專利名稱：電動跑步機的直接驅動裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種運動領域體育鍛煉訓練設備中的電動跑步機的直接驅動裝置，特別是涉及一種應用無刷馬達(BRUSHLESS MOTOR)架構，以一轉動輪直接驅動跑步帶滾筒的電動跑步機的直接驅動裝置。
跑步機(TREADMILL)是一種公認最具健身效果及實用的室內運動器材，而電動跑步機因其具有可依不同使用需求而調整速度的優點，因此其健身效果又優于一般無動力的跑步機；然而，現有習用的電動跑步機其主要驅動置是如
圖1、圖2所示，是利用一設于座體(11)上的具有減速齒輪箱的馬達(12)，經皮帶或鏈條(13)傳動位于滾筒(15)側邊的皮帶輪或齒輪(14)，進而使滾筒(15)帶動跑步帶(16)運轉。此種驅動方式的最大缺失是皮帶或鏈條(13)的傳動會有噪音及振動，且由于馬達(12)的動力輸出軸(12)轉速極快而扭力小，無法以輸出軸直接帶動滾筒(15)旋轉，必須經過減速齒輪箱以及齒輪(14)的減速而增強扭力后，才適于驅動滾筒(15)運轉，但是如此一來，當無法提供電源時，即無法作為一般無動力的跑步機使用時，因跑步帶(16)無法帶動滾筒(15)運轉，此外使用皮帶或鏈條(13)等傳動構件存在有磨耗問題，使用壽命較短，所以，此種現有習用的跑步機驅動裝置，有其無可避免的缺失。由此可見，上述現有的電動跑步機的驅動裝置仍存在有諸多的缺陷，而丞待加以改進。
有鑒于上述現有的電動跑步機的驅動裝置存在的弊端，本設計人基于豐富的實務經驗及專業知識，經過不斷的研究、設計，并經反復試作樣品及改進后，終于創設出本實用新型。
本實用新型的主要目的在于，克服現有的電動跑步機的驅動裝置存在的缺陷，而提供一種電動跑步機的直接驅動裝置，使其無須使用傳動皮帶、皮帶輪，或是鏈條、齒輪，而具有低噪音及低震動的功效。
本實用新型的另一目的在于，提供一種電動跑步機的直接驅動裝置，使其具有低磨耗、高慣性力以及使用壽命長的功效。
本實用新型的又一目的在于，提供一種電動跑步機的直接驅動裝置，使其在供給電力時成為一提供動力源的馬達型態，而在沒有供給電力或停電時，則仍能作為一般無動力的跑步機使用。
本實用新型的目的是由以下技術方案來實現的。依據本實用新型提出的一種電動跑步機的直接驅動裝置，其特征在于其主要包括一固定軸、一滾筒、一轉動輪、一鐵心及線圈、一固定座以及一電流控制器，其中該固定軸，固設在跑步機座體的前方；該滾筒，其帶動跑步帶轉動，該滾筒為內呈中空體，且其兩端相對應分別固設有一開口朝外的U型轉動輪；該轉動輪，其軸孔套設有軸承，滾筒及轉動輪以該軸承在固定軸上一起連動運動，且該轉動輪的內緣設有多數組的永久磁鐵；該鐵心及線圈，其鐵心為一具有定子功能的鐵心，其上纏繞設有線圈，并固設于一具有套合孔的固定座上；該固定座，以鍵或等效元件固設定位在固定軸上，其外周緣的鐵心及線圈位于轉動輪的內緣，且與永久磁鐵相偶合，構成一無刷馬達的結構；該電流控制器，其設有一插頭，連接AC電源輸入，并設有一訊號導線與設于跑步機座體上方的控制儀表相連接，以控制線圈上的電流值，進而控制轉動輪及滾筒運轉的速度。
本實用新型的目的還可以通過以下技術措施來進一步實現。
前述的電動跑步機的直接驅動裝置，其中所述的電流控制器是設有一電磁干擾濾波器，將插頭送入的AC電流濾波后，送至整流器整流，再經一功率放大單元供給無刷馬達電流；設有一設于無刷馬達側邊的霍爾感應器，將其位置即角度訊號傳至微處理器，并設有一速度回授電路及一電流回授電路，分別經一速度誤差放大器及扭力誤差放大器，送回微處理器，令驅動單元使無刷馬達作預定轉速的運轉；此外，在整流器之后連接一個電壓保護電路，以及在功率放大單元之后連接一過電流保護電路，以及在功率放大單元之后連接一個過電流保護電路；且其速度指令是經導線而傳送至速度誤差放大器，與電流回授電路之值在扭力誤差放大器比較后，以微處理器來調整控制無刷馬達的運轉速度。
前述的電動跑步機的直接驅動裝置，其中所述的電流控制器其中各元器件的具體型號為電磁干擾濾波器為YC10TIL2，整流器為KBPC2508，功率放大單元為IRFP460，無刷馬達為BL-010-2，微處理器為IC8051，無刷馬達側邊的霍爾感應器為ATS177，速度回授電路為LM331，電流回授電路為LM324，速度誤差放大器為LM324，扭力誤差放大器為LM324，驅動單元為TLP250，過電壓保護電路為LM324，過電流保護電路為LM324。
本實用新型與現有技術相比具有明顯的優點和積極效果。由以上技術方案可知，本實用新型電動跑步機的直接驅動裝置，其包括有一固設在跑步機座體前方的固定軸；一用以帶動跑步帶轉動的滾筒，該滾筒內呈中空體，且其兩端相對應固設有一開口朝外的U型轉動輪，且該轉動輪內緣設有多數組的永久磁鐵；一具有定子功能的鐵心及其上所纏繞的線圈，固設于一具有套合孔的固定座，且與永久磁鐵相耦合，構成一無刷馬達的結構型態；以及一電流控制器，控制轉動輪及滾筒運轉的速度；藉此，當電流控制器供應線圈電流時，即為直接式動力裝置，停止供電時則仍能成為一般無動力的跑步機使用。本實用新型主要設計為無刷馬達的架構，且借由轉動輪與滾筒運動的構成結構特征，使其具有下述特性及優點一、當供給市電至線圈時，形成一種無刷馬達的結構型態，直接驅動轉動輪旋轉作為動力源，而具有電動跑步機的功能，其噪音及震動都極低，較之現有習用的間接傳動的跑步機，本實用新型在使用時的舒適性具有顯著提升。
二、當停止供電時，該無刷馬達外緣的轉動輪仍能被滾筒帶動旋轉，自然轉換成一種發電機的結構型態，仍然可作為一般無動力的跑步機使用。所以，本實用新型具有一機多用途的增進功效，并具有產業的利用性。
綜上所述，本實用新型無須使用傳動皮帶、皮帶輪，或是鏈條、齒輪，而具有低噪音及低震動的功效，大大提高了使用的舒適性；另外，其還具有低磨耗、高慣性力以及使用壽命長的功效，且其在供給電力時成為一提供動力源的馬達型態，而在沒有供給電力或停電時，則仍能作為一般無動力的跑步機使用，而具有一機多用途的增進功效，更利于產業應用而具有實用性。其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，且在技術上有較大的進步，并產生了好用及實用的效果，而確實具有增進的功效，從而更加適于實用，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
本實用新型的具體結構由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1是現有習用的一種跑步機的立體圖。
圖2是
圖1現有習用的跑步機的驅動裝置結構示意圖。
圖3是本實用新型電動跑步機的驅動裝置的分解立體圖。
圖4是本實用新型電動跑步機的驅動裝置的立體圖。
圖5是本實用新型一較佳實施例的結構示意圖。
圖6是本實用新型另一較佳可實施例的結構示意圖。
圖7是本實用新型的電流控制器主要電路結構電路原理圖。
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提出的電動跑步機的直接驅動裝置其具體結構、特征及其功效，詳細說明如后。
請參閱圖3、圖4、圖5、圖6所示，本實用新型電動跑步機的直接驅動裝置，其主要包括一固定軸(2)、一滾筒(3)、一轉動輪(4)、一鐵心(5)及線圈(6)、一固定座(7)以及一電流控制器(8)，其中該固定軸(2)，固設在跑步機座體(11)的前方；該滾筒(3)，其帶動跑步帶(16)轉動，該滾筒(3)為內呈中空體(31)，且其兩端相對應分別固設有一開口朝外的U型轉動輪(4)；該轉動輪(4)，其軸孔(41)套設有軸承(42)，而使滾筒(3)及轉動輪(4)在固定軸(2)上一起運動，且該轉動輪(4)的內緣設有多數組的永久磁鐵(43)；該鐵心(5)及線圈(6)，其鐵心(5)為一具有定子功能的鐵心，其上纏繞設有線圈(6)，并固設于一具有套合孔(71)的固定座(7)上；該固定座(7)，以鍵(21)或等效元件固設定位在固定軸(2)上，并使外周緣的鐵心(5)及線圈(6)位于轉動輪(4)的內緣，且與永久磁鐵(43)相偶合，構成一無刷馬達(M)的結構型態；該電流控制器(8)，其設有一插頭(81)以連接AC電源輸入，并以一訊號導線(82)與設于跑步機座體(11)上方的控制儀表(圖中未示)連接，用以控制線圈(6)上的電流值，進而控制轉動輪(4)及滾筒(3)運轉的速度。
借由上述結構相組合，當插頭(81)連接AC電源，使電流控制器(8)提供預定電流值至線圈(6)，進而帶動外周與其相偶合的轉動輪(4)旋轉，形成猶如一組無刷馬達(M)的結構型態；另外，由于轉動輪(4)是與滾筒(3)相連結并且同步運動，因此，當轉動輪(4)猶如無刷馬達(M)的轉子受線圈(6)的電磁作用而轉動時，則直接驅動繞經滾筒(3)的跑步帶(16)，無需利用皮帶或鏈條，所以其具有低噪音及低震動的優點；再者，由于線圈(6)是以電磁驅動轉動輪(4)，因此沒有磨耗的問題，所以可以增加使用壽命。
請參閱圖5所示，是本實用新型一可行實施例的結構示意圖，其是在其中一個轉動輪(4)的內緣設有由鐵心(5)、線圈(6)及固定座(7)所組成的定子結構，藉由線圈(6)所產生的電磁來驅動與其相耦合的轉動輪(4)。當然，如果為了增加其扭力，本實用新型另一可行實施例，是如圖6所示，其是在二個轉動輪(4)的內緣，皆設有永久磁鐵(43)與由鐵心(5)、線圈(6)及固定座(7)等構成的定子結構，且采用并聯方式由電流控制器(8)同步供給所需電流，使其同步驅動二個轉動輪(4)運轉。
請參閱圖7所示，是本實用新型的電流控制器一可行實施例的構成電路原理圖，由于本實用新型的發明重點為前述的結構部分，而其電路部分的結構可以有多種電路結構來達到調整控制無刷馬達(M)運轉的功效，故在本實施例中，僅將其一種具體實施結構說明如下。該電流控制器(8)主要電路構成是利用設有一電磁干擾濾波器(83)，將插頭(81)送入的AC電流濾波后，送至整流器(84)整流，再經一功率放大單元(85)供給無刷馬達(M)電流；藉由一設于無刷馬達(M)側邊的霍爾(HALL)感應器(861)，將其位置(角度)訊號傳至微處理器(86)，并藉助一速度回授電路(862)及一電流回授電路(863)，分別經一速度誤差放大器(864)及扭力誤差放大器(865)，送回微處理器(86)，令驅動單元(87)使無刷馬達(M)作預定的轉速；此外，在整流器(84)之后連接一個電壓保護電路(88)，以及在功率放大單元(85)之后，連接一過電流保護電路(89)，以保護整個電路及無刷馬達(M)的安全。
在本實施例中，該電流控制器(8)其中各元器件的具體型號如下電磁干擾濾波器(83)為YC10TIL2，整流器(84)為KBPC2508，功率放大單元(85)為IRFP460，無刷馬達(M)為BL-010-2，微處理器(86)為IC8051，無刷馬達(M)側邊的霍爾(HALL)感應器(861)為ATS177，速度回授電路(862)為LM331，電流回授電路(863)為LM324，速度誤差放大器(864)為LM324，扭力誤差放大器(865)為LM324，驅動單元(87)為TLP250，過電壓保護電路(88)為LM324，過電流保護電路(89)為LM324。
藉助上述電流控制器(8)的構成，使用者在控制儀表(圖中未示)調整所需的運動速度指令，即可經導線(82)而傳送至速度誤差放大器(864)，與電流回授電路(863)之值在扭力誤差放大器(865)比較后，以微處理器(86)來調整控制無刷馬達(M)的運轉速度。
又，當停電或無法供給電源時，本實用新型仍可作為一般無動力的跑步機使用，此是因為使用者踩踏跑步帶(16)時會帶動滾筒(3)旋轉，即轉動輪(4)亦隨之旋轉，而其內緣設置的永久磁鐵(43)會產生磁能，并與線圈(6)產生的電磁能激發而產生電力；亦即，當停止供給市電時，無刷馬達(M)藉助被使用者運動所帶動的轉動輪(4)，而形成一種發電機的結構型態，而可供給控制儀表(圖中未示)所需的電力。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1.一種電動跑步機的直接驅動裝置，其特征在于其主要包括一固定軸、一滾筒、一轉動輪、一鐵心及線圈、一固定座以及一電流控制器，其中該固定軸，固設在跑步機座體的前方；該滾筒，其帶動跑步帶轉動，該滾筒為內呈中空體，且其兩端相對應分別固設有一開口朝外的U型轉動輪；該轉動輪，其軸孔套設有軸承，滾筒及轉動輪以該軸承在固定軸上一起連動運動，且該轉動輪的內緣設有多數組的永久磁鐵；該鐵心及線圈，其鐵心為一具有定子功能的鐵心，其上纏繞設有線圈，并固設于一具有套合孔的固定座上；該固定座，以鍵或等效元件固設定位在固定軸上，其外周緣的鐵心及線圈位于轉動輪的內緣，且與永久磁鐵相偶合，構成一無刷馬達的結構；該電流控制器，其設有一插頭，連接AC電源輸入，并設有一訊號導線與設于跑步機座體上方的控制儀表相連接，以控制線圈上的電流值，進而控制轉動輪及滾筒運轉的速度。
2.根據權利要求1所述的電動跑步機的直接驅動裝置，其特征在于其中所述的電流控制器是設有一電磁干擾濾波器，將插頭送入的AC電流濾波后，送至整流器整流，再經一功率放大單元供給無刷馬達電流；設有一設于無刷馬達側邊的霍爾感應器，將其位置即角度訊號傳至微處理器，并設有一速度回授電路及一電流回授電路，分別經一速度誤差放大器及扭力誤差放大器，送回微處理器，令驅動單元使無刷馬達作預定轉速的運轉；此外，在整流器之后連接一個電壓保護電路，以及在功率放大單元之后連接一過電流保護電路，以及在功率放大單元之后連接一個過電流保護電路；且其速度指令是經導線而傳送至速度誤差放大器，與電流回授電路之值在扭力誤差放大器比較后，以微處理器來調整控制無刷馬達的運轉速度。
3.根據權利要求1或2所述的電動跑步機的直接驅動裝置，其特征在于所述的電流控制器其中各元器件的具體型號為電磁干擾濾波器為YC10TIL2，整流器為KBPC2508，功率放大單元為IRFP460，無刷馬達為BL-010-2，微處理器為IC8051，無刷馬達側邊的霍爾感應器為ATS177，速度回授電路為LM331，電流回授電路為LM324，速度誤差放大器為LM324，扭力誤差放大器為LM324，驅動單元為TLP250，過電壓保護電路為LM324，過電流保護電路為LM324。
專利摘要一種電動跑步機的直接驅動裝置,包括一固定軸、滾筒、轉動輪、鐵心及線圈、固定座以及電流控制器;固定軸設在跑步機座體前方,滾筒兩端固設U型轉動輪,轉動輪內緣設有多組永久磁鐵;具定子功能的鐵心及其上纏繞的線圈設于一具有套合孔的固定座,且與永久磁鐵相耦合,構成無刷馬達;電流控制器設有插頭連接AC電源輸入,并設訊號導線與控制儀表相連,控制轉動輪及滾筒運轉速度。當電流控制器供應線圈電流時為直接式動力裝置,而停止供電時仍能為一般無動力的跑步機使用。
文檔編號A63B22/02GK2421037SQ00231078
公開日2001年2月28日 申請日期2000年4月5日 優先權日2000年4月5日
發明者李穎哲 申請人:李穎哲