一种健身器材上的配重负载系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及健身器材技术领域，特别涉及一种健身器材上的配重负载系统。
【背景技术】
[0002]目前流行的健身器一般都采用铁块作为配重负载，主要缺点有二个，首先是健身器本身机架庞大，整体重量大，占用空间多，不方便搬运、安装，除了健身房等场所使用外，难以进入普通的家庭用户市场;其次，配重块数量有限制，根据使用者不同，调节不同的配重依靠手动设置配重块的数量来实现，无法做到无级配重。为此，用户希望能改造健身器的负载方式，用电磁负载代替现有的铁块配重，以消除上述缺陷，同时，通过加装控制电磁负载的人机操作界面，来凸显新一代健身器的品质，提高健身器的档次。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本发明要解决的问题是要解决传统技术中配重负载系统结构复杂、体积大而笨重和配重块重量单一的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种健身器材上的配重负载系统，包括健身器支架、拉力索、电机、电机驱动模块和电机控制单元；
[0007]所述电机安装在健身器支架并可旋转，所述拉力索缠绕在电机上，其一端与电机的转子连接，另一端与健身器材上的力量驱动机构连接;所述力量驱动机构用于通过拉力索带动电机旋转从而产生拉力，所述电机控制单元通过电机驱动模块控制电机反方向旋转并使其产生与拉力相对的负载力。
[0008]上述的健身器材上的配重负载系统中，所述电机的结构为永磁无刷直流电机。
[0009]上述的健身器材上的配重负载系统中，还包括张力传感器，所述张力传感器用于检测力量驱动机构的当前拉力。
[0010]上述的健身器材上的配重负载系统中，所述力量驱动机构为拉手环或者拉力杆，人体可通过拉手环或者拉力杆以控制拉力索带动电机旋转从而产生拉力。。
[0011]上述的健身器材上的配重负载系统中，还包括一个与电机控制单元连接的操作显示面板。
[0012]上述的健身器材上的配重负载系统中，还包括滑轮，所述滑轮安装在健身器支架上并与拉力索传动配合。
[0013]上述的健身器材上的配重负载系统中，所述张力传感器可安装在滑轮上或者在电机的电机轴与健身器支架之间。
[0014](三)有益效果
[0015]本发明的健身器材上的配重负载系统通过永磁无刷直流电机代替了传统的铁块作为配重，不但结构简单又轻巧，而且通过电磁原理来调整配重的力度，可以实现配重的无级化调控，使锻炼者锻炼可以更加有效，而且本系统可控制电机的转速，相比传统的技术中松开力量驱动机构会配重块突然掉落造成器材损坏的问题。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的健身器材上的平面示意图；
[0017]图2为本发明的健身器材上的配重负载系统的工作原理图；
[0018]图3为本发明的配重负载系统的重力变化图；
[0019]图中I为电机、2为滑轮、4为健身器支架、5为拉力索、6为力量驱动机构、7为张力传感器。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0021]如图1和图3所示，一种健身器材上的配重负载系统，包括操作显示面板、健身器支架4、拉力索5、电机1、电机驱动模块和电机控制单元。该电机的结构为永磁无刷直流电机。所述电机I安装在健身器支架4并可旋转，所述拉力索5缠绕在电机I上，其一端与电机I的转子连接，另一端与健身器材上的力量驱动机构6连接，具体的说所述力量驱动机构6为拉手环或者拉力杆，人体可通过拉手环或者拉力杆以控制拉力索5带动电机I旋转从而产生拉力，所述电机控制单元通过电机驱动模块控制电机反方向旋转并使其产生与拉力相对的负载力(实际是略小于力量驱动机构6产生的拉力)，从而可以形成配重的施加力。
[0022]本发明还包括滑轮2，所述滑轮2安装在健身器支架4上并与拉力索5传动配合。
[0023]本发明还包括张力传感器7，所述张力传感器用于检测力量驱动机构的当前拉力。所述张力传感器7可安装在滑轮2上或者在电机I的电机轴与健身器支架4之间，当然也可安装到其他地方，具体可根据实际情况设定。
[0024]如图2为本发明的健身器材上的配重负载系统的工作原理图，该图包含有一个瞬时无功转矩换算单元、电流调节单元、电机计算单元。换流位置计算单元、同步PWM产生单元、驱动信号隔离单元、电压信号处理单元、三相电压逆变电路、温度信号处理电路、相电流采样电路和位置传感电路。
[0025]首先，在人机操作界面上输入需要模拟的电磁力大小Fe，相当于传统健身器锻炼前要选定负重铁块的重量，这个力的大小几乎是无级的，以公斤为单位进行选择，而不像铁块的重量组合非常有限；“位置检测电路”与“电机控制单元”的存储记忆单元配合，可以检测健身器是否处于初始状态，如果不在初始初始状态则通过控制电机的转动，让健身器处于起始位置。
[0026]健身开始时，当人拉动拉手杆向下运动，通过拉力索和滑轮把力传递到“张力传感器”，并继续传递到电机绕有拉力索的电机外转子，“张力传感器”会检测当前拉力Fe，“电机控制单元”根据拉力Fe-Fc差值的大小，通过“瞬时无功转矩单元”和“电流调节单元”来调节电机的电流，当Fe-Fc>0则加大电机的控制电流，否则，减小电机的电流;调节算法可以是典型的PID算法，也可以采用模糊控制或其他算法。不论采用何种算法，都采用PWM(脉冲宽度调制)方式控制电机，即改变电机线圈导通的占空比来决定电机电流；
[0027]控制电机的电流与多个因素有关，我们的电机控制主要考虑下列因素:
[0028]设定目标拉力Fe:在不考虑拉力索和滑轮等机械效率的情况下，Fe主要决定了电机所需的转矩大小，而电机的转矩大小与流经电机绕组的电流有关;也就是根据Fe可以计算出所需的电流是多少;直流供电电压:供电电压不同，即使占空比值相同，电流输出也不同，所以，需要“电压信号处理电路”对供电电源的进行电压取样，并进行AD转换。根据电压信号，可以计算对应的电压补偿参数；
[0029]电机位置:永磁直流无刷电机是由多个永磁体组成的轮毂，由于电机绕组线圈相对于永磁体产生的磁场相对位置不同，相同电流产生的电机转矩是不同的(即拉力不同)，编码传感器(是“位置传感电路”的一部分)可以检测电机的位置。根据当前位置可以计算相应的应的位置补偿参数；
[0030]电机转速:电机旋转时，会产生反电势，即使占空比值相同，不同转速，电流输出也不同；“位置传感电路”可以检测电机的位置，进而“电机转速计算单元”(通过软件实现)，得到电机的转速;根据当前电机转速，可以计算相应的速度补偿参数；
[0031]“位置传感电路”还有另一个作用是换相。我们采用的永磁直流电机是三相绕组，在任一时刻只有二相绕组在通电，一相绕组是不通电的，电机转动时，需要随时换相。电机内部的霍尔传感器，通过“换流计算单元”，为换向的时机提供信号，该信号和上述各种参数结合，由“同步PWM产生单元”生成六个互补的三相PWM波形，经“驱动信号隔离”电路，对波形进行高低压隔离，再送到“三相电压逆变电路”来驱动“永磁无刷电机”，达到几千瓦级别的功率输出。
[0032]“相电流采样电路”可以检测当前电机电流，并反馈给“电机控制单元”。“相电流采样电路”也是电机保护电路的一部分，电流超过某一阈值时，可以报警或停止电机工作。“温度信号处理电路”是为了保护“三相电压逆变电路”中的大功率MOS管的，以免管子过热失效。
[0033]本发明的健身器材上的配重负载系统通过永磁无刷直流电机代替了传统的铁块作为配重，不但结构简单又轻巧，而且通过电磁原理来调整配重的力度，可以实现配重的无级化调控，使锻炼者锻炼可以更加有效，而且本系统可控制电机的转速，相比传统的技术中松开力量驱动机构会配重块突然掉落造成器材损坏的问题。
[0034]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种健身器材上的配重负载系统，其特征在于，包括健身器支架(4)、拉力索(5)、电机(I)、电机驱动模块和电机控制单元； 所述电机(I)安装在健身器支架(4)并可旋转，所述拉力索(5)缠绕在电机(I)上，其一端与电机(I)的转子连接，另一端与健身器材上的力量驱动机构(6)连接;所述力量驱动机构(6)用于通过拉力索(5)带动电机(I)旋转从而产生拉力，所述电机控制单元通过电机驱动模块控制电机反方向旋转并使其产生与拉力相对的负载力。2.根据权利要求1所述的健身器材上的配重负载系统，其特征在于，所述电机(I)的结构为永磁无刷直流电机。3.根据权利要求1所述的健身器材上的配重负载系统，其特征在于，还包括张力传感器(7)，所述张力传感器用于检测力量驱动机构的当前拉力。4.根据权利要求1所述的健身器材上的配重负载系统，其特征在于，所述力量驱动机构(6)为拉手环或者拉力杆，人体可通过拉手环或者拉力杆以控制拉力索(5)带动电机(I)旋转从而产生拉力。5.根据权利要求1所述的健身器材上的配重负载系统，其特征在于，还包括一个与电机控制单元连接的操作显示面板。6.根据权利要求3所述的健身器材上的配重负载系统，其特征在于，还包括滑轮(2)，所述滑轮安装在健身器支架(4)上并与拉力索(5)传动配合。7.根据权利要求6所述的健身器材上的配重负载系统，其特征在于，所述张力传感器(7)可安装在滑轮上或者在电机(I)的电机轴与健身器支架(4)之间。
【专利摘要】本发明公开了一种健身器材上的配重负载系统，包括健身器支架、拉力索、电机、电机驱动模块和电机控制单元；所述电机安装在健身器支架并可旋转，所述拉力索缠绕在电机上，其一端与电机的转子连接，另一端与健身器材上的力量驱动机构连接；所述力量驱动机构用于通过拉力索带动电机旋转从而产生拉力，所述电机控制单元通过电机驱动模块控制电机反方向旋转并使其产生与拉力相对的负载力。本发明的健身器材上的配重负载系统结构简单又轻巧，而且实现了配重的无级化调控。
【IPC分类】A63B24/00, A63B21/005
【公开号】CN105498151
【申请号】CN201510957361
【发明人】陆伟东
【申请人】宁波嘉达健康科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月18日