专利名称：椭圆运动机的制作方法
技术领域：
本发明与运动健身器材有关，特别是指一种椭圆运动机(Elliptical)。
背景技术：
椭圆运动机是一种能以左、右二踏板承载使用者的双脚，进而导引双脚在一概呈 椭圆形的轨迹上运动的运动健身器材。在习知技艺中，某些椭圆运动机的踏板轨迹可供使 用者依据个人需求进行调整，以改变迈步幅度、运动难度或锻炼部位。如图12所示即为一种习知的可调整踏板轨迹的椭圆运动机9(注详情可参阅中 国第1958099号早期公开专利案)，其相关部分的动作原理如下各踏板91被一前后延伸 的支撑杆92所支撑，各支撑杆92的前端连结在一曲柄93尾端，后端枢接在一可前后摆荡 的悬臂94底端，使得其所支撑的踏板91能沿一概呈椭圆形的轨迹运动。其中，用于支持悬 臂94的架体95可受一驱动装置96控制其偏斜角度，以改变悬臂94顶端的空间位置，而让 悬臂94底端(即支撑杆92后端)的摆荡路径对应变动，使得踏板91的运动轨迹跟着改变 (具体表现在斜度方面)。上述习知结构虽然揭示了一种典型原理，不过在实际制造及使用上却存在着一些 尚待改进之处，例如(一)架体95可以制成一开口朝上的U形框，以其左、右二侧杆上的一枢转点97 枢接在骨架98上，并以前述二侧杆的顶端分别承吊左、右二悬臂94。驱动装置96 —般是用 马达驱动一螺杆_螺管组合伸长或缩短，通过推拉U形框底部的横向连杆使顶部的二承吊 部位同步位移。从力学角度来看，此种架体95可看作一「第一类杠杆」，其中，由于驱动装 置96施力点与架体枢转点97之间的长度(即施力臂)小于悬臂94悬吊点与架体枢转点 97之间的长度(即抗力臂)，使得驱动装置96的作功效率相对较低，因此需要出力较大的 马达，导致生产成本及所耗费的电力相对偏高。需要说明的是，在此种状况下，直接挪高架 体95上的枢转点97以改变施力臂与抗力臂的比例，并不是解决上述问题的理想方法，其原 因在于此种方法将会缩短悬臂94顶端的偏摆范围、增加驱动装置的空间需求、降低调整轨 迹时的反应效率，总之弊多于利。(二)此外，在上述结构之下，驱动装置96—般会设置在左右之间的中央位置(使 能对称施力于前述U形框)，因此，当设计阶段在设定构件的相对关系时，为了不与底部的 驱动装置96 (以及图中未示的保护用壳盖)产生干涉，并且保留不致发生夹伤意外的安全 间距，必须适度提高支撑杆92活动范围最低点的高度，导致踏板91被托撑至更高的位置运 动，因而影响到使用者登上踏板91时的便利性与运动时的安全感。(三)或者，架体95可以是由相互分离的左、右二纵向侧杆所构成(即缺少前述U 形框的横向连杆)，再配合上左、右两组驱动装置96同步推拉二侧杆的底端，使得顶端的二承吊部位同步偏摆。此种设计虽然通过将驱动装置96由支撑杆92下方移至侧边，维持了 支撑杆92及踏板91尽量压低的设计需求，但因采用两组驱动装置96，使得生产成本更加 提高。同时，纵使此种结构下的各驱动装置出力要求较低，但因前述力臂比例的问题仍然存 在，所以各驱动装置的作功效率依然偏低，没能得到有效运用。另外，在另一种类似图12所示的习知结构中，架体的枢转点位于最底端，而且驱 动装置直接推拉前述架体的顶端，即施力臂与抗力臂等长，采用此种结构的驱动装置作功 效率仍不理想。(四)前述悬臂式结构除了作功效率的问题之外，在稳固性方面也有进一步改善 的空间。再如图12所示，由于架体95顶端的承吊部位承受着极大的向下分力，同时，架体 95的顶端也经常不在枢转点97的正上方，使得架体95的上半段(即抗力臂)有弯曲变形 的隐忧，为此必须采用较为粗壮的金属杆材，而且，架体95的枢转点97，以及架体95底端与 驱动装置96之间的连接点也承受着极大应力，使得该处的枢接结构必需采用耐负荷能力 较强的构件，以避免损坏。此外，不同于前述可调整偏斜角度的架体支撑悬臂，另一种习知结构(例如前述 中国第1958099号早期公开专利案的第二实施例)则是在左右二侧各设置一前后延伸的固 定横杆，并将摆臂顶端以可位移的方式设在横杆上，通过驱使摆臂顶端在横杆上前后位移 而达到调整轨迹的目的。此种结构同样因为采用两组驱动装置，使得成本较高。在习知的各种可调整踏板轨迹的椭圆运动机中，驱动装置均未能与既有结构良好 整合，除了需要另外设计壳罩加以覆盖掩饰，造成成本提升、体积增加、外观复杂之外，更严 重的是如前所述，在设计上因为其他构件必须闪避或牵就驱动装置，因而降低了设计的自 由度及人体工学特性。再者，习知的各种可调整踏板轨迹的椭圆运动机，使用者只能通过操控台上所显 示的电子数据得知目前的踏板轨迹斜度，无法由运动机主要构件的空间关系进行直观的目 视判断。何况，多数习知结构中的调整用构件(例如悬臂、架体)都不是位于使用者的眼前， 使得调整踏板轨迹斜度不够直观，而必须通过数据来获得。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种椭圆运动机，其用于调整轨迹的 驱动装置作功效率较高，可采用出力相对较低、体积相对较小的马达，有助于降低成本、节 省电能以及设计便利。本发明的另一目的在于提供一种椭圆运动机，其支撑结构较为稳固安定，相关构 件极少有变形、损坏的虞虑。本发明的又一目的在于提供一种椭圆运动机，其用于调整轨迹的驱动装置被整合 在较佳的位置，不会影响其他构件的配置设计，或造成人体工学及使用感受的降低，同时还 能让运动器材的外观较为清爽简洁。本发明的再一目的在于提供一种椭圆运动机，使用者能通过可见的构件空间关系 及其变化，直观地认知目前的踏板轨迹斜度及其变化。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种椭圆运动机，其特征在于包括 一骨架；左、右二架体，各所述架体均包含一纵杆段及一横杆段；所述二纵杆段分别竖立在所述骨架后端的左、右两侧，而且各所述纵杆段的底端连接在所述骨架底部；所述两横杆段 分别在左、右两侧前后延伸，而且各所述横杆段的后端连接在对应的所述纵杆段的顶端，各 所述横杆段的前端则连接在所述骨架的前端；所述两纵杆段之间形成一前后畅通的进出空 间；左、右二悬臂，各具有一悬吊端及一摆荡端，所述左、右二悬臂的悬吊端分别枢接在所述 左、右二架体上，使所述摆荡端能前后摆荡；左、右二支撑杆，各具有一回绕部位及一位于所 述回绕部位后方的摆荡部位，所述回绕部位相对所述骨架在一封闭轨迹上运动，所述摆荡 部位枢接在对应的所述悬臂的摆荡端；左、右二踏板，分别被所述二支撑杆直接或间接支 撑。以上所述本发明的技术方案中，各所述悬臂的摆荡范围介于所述纵杆段与横杆段 之间。以上所述本发明的技术方案中，各所述悬臂的悬吊端枢接在对应的所述架体的纵 杆段与横杆段连接部位。以上所述本发明的技术方案中，所述左、右二架体的横杆段的前端分别由外往内 弯曲，然后在中央位置相互连接，共同形成一开口朝后的U字形。以上所述本发明的技术方案中，所述骨架的前端具有一纵向延伸的仪表杆，所述 左、右二架体的横杆段相互连接部位连接在所述仪表杆上。以上所述本发明的技术方案中，所述骨架具有一底座，所述底座的后半部形成一 上下敞空且后端开放的透空区域；所述左、右二支撑杆的摆荡部位在所述透空区域上方前 后摆荡。采用以上技术方案，本发明因为用于支持悬臂的可活动架体形成「第二类杠杆」， 且「施力臂」大于「抗力臂」，所以驱动装置的作功效率较高。同时，因为各架体用于支持悬 臂的位置(即承吊部位)的相对二侧延伸至骨架上，所以支撑结构较为稳固安定。而且，由 于一般椭圆运动机均在前端设有(用于支持操控台的)仪表杆，所以本发明将驱动装置整 合在仪表杆内，不仅有较好的外观，而且不会影响其他构件，同时，使用者可通过观察架体 前端的带动部位的高低位置，直观地得知踏板轨迹的倾斜程度。
图1是本发明一较佳实施例的立体图，其中的活动架前端位于可活动范围的下止 点，而且其中的左侧悬臂位于可活动范围的后止点、右侧悬臂位于可活动范围的前止点；图2是本发明一较佳实施例对应图1状态的另一立体图；图3是本发明一较佳实施例对应图1、图2状态的主视图；图4是本发明一较佳实施例对应图1、图2状态的俯视图；图5是本发明一较佳实施例对应图1、图2状态的右侧视图，图中示意活动架的活 动形态；本图取除了椭圆运动机前端的壳罩局部，以便展示内部结构；图6以立体形态示意本发明一较佳实施例中的活动架的活动形态；本图的视角对 应于图2;图7A、图7B及图7C是本发明一较佳实施例中的仪表杆部位的纵向剖视图，分别显 示活动架前端位于可活动范围的下止点、中间位置及上止点的状态；图8是沿图7B中8-8剖线的剖视图9是本发明一较佳实施例中的右侧踏板部位的仰角立体图；图IOA及图IOB均是本发明一较佳实施例的右侧视图，示意当活动架前端位于下 止点时的使用状态；图IlA及图IlB均是本发明一较佳实施例的右侧视图，示意当活动架前端位于上 止点时的使用状态；图12是一种习知的可调整踏板轨迹的椭圆运动机的右侧视图。
具体实施例方式为了详细说明本发明的结构、特征及所达到的功效，现举一较佳实施例并配合附 图说明如下。如图1 图6所示，椭圆运动机1具有一用于作为其他构件装设基础的骨架10，其 主要包含平置在地面上的一底座11、固接在底座11前端顶侧的一支座12(如图5所示，被 一壳罩13包覆)、以及由支座12顶端再往上延伸的一中空仪表杆14。底座11的后半部形 成一上下敞空且后端开放的U形透空区域15。仪表杆14的顶端设有一操控台16。在骨架10的后半部另外设有一活动架20，活动架20由形状对称的左、右二架体 21结合而成，各架体21包含一纵杆段22及一横杆段23，二架体21的纵杆段22分别竖立 在骨架10后端的左、右二侧，底端以左右轴向枢接在骨架底座11的U形开口两旁，而且左、 右二侧的枢轴位于同一轴线A上(如图6所示)。二架体21的横杆段23分别在左右二侧 前后延伸，后端通过一辅助构件24与纵杆段22的顶端固接(如图6所示)，前端分别由外 往内弯曲，然后在中央位置通过一连结构件25相互连结，共同形成一开口朝后的U字形。 如此，活动架20后端的左、右二纵杆段22之间形成一前后畅通的进出空间26。各纵杆段 22与横杆段23的接合部位分别用一角套27加以覆盖，角套27的顶面形成一可供捉扶的部 位。骨架10前端设有一用于控制活动架20的驱动装置30，如图7、图8所示，驱动装 置30主要包含一偏转座31、一马达32、一螺杆33及一升降座34，偏转座31以左右轴向枢 设在支座12上，并位于中空仪表杆14的管道底端。马达32安装在偏转座31上，使用者可 通过操控台16控制其运转。螺杆33呈纵向延伸容纳在仪表杆14内部，底端枢接在偏转座 31上，顶端则是不受支持的自由端。马达32的出力经由偏转座31上的减速齿轮组(图中 未示)驱动螺杆33原地旋转，升降座34螺合在螺杆33上(如图8所示)。中空仪表杆14的后侧管壁上设有一沿着长轴向延伸的槽孔17。活动架20前端 中央的连结构件25由槽孔17伸入仪表杆14内部，并与驱动装置30的升降座34固接。由 此，当螺杆33受马达32驱动正转或反转时，升降座34会沿着螺杆33轴向上升或下降，带动 活动架20的横杆段23前端(以下称带动部位)升高或降低，使得活动架20以其纵杆段22 底端(以下称转轴部位)为轴心进行偏转。旋转过程中，因为与活动架20刚性连结的升降 座34也必须在一弧形轨迹上运动，所以螺杆33会连同偏转座31 —起产生对应偏斜(注 请观察图7A、图7B、图7C中螺杆33的角度变化)。活动架20的带动部位可被驱动装置30控制在一下止点(如图7A所示)及一上 止点(如图7C所示)之间升降及定位，对应于此，活动架20整体可受控在一最小角度(如 图5中实线所示)及一最大角度(如图5中假想线所示)之间偏转及定位。如图5所示，活动架20的纵杆段22与横杆段23之间的辅助构件24上设有一承吊部位28，当活动架20 进行上述偏转时，承吊部位28呈现明显的前后位移，换言之，驱动装置30可控制活动架20 的左、右二承吊部位28在一前止点及一后止点之间活动及定位。为了提升活动架20及驱动装置30的稳定度，本实施例在仪表杆14内部的左右壁 面上各设置一导轨18，各导轨18是一以活动架20的转轴部位为圆心的弧形板片，同时，升 降座34的左右二侧分别枢设位于导轨18相对二侧面的前、后二滚轮35，二滚轮35的轮周 以适当紧度夹抵导轨18 (如图8所示)。活动架20后端的左右二侧分别设有一左悬臂40L及一右悬臂40R，各悬臂40L、 40R呈纵向延伸，顶端形成一悬吊端，以左右轴向枢接在对应侧边的架体21的承吊部位28， 底端形成一摆荡端，可在骨架底座11后半部的U形透空区域15上方前后摆荡。当活动架 20改变角度时，左、右二悬臂40L、40R的悬吊端会同步地前后位移。如图5所示(注图中取除了前端的壳罩13局部)，骨架10的支座12上枢设一 左右轴向的曲柄轴52，其相对二端分别固接一曲柄54。支座12上另外设有一阻力装置56， 可受控于操控台16而决定曲柄54的旋转阻力(注此为习知技艺，例如业界常用的飞轮搭 配涡电流制动器)。左右二侧分别具有前后延伸的一左支撑杆60L及一右支撑杆60R，各支撑杆60L、 60R的前端伸入壳罩13内，并且枢接在对应侧边的曲柄54尾端，形成可在一圆形轨迹上运 动的回绕部位。各支撑杆60L、60R的后端枢接在对应侧边的悬臂40L、40R底端，形成可在 一弧形轨迹上运动的摆荡部位。因为左、右二支撑杆60L、60R的前端在前述圆形轨迹上维 持180°相对，所以后端会在前述弧形轨迹上反向运动，当其中一侧摆荡至弧形轨迹的前极 点时，另一侧恰好摆荡至后极点。各支撑杆60L、60R的中段部位支撑着一踏板70L、70R，基于支撑杆60L、60R前、
后二端的圆形及弧线运动轨迹，各踏板70L、70R可被导引在一近似椭圆形的封闭轨迹上运 动。在本实施例中，各踏板70L、70R将其前端以左右轴向枢接在支撑杆60L、60R顶侧，使其 后端可相对于支撑杆60L、60R上下偏转。同时，骨架10前端的左右二侧分别设有一纵向延 伸的扶手杆82L、82R，各扶手杆82L、82R中段一预定部位以左右轴向枢接在仪表杆14上， 顶端及底端可前后摇摆。此外，左右二侧又各设有一前后延伸的连杆84L、84R，各连杆84L、 84R的前端枢接在扶手杆82L、82R底端，被引导在一弧形轨迹上前后运动，后端则托撑在踏 板70L、70R底部，与踏板70L、70R固接并且同轴枢设在支撑杆60L、60R上(如图9所示)。 由此，扶手杆82L、82R可与踏板70L、70R及支撑杆60L、60R相互带动，而且踏板70L、70R相 对于支撑杆60L、60R的角度可在运动中循环变化，提供较好的人体工学特性(习知技艺)。在另一种习知结构中(图中未示)，连杆与支撑杆枢接，而踏板固接在连杆上，并 未直接枢接在支撑杆上，也就是踏板被支撑杆间接支撑，但前述连动效果相同。现将上述椭圆运动机1的使用方式简述如下使用者可将双脚踩踏在左、右二踏 板70L、70R上，并用双手捉握左、右二扶手杆82L、82R的顶端，施力使踏板70L、70R及扶手 杆82L、82R沿着各自的轨迹运动，由此进行手脚协调的全身运动。在使用之前，使用者是由椭圆运动机1的后方经由前述进出空间26往前踩上左、 右二踏板70L、70R，当使用结束后，也是经由进出空间26往后走下地面。在踩上及离开踏板 70L、70R的过程中，使用者可以暂时握扶活动架20左右二侧的角套27顶面，以维持稳定。
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运动中，使用者除了可利用操控台16设定阻力装置56施加在曲柄54上的阻力， 来调整踏板70L、70R及扶手杆82L、82R的运动阻力，还可利用操控台16通过驱动装置30 改变活动架20的角度，来调整踏板70L、70R运动轨迹的斜度。例如，若要使活动架20定位 在如图10A、图IOB所示的最小角度，则悬臂40L、40R的顶端会位于活动范围的前止点，此时 悬臂40L、40R底端(即支撑杆后端)的弧形轨迹Tl前端略高于后端，使得踏板70L、70R运 动轨迹(图中未标示)的斜度相对较小，运动难度较低。反之，若使活动架20定位在如图 11A、图IlB所示的最大角度，则悬臂40L、40R的顶端会位于后止点，此时支撑杆60L、60R后 端的弧形轨迹T2前端明显高于后端，使得踏板70L、70R运动轨迹的斜度相对较大，运动难 度较高。除了踏板轨迹可供调整之外，本发明的椭圆运动机1还具有下列优点(一)在力学上，活动架20形同一「第二类杠杆」，也就是抗力点(承吊部位28) 介于施力点(带动部位)与支点(转轴部位)之间。如图5所示，在本实施例中，前述三点 虽未排成一线——大略构成一个直角三角形，但带动部位与转轴部位之间的直线距离(即 施力臂)，仍明显大于承吊部位与转轴部位之间的直线距离(即抗力臂)。因此，相比于图 12所示的「第一类杠杆」，本发明中的驱动装置30作功的效率较高，基于这项优势，制作者 可采用出力相对较低、体积相对较小的马达，因此有助于产品降低成本、节省电能及设计的 便利性。( 二 )因为活动架20的前后二端均支撑在骨架10上，而用于承吊重量的承吊部位 28设在前后二端之间，同时，由图10A、图10B、图11A、图IlB可看出，各悬臂40L、40R的摆 荡范围被设定在纵杆段22与横杆段23之间，所以，活动架20所承吊的重量可以平均分散 至相对二侧，支撑结构较为稳固安定，且杆材及轴承等也减少了变形、损坏的问题。(三)本实施例将驱动装置30安装在一般椭圆运动机现有的壳罩13及仪表杆14 内部，并未占用额外的空间，不仅可让外观显得清爽简洁，而且，驱动装置30的存在(或者 说踏板轨迹可供调整这项功能的存在)，不会影响到支撑杆60L、60R及踏板70L、70R要尽量 降低的设计需求。值得一提的是，本实施例的骨架底座12后半部形成一 U形透空区域15， 可让支撑杆60L、60R后端在安全前提下尽量贴近地面，也就是可让踏板70L、70R在较低的 高度运动，这样，使用者比较容易登上或走下踏板70L、70R，而且在运动时较有安全感。(四)在本实施例中，活动架20前端的高低，直接对应于踏板运动轨迹的斜度，也 就是活动架20的前端愈高/低，便代表踏板轨迹的前端愈高/低，因此，使用者可通过活动 架20前端的带动部位于仪表杆14上的高低位置或其升降动作，快速、直观地了解目前踏板 轨迹的斜度或其变化，而且不限于运动中或使用之前。其中，仪表杆14上的槽孔17的长度 对应于调整范围，即槽孔17的上下端点可提示调整限度，此外，槽孔17旁边还可标划刻度， 以提高辨识性。上述实施例使左、右二架体21的带动部位相互连结，再用单一驱动装置30带动前 述带动部位。但本发明也可使左、右二架体不相连结，再配合两组驱动装置分别带动二架体 的带动部位，使两侧的承吊部位同步位移。而且，相关领域的一般技术人员应当知道，上述详细说明仅揭示了一种较佳实施 形态，但本发明在实施时，可在上述发明精神及发明特征之下，对若干结构进行不涉及实质 的变动或替换，例如，活动座的转轴部位、承吊部位、带动部位彼此之间的空间关系、带动部位的活动路径以及承吊部位的对应位移，均可依设计目的适当改变，此外，驱动装置也可采 用各种已知的电动机构。
权利要求
一种椭圆运动机，其特征在于包括一骨架；左、右二架体，各所述架体均包含一纵杆段及一横杆段；所述二纵杆段分别竖立在所述骨架后端的左、右二侧，而且各所述纵杆段的底端连接在所述骨架底部；所述两横杆段分别在左、右二侧前后延伸，而且各所述横杆段的后端连接在对应的所述纵杆段的顶端，各所述横杆段的前端则连接在所述骨架的前端；所述二纵杆段之间形成一前后畅通的进出空间；左、右二悬臂，各具有一悬吊端及一摆荡端，所述左、右二悬臂的悬吊端分别枢接在所述左、右二架体上，使所述摆荡端能前后摆荡；左、右二支撑杆，各具有一回绕部位及一位于所述回绕部位后方的摆荡部位，所述回绕部位能相对所述骨架在一封闭轨迹上运动，所述摆荡部位枢接在对应的所述悬臂的摆荡端；左、右二踏板，分别被所述二支撑杆直接或间接支撑。
2.如权利要求1所述的椭圆运动机，其特征在于各所述悬臂的摆荡范围介于所述纵 杆段与横杆段之间。
3.如权利要求1所述的椭圆运动机，其特征在于各所述悬臂的悬吊端枢接在对应的 所述架体的纵杆段与横杆段的连接部位。
4.如权利要求1所述的椭圆运动机，其特征在于所述左、右二架体的横杆段的前端分 别由外往内弯曲，然后在中央位置相互连接，共同形成一开口朝后的U字形。
5.如权利要求4所述的椭圆运动机，其特征在于所述骨架的前端具有一纵向延伸的 仪表杆，所述左、右二架体的横杆段相互连接的部位连接在所述仪表杆上。
6.如权利要求1所述的椭圆运动机，其特征在于所述骨架具有一底座，所述底座的后 半部形成一上下敞空且后端开放的透空区域；所述左、右二支撑杆的摆荡部位在所述透空 区域上方前后摆荡。
全文摘要
本发明涉及一种椭圆运动机，其包括一骨架；左、右二架体，各架体均包含一纵杆段及一横杆段；二纵杆段分别竖立在骨架后端的左、右二侧，且各纵杆段的底端连接在骨架底部；两横杆段分别在左、右二侧前后延伸，且各横杆段的后端连接在对应的纵杆段的顶端，各横杆段的前端则连接在骨架的前端；两纵杆段之间形成一前后畅通的进出空间；左、右二悬臂，各具有一悬吊端及一摆荡端，左、右二悬臂的悬吊端分别枢接在左、右二架体上；左、右二支撑杆，各具有一回绕部位及一位于回绕部位后方的摆荡部位，回绕部位相对骨架在一封闭轨迹上运动，摆荡部位枢接在对应的悬臂的摆荡端；左、右二踏板，分别被二支撑杆直接或间接支撑。本发明的使用者可直观地得知踏板轨迹的倾斜程度。
文档编号A63B22/04GK101890213SQ20101013955
公开日2010年11月24日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者马克·康乃尔 申请人:乔山健康科技股份有限公司