静态或伪静态使用的自行车模拟器 |
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| 申请号 | CN201280014303.8 | 申请日 | 2012-03-21 | 公开(公告)号 | CN104053479B | 公开(公告)日 | 2017-07-28 |
| 申请人 | 法比奥·佩德里尼; | 发明人 | 法比奥·佩德里尼; | ||||
| 摘要 | 自行车 模拟器 (1)基本由预先设置用于静态或伪静态使用的自行车组成。自行车包括放置在地板(12)上的前、后 支撑 件(13、14)，其模拟常规自行车 车轮 在公路上的 接触 。该两个支撑件优选由放置在地板上并以自由旋转方式支撑各自车轮轴(3、11)的前支撑车轮(13)和后支撑车轮(14)组成。转动地安装在至少前支撑车轮中的是 飞轮 (F1、F2)。前飞轮(F1)设置成由相应的电动 马 达(M)驱动旋转或由 踏板 驱动的传动装置驱动旋转，以产生稳定陀螺效应，其确保使用者在蹬踏时在自行车静止的情况下保持其平衡，自行车通过支撑车轮放置在地板上成静止状态。 曲柄 轴与从动构件连接，其独立于所述前支撑件(13)和后支撑件(14)并由后飞轮或者甚至由前飞轮自身构成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.自行车模拟器(1)，包括： |
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| 说明书全文 | 静态或伪静态使用的自行车模拟器技术领域[0001] 本发明涉及自行车模拟器，即涉及设计成模拟自行车在公路上使用的静态设备。 背景技术[0002] 用于训练的传统类型的固定自行车包括刚性结构和飞轮，刚性结构带有基础支撑以将该结构放置在其上；飞轮由刚性结构支撑，并且可被使用者通过踏板驱动而转动，并受制于可调整的制动装置的动作。该类型的训练自行车使用非常广泛，但并没有完全令人满意，首先，它们给使用者一个与自行车在公路上正常骑行明显不同的感觉，在公路上骑行，骑行者反而必须要注意保持自行车在车轮与公路的两个接触点之间的平衡位置。因此，固定训练自行车结构的完全静止剥夺使用者的注意平衡的需要，并使得自行车骑行索然无趣，其结果导致，实践证明，训练自行车的使用通常比正常自行车的使用更容易引起疲劳。 [0003] 一种使用也非常广泛的、前面描述类型的训练自行车的替代方式是滚轮设备，其使用于公路上的普通自行车能在静止位置使用。所述设备通常设想，自行车前轮支撑在地板上，而后轮通过支撑件相对地板保持抬起，后轮轴安放在支撑件上。后轮接合通过前述支撑件支撑的滚轮，并且滚轮通过可调整的压力被推靠在后轮上。同样地，在所述的滚轮设备的情况下，使用者在使用过程中的感觉与自行车在公路上正常骑行的所感受的明显不同，这还是主要因为自行车被前述的后部支撑件保持在一个固定刚性位置。 [0004] 在一种尝试中，提供了一种自行车模拟器，其设计成给使用者以更接近自行车在路上真实骑行的感觉，其提出的解决方案是自行车模拟器框架以铰接方式支撑在基座结构上，基座结构安置在地板上，这样它就可以侧向倾斜。例如，US 2007/0072744 Al和US 2008/0020908 Al描述了这种类型的自行车模拟器。所述自行车模拟器框架以可转动的方式支撑飞轮，飞轮可由脚踏驱动转动。再次根据所述文件所描述的，飞轮的转动产生一个陀螺平衡效应，其帮助使用者将自行车模拟器框架保持在垂直平衡位置。该类型的自行车模拟器更接近地再现了自行车在路上真实骑行的感觉，但没有完全达到所述目标，因为基座结构和顶部框架之间的铰接连接无论如何都远未能有效地模拟真实自行车车轮与公路的接触情况。 [0005] 应该注意到，总所周知，给传统的自行车提供马达驱动的飞轮从而获得陀螺平衡效应，该效应可帮助例如小孩或老年人在公路上使用真实自行车时找到正确平衡。该类型的方案已被DE-U-88 04 997、US 7 314 225 B2和US 4 712 806公开。 [0006] 发明目的 [0007] 本发明的目的是提供一种自行车模拟器，其将为使用者再现与自行车在公路上真实骑行的基本一样的感觉。 [0008] 本发明另一个目的是提供一种自行车模拟器，其整体结构与真实自行车基本一样或至少非常相似。 [0009] 本发明另一个目的是提供一种自行车模拟器，其采用与那些生产自行车常用技术的类似技术来生产，并且该模拟器在操作中高效、可靠。 发明内容[0010] 根据本发明，上面和进一步的目的被这样实现：提供自行车模拟器，其包括自行车结构，自行车结构包括自行车车架、由车架支撑的后车轮轴、转动地安装在车架上并具有曲柄和对应的踏板的曲柄轴、安装在车架上的头管和转动地安装在头管中并安装有前叉的转向轴，以及由前叉支撑的前车轮轴；所述自行车模拟器进一步包括前支撑件和后支撑件，用于将自行车模拟器支撑在地板上，所述前、后支撑件各自与前车轮轴和后车轮轴相连，并且每个所述支撑件具有与地板的接触部分，该接触部分以模拟自行车车轮与公路的接触的方式成形；至少一个前飞轮，可转动地安装在所述前车轮轴上；以及马达装置，其与所述前飞轮相关联，以使其转动，从而产生稳定陀螺效应；所述曲柄轴设计成给从动构件传递转动，从动部件与所述前支撑件、所述后支撑件之间是独立的。 [0011] 在一个优选实施例中，所述前、后支撑件由两个静止车轮组成，这用于放置在地板上。 [0013] 另外，在该优选实施例中，与前飞轮连接的所述马达装置由电动马达组成。在所述自行车模拟器上设有蓄电池以为所述电动马达供电，以致动前飞轮，并且所述后飞轮机械连接到发电机，发电机用于为所述蓄电池充电。 [0014] 根据本发明的自行车模拟器能给用户与在公路上自行车真实骑行完全类似的感觉。在优选实施例中，前飞轮的转动可通过前述的马达装置激活，并在用户爬上自行车模拟器之前激活，以利于甚至在他开始蹬踏板之前寻找平衡状态。当然，当用户开始蹬踏板时，施加到后飞轮上的转动产生陀螺效应，这添加到通过前飞轮产生的陀螺效应上，进一步有利于平衡。在任何使用情况下，除了前、后支撑车轮是固定的事实之外，地板与前、后支撑车轮之间的接触与常规自行车的车轮与公路之间的接触完全类似。 [0015] 本发明可以制造成能实现自行车的非完全静态使用，更确切地说是伪静态使用，在这种情况下该表达用于指示这样一种情况：自行车模拟器在训练期间会前进几厘米或几米量级的距离。在该优选实施例中获得这种结果，多亏了这样的事实：后飞轮由金属材料制造，以及与所述后支撑车轮相关联的是至少一个永磁铁，其在距离车轮的轴一定距离处以如下方式被刚性连接到所述车轮，使得后飞轮的转动被以非常低的传动比传递到所述后支撑车轮，以这种方式，如前所述，所述自行车模拟器具有伪静态行为，即，其在训练过程中会以几厘米或几米量级的距离沿着地板前进。优选地，永磁铁以距离飞轮的平面可调的距离固定在后车轮上，这能实现所述传动比的改变。 [0016] 在一个变型中，马达装置由机械传动装置组成，例如链条和/或皮带，其连接曲柄轴和前飞轮。在该情况下，优选地，没有后车轮。因此，前飞轮自身作为被曲柄轴驱动的构件。另外，在该一个变型中，和在本发明的其它实施例中一样，通过曲柄轴与摩擦驱动辊的相关联可以获得自行车模拟器的伪静态操作，摩擦驱动辊与后静态支撑车轮的周缘接触，以这样的方式以非常低的传动比来传递非常缓慢的运动给所述车轮(踏板每转n圈，后支撑车轮转动1度)，使得所述自行车模拟器呈现前面所述的伪静态行为。 [0017] 很显然，根据本发明的自行车模拟器给用户提供了到目前为止所生产的任何自行车模拟器所不能获得的训练和乐趣的可能。此外，根据本发明的自行车模拟器具有这样的优势，它能通过简单且低成本的操作从常规自行车结构被获得。附图说明 [0018] 本发明进一步的特征和优点将从下面参照附图的描述中浮现，这些附图纯粹是通过非限定性的示例的方式给出的，其中： [0019] 图1是根据本发明优选实施例的自行车模拟器的部分截面侧视图； [0020] 图2、3是根据图1的线II-II和III-III的放大图，其展示了图1自行车模拟器支撑车轮的横截面视图； [0022] 图5是根据本发明的自行车模拟器的简化变型透视图； [0023] 图6展示了另一个变型。 具体实施方式[0024] 在图1中，附图标记1指根据本发明的自行车模拟器，其包括常规自行车结构，带有框架2，其可转动地支撑后轮轴3和曲柄轴4，曲柄轴4与两个曲柄5连接，每个曲柄5分别具有脚踏6。另外，以与常规自行车结构中所面对的类似的方式，框架2包括头管7，转向轴8可转动地固定在其中，转向轴8设有车把9并转动地连接前叉10，前叉10的分叉的端点转动地支撑前轮轴11。框架2带有车座，最好是高度调节的设备，可以是任何已知类型。 [0025] 在这里显示的最优实施例中，自行车模拟器通过前支撑静止车轮13和后支撑静止车轮14支撑在地板12上，除了其没有轮胎外，其具有与常规比赛自行车的盘形(或两面凸出状)车轮类似的结构。如图2、3更清晰地显示，每个支撑车轮13、14包括两个相对的圆盘，它们分开地设置在距离D处，并通过圆周部分C沿着外圆周外围连接在一起，在图2、3横截面图中，为了再现常规自行车车轮与公路之间的接触类型，圆周部分C具有模拟轮胎外形的弯曲外形。每个车轮13、14的两个圆盘D在中心具有轮毂H，其通过滚动轴承B1以可自由转动的方式安装在相应的车轴3和11上。 [0026] 因此，自行车模拟器1通过前支撑静止车轮13和后支撑静止车轮14放在地板12上，这两个车轮的接触完全类似常规自行车车轮在公路上的接触，例如比赛自行车。 [0027] 在每个车轮13、14中，在两个相对的盘D之间限定的空间内，提供了一个飞轮，各自标记为F1和F2。 [0028] 飞轮F1和F2都是圆盘状，并具有沿着外圆周加宽的部分E以及轮毂N。 [0030] 后飞轮F2的轮毂N刚性连接到发电机G的环状转子R周围，其也是轮内型。发电机G的转子R通过滚动轴承B2转动地安装在轴3上。在转子R内设置的是发电机的定子S，其刚性连接到轴3。 [0031] 电动马达M和发电机G结构细节在这里并未示出，因为电动马达M和发电机G可以是任何已知的类型。 [0032] 此外，由图2可以看出，在后飞轮F2的情况下，转子R的结构转动地连接到小齿轮P，小齿轮P上啮合有传动链T(图1)，传动链T连接所述小齿轮和曲柄轮15，曲柄轮15与自行车的曲柄轴4关联。因此，踏板施加的运动给从动构件(转子R)赋予转动，其独立于后支撑14和前支撑13。 [0033] 附图标记16在图1中指为与前飞轮F1相连的电动马达M提供电力的蓄电池，与蓄电池相连的是超级电容器17，其可通过与后飞轮F2相连的发电机G充电。如图4所示，自行车模拟器也具有电子控制单元18，其与蓄电池16、超级电容器17、发电机G和电动马达M连接。与所述控制单元连接的是用户界面设备19，其具有显示屏和控制按钮，以管理和控制自行车模拟器使用的各种模式。 [0034] 在使用中，使用者激活电动马达M来驱动前飞轮F1转动，优选地甚至是在使用者骑上自行车模拟器的车座之前。飞轮F1的转动产生了一个稳定陀螺效应，一旦使用者坐在车座上，其能帮助使用者找到他的平衡，尽管事实上，自行车模拟器处于安置在车轮13、14与地板12的两个接触区域上的静止位置。当使用者开始蹬车，他对后飞轮F2施加转动，其产生了进一步的稳定陀螺效应。飞轮F2的转动使得发电机G能给蓄电池16充电，其进而给前电动马达M供电。期望量的电制动通过发电机G应用到飞轮F2，其也可以作为马达改变使用者的作用力，这依据通过设备19的控制装置。 [0035] 在上述优选实施例中，自行车模拟器像带有盘形车轮的常规自行车一样，其增加了所述产品对用户的吸引力。其次，车轮13、14形式的两前后支撑的使用确保以最优方式模拟常规自行车在公路上骑行时，车轮和公路之间的接触。 [0036] 最后，使用前后车轮13、14作为自行车模拟器的支撑能实现下文描述的本发明更进一步的优势。 [0037] 如图2所示，安装在后车轮14的两个相对的盘D上，设置在距离车轮轴一定距离处的，是两个大功率永磁体20，其距离飞轮F2平面的距离可由任何适合所述目的设备调整。在所述实施例中，飞轮F1必须用铁磁材料制造。在使用中，磁体20倾向于随着飞轮F2转动，尽管是在最小程度上，因此，它们在飞轮F2的转动和车轮14的转动之间提供了非常低的传动比，这样，自行车模拟器在训练过程中会以几厘米或几米量级的距离移动位置。这涉及在本文中采用“自行车模拟器伪静态使用”表达的使用方式。 [0038] 如上面所述，本发明优选实施例的所述具体使用模式给依照本发明的自行车模拟器添加了吸引力，例如，使骑着各自的自行车模拟器的多个用户能在同一个房间里一起比赛，以在几分钟或几小时的时间内到达设置在几米距离处的目标。 [0039] 然而，应该注意到，相比现有技术，根据本发明的自行车模拟器还通过一个更简单实施例表征，在该实施例中前后支撑并不由前面描述的类似车轮13、14的车轮组成。 [0040] 例如，在图5中，自行车模拟器的前后支撑由支撑件13'、14'组成，每个支撑件由一个弯曲条带构成的叉状结构限定，弯曲条带具有放置在地板上的弯曲中间部分21和两个朝上的分叉，分叉的端部转动地支撑轴3、11。圆形中间部分21具有类似图1－3中车轮13、14的部分C的外形，以模拟真实自行车的车轮与公路之间的接触。 [0041] 图5展示的变型构成一个简化的实施例，其是从传统自行车获得的，使用自行车的没有轮胎的两个车轮作为飞轮F1、F2，并且没有任何电动马达驱动飞轮F1。在所述的简化方案中，控制构成飞轮F1的前轮转动的马达装置可以使任何类型，并且可以是，例如，由电动马达(图中未示出)或链式传动机构(图中未示出)构成，链式传动机构连接曲柄轴4和小齿轮(图中未示出)，小齿轮与前飞轮F1的轴11相关联，因此，使用者对踏板的作用也引起所述前飞轮F1的转动。对于构成飞轮F2的后车轮的可调制动，也可以想到使用任何类型的机械式制动器。 [0042] 图6展示了另一个变型，其与图1－4的不同在于其想到的用于前飞轮(不可见)的马达装置由链条和皮带传动装置50构成，该传动装置用于将曲柄轴的运动传递给前飞轮。传动装置依次包括相对于曲柄轴固定的曲柄轮51、其通过链条59连接到的轮子52、与轮子 52同轴的轮子53通过链条或带齿皮带60连接到的轮子54。轮子54与轮子55同轴，轮子55通过带齿皮带61连接到轮子56，轮子56位于头管内，插入一个小的等速接头(图中未示出)，其使得无论车把怎样旋转都能进行传动。轮子56通过带齿皮带62连接到轮子57，轮子57位于前叉的管中。皮带62能实现由车把转动引起的轮子56、57的轴之间的相对转动。如果有必要，在任何情下，可想到在轮子56、57之间有包括等速接头的传动装置。然后，轮子57进而通过插入的横向轴连接到另一轮子57，该轮子57对准前叉的分支；然后通过带齿皮带63连接到轮子58，轮子58可与前飞轮(图中未示出)一起相对前支撑静态车轮13转动。 [0043] 在图6所示的实施例中设想没有后飞轮，因此，前飞轮本身就用作被曲柄轴驱动的构件。 [0044] 另外，在所述实施例(但是该方案也被图1－3所示的实施例采用)的情况下，作为支撑件放置在地板上的前静态车轮13的两个面，具有一系列狭缝64。位于前静态车轮13内部的飞轮的构造使得其还作为一个轴流风机，设计成从静态车轮13的左面穿过狭缝64吸取空气，然后在右面通过狭缝64排出空气，右面被成形为在出口处将空气发送给使用者，因此，在锻炼期间对使用者吹风，以便模拟在路上使用自行车过程中的风的作用。 [0045] 根据与曲柄轴相关的另一特征(其也可被图1－3所示的实施例采用)是摩擦辊，其与后静态车轮14的周缘接触，以这样的方式来传递一个非常缓慢的运动给所述车轮(踏板每转n圈，车轮转动1度)，并具有一个非常低的传动比，使得，所述自行车模拟器具有前面所述的伪静态行为，即，使用根据前面描述的伪静态模式，在训练过程中会以即厘米或几米量级的距离沿着地板前进。 [0046] 在本发明的另一实施例中，前车轮并不是一个方向轮，因此，前叉刚性连接到车架，并不设置头管和转向轴。 [0047] 当然，在不侵害本发明原理的情况下，结构细节和实施例相对这里纯粹通过实施例描述和说明的可大量变化，而这并没有跳出本发明的保护范围。 |
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