一种单向制动器及力量型健身器的制作方法

1.本实用新型属于健身器材领域，具体涉及一种单向制动器及力量型健身器。


背景技术：

2.新时代，大众健身成为大众都追求更加健康充实的生活方式之一。目前，最常规的健身器材，就是力量训练设备。采用电机作为阻力的发生装置，利用现有电机扭矩可控性的力量型健身器成为其中的代表产品，其结合复合健身器材结构，实现力的大小能够根据用户的实际使用需要而变动，也更易实现健身器的智能化控制、远程人机交互，使得用户健身体验更加丰富，效果也更好，且结构轻便，方便旅行携带。
3.以电机作为阻力源的力量健身器，如何具体对电机进行控制才能使得其能良好应用于智能力量型健身器是目前行业内面临的巨大挑战。其中，制动控制的灵敏性、可靠性、高效性问题，至关重要；即，在电机输出端或与电机输出端固定连接的力量作用件上安装制动器，使制动器根据控制单元的控制信号或电源通断电信号对电机及力量作用件进行锁紧或解锁，实现健身器根据用户需求输出或关闭电机阻力，并防止用户操作不当引起的安全事故，且需要对用户失力等意外事故或紧急故障进行及时应对。而根据电机型健身器的使用特性，制动器只需要单向制动即可。
4.现有技术中，电机型力量健身器大多采用市售电磁制动器，这种电磁制动器是依靠内置刹车片和固定摩擦面贴合产生较大的摩擦力来进行制动。大多在使用中仅需短时间通电后内置刹车片与固定摩擦面贴合产生制动，断电后内置刹车片与固定摩擦面分离对转轴进行释放。因此这种制动器用于健身器，具有以下几个缺点：一、制动力受制动器尺寸限制(制动力越大，制动器尺寸越大)，不利于健身器的力量的宽范围及小型化设计；二、长时间的摩擦，刹车片会磨损严重，制动可靠性变差；三、安装在电机型力量健身器上的电磁制动器与常规的使用要求相反，即需要电磁制动器断电制动、通电释放，因此电磁制动器需长时间通电，自身会产生大量热，安全性降低。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供一种单向制动器及力量型健身器；单向制动器采用与旋转件旋转动作配合的失电型电磁铁控制制动锁舌嵌入或脱出制动槽的机械式结构，实现旋转件的制动和解锁，制动可靠，安全、能量效率高，且更利于力量型健身器等小型仪器的小型化、轻量性设计；力量型健身器，采用电机作为阻力源，不但实现了健身器与用户的智能交互，而且结构紧凑、安全、节能。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案为：
7.一种单向制动器，其特征在于，用于旋转件的制动，包括制动锁舌、制动槽、限位柱、失电型电磁铁、定位销；所述制动槽位于所述旋转件端面上，与所述旋转件无相对运动；所述制动锁舌、所述限位柱、所述失电型电磁铁、所述定位销安装在与所述旋转件端面平行且固定不动的平面结构上；所述制动锁舌上侧面为平面，右端设有定位孔，左端设有向下突
出的舌体；所述舌体后侧面与所述制动锁舌上侧面垂直，其前侧面和后侧面之间夹角为锐角并倒有圆角；所述定位孔用定位销固定在所述平面结构上，制动锁舌可绕定位销旋转，所述定位孔中心与所述旋转件中心的水平距离小于其与舌体后侧面间距 0.5-2mm；所述制动槽均匀分布于所述旋转件端面上，呈沿圆周开口向外的八字形，其宽度和高度均大于所述舌体，其两个侧面与所述旋转件端面垂直，其中，第一侧面为过所述旋转件中心的平面；所述限位柱固定安装在所述平面结构上，与所述制动锁舌上侧面相切，用于限定所述制动锁舌的旋转角度；旋转件中心与所述限位柱中心的水平距离大于其与制动锁舌定位孔中心的水平距离；所述失电型电磁铁固定在所述平面结构上，且位于所述制动锁舌上侧，用于与旋转件旋转动作配合控制制动锁舌脱出或落入所述制动槽。
8.优选地，所述制动槽(12)为开设在所述旋转件上的槽结构。
9.一种具有所述单向制动器的力量型健身器，其特征在于，还包括安装基座、电机安装座、电机、索盘、绳索、训练作用件、电源、控制器；所述安装基座支撑并固定所述力量型健身器；所述电机安装座具有一个成型腔体，所述腔体左右两侧分别开设有同轴的制动孔和电机轴孔；所述电机，为所述力量型健身器提供训练阻力的阻力源，固定安装在电机安装座上，且位于所述腔体外右侧，其输出轴穿过所述电机轴孔与所述索盘右侧的第一端面固定连接；所述索盘安装在所述腔体内，其左侧通过轴承支撑在所述制动孔上，左侧对应的第二端面突出所述腔体；所述单向制动器，用于索盘的制动；其制动锁舌、限位柱、失电型电磁铁安装在电机安装座上；其制动槽数量至少为两个，均匀分布在索盘第二端面上，以适配不同长度绳索的使用要求；所述绳索，缠绕在索盘上，一端与索盘固定连接，对应的另一端与训练作用件连接；所述绳索从开设在所述腔体前侧的孔中穿出；所述电源，分别为电机、控制器、失电型电磁铁供电，固定安装在所述腔体后侧；所述控制器分别与电机、失电型电磁铁连接，用于控制单向制动器解锁或锁紧，及控制电机输出功率。
10.优选地，一种力量型健身器，其特征在于，还包括测量电机输出轴转动信息的磁性绝对位置编码器；所述电机具有两个同轴的输出轴，其第一输出轴与所述索盘固定连接，其第二输出轴端面上安装磁性绝对位置编码器的磁体端，磁性绝对位置编码器的传感端安装在控制器上；控制器固定连接在电机第二输出轴对应侧端面上。
11.优选地，一种力量型健身器，其特征在于，还包括用于收集电机转动时额外产生的电流的能量回收器，所述能量回收器与电源连接。
12.优选地，一种力量型健身器，其特征在于，还包括采集用户拉力信息的应力传感器；所述应力传感器为四方体形状，与安装基座、电机安装座、索盘均左右对称轴重合安装；所述应力传感器的上、下端面均呈“凹”形，其下端面后端通过螺纹紧固件固定在安装基座上，其上端面前端通过螺纹紧固件固定在电机安装座上。
13.优选地，一种力量型健身器，还包括智能单元；所述智能单元，包括相互通信的无线通讯模块、认证模块和用户交互程序；所述无线通讯模块，用于力量型健身器与用户移动设备或/和云端服务器或/和电脑之间的信息传输；所述认证模块，用于识别无线通讯模块，及用户获得无线通讯模块连接授权；所述用户交互程序为手机app或/和小程序，用于用户移动设备与力量型健身器或 /和云端服务器或/和电脑的信息交互及信息显示。
14.进一步优选地，所述安装基座上固定安装有限位螺栓，用于对所述应力传感器变形幅度进行限制。
时，两个元件可以直接连接或者也可以存在居中的元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。固接或固定连接方式可以为螺接或焊接或铆接或插接或通过第三个部件进行连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.如图1所示，本实用新型的一种单向制动器，包括制动锁舌11、制动槽 12、限位柱13、失电型电磁铁14、定位销15，用于旋转件的制动；制动槽12 位于旋转件端面上；制动锁舌11、限位柱13、失电型电磁铁14、定位销15 安装在与旋转件端面平行且固定不动的平面结构上；
30.制动锁舌11上侧面111为平面，右端设有定位孔112，左端设有向下突出的舌体113；舌体后侧面1131与制动锁舌上侧面111垂直，其前侧面1132 和后侧面1131之间夹角为锐角并倒有圆角；定位孔用定位销15安装在平面结构上，定位孔轴固定但不限定其旋转自由度，制动锁舌绕定位销15旋转；定位销15可为带光杆的螺栓、螺钉等螺纹紧固件或其他轴零件；定位孔中心与旋转件中心的水平距离小于其与舌体后侧面1131间距0.5-2mm，保证制动时制动锁舌顺利落入制动槽。
31.制动槽12数量至少为两个，以适配不同长度绳索的使用要求，均匀分布于旋转件端面上，其具体结构可以为开设在旋转件上的槽结构，也可以为固定连接在旋转件端面上、开设槽的一个或多个零件；制动槽12呈沿圆周开口向外的八字形，其宽度和高度均大于舌体113，其两个侧面与旋转件端面垂直，其中，第一侧面121为过旋转件中心的平面，该特征同样是为了保证制动时制动锁舌顺利落入制动槽。
32.限位柱13固定安装在平面结构上，与制动锁舌11上侧面相切，用于限定制动锁舌的旋转角度，因此其安装于制动锁舌旋转中心后端，即旋转件中心与限位柱中心的水平距离大于其与制动锁舌定位孔112中心的水平距离。
33.失电型电磁铁14固定在平面结构上，且位于制动锁舌11上侧，用于配合旋转件旋转动作控制制动锁舌脱出或落入制动槽12。
34.该单向制动器采用简单的机械式结构，其尺寸不再受限于制动力，可大范围内根据设计需求自由调整，且制动安全可靠，且不同于传统摩擦型单向制动器，在制动过程中不产生热量，不但提高了能源效率，还减少了对仪器控制板等电器件的损伤。将上述单向制动器应用于力量型健身器，不但有利于其小型化设计，还有效提高了力量型健身器的安全性能。
35.本实用新型的一种具有上述单向制动器的力量型健身器，如图3，图4，图5所示，还包括安装基座201、电机安装座202、电机204、索盘205、绳索 206、训练作用件207、电源208、控制器209、磁性绝对位置编码器210、能量回收器211、应力传感器212、智能单元。
36.安装基座201支撑并固定力量型健身器。
37.电机安装座202由底板2021、第一侧板2023，连接轴2024，第二侧板2025 固定连接而成，形成一个腔体，腔体左右两侧分别开设有同轴的制动孔(第二侧板上)和电机轴孔(第
一侧板上)。
38.电机204为力量型健身器提供训练阻力的阻力源，固定安装在电机安装座第二侧板2025上，且位于腔体外；电机204具有两个同轴的输出轴，其第一输出轴与索盘205固定连接；其第二输出轴端面上安装磁性绝对位置编码器 210的磁体端，磁性绝对位置编码器210的传感端安装在控制器209上；控制器209固定连接在电机第二输出轴对应侧端面上；磁性绝对位置编码器210用于测量电机输出轴的转动信息。
39.索盘205安装在腔体内，其左侧通过轴承203支撑在电机安装座第一侧板 2023的制动孔上，其左侧对应的第二端面突出腔体。
40.绳索206，缠绕在索盘205上，一端与索盘205固定连接，对应的另一端与训练作用件207连接；绳索从开设在腔体前侧的孔中穿出。
41.单向制动器用于索盘205的制动；其制动锁舌11、限位柱13、失电型电磁铁14安装在电机安装座202上；其制动槽数量至少为两个，如图1所示的 4个制动槽，均匀分布在索盘第二端面上。
42.单向制动器主要用于避免健身器非工作状态下，用户的不当操作造成的安全事故，或用户结束运动时，对健身器索盘的锁定。当用户出力往外拉绳索时，旋转件-索盘协同电机逆时针(也可根据结构为顺时针)旋转，而绳索的回收则是由电机带动旋转件-索盘顺时针(也可根据结构为逆时针)旋转来实现，因此健身器仅需保障完成索盘逆时针方向运动的制动性能。
43.单向制动器的锁紧和解锁过程如下：
44.当需要锁紧制动时，失电型电磁铁14短时间通电，磁力消失，制动锁舌 11在重力作用下绕定位销15旋转下落，因制动锁舌11后端被限位柱13进行限制，因此只能下落至水平状态；此时，旋转件-索盘逆时针旋转，当锁舌落入制动槽内，制动槽即受到锁舌的制动力作用，继而与制动槽固定连接的电机就会受到制动力反馈；电机204受到制动力反馈，确定锁舌落入制动槽内，制动器已完成锁紧动作后，电机204即断电；由于电机自带减速器本身具有较大阻尼，因此电机断电后不会自主旋转，单向制动器对旋转件-索盘205制动可靠性得以保障。单向制动器的锁紧状态如图2所示。
45.解锁时，电机通电，驱动旋转件-索盘顺时针转动，制动槽12第一侧面推动制动锁舌11绕定位销旋转，将其从索盘12制动槽内旋出；此时失电型电磁铁14并不通电，磁力恢复，制动锁舌11在惯性作用下与失电型电磁铁14相接触，并被失电型电磁铁14通过磁力吸住保持不动，完成对旋转件-索盘的解锁，此后电机可驱动旋转件自由旋转。
46.电源208，分别为电机204、控制器209、失电型电磁铁14供电，固定安装在腔体后侧。
47.控制器209分别与电机204、失电型电磁铁14、应力传感器212、磁性绝对位置编码器210、智能单元连接，用于控制单向制动器解锁或锁紧，及收集应力传感器212、磁性绝对位置编码器210采集的信息，接收并反馈智能单元指令，并控制电机204输出功率；能量回收器211与电源208、控制器连接用于收集电机转动时额外产生的电流。
48.应力传感器212用于采集用户拉力信息，如图5所示，应力传感器212为四方体形状，与安装基座201、电机安装座202、索盘205均左右对称轴重合安装；应力传感器212的上、下端面均呈“凹”形，其下端面后端通过螺纹紧固件固定在安装基座201上，其上端面前端通
过螺纹紧固件2022固定在电机安装座底板2021上。安装基座上还固定安装有限位螺栓213，用于对应力传感器212变形幅度进行限制。应力传感器可随电机安装座进行一定幅度的变形，由此可测量反应用户作用在力输出单元上的拉力的电机安装座变形量，产生的应力数据可用于对电机输出力矩的校正，以及作为用户失力或紧急故障的判断依据。
49.智能单元，包括相互通信的无线通讯模块、认证模块和用户交互程序；无线通讯模块，用于智能力量型健身器与用户移动设备或/和云端服务器或/和电脑之间的信息传输；认证模块，用于识别无线通讯模块，及用户获得无线通讯模块连接授权；用户交互程序为手机app或/和小程序，用于用户移动设备与力量型健身器或/和云端服务器或/和电脑的信息交互及信息显示。认证模块包括二维码或/和nfc标签，二维码、nfc标签装载无线通讯模块id信息，贴敷于力量型健身器表面；无线通讯模块包括蓝牙模块214，蓝牙模块固定安装在电机安装座外侧。
50.上述实施方式为本实用新型的优选案例，并不用来限制本实用新型的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。