CN101091683A - 电磁式摇摆机 - Google Patents

Abstract

电磁式摇摆机，其特征是设置直线磁力驱动机构，是在两侧机架的对称位置上分别设置电磁铁，两侧电磁铁具有交变的、并且互为相反的电磁极性，在位于两侧电磁铁之间的托架上固定设置永磁体，摇摆脚台通过托架固定设置在移动架上，移动架可沿着固定在两侧机架之间的直线导轨往复移动，在两侧机架与移动架之间设置复位弹簧。当两侧电磁铁极性在信号发生单元的控制下交替变换时，对托架上的永磁体产生交变电磁力作用，使与永磁体固定在一起的移动架就带动摇摆脚台沿直线导轨进行往复移动。本发明运行平稳、噪音低、能量损耗小。

Description

电磁式摇摆机

技术领域

本发明涉及健身器械，更具体地说是一种使人体在平躺状态下让四肢模拟鱼类左右摇摆的健身器械。

背景技术

摇摆机是一种使人体在平躺状态下让四肢模拟鱼类左右摇摆的锻炼器械。目前的摇摆机都是采用电动机作为动力源的曲柄滑块机构，其结构形式如图1所示。电机工作时，与电机减速器转轴1(转动频率f₀＝2.33±0.08Hz)固定在一起的曲柄2会绕着电机轴旋转，曲柄2的另一端则在滑槽3中作相对于滑槽3的上下运动，这时曲柄2就对滑槽3产生一个左右方向往复循环的推、拉力，使得滑板4带动脚台5沿着导轨6左右往复移动。这种曲柄滑块机构的摇摆机存在着较大的缺点：

1、曲柄2在转动到左右两个死点位置时，不可避免地会出现换向冲击力，从而产生冲击噪声；

2、曲柄3和滑槽4之间、滑板4和导轨6之间都存在着较大的滑动摩擦，从而产生摩擦噪声；

3、脚台5在冲击力和摩擦力的作用下会发生共振，从而产生脚台5的低频“嗡”声。

4、该机构是将电能通过电动机转换为转动的机械能，再通过减速器和曲柄滑块机构转换为滑块左右平动的机械能，每一个传动环节中都要消耗一部分能量，因此效率相对较低、能耗相对较大。

发明内容：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种运行平稳、噪音低、能量损耗小的电磁式摇摆机。

本发明电磁式摇摆机的结构特点是设置直线磁力驱动机构，是在两侧机架的对称位置上分别设置电磁铁，两侧电磁铁具有交变的、并且互为相反的电磁极性，在位于两侧电磁铁之间的托架上固定设置永磁体，摇摆脚台通过托架固定设置在移动架上，移动架可沿着固定在两侧机架之间的直线导轨往复移动，在两侧机架与移动架之间设置复位弹簧。

本发明的结构特点也在于：

所述移动架与直线导轨之间为滚动配合。

所述电磁铁的激励电流是由信号发生与放大单元产生的频率与摇摆机的摇摆频率f₀一致的正弦信号。

在所述信号发生与放大单元中，以电感量为L的电磁铁和电容量为C的电容器构成串联谐振电路，其电路参数的设置满足下式：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}=2.33\±0.08\left(\mathrm{Hz}\right)$

设置所述每侧复位弹簧的刚度为k/2，设置由移动架、托架、摇摆脚台和摇摆的人体下肢在内的摇摆体的总质量为M，在由所述复位弹簧和摇摆体构成的单自由度“弹簧——质量系统”中的谐振频率等于激励信号的变化频率：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{M}}=2.33\±0.08\left(\mathrm{Hz}\right)$

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明利用同性相斥和异性相吸的电磁理论，以电磁机构使移动架在沿着直线导轨的直线方向上受到往复移动的电磁力的驱动，从而形成摇摆脚台的摆动，动作可靠。

2、本发明采用电磁驱动，直接将电能转换为移动架左右平动的机械能，中间环节少、无耗能较大的滑动摩擦，并且电磁激励系统和运动系统都是工作在谐振状态，因此，系统工作时产生的噪声和消耗的能量都相对较小，具有节能环保的优势。

3、本发明结构简单、易于实施。

附图说明：

图1为已有技术结构示意图。

图1中标号：1电机减速器转轴、2曲柄、3滑槽、4滑板、5脚台、6导轨。

图2为本发明结构示意图。

图3为本发明另一工作状态示意图。

图2、图3中标号：1直线导轨、2摇摆脚台、3托架、4移动架、5永磁体、6电磁铁、7机架、8复位弹簧。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明：

具体实施方式：

参见图1，两侧机架7对称位置上分别设置电磁极性互为相反的电磁铁6，两侧电磁铁6之间的托架3上固定设置永磁体5，托架3、摇摆脚台5与移动架4固定在一起并可沿着固定在两侧机架之间的直线导轨1移动，复位弹簧8设置在两侧机架7与托架3之间。当两侧电磁铁6的极性交替变换时，会对托架3上的永磁体5产生交变电磁力作用，使与永磁体5固定在一起的移动架4带动摇摆脚台2沿直线导轨1进行往复移动。

具体实施中，在移动架4与直线导轨1之间采用滚动配合，以减小摩擦阻力。

图2、图3所示，设置电磁铁6的激励电流由信号发生与放大单元提供，激励电流的频率和瞬时极性由信号发生与放大单元发出的正弦信号控制，正弦信号变化频率为摇摆频率f₀，其工作过程如下：

在正弦信号的正半周，A端为+，B端为-。此时，电磁铁的磁极性如图2所示，左侧的电磁铁对移动架4产生向左的吸力，而右侧的电磁铁对移动架4产生向左的推力，在这两个力的共同作用下，移动架4通过托架3带动摇摆脚台2向左摆动。

在正弦信号的负半周，A端为-，B端为+。此时，电磁铁的磁极性如图3所示，左侧的电磁铁6对移动架4产生向右的推力，而右侧的电磁铁6对移动架4产生向右的吸力，在这两个力的共同作用下，移动架4带动摇摆脚台2向右移动。

本实施例中，激励电流采用正弦信号可以有效避免移动架在换向时产生较大的换向加速度，使得移动架在左右两个极限位置时的位移变化和速度变化都是最小，也就是此位置处的加速度和冲击力最小。

具体实施中，应合理设置电磁铁的电感量L和电容器的电容量C，使由LC构成的串联谐振电路的谐振频率等于摇摆机的摇摆频率：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}=2.33\±0.08\left(\mathrm{Hz}\right)$

此时驱动电路的驱动能量为最小。

设复位弹簧的总刚度为k，并设由移动架、托架、摇摆脚台和人体下肢在内的摇摆体的总质量为M，使由复位弹簧和摇摆体构成的单自由度“弹簧——质量系统”的谐振频率也等于摇摆机的摇摆频率：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{M}}=2.33\±0.08\left(\mathrm{Hz}\right)$

这样，摇摆体也处于谐振状态，摇摆体左右摇摆时所需要的激励能量最小，因此也能大大降低电磁铁的驱动能量。

Claims (5)

1、电磁式摇摆机，其特征是设置直线磁力驱动机构，是在两侧机架(7)的对称位置上分别设置电磁铁(6)，两侧电磁铁(6)具有交变的、并且互为相反的电磁极性，在位于两侧电磁铁之间的托架(3)上固定设置永磁体(5)，摇摆脚台(2)通过托架(3)固定设置在移动架(4)上，移动架(4)可沿着固定在两侧机架之间的直线导轨(1)往复移动，在两侧机架(7)与移动架(4)之间设置复位弹簧(8)。

2、根据权利要求1所述的电磁式摇摆机，其特征是所述移动架(4)与直线导轨(1)之间为滚动配合。

3、根据权利要求1所述的电磁式摇摆机，其特征是所述电磁铁(6)的激励电流是由信号发生与放大单元产生的频率与摇摆机的摇摆频率f₀一致的正弦信号。

4、根据权利要求3所述的电磁式摇摆机，其特征是在所述信号发生与放大单元中，以电感量为L的电磁铁和电容量为C的电容器构成串联谐振电路，其电路参数的设置满足下式：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}=2.33\±0.08\left(\mathrm{Hz}\right).$

5、根据权利要求4所述的电磁式摇摆机，其特征是设置所述每侧复位弹簧(8)的刚度为k/2，设置由移动架(4)、托架(3)、摇摆脚台(2)和摇摆的人体下肢在内的摇摆体的总质量为M，在由所述复位弹簧和摇摆体构成的单自由度“弹簧——质量系统”中的谐振频率等于激励信号的变化频率：

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{k}{M}}=2.33\±0.08\left(\mathrm{Hz}\right).$

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