电磁制动式自行车训练器及其阻力控制方法与流程

本发明为涉及一种自行车训练器，尤指一种电磁制动式自行车训练器及其阻力控制方法。

背景技术：

自行车，或称脚踏车、单车、铁马等，是一种常见的代步工具，但随着时代的变迁，自行车已成为现代人生活中的休闲娱乐工具，于骑乘自行车的时候，可以欣赏沿路的风景，并可同时达成运动健身的目的，而广受大众的喜爱，然而，并非所有的场所以及气候皆适合骑乘自行车，如雪地或下雨的时候等，因此，为了可以在任何情况下皆能享受骑乘自行车的乐趣，遂发展出了自行车训练器。只要将自己的自行车固定定位于该自行车训练器上，便可无视于空间以及地点的问题，随意享受骑乘自行车的乐趣。

为了符合实际骑乘的实境，某些自行车训练器进一步设置一个可随着速度而改变阻力的机械机构，该阻力曲线可按照一默认的使用情境做设定调整，惟此种设计仅能针对单一使用情境设计，无法随意控制大小即可程序化。

因此更进一步设计出一个可电控调整阻力的装置，如美国专利第US 20140171272号的「Bicycle trainer」，其包含有一框架集件(frame assembly)以及一飞轮组件(flywheel assembly)，该框架集件用以支撑该飞轮组件，该飞轮组件具有一连动轴(flywheel axle)、一围绕设置于该连动轴外的磁制动件(T-shaped portions)以及一连接于该连动轴的磁性旋转件(flywheel member)，该磁制动件接收一电流而产生一磁场，当该连动轴带动该磁性旋转件旋转时，该磁性旋转件抵抗该磁场旋转进而提供一阻力，且根据该电流的改变而可改变磁场的大小，进而改变该阻力的大小，以模拟各种不同的情境。

然而，这样的阻力产生方式需要耗费相当的电力，因此，现有自行车训练器仍必须连接外部电力才能进行完整的功能运作，实际上仍受到使用地点的限制。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于解决自行车训练器因电力消耗功率大而需要外部电力，而导致受限于使用地点的问题。

为达上述目的，本发明提供一种电磁制动式自行车训练器，包含有一基座、一设置于该基座上的支撑组件以及一固定于该基座上的磁滞阻力产生模块，该支撑组件包含有一设置于该基座上的支撑臂以及一设置于该支撑臂远离该基座的一端并用以固定一踩踏轮体的一轮轴的固定件，该磁滞阻力产生模块包含有一内导磁固定件、一外导磁固定件、一设置于该内导磁固定件与该外导磁固定件之间的半硬磁材料旋转件以及一接收一电力的导电线圈，该内导磁固定件具有一容纳该导电线圈的容置槽以及一内感应扇区，该外导磁固定件具有一对应该内感应扇区的位置的外感应扇区，该半硬磁材料旋转件对应设置于该内感应扇区与该外感应扇区之间并对应该后轮轴的转动而旋转，该内感应扇区具有多个间隔设置的内凹陷部而形成多个相邻该半硬磁材料旋转件的内磁力部，该外感应扇区具有多个间隔设置的外凹陷部而形成多个相邻该半硬磁材料旋转件的外磁力部，该些外磁力部是对应于该些内凹陷部的位置，该些内磁力部则对应于该些外凹陷部的位置。

该导电线圈接受该电力而感应该些外磁力部及该些内磁力部产生相异的磁性，而使该半硬磁材料旋转件对应产生磁性而于旋转时产生一磁滞阻力。

为达上述目的，本发明又提供一种电磁制动式自行车训练器的阻力控制方法，包含有以下步骤：

S1：一用户通过一中央控制模块调整预定的一踩踏阻力的大小；

S2：该中央控制模块输入一电力至一磁滞阻力产生模块的一导电线圈，该导电线圈感应该磁滞阻力产生模块的一内导磁固定件的多个内磁力部与该磁滞阻力产生模块的一外导磁固定件的多个外磁力部产生相异的磁性，该内导磁固定件具有多个与该些内磁力部间隔设置的内凹陷部，该外导磁固定件具有多个与该些外磁力部间隔设置的外凹陷部，该些外磁力部是对应于该些内凹陷部的位置，该些内磁力部则对应于该些外凹陷部的位置；

S3：该使用者藉由踩踏牵引一踩踏轮体转动，并使该磁滞阻力产生模块的一半硬磁材料旋转件随着该踩踏轮体转动，其中该半硬磁材料旋转件设置于该内导磁固定件与该外导磁固定件之间；以及

S4：该半硬磁材料旋转件受到该外磁力部与该内磁力部的交互影响而于旋转时产生一磁滞阻力，其是对应于该使用者预定的该踩踏阻力。

综上所述，本发明具有以下特点：

一、藉由该磁滞阻力产生模块作为阻力产生的机构，利用半硬磁材料旋转件的导磁特性，使该内导磁固定件与该外导磁固定件的磁滞阻力能有效率的产生效果，当该后轮带动该半硬磁材料旋转件旋转时，即会产生平顺的阻力，有效大幅降低所需电力。

二、藉由该半硬磁材料旋转件并未与该内导磁固定件、该外导磁固定件接触，因此并不会产生因磨损而损耗的问题，而具有寿命长以及消耗成本低的优点。

三、可控制导电线圈的输入电压或电流，达到产生多变阻力的结果，以更精准的模拟各种骑乘情境。

附图说明

图1A，为本发明一较佳实施例的立体结构示意图。

图1B，为图1A的局部放大示意图。

图2，为本发明的磁滞阻力产生模块的立体剖面示意图。

图3，为本发明一较佳实施例的后视平面示意图。

图4，为本发明一较佳实施例的局部分解示意图。

图5，为本发明一较佳实施例的功能方块示意图。

图6，为本发明一较佳实施例的使用状态示意图。

图7，为本发明一较佳实施例的流程示意图。

具体实施方式

涉及本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：

请参阅图1A、图1B至图6所示，本发明为一种电磁制动式自行车训练器，包含有一基座10、一支撑组件20以及一磁滞阻力产生模块40，该支撑组件20设置于该基座10上，并具有一设置于该基座10上的支撑臂21以及一设置于该支撑臂21远离该基座10的一端以固定一踩踏轮体2的一轮轴(图未示)的固定件22，本实施例中，是以两个该支撑臂21作为举例说明。

请配合参阅图2所示，该磁滞阻力产生模块40包含有一内导磁固定件41、一外导磁固定件42、一半硬磁材料旋转件43以及一接收一电力的导电线圈44，该内导磁固定件41具有一容纳该导电线圈44的容置槽411以及一内感应扇区412，该外导磁固定件42具有一对应该内感应扇区412的位置的外感应扇区421，于此实施例中，该内导磁固定件41与该外导磁固定件42是利用一锁固件110而彼此锁固在一起，该半硬磁材料旋转件43对应设置于该内感应扇区412与该外感应扇区421之间并对应该轮轴的转动而旋转，该内感应扇区412顺延该半硬磁材料旋转件43的旋转方向具有多个间隔设置的内凹陷部412a而形成多个相邻该半硬磁材料旋转件43的内磁力部412b，该外感应扇区421顺延该半硬磁材料旋转件43的旋转方向具有多个间隔设置的外凹陷部421a而形成多个相邻该半硬磁材料旋转件43的外磁力部421b，该些外磁力部421b是对应于该些内凹陷部412a的位置，而该些内磁力部412b则对应于该些外凹陷部421a的位置。其中该半硬磁材料旋转件43的材质可为铁、钴、镍及其合金所组成。

当该导电线圈44接受该电力时，会感应该些外磁力部421b及该些内磁力部412b产生相异的磁性，而使该半硬磁材料旋转件43对应产生磁性而于旋转时产生平顺的阻力，有效大幅降低所需电力，且该内导磁固定件41、该外导磁固定件42与该半硬磁材料旋转件43彼此之间并未接触到，因此不会有因磨损而需要进行替换的问题，可以提高使用寿命并减少消耗成本。

本实施例中更具有一相对该支撑组件20而设置于该基座10上的连动组件30，该连动组件30包含有一固定连接于该基座10上的定位座31以及一与该定位座31枢接的连动轴32，该连动轴32与该固定件22的距离对应于该踩踏轮体2的轮圈半径，而使该连动轴32接触该踩踏轮体2，并随该踩踏轮体2的转动而旋转，且该半硬磁材料旋转件43连接于该连动轴32而随该连动轴32旋转而转动。

于本实施例中，是利用一设置于该基座10上的发电储存模块50来提供该电力，而该发电储存模块50与该磁滞阻力产生模块40分别设置于该踩踏轮体2的两侧，可以避免该发电储存模块50与该磁滞阻力产生模块40同时作用时，产生的磁场互相干扰的问题，以及达到重量平衡的效果，确保旋转顺畅，并包含有一对应该踩踏轮体2而转动的发电机51、一电性连接于该发电机51的整流稳压单元53(示于图5)以及一电性连接该发电机51的电力储存单元52(示 于图5)，其中该整流稳压单元53、该电力储存单元52是省略于图1A及其他图式的结构图中，以方便叙述该电磁制动式自行车训练器的主要结构，且本实施例中，该发电机51为连接于该连动轴32。如图1B所示，该发电机51包含有一与该连动轴32连接的内转子磁力件511以及一环绕于该内转子磁力件511外的定子发电组件512，该连动轴32带动位于内侧的该内转子磁力件511转动，就可利用较小的阻力来改变磁场而使该定子发电组件512感应产生该电力，同时降低影响该磁滞阻力产生模块40内的总力，让磁滞阻力产生模块40所提供的阻力值能更精准。

该整流稳压单元53将该发电机51所产生的电力进行整流与稳压，再传输至该电力储存单元52，该电力储存单元52则将该电力进行储存，并于需要时提供给该磁滞阻力产生模块40，使该些外磁力部421b及该些内磁力部412b产生相异的磁性，因此，可以将使用者于踩踏该踩踏轮体2所产生的动力，转换成所需的该电力储存起来，达到自给自足的目的，不需要额外外接电源，而可使用于各种无法提供电力的场所，如郊外、风景区等，不会有环境受限的问题，亦符合绿色环保的趋势。此实施例中，该电力储存单元52为锂电池，但不以此为限。

此外，由于该半硬磁材料旋转件43因顺应该内导磁固定件41及该外导磁固定件42的磁性而于旋转时不断的变换分子排列以改变磁极时，会产生热能，且当该发电机51进行发电时亦会产生热能，因此，可以于该连动轴32上设置一散热件100，以对该磁滞阻力产生模块40以及该发电机51进行散热，减少热所产生的影响，如效率降低等，本实施例中是将该散热件100设置于该磁滞阻力产生模块40以及该发电机51之间，并具有多个连接于该连动轴32并以该连动轴32为中心的叶片101，但不以此为限。

如图3与图4所示，本发明还包含有一力量检测模块90，其包含有一固定连接于该磁滞阻力产生模块40的连接固定臂91、一设置于该连接固定臂91上的形变感应单元92以及一固定于该基座10上的挡止件93，于此实施例中，该挡止件93为设置于该定位座31之上，该连接固定臂91具有一供设置该形变感应单元92的本体911，以及分别位于该本体911两端的一连接端912与一承力端913，该连接端912固定连接该磁滞阻力产生模块40的外导磁固定件42，而该承力端913对应于该挡止件93的位置，当该踩踏轮体2带动该连动轴32转 动时，该磁滞阻力产生模块40与该连接固定臂91会跟着被带动，但当被带动时，该连接固定臂91的该承力端913会被该挡止件93挡住，使该连接固定臂91产生形变，进而使设置于该本体911上的该形变感应单元92感应形变的变化量而计算出骑乘者的踩踏功率，并较传统利用加速度以计算机仿真计算出力度的方式准确，更可以进一步计算骑乘者的卡路里等信息，并结合其他信息以做为体适能评估的功用。

续搭配参阅图5所示，本实施例更包含有一中央控制模块60、一无线传输模块70以及一外部装置80，该中央控制模块60与该磁滞阻力产生模块40、该发电储存模块50以及该力量检测模块90电性连接，以检测及计算各项骑乘数据，如踩踏功率、骑行速度、踏频、骑行时间、距离、消耗卡路里等等，并可调整该磁滞阻力产生模块40的输入功率，而该中央控制模块60亦与该无线传输模块70电性连接，该无线传输模块70为利用无线传输的方式，如低功率蓝牙(BlueTooth Smart)以及ANT+等，将骑乘数据输出至一外部装置80，该外部装置80可以为手机、平板计算机、计算机或电视等等，以显示出骑乘数据，此外，该外部装置80更可以包含有一行动应用程序81，而可作为主动式可程序的接口，供用户进行踩踏阻力的调整等设定。实际运作流程将于后段做详细的说明，在此则不另行赘述。

续搭配参阅图6所示，为一较佳实施例的使用状态，为可以将一般自行车1的后轮轴直接配合本发明进行使用，更详细的说明，于使用时，先将该二固定件22分别夹置于该后轮轴的两端，以进行该后轮轴的固定，并调整该连动轴32与该固定件22的距离，使其对应于该踩踏轮体2的轮圈半径，而使该连动轴32可以接触该踩踏轮体2，并随该踩踏轮体2的转动而旋转，该连动轴32旋转而可以同步带动该发电机51以及该磁滞阻力产生模块40，该发电机51的该内转子磁力件511转动而可使该定子发电组件512感应产生该电力，该电力会通过该电力储存单元52供给该磁滞阻力产生模块40，以产生阻力。除上述利用组合一般自行车的方式之外，本发明亦可配合一体制成的飞轮踩踏机构，而同样藉由该磁滞阻力产生模块40进行阻力调整，并通过该发电储存模块50达到自给自足的电力提供。

续搭配参阅图7所示，本发明的阻力控制方法包含有以下步骤：

S1：一用户通过一中央控制模块60调整预定的一踩踏阻力的大小，或可 通过一仿真路径选择模块进行仿真路径选择，而提供该中央控制模块60依照一虚拟路程进行该踩踏阻力大小的调整，即可仿真实际骑乘路径的阻力，提高骑乘上的乐趣。其中，更包含有以下步骤：

S1A：该使用者输入该踩踏阻力的大小至一外部装置80的一行动应用程序81之中。

S1B：该行动应用程序81以无线连接的方式，如低功率蓝牙(BlueTooth Smart)以及ANT+等，传输至一无线传输模块70，进而传输至该中央控制模块60。

S2：该中央控制模块60根据该踩踏阻力的大小而输入一电力至一磁滞阻力产生模块40的一导电线圈44，该导电线圈44感应该磁滞阻力产生模块40的一内导磁固定件41的多个内磁力部412b与该磁滞阻力产生模块40的一外导磁固定件42的多个外磁力部421b产生相异的磁性，且该内导磁固定件41具有多个与该些内磁力部412b间隔设置的内凹陷部412a，该外导磁固定件42具有多个与该些外磁力部421b间隔设置的外凹陷部421a，并该些外磁力部421b是对应于该些内凹陷部412a的位置，该些内磁力部412b则对应于该些外凹陷部421a的位置。

S3：该使用者藉由踩踏牵引一踩踏轮体2转动，并使该磁滞阻力产生模块40的一半硬磁材料旋转件43随着该踩踏轮体2转动，其中该半硬磁材料旋转件43设置于该内导磁固定件41与该外导磁固定件42之间，与此同时，该踩踏轮体2会一并带动一发电储存模块50，进行发电与储存，并将该发电储存模块50储存后的电力提供给步骤S2使用。且由于该磁滞阻力产生模块40产生阻力以及该发电储存模块50发电时，会产生热能，因此，该踩踏轮体2可以一并带动一散热件100，以对该磁滞阻力产生模块40与该发电储存模块50进行散热。

S4：由于该外磁力部421b与该内磁力部412b产生相异的磁性，该半硬磁材料旋转件43受到相异的磁性的相互影响而于旋转时产生一磁滞阻力，其是对应于该使用者预定的该踩踏阻力。

综上所述，本发明具有以下特点：

一、藉由该磁滞阻力产生模块作为阻力产生的机构，利用半硬磁材料旋转件的磁滞特性，使该内导磁固定件与该外导磁固定件的磁滞阻力能有效率的产生效果，大幅降低所需电力。

二、藉由该内导磁固定件、该外导磁固定件与该半硬磁材料旋转件彼此之间并未接触到，因此不会有因磨损而需要进行替换的问题，可以提高使用寿命并减少消耗成本。

三、藉由该内转子磁力件的结构作为该发电机，而具有小抵抗阻力的优点而不致影响到磁滞阻力产生模块所提供的总阻力值。

四、将该发电储存模块所产生的电力提供给该磁滞阻力产生模块，而通过该磁滞阻力产生模块的低耗电特性，而完全不需要额外电源线连接插座，而可真正不受环境、时间、空间的限制。

五、配合该中央控制模块的使用，可随意控制输入导电线圈的电流或电压，进而仿真各种使用情境的状态，甚至可按照一实际骑乘路线所收集到的阻力值在本自行车训练器重现。

六、藉由该散热件的设置，可以对该磁滞阻力产生模块以及该发电机进行散热，减少热所产生的影响。

七、藉由该力量检测模块的设置，可以实际检测到使用者踩踏的力度，而较传统利用加速度以计算机仿真计算出力度的方式准确。

八、利用该中央控制模块与该磁滞阻力产生模块、该发电储存模块以及该力量检测模块电性连接，而可检测及计算各项骑乘数据，并利用该无线传输模块传输至该外部装置，以供用户观看，并可以搭配软件而形成可程序的接口，供用户进行调整设定。

因此本发明极具进步性及符合申请发明专利的要件，爰依法提出申请，祈钧局早日赐准专利，实感德便。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例而已，当不能限定本发明实施的范围。即凡依本发明申请范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。