控制马达输出使用者所设定的扭力，供使用 者进行肌肉训练，或控制马达输出扭力呈现周期性扭力涟波的变化，让 使用者在肌力训练的同时亦可感受震动刺激以达到增强运动员爆发力 的训练功效。
前述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装 置，其中扭力输出机构包含一减速机及一张力巻取机，该张力巻取机上 设有传动绳与拉把，可通过拉力方式拉动，对马达施力。
前述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装 置，其中扭力输出机构包含一减速机及一转杆，供使用者以脚或手以连 续旋转的方式带动减速机对马达施力。
前述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装 置，其中扭力输出机构包含一减速机及一转轴与一履带，该履带与转轴 转动连接，通过转轴供使用者以跑步的方式对马达施力。前述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装 置，其中控制单元包括一操作面板可供使用者输入命令。本发明可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的运动员爆发力 训练装置，且本发明完全去除铁块作为重力负荷的方法，采用马达及控 制单元以取代铁块及机械式偏心振动机，并精密控制马达电流及位置方 式产生相似于传统铁块的负荷及震动负荷表现以协助运动员肌肉力量及 神经灵敏度训练，故可将肌肉力量训练及增进神经灵敏度的运动员爆发 力训练功能于一体，符合轻薄短小节省空间的优势，具有显著的进步和 突出的实质性特点。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1、图2是现有结构示意图。图3是本发明简单示意图。图4是本发明结构的示意图。图5是本发明扭力输出与时间的坐标图。图6是本发明减速器两端的马达扭力与外部拉力的示意图。图7是本发明第二实施例的结构示意图。图8是本发明第三实施例的结构示意图。图9是本发明第三实施例的使用示意图。图中标号说明1 0马达l本体1 1传感器2 0扭力输出机构211马达端减速轮212输出端减速轮2 2张力巻取机2 2 0张力巻取滚轮2 2 2拉把2 2 3转杆2 3 2履带2 1减速机2 1 3传动皮带2 2 1传动绳2 3 1转轴2 3 3转轴 2 3 4跑板
3 0控制单元
3 1控制器 3 2操作面板
具体实施例方式
本发明是有关于一种可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的 爆发力训练装置，请参阅图3、图4所示，这种可同时兼具肌肉力量训练 及增进神经灵敏度的爆发力训练装置，其本体l包括一马达l 0、 一扭 力输出机构2 0以及一控制单元3 0，其中
该马达l0是于适当处设有一可感测马达1o转动角度及速度的传 感器l 1，该传感器l 1以电性连接的方式与控制单元3 0相连；
该扭力输出机构2 0，其是设置于马达l 0的输出端，且该扭力输 出机构2 0包括一减速机2 1与一张力巻取机2 2 ，该减速机2 1包括 设置于马达l 0端的马达端减速轮2 1 l与输出端减速轮2 12，该马 达端减速轮21l与输出端减速轮212之间是以一传动皮带213连
结，借此可将马达l O所输出的高转速低扭力转换成低转速高扭力，而 减速机2 l是以输出端减速轮2 1 2与张力巻取机2 2连接；该张力巻 取机2 2设有一张力巻取滚轮2 2 0,该张力巻取滚轮2 2 O上延伸出 传动绳2 2 1与拉把2 2 2，使减速机2 1可配合张力巻取机2 2供使 用者以手部或足部拉伸等方式拉动，将使用者的力量传递到马达l 0端， 而借马达lO提供一抗衡的扭力；
该控制单元3 0包括一控制器3 1以及一操作面板3 2 ，该控制器 3 l与马达l 0的传感器1 l呈电性连接，并可通过操作面板3 2供使 用者输入命令，进而根据所输入的命令，依据传感器l l感测马达l 0 的状态以控制马达1 0产生足以抗衡使用者施予扭力输出机构2 Q的负 荷。
本发明采用的马达为永磁式无刷马达，该马达电机扭力产生机制如
下
永磁式无刷马达设计大多根据下列需求
马达最大功率(Max. Power瓦特)/马力(hp);
马达最大扭力(Max. Totque);马达转子最大惯量(Max. I n e r t i a 1 ); 马达最高速度(Max. Speed);影响功率及惯量的马达设计参数为马达外径；影响马达最高速度的马 达设计参数为磁极数；影响马达最大扭力的马达设计参数为硅钢片积厚。所有设计参数依据设计需求设定好时即被固定，所制造出来马达最高 转速(Nma x)为一个定值，马达扭力常数k t也是固定值k t = C X V D /Nm a x ;VD:马达端电压(V);Nm a x :马达最高转速(r p m); C:常数=9 . 5 5;K t =马达扭力常数单位(N — M) / A; Tm=AX k t;Tm:马达输出扭力(T o r q u e ) (N — M);A:马达输入电流(Current)(安培)。相同的马达端电压时高速马达的k t值小，低速马达的k t值大，故 要获得相同的输出扭力高速马达比低速马达需要更多的输入电流；由上述公式可以得知马达l0输出扭力与马达1O输入电流成正比 关系，故只要经由控制单元3 Q的操作面板3 2控制输入马达1 0的电 流，即可通过控制器3 l控制马达l 0的输出扭力。为进一步详述本发明的工作原理，再请配合参阅图5及图6所示图5所示为马达1 O减速及所施外力的关系图，以扭力为纵坐标而时 间为横坐标表示，令张力巻取滚轮半径为r 3 ;马达输出端减速机构减速比为r 2 / r 1 ;r 1 :马达端减速轮半径；r 2 :输出端减速轮半径；F-为使用者所施的拉力；T r:使用者所施的拉力加诸于张力巻取滚轮上所产生的扭力；T r =F X r 3;T r此扭力负载加诸于减速机输出轮端的力量为F r;<formula>formula see original document page 8</formula>
F r经由减速机传递至马达端马达必须产生抗衡的扭力为Tm;Tm=FrXrl=(FXr3Xrl) /r2;T m为外部使用者所设定的马达抵抗扭力的上限值；刚开始外部使用者尚未施力时，控制器3 l根据传感器l l未检出马 达l 0有转动的情况，故控制器3 l亦不施加电流给马达l 0而呈现静 止状态；当外力开始施加且还小于Tm时，控制器3 l根据传感器l l检出马 达l 0有转动的迹象时，控制器3 l将施加一反抗外力方向的电流给马 达l 0，此时马达l O将产生反向扭力以抵抗所施加的外力，控制器3 l将控制给马达l 0的电流大小，直到马达l O维持在尚未施加外力之 前的位置，且此扭力刚好等于外力；当外力产生的扭力等于Tm时，使用者虽出力但无法拉动马达l 0而 呈现一静止状态，此原理如同拔河比赛；当使用者施力大于Tm时，马达因受控制器3 l控制仍然只产生Tm 的反向扭力，故此时马达l O会被外力逐渐带动而逆向旋转，此时传动 绳2 2 l与拉把2 2 2将以远离张力巻取机的方向被拉出，经由马达l 0端的传感器1 1,控制器3 l可记住马达l O被外力所带动的角度；当使用者施力小于Tm时，马达l 0因受控制器3 1控制仍然产生T m的正转扭力，马达l O产生的扭力大于外部施力，故此时马达l 0呈 现与马达扭力相同方向状态旋转，而将被外力拉出去的传动绳2 2 l与 拉把2 2 2拉回至原来的位置。前述马达l 0产生的扭力受控制器3 l控制呈现一固定值Tm，此固 定值是受操作面板3 2由使用者设定，此为本发明的第一种操作模式 定扭力(拉力)肌肉训练模式，此模式可发挥如同采用铁块的肌肉力量 训练机。其次，本发明的第二种操作模式波动扭力(拉力)肌肉爆发力训练 模式，当控制器3 l控制马达l O产生的扭力是以Tm为一基准，但加入一个以周期性的变化的弦波状扭力涟波； t :为一周期的时间(单位秒)f = 1 / t 为扭力涟波频率(单位H Z )AT:为扭力涟波变化值当t = 0时，马达产生的扭力Tm等于使用者所施的力量，故双方 呈现静止状态；当t介于0与t / 2时，马达产生的力量大于外力，且在t = t / 4时最大为Tm+AT，此时马达将拉回传动绳索；当t = t / 2时，马达产生的扭力Tm等于使用者所施的力量，故 双方又呈现静止状态；当t介于t / 2与t时，马达产生的力量小于外力，且在t = 3 t / 4时最小为Tm—AT,此时外力拉动马达而将传动绳索拉出；调整适当的频率f及A T如此周期性扭力涟波的变化对使用者而言 就是一种震动刺激，除了可训练肌肉力量之外亦可同时刺激使用者的神 经使其变得更灵敏，且该扭力涟波变化频率及变化值皆可供使用者设定。再请参阅图7所示，其是本发明第二实施例，并可实施本发明的第 三种操作模式脚踏或手摇波动扭力训练模式，前述二种模式采用传动 绳2 2 l与拉杆2 2 2供使用者以拉力的方式训练肌肉，而本实施例则 将张力巻取机2 2改为可供脚踏或手摇的转杆2 2 3，该转杆2 2 3可 供使用者双脚或双手以连续踩踏旋转的方式带动减速机2 1，马达扭力 输出可以用定扭力或波动扭力方式与使用者抗衡，当使用者施力大于马 达扭力时，马达l O呈现被外力反向带动的状态持续被外力带动旋转， 当使用者施力小于马达扭力时或完全不出力时，马达l 0产生的扭力也 消失，供使用者脚踏或手摇的转杆2 2 3则停在该位置。再请参阅图8所示，其是本发明第三实施例，并可实施本发明的第 四种操作模式跑步机态样训练模式，本实施例是以一转轴2 3 l取代 张力巻取机2 2而与减速机2 l的输出端减速轮2 1 2连接，该转轴2 3 1及转轴2 3 3供一履带2 3 2设置，履带2 3 2下方处设有跑板2 3 4 ，使用者必须利用腿部肌肉施力来推动履带2 3 2 ，使履带2 3 2 可以在转轴2 3 1、转轴2 3 3带动下转动，履带2 3 2则可在使用者 以腿部肌肉施力的方式下对马达1 0施力以达到健身训练的功效请参阅 图9所示，使跑步机态样的训练模式又增加了肌肉训练功能。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形 式上的限制，凡是依据本发明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，均仍属于本发明技术方案的范围内。
综上所述，本发明在结构设计、使用实用性及成本效益上，完全符 合产业发展所需，且所揭示的结构亦是具有前所未有的创新构造，具有 新颖性、创造性、实用性，符合有关发明专利要件的规定，故依法提起 申请。
权利要求
1.一种可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装置，其特征在于，包括一个马达，一扭力输出机构及一控制单元；该马达设有一可感测马达转动角度及速度的传感器，该传感器以电性连接方式与控制单元相连；该扭力输出机构是设置于马达的输出端，通过该扭力输出机构可将使用者所施加的力量传递至马达，亦将马达输出的扭力传递至使用者；该控制单元是与传感器连接，并根据输入的命令而以传感器感测马达的状态，进而控制马达产生足以抗衡使用者所施加力量的扭力；借此，该控制单元可控制马达输出使用者所设定的扭力，供使用者进行肌肉训练，或控制马达输出扭力呈现周期性扭力涟波的变化，让使用者在肌力训练的同时亦可感受震动刺激以达到增强运动员爆发力的训练功效。
2 .根据权利要求1所述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵 敏度的爆发力训练装置，其特征在于所述扭力输出机构包含一减速机及 一张力巻取机，该张力巻取机上设有传动绳与拉把，可通过拉力方式拉 动，对马达施力。
3 .根据权利要求1所述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵 敏度的爆发力训练装置，其特征在于所述扭力输出机构包含一减速机及 一转杆，供使用者以脚或手以连续旋转的方式带动减速机对马达施力。
4 .根据权利要求1所述的可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵 敏度的爆发力训练装置，其特征在于所述扭力输出机构包含一减速机及 一转轴与一履带，该履带与转轴转动连接，通过转轴供使用者以跑步的 方式对马达施力。
5 .根据权利要求1至4中任一项所述的可同时兼具肌肉力量训练 及增进神经灵敏度的爆发力训练装置，其特征在于所述控制单元包括一 操作面板供使用者输入命令。
全文摘要
一种可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的爆发力训练装置，其主要包括一个马达，一扭力输出机构，一控制单元，其中该马达是设有一可感测马达转动角度及速度的传感器，该传感器以电性连接方式与控制单元相连；该扭力输出机构，其是设置于马达的输出端，通过该扭力输出机构可将使用者所施加的力量传递至马达，亦将马达输出的扭力传递至使用者；该控制单元，其是与传感器连接，并可根据输入的命令而以传感器感测马达的状态，进而控制马达产生足以抗衡使用者所加施力量的扭力，故本发明为一可同时兼具肌肉力量训练及增进神经灵敏度的运动员爆发力训练装置。
文档编号A63B24/00GK101406728SQ20071005987
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月12日 优先权日2007年10月12日
发明者叶东龙 申请人:叶东龙