一种用于康复训练的功率车阻力调控系统的制作方法

本实用新型涉及医用康复辅助用具技术领域，更具体地说，涉及一种用于康复训练的功率车阻力调控系统。

背景技术：

功率自行车通常与心肺测试系统或者心脏康复系统联合使用，用于运动负荷测试或康复训练。阻力调控系统是功率车核心机构，通过阻力调控系统，可以实时地调整运动负荷(功率)大小。常见的阻力调控装置是以拉线方式通过电机控制磁铁与飞轮的远近来调节阻力大小，但由于电机调节精度、速率有限，无法实现精确的恒功率控制，且通过该机械方式调整的速度较慢，而实现不受蹬踏速率的影响的恒定功率控制是进行心肺功能评估的必要条件。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种用于康复训练的功率车阻力调控系统，旨在解决现有技术中无法实现精确的恒功率控制且调整速度慢的问题。

为实现此目的，本实用新型提供了一种用于康复训练的功率车阻力调控系统，包括转子轮、第一定子、第二定子、励磁线圈、主轴、带轮、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承、第一绝缘片、第二绝缘片、连接件、检测部件和控制装置；转子轮设有凸缘，带轮套接于凸缘且与凸缘固定连接，转子轮经由第一轴承和第二轴承与主轴转动连接，第一定子、励磁线圈和第二定子均位于转子轮内，第一定子经由第三轴承与主轴连接，第二定子经由第四轴承与主轴连接，第一绝缘片夹设于第一定子和励磁线圈之间，第二绝缘片夹设于第二定子和励磁线圈之间，且第一定子和第二定子通过连接件固定连接，控制装置包含控制电路与驱动电路，检测部件包含力传感器和霍尔传感器，控制装置与励磁线圈、力传感器、霍尔传感器相连接。

优选的，所述连接件为螺栓，第二定子设有第一通孔和第二通孔，螺栓经由第一通孔将第一定子和第二定子固定连接。

优选的，还包括线缆固定夹，励磁线圈的导线穿过第二通孔后经由线缆固定夹固定。

优选的，还包括第一卡簧和第二卡簧，第一卡簧与主轴一端固定连接且用于阻挡第一轴承移动，第二卡簧与主轴的另一端固定连接且用于阻挡第四轴承移动。

优选的，所述第一定子和第二定子均与转子轮的侧壁之间存在间隙，且该间隙小于0.5mm。

优选的，所述第一定子和第二定子均有6个突齿。

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

相较于摩擦调阻，涡流调节阻力方式不仅延长产品寿命，而且电流产生速度更快，以至于物理上阻力产生速度更快；定子固定的同时实现力反馈，准确度高、安装方便；采用闭环pid与开环相结合的复合控制方式，但恒功率控制原理简单，既满足了快速控制要求也提高了控制的稳定性；该用于康复训练的功率车阻力调控系统可以实现踩踏过程中的阻力快速、实时地调节，同时能够精确地测量人体输出功率，并根据功率反馈结果对阻力进行精确和快速地调节，阻力调节范围大，实现精确的恒功率控制。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的横剖面图；

图3为本实用新型的恒功率控制系统原理图；

图4为本实用新型的半剖面磁场分布示意图；

图5为本实用新型的转子转向与涡流阻力方向显示图。

图中标号说明：

1、转子轮；2、侧壁；3、第一定子；4、第二定子；5、励磁线圈；6、第一绝缘片；7、第二绝缘片；8、第一轴承；9、第二轴承；10、第三轴承；11、第四轴承；12、主轴；13、带轮；14、连接件；15、第一卡簧；16、第二卡簧；17、线缆固定夹；18、第一通孔；19、第二通孔；20、垫圈。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，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。

请参阅图1-5，一种用于康复训练的功率车阻力调控系统，包括转子轮1、第一定子3、第二定子4、励磁线圈5、主轴12、带轮13、第一轴承8、第二轴承9、第三轴承10、第四轴承11、第一绝缘片6、第二绝缘片7、连接件14、检测部件和控制装置。控制装置包括主控板模块、扭矩测量模块和速度测量模块三个部分；扭矩测量模块包括拉力传感器、复位弹簧片，拉力传感器与第二定子4通过钢绳连接测量输出扭矩信号，复位弹簧片与第二定子4通过钢绳连接用于定子复位；速度测量模块包括角速度传感器、磁极，磁极设置于轴端，角速度传感器与磁极相对放置，当磁极到达角速度传感器对面时，传感器向主控板模块输出速度信号；主控模块通过接收速度信号与扭矩信号并计算。

转子轮1设有凸缘，带轮13套接于凸缘且与凸缘固定连接，转子轮1经由第一轴承8和第二轴承9与主轴12转动连接；当动力装置带动带轮13转动时，带轮13经由凸缘带动转子轮1围绕主轴12转动。

第一定子3和第二定子4均有6个突齿；第一定子3、励磁线圈5和第二定子4均位于转子轮1内，第一定子3经由第三轴承10与主轴12连接，第二定子4经由第四轴承11与主轴12连接，第一绝缘片6夹设于第一定子3和励磁线圈5之间，第二绝缘片7夹设于第二定子4和励磁线圈5之间，且第一定子3和第二定子4通过连接件14固定连接，控制装置包含控制电路与驱动电路，检测部件包含力传感器和霍尔传感器，控制装置与励磁线圈、力传感器、霍尔传感器相连接。

该连接件14为螺栓，第二定子4设有第一通孔18和第二通孔19，螺栓经由第一通孔18将第一定子3和第二定子4固定连接。

该用于康复训练的功率车阻力调控系统还包括线缆固定夹17，励磁线圈5的导线穿过第二通孔19后经由线缆固定夹17固定；线圈的导线穿过第二通孔19后与控制装置电连接，该控制装置包括pid控制装置。

为了使转子轮1在转动时不与第一定子3和第二定子4发生干涉，第一定子3和第二定子4均与转子轮1的侧壁2之间存在间隙，且该间隙小于0.5mm。

优选的，还包括第一卡簧15和第二卡簧16，第一卡簧15与主轴12一端固定连接且用于阻挡第一轴承8移动，第二卡簧16与主轴12的另一端固定连接且用于阻挡第四轴承11移动；第二轴承9的一侧设有垫圈20，用于调整第二轴承9与转子轮1之间的间隙。

请参阅图4，励磁线圈5通过导线将电流接入产生磁场，磁力线从第一定子3内壁流向突齿并穿过转子轮1内壁到达的第二定子4突齿，并流向第二定子4内壁从而产生环形闭合磁路；请参阅图5，当转子轮1转动时，第二定子4与转子轮1之间所形成的的磁感线被转子轮1切割，根据电磁感应原理，将会产生磁感涡流，形成一个始终阻碍转子轮1转动的作用力。作用力的大小由励磁线圈5的磁场强度与转子轮1转速共同决定，而该磁场强度又由通过励磁线圈5的电流大小所决定，通过控制线圈的电流大小即可改变阻力。

控制器在通过目标功率与实时状态的精确测量运算下初步输出用户所需功率，保证了系统控制的快速性，同时控制器采集实时状态得出偏差并进行pid运算控制输出小电流进行调节，系统能更精确快速的输出目标值，同时减小了pid控制中参数过大引起的超调振荡等风险；因此，pid的小电流调节提高了恒功率控制的稳定性，消除了开环控制引起的稳态误差，大大增强了系统鲁棒性。同时pid控制采用了模糊自适应控制，进一步弥补系统本身非线性、时变、滞后等特点引起的误差。

本实用新型还提供了一种用于运动阻力功率控制方法，首先设定运动目标功率，可根据运动过程中的转速计算出对应的目标阻力，通过pid算法，调整励磁线圈电流快速达到目标阻力和功率。控制装置测得实时的转速和读取设定的功率，根据转速、功率、励磁电流三者函数关系直接运算得出需求电流的电流值，根据该电流值对应控制输出相应pwm占空比，同一时刻控制装置将采集到的角速度信号与转矩信号做相关处理得出功率车实时功率，与设定的功率做差运算得出偏差值，当偏差小于阈值，即偏差在直接输出电流导致的输出功率与目标功率在已知误差范围之内时，由pid处理该偏差，运算出一个较小信号值控制输出一个较小的pwm占空比去调节原有的pwm占空比，以此校准微调原先的控制电流的大小达到恒功率控制要求。

因此，该用于康复训练的功率车阻力调控系统可以实现踩踏过程中的阻力快速、实时地调节，同时能够精确地测量人体输出功率，并根据功率反馈结果对阻力进行精确和快速地调节，阻力调节范围大，实现精确的恒功率控制。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。