随着按摩深度逐渐增加输出的电动按摩装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种随着深度逐渐增加输出的电动按摩装置，特别指一种适用于针对人体肌肉、经络、特定穴位或特定酸痛点进行按摩的按摩装置。


背景技术：

2.随着各式运动的风行，市场对于运动后舒缓肌肉用的按摩装置的需求日益增高，其中又以按摩枪的市场需求最为强烈，因按摩枪可供使用者自行针对特定部位进行按摩。
3.再者，传统按摩装置的按摩行程都是一致的，例如利用如凸轮的装置将旋转运动转换成线性运动；也就是说，以按摩枪而论，在整个输出的按摩行程中，按摩头将先冲击皮肤、及表层肌肉后才会撞击深层肌肉。再进一步说明，按摩力道的设定大多是为了让深层肌肉的特定酸痛点感受到按摩效果，然而因为传统按摩枪的机构限制，所以当按摩头接触皮肤、及表层肌肉时，使用者将感到明显疼痛感。另一方面，如果为了减少前述疼痛感而减少凸轮的行程来降低按摩力道时，深层肌肉的特定酸痛点的按摩效果又大打折扣，无法两全其美。
4.此外，传统按摩枪大多以电动机旋转方式搭配偏心凸轮转成线性的运动，电动机旋转周期中按摩枪输出轴有半周是正向运动产生按摩效果，有半周是反向运动产生复位行程；然而，此方式受限于机构特征，按摩深浅是固定的，无法调整；且因为复位行程并非按摩行程，并无产生实际有效之功，所以徒增耗能，且容易发热。另外，传统按摩枪也有采用电磁阀搭配弹簧的冲击枪，通电时电磁阀加速到一个高速冲击按摩头，以弹簧的弹力让按摩头退回起始位置；这种设计的好处是按摩深浅和力道大小可调。不过，这一采用电磁阀的冲击枪方式不仅冲击时产生的噪音大，且力道为一瞬间的冲击力，适合作为脊椎矫正的脊椎活化器使用，但用来当按摩肌肉就有瞬间冲击力太大伤肌肉的风险，而且因为会冲击表层皮肤，所以会造成明显疼痛感。
5.由此可知，一种结构简单、耗能少、噪音小、效率佳、可靠度高，且既可对深层肌肉产生有效按摩，又可减轻皮肤或表层肌肉的疼痛感的按摩装置，这是产业界、及社会大众所殷殷期盼的。


技术实现要素：

6.本实用新型的主要目的是提供一种随着按摩头前进而逐渐增加输出的电动按摩装置，从而能提供不同输出大小的按摩行程；当按摩头冲击表层皮肤、及浅层肌肉时输出小，所以可显著减轻疼痛感；而当按摩头到达较深层欲按摩区域或特定酸痛点进行按摩时输出增大，借此产生有效按摩效果。
7.为达成上述目的，本实用新型的一种随着按摩深度逐渐增加输出的电动按摩装置，主要包括按摩产生模块、以及控制模块；按摩产生模块包括输出轴、及电磁驱动单元，而电磁驱动单元用于驱动输出轴作直线运动，从而对使用者产生冲击与振动的按摩效果；控制模块电性连接至电磁驱动单元，并用于驱动电磁驱动单元；其中，直线运动包括输出行
程、及复位行程；在输出行程中，控制模块施加驱动电流于电磁驱动单元，而驱动电流随着输出行程中的动作时间、以及输出轴的行程位移量中至少一者逐渐加大；且控制模块施加驱动电流于电磁驱动单元的时间少于五倍的时间常数，该时间常数是电磁驱动单元的总电感值与总电阻值的比值。
8.据此，本实用新型借由在输出行程中逐渐加大驱动电流，也就是说使按摩力道逐渐增强；其中，在输出行程刚开始时，驱动电流小，按摩力道弱，所以表层皮肤、及浅层肌肉所感受到的疼痛感相当有限；而在越接近输出行程终点时，驱动电流大，按摩力道强，所以可对深层肌肉作有效按摩。
9.进一步说明，根据虎克定律，当弹性体材料受力之后，材料所受的力与变形量之间成线性关系；也就是一个弹性体的受力和它的变形量成正比；公式表示为:f＝-k
×
(l-lo)＝-k
×
δx；其中，f为弹簧的恢复力，其与外力大小相等但方向相反；k为弹性系数；l为受力后弹簧总长度；lo为弹簧原长。然而，人体的软组织也可视为弹性体，而按压时随着按压的深度越深所需要的力量越大，所以按摩器的力道如果随着输出时间而越来越大，则在浅层体表时力量小，就不会有过大的冲击力而造成疼痛甚至受伤的情形发生；另一方面，在冲击行程的末端时又有足够的力道可以打到深层肌肉，进行有效按摩，如此力道能量能随着行程做合理分配，可实现舒服、柔和、安全、有效又不伤肌肉的效果。
10.优选的是，输出轴的行程位移量通过行程检测模块所检测而得，而行程检测模块电性连接至控制模块；其中，控制模块根据行程检测模块所检测到的实时行程位移值，而逐渐放大驱动电流。也就是说，按摩力道可以根据输出行程中输出轴的位置来作调整，而且行程位移量和电流可以呈线性关系，或非线性的特定关系；也就是说，越接近输出行程的终点，按摩力道越大。
11.另一方面，本实用新型的电动按摩装置可还包括记忆模块，其储存电流位置函数表，该电流位置函数表中包括多个实时行程位移值、以及每一实时行程位移值所对应的驱动电流值；其中，控制模块可根据电流位置函数表，以行程检测模块检测到的实时行程位移值所对应的驱动电流值来调整驱动电流。也就是说，本实用新型也可为非线性的输出模式，即通过电流位置函数表来预先设定各行程位移或位置处不同的电流值，据以提供不同的输出大小。据此，输出大小的改变可视实际需求，弹性设定、及调整。
12.再且，当控制模块施加驱动电流于电磁驱动单元，而行程检测模块检测实时行程位移值，控制模块可进而推算出肌肉弹性系数，并可据此调整驱动电流值的增幅或减幅，也可进一步更新电流位置函数表内的数值。也就是说，控制模块可借由施加驱动电流后，所反馈得到的实时行程位移值，而可推算出施加按摩处的肌肉组织的弹性系数，并可自主调整驱动电流数值，来达到更为舒适、且又有效的按摩。
13.而且，本实用新型的电动按摩装置可还包括输出调节模块，其电性连接至控制模块，并可用于调节施加至按摩产生模块的驱动电流的频率、输入驱动电流的时间长短以及输入驱动电流上升的斜率中至少一者；其中，输出调节模块可包括按摩时间调节单元、及按摩频率调节单元，按摩时间调节单元可用于调节输入驱动电流的时间长短，而按摩频率调节单元可用于调节驱动电流的频率。
14.此外，本实用新型的电动按摩装置可还包括电流检测模块，其电性连接至控制模块与该电磁驱动单元，并用于检测该电磁驱动单元的反馈电流，该控制模块根据该反馈电
流进行闭回路控制来调整驱动电流。也就是说，控制模块可依据电流检测模块反馈回来的电流与电流命令做比较，来对按摩产生模块的驱动电流进行闭回路控制，以对施加至按摩产生模块的驱动电流做微调，以确保按摩产生模块的输出。
15.优选的是，本实用新型施加驱动电流的时间极短，而可对应产生相当大的带宽，所以可轻易地与按摩处肌肉的共振频率达成匹配，形成共振，有效破坏软组织的阻塞，舒通气血，提升按摩效果。
附图说明
16.图1是本实用新型的第一实施例的分解图。
17.图2是本实用新型的第一实施例的剖面图。
18.图3是本实用新型的第一实施例的系统架构图。
19.图4是本实用新型的第一实施例的驱动电流的实测波形图。
20.图5a、5b、5c是本实用新型的第一实施例的动作频率分别为2.5hz、15hz及75hz的电压波形图。
21.图6是本实用新型的第二实施例的系统架构图。
22.图7是本实用新型的第三实施例的使用示意图。
具体实施方式
23.本实用新型随着按摩深度逐渐增加输出的电动按摩装置在本实施例中被详细描述之前，要特别注意的是，以下的说明中，类似的组件将以相同的组件符号来表示。再者，本实用新型的附图仅作为示意说明，其未必按比例绘制，且所有细节也未必全部呈现于附图中。
24.请先参阅图1、图2、及图3，图1是本实用新型的第一实施例的分解图，图2是本实用新型的第一实施例的剖面图，图3是本实用新型的第一实施例的系统架构图。如图中所示，本实施例逐渐增加输出的电动按摩装置主要包括按摩产生模块2、控制模块3、行程检测模块4、输出调节模块6、电源模块7、及按摩头8。在本实施例中，该电源模块7例如以插头连接市电，但不以上述公开内容为限，在其它实施形态中，该电源模块7也可以是其它的供电方式，例如电池组及其相关的控制电路。
25.其中，按摩产生模块2包括输出轴21、两个环形磁石210、三个导磁件211、及电磁驱动单元22；环形磁石210套设于输出轴21上，且两个环形磁石210配置为彼此邻近的两端的极性相同，且三个导磁件211分别位于两个环形磁石210之间及前、后两侧；据此，通过上述配置，环形磁石210可沿输出轴21的至少局部区域产生径向磁场。另外，电磁驱动单元22设置于环形磁石210的径向外侧。
26.再者，在本实施例中，电磁驱动单元22包括一轭铁环架221、线圈222、及环形线圈架223，而输出轴21穿设于轭铁环架221、及环形线圈架223，且线圈222缠绕于环形线圈架223。此外，如图中所示，轭铁环架221用于固定并包覆该环形线圈架223，并导引环形磁石210的磁场使之与流通于线圈222内的电流相作用而产生电磁力。另一方面，需特别值得一提的是，轭铁环架221与输出轴21的环形磁石210间相互作用而产生有顿转转矩，本实施例的按摩装置进一步利用该顿转转矩，使其对整个按摩行程产生有益功效，后有详述。
27.此外，如图1、及图3中所示，本实施例还包括行程检测模块4，其设置于马达外壳上或机壳上，且电性连接至该控制模块3，并用于检测输出轴21是否位于起始位置。另一方面，按摩头8套设于输出轴21上，而按摩头8用于直接接触使用者的皮肤；按摩头8为可拆卸式部件，也就是说本实施例可根据不同需求替换不同形式的按摩头8，例如按摩深层肌肉或穴道时可采用头端呈锐角的按摩头8、按摩大面积的浅层肌肉时则可采用盘形的按摩头8。
28.以下说明本实施例的动作方式，整个按摩行程的直线运动包括输出行程、及复位行程；在该输出行程中，当输出轴21位于输出行程的起始位置时，控制模块3施加驱动电流id于电磁驱动单元22，此时电磁驱动单元22的线圈222被施加电流后将形成电磁场，并与环形磁石210的径向磁场相互作用以驱动输出轴21往使用者方向推出。
29.再进一步详细说明，本实施例的输出行程中，控制模块3施加至电磁驱动单元22的驱动电流id随着输出行程中输出轴21动作的时间，而以线性关系或其它非线性关系逐渐放大该驱动电流id；换句话说，驱动电流id依据输出轴21从起始位置朝终点位置移动过程中的动作的时间逐渐加大，也就是说按摩头8所产生的按摩力道也是输出轴21从起始位置朝终点位置移动时逐渐增大。不过，在本实用新型中，驱动电流id增大幅度的根据，也并非以输出行程中输出轴21的动作时间为限，也可以根据输出轴21的实时行程位移值来增强驱动电流id，例如通过行程检测模块4来检测的输出轴21的实时行程位移值，并随着该位移值的改变来增强驱动电流id。
30.如此，在输出行程的前阶段，因为驱动电流id小，按摩力道较弱，所以因按摩头8冲击皮肤、及表层肌肉所形成的疼痛感将显著减轻。接着，随着输出轴21往输出行程的终点方向移动，驱动电流id将逐渐加大，按摩力道也逐渐增强，所以可对深层肌肉产生实质的按摩效果。
31.另外，在该复位行程中，也就是说输出轴21冲击使用者的欲按摩处后而往背离使用者方向的行程中，本实施例特别取消施加至该按摩产生模块2的驱动电流id，而靠使用者自行输出压回该输出轴21，也就是用户操作按摩装置本体朝自己推。然而，值得一提的是，本实施例在复位行程中，轭铁环架221与环形磁石210间所产生的顿转转矩也形成辅助拉力，来协助输出轴21拉回至中间位置处。
32.承上所述，本实施例的输出行程的起始位置是固定的；也就是说，使用者必须将输出轴21压退抵达特定的起始位置时，控制模块3才会再次施加驱动电流id于电磁驱动单元22，然而本实施例通过行程检测模块4来感测输出轴21是否已抵达该特定的起始位置。另一方面，本实施例的输出行程的时间则是供使用者自行设定的；也就是说，用户可以通过输出调节模块6设定整个输出行程的时间，然而随着行程时间越长则输出越大，越能对深层肌肉作有效按摩。
33.又特别说明，在本实用新型的其它变形实施例中，也可施加小于正向驱动电流的微弱反向电流来辅助输出轴21复位，而该反向电流小于该驱动电流的五分之一。这一实施例特别适用于按摩部位的肌肉、筋骨、韧带有发炎、撕裂伤等情况时，也就是按摩部位有伤痛情形时。因为当按摩该伤痛部位时，使用者通常较难忍受输出压退输出轴21至起始位置的疼痛感。然而，此时就可以通过反向电流和顿转转矩来使输出轴21自动复位，并进行下一次的输出行程；其中，反向电流也就是根据设定的输出时间所产生，并依据实际回到起始位置的时间做微调。
34.再且，请同时参阅图3、及图4，图4是本实用新型的第一实施例的驱动电流的实测波形图。如图4中所示，下方线段所呈现的方波即为脉冲宽度调变(pulse width modulation，pwm)的开关信号，该方波前端即显示输出行程的起始位置，该方波末端即显示输出行程的终点位置。另外，上方线段呈现出所施加的电流波形，而该方波所对应上方线段即为驱动电流id。此外，如图3所示，本实施例的输出调节模块6包括按摩时间调节单元62、以及按摩频率调节单元63。
35.其中，按摩时间调节单元62用于调节施加至按摩产生模块2的驱动电流id的动作时间长短，也就是调整输出行程的距离长短，输出行程越长可以对更深层的肌肉进行按摩，请见图4中所显示的上升线段，而该上升线段时间越长或斜率越大即表示力道越大。另外，按摩频率调节单元63用于调节施加至按摩产生模块2的驱动电流id的频率，也就是交替输出行程和复位行程的时间长短，其频率越高则输出轴21往复的次数多。
36.以下说明本实施例施加驱动电流id的时间与动作频率间的关系。首先说明，本实施例的基础等效电路可简化为rl电路，而rl电路充电期间的时间常数(τ)可以利用τ＝l/r求得，其中l为电感值，r为电阻值。在本实施例中，l为5h，r为3ω，所以τ值为1.66ms。据此，根据本实施例，在5倍τ值的时间内，电流皆可持续上升，一旦超过5倍τ值，电流趋于饱和不再上升，在本实施例中电流上升期间的5倍τ值即为8.3ms。
37.请一并参阅下表一及图5a、5b、5c；表一是呈现不同动作频率下，动作周期(t)、施加电流时间(t)、时间常数(τ)以及周期与施加电流时间的比例关系(t/t)；图5a、5b、5c是本实用新型的第一实施例的动作频率分别为2.5hz、15hz及75hz的电压波形图。
38.表一
[0039][0040]
如图5a所示，当动作频率为2.5hz时，驱动电压由a点(输出起始)上升至b点(输出终止)的期间约为3.6ms，约为2.1687τ，其动作周期为400ms，周期与施加电流时间的比例(t/t)为111.11。
[0041]
如图5b所示，当动作频率为15hz时，驱动电压由a点上升至b点的期间约为1.3ms，约为0.7831τ，其动作周期为66.7ms，周期与施加电流时间的比例(t/t)为51.31。
[0042]
如图5c所示，当动作频率为75hz时，驱动电压由a点上升至b点的期间约为0.2ms，约为0.1204τ，其动作周期为13.33ms，周期与施加电流时间的比例(t/t)为66.65。
[0043]
由上可知，动作频率越高，输出轴每一次往复的动作周期越短，而施加电流的时间也越短；整体而言，相较于传统按摩装置，本实用新型的电动按摩装置不论动作频率大小为何，施加电流的时间都很短，都少于动作周期的十分之一，也就是驱动电流的动作时间相当窄，按傅立叶变换的结果，其所形成的带宽则相当宽，所以可以很容易地与肌肉的共振频率来匹配，也就是很容易与肌肉形成共振，可借以破坏肌肉的阻塞，舒通气血，按摩效果极佳。
[0044]
请参阅图6，其是本实用新型的第二实施例的系统架构图。本实用新型的第二实施
例与前述第一实施例主要差异在于，在本实施例中所施加的驱动电流id并非随着输出时间逐渐放大，而是根据一个预定的位置参数表格来调整驱动电流id。进一步说明，本实施例的电动按摩装置还包括记忆模块9，其储存电流位置函数表91，该表中记录着各行程位移值及其对应的驱动电流值；该行程位移值为输出轴21的移动量，在其它实施例中也可以是输出轴21的绝对位置值。
[0045]
然而，当控制模块3接收到行程检测模块4所检测到的实时行程位移值后，再根据该电流位置函数表91来找到对应的驱动电流值，进而调整施加到该电磁驱动单元22的驱动电流id。据此，按摩力道的调整将变的更为弹性，也就是说在整个输出行程中，通过电流位置函数表91中各项参数的设定，可以对按摩力道进行多样化的控制，达成更舒服、更有效的按摩质量。
[0046]
另一方面，本实施例更进一步又可实现人工智能(artificial intelligence，ai)控制；也就是说，控制模块3也可依据用户的肌肉组织的弹性系数，而自主更新前述电流位置函数表91。又进一步说明的，本实施例的控制模块3一开始可以先输出一特定的驱动电流id，其对应的输出为f，然而此时又可同时记录行程检测模块4所反馈的实时行程位移值，并借此算出速度，以及换算成加速度。
[0047]
详言之，控制模块3在某一位置输出一特定的驱动电流id时，记忆模块9可查出其对应的输出为f，根据f-(k
×
δx)＝m
×
a公式，控制模块3便可以推算出施加按摩处的肌肉组织的弹性系数；其中，m为输出轴21的整体质量(即包括按摩头8、环形磁石210、导磁件211、以及其它组设于输出轴21上所有部件的整个输出轴总成的质量)，a为输出轴21的加速度，k为肌肉组织的弹性系数，δx则为行程检测模块4所反馈的单位时间内的实时行程位移值，δx0为前一单位时间内的实时行程位移值，v为每单位时间的初速度，δt为单位时间；v＝δx0/δt，δx＝vδt+1/2
×a×
(δt)2，δx-δx0＝1/2
×a×
(δt)2，其中，输出轴21的加速度a即是利用前述2(δx-δx0)除以单位时间的平方而得。然而，记忆模块9中也可预先储存多个肌肉组织的弹性系数范围值、以及各弹性系数范围值所对应的电流位置函数表的调整系数。据此，本实施例的控制模块3可以推算出施加按摩处的肌肉组织的弹性系数，并借此可以自主调整(更新)电流位置函数表中的驱动电流数值。
[0048]
另外，举例说明，当按摩处为较硬的肌肉组织或骨骼时，即便驱动电流id加大，而行程检测模块4所反馈的实时行程位移值较为有限；此时控制模块3便可自主地更新并以特定比例调整电流位置函数表91中的驱动电流数值，以放大或减少按摩力道。同理，当按摩处为较软的肌肉组织时，于固定的驱动电流id之下，而行程检测模块4所反馈的实时行程位移值变化较大；此时控制模块3便可自主地更新并以特定比例调整对电流位置函数表91中的驱动电流数值，以减小或放大按摩力道，来达到较舒适又有效的按摩。
[0049]
除此之外，本实施例还包括电流检测模块71，其电性连接至该控制模块3与电磁驱动单元22，并用于检测由电磁驱动单元22反馈的反馈电流if，该控制模块3根据该电流检测模块71所检测的该反馈电流if进行闭回路控制来调整该驱动电流id。进一步说明，本实施例的控制模块3将依据电流检测模块71所检测而得的反馈电流if与电流命令(预定的驱动电流id)做比较，来对按摩产生模块2的驱动电流id进行闭回路控制，来对施加至按摩产生模块2的驱动电流id做微调，使实际的驱动电流id与电流命令(预定的驱动电流id)相符，以确保按摩产生模块的输出。
[0050]
最后，请参阅图7，其是本实用新型的第三实施例的使用示意图；在前述的实施例中，输出调节模块6是实体调节开关61，但本实用新型并不限于此，其它的各式的人机接口都可以运用于本实用新型，例如作为外部控制器64的遥控器或是外部电子装置65的显示屏幕，也就是如平板电脑、智能手机等外部电子装置65透过蓝牙联机按摩装置来调控按摩参数。
[0051]
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本实用新型所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
[0052]
符号说明
[0053]
2:按摩产生模块
[0054]
3:控制模块
[0055]
4:行程检测模块
[0056]
6:输出调节模块
[0057]
7:电源模块
[0058]
8:按摩头
[0059]
9:记忆模块
[0060]
21:输出轴
[0061]
22:电磁驱动单元
[0062]
61:实体调节开关
[0063]
62:按摩时间调节单元
[0064]
63:按摩频率调节单元
[0065]
64:外部控制器
[0066]
65:外部电子装置
[0067]
71:电流检测模块
[0068]
91:电流位置函数表
[0069]
210:环形磁石
[0070]
211:导磁件
[0071]
221:轭铁环架
[0072]
222:线圈
[0073]
223:环形线圈架
[0074]
id:驱动电流
[0075]
if:反馈电流。