專利名稱：用于鍛煉器械的可變阻力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變阻力裝置，該可變阻力裝置適于包含在鍛煉器械中，以便向鍛煉器械提供可選擇變化的阻力量。
背景技術(shù)：
由定義可知，鍛煉器械需要向用戶提供一定的阻力量，以便進(jìn)行肌肉鍛煉。在幾乎所有形式的鍛煉中，都需要在鍛煉器械中具有可變的阻力量。
首先，用戶需要能夠以最小的力且最簡單地改變阻力量。
其次，還需要能夠精確和可重復(fù)地選擇阻力量。對于運動員使用的阻力機(jī)器，特別需要如此，因為運動員需要準(zhǔn)確測定阻力值，這樣，該值可以作為監(jiān)測他們的鍛煉程序的準(zhǔn)確參考點。例如，運動協(xié)會將受益于精確標(biāo)定的鍛煉器械，以便長期對大量運動員進(jìn)行測試，這樣，可以保證在一組測試鍛煉中采用的阻力量保持長期恒定。這種程度的可重復(fù)性通常很難在例如采用磁阻和風(fēng)阻的鍛煉器械中保持。當(dāng)采用磁阻時，磁體的標(biāo)度可能在經(jīng)過一定時間后改變。風(fēng)阻可能受到大氣壓大小的影響，特別是當(dāng)相同機(jī)器用于不同海拔高度時。
用戶甚至還需要在鍛煉時可選擇地改變阻力量。在PCT/US88/01580(DUKE的國際申請WO88/08735)中，模擬劃船的鍛煉器械設(shè)有阻力裝置，該阻力裝置包括在充滿水的柱形容器中旋轉(zhuǎn)的槳。在容器中的流體量確定了用戶承受的阻力量。該現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)器設(shè)有與驅(qū)動繩索相連的手柄。用戶拉動和釋放驅(qū)動繩索，從而模擬在劃船時的劃槳。不過，在該現(xiàn)有技術(shù)裝置中，通過在驅(qū)動卷軸上纏繞更多或更少量的條帶的復(fù)雜方法來改變阻力。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)周長增大或減小時將增大或減小切向力。而且，這種改變阻力的方式不能提供準(zhǔn)確和可重復(fù)的阻力量，這是因為用戶不知道應(yīng)當(dāng)纏繞多少條帶，也不知道應(yīng)當(dāng)使多少條帶保持不纏繞。還有，通過纏繞和解開繩索可以產(chǎn)生的阻力范圍很窄，因此，用戶不能使用較大范圍的阻力值。
在涉及在水槽中旋轉(zhuǎn)的槳葉的阻力的現(xiàn)有技術(shù)中，系統(tǒng)包括主腔室和輔助腔室，其中，液體在這些腔室之間傳遞，以便改變在主容器中的液體量，槳在該主容器中旋轉(zhuǎn)，例如在美國專利No.5944637(Stickler)和美國專利No.5195936(Mao)中所述。不過，在這些現(xiàn)有技術(shù)中，將迫使液體通過相同的孔從主腔室進(jìn)入輔助腔室。換句話說，液體通過相同的孔進(jìn)行雙向流動。因此，這些現(xiàn)有技術(shù)裝置必須設(shè)有復(fù)雜機(jī)構(gòu)，以便迫使液體首先沿主方向通過相同的孔，然后沿輔助方向通過該相同孔返回。這意味著鍛煉器械需要復(fù)雜且因此更昂貴的機(jī)構(gòu)，以便迫使液體進(jìn)出連接這些腔室的孔。
本發(fā)明的目的是克服或至少改善現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個上述問題，或者提供改進(jìn)的可選形式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可變阻力裝置，該可變阻力裝置適于包含在鍛煉器械中，以便向該鍛煉器械提供可選擇變化的阻力，該裝置包括主流體腔室，用于在其中接收流體，該主腔室有主流體流動區(qū)域；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置在主流體流動區(qū)域內(nèi)，并用于在該主流體流動區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這樣，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時受到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體量，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于通過來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入而旋轉(zhuǎn)；輔助機(jī)構(gòu)，該輔助機(jī)構(gòu)用于在主流體腔室中獲得和保持合適流體量，以便向鍛煉器械提供選定的阻力量，該輔助機(jī)構(gòu)有輔助流體流動區(qū)域；流體流動回路，該流體流動回路包括所述主流體流動區(qū)域和輔助流體流動區(qū)域，流體通過該回路流動，以便形成回路流動狀態(tài)，該回路流動狀態(tài)繞回路重復(fù)循環(huán)，即從主流體流動區(qū)域進(jìn)入輔助流體流動區(qū)域內(nèi)，然后返回到主流體流動區(qū)域內(nèi)，該回路流動狀態(tài)用于在使用過程中在主流體腔室中形成和保持所述合適流體量；以及變化裝置，用于可變地控制流體通過回路的流動，以便選擇形成不同的回路流動狀態(tài)，每個回路流動狀態(tài)對應(yīng)于在主流體腔室中的不同合適流體量，以便向鍛煉器械提供不同的阻力量。
優(yōu)選是，輔助機(jī)構(gòu)包括輔助流體腔室，用于在該輔助流體腔室內(nèi)接收流體，該輔助流體腔室有所述輔助流體流動區(qū)域。
優(yōu)選是，在主流體腔室中的流體量能夠通過測量在輔助流體腔室中的流體高度來確定。
在一個實施例中，輔助流體腔室可以位于主流體腔室的外部。
在另一實施例中，輔助流體腔室可以位于主流體腔室的內(nèi)部。
優(yōu)選是，主流體腔室的主流體流動區(qū)域由主流體腔室的內(nèi)表面和輔助流體腔室的外表面確定。
優(yōu)選是，主流體腔室的內(nèi)表面形成主圓，而輔助流體腔室的外表面形成輔助圓，該輔助圓與主圓同心且同軸，該主流體流動區(qū)域基本在這兩個圓之間。
優(yōu)選是，主流體流動區(qū)域基本環(huán)繞輔助流體腔室。
在一個實施例中，主流體流動區(qū)域可以布置成基本水平。
優(yōu)選是，主流體流動區(qū)域還包括在輔助圓內(nèi)且在輔助流體腔室下面的空間，該空間確定了在輔助流體腔室的外側(cè)底表面和主流體腔室的內(nèi)表面之間的間隙。
在某些實施例中，當(dāng)流體在主流體流動區(qū)域中流動時，該間隙不足以在該輔助流體腔室下面產(chǎn)生流體漩渦。
在某些實施例中，主流體流動區(qū)域可以布置成基本豎直。
在豎直實施例的實例中，在使用時，當(dāng)用戶提供旋轉(zhuǎn)輸入時，流體繞主流體腔室的主流體流動區(qū)域運動，還通過流體流動回路，且用戶停止提供旋轉(zhuǎn)輸入時，在豎直定向的主腔室中的流體將落向主流體腔室的底部，從而作為使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)停止的流體。
在某些實施例中，主流體腔室的內(nèi)表面和/或輔助流體腔室的外表面可以設(shè)有擋板，以便阻礙流體在主流體腔室中的流動。
優(yōu)選是，當(dāng)流體繞主流體流動區(qū)域打旋時，該間隙足以在輔助流體腔室下面產(chǎn)生流體漩渦，主流體流動區(qū)域形成為這樣，即使在從鍛煉器械向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸入停止之后，該漩渦也能夠繼續(xù)自由打旋。
優(yōu)選是，輔助機(jī)構(gòu)設(shè)有入口裝置，該入口裝置允許流體從主流動區(qū)域流入輔助流動區(qū)域。
優(yōu)選是，變化裝置可變地控制流體通過該入口裝置的流動。
優(yōu)選是，輔助機(jī)構(gòu)設(shè)有出口裝置，該出口裝置允許流體流出輔助流動區(qū)域并返回主流動區(qū)域。
優(yōu)選是，變化裝置可變地控制流體通過該出口裝置的流動。
優(yōu)選是，變化裝置通過升高或降低該出口裝置的高度位置而可變地控制流體通過該出口裝置的流動。
也可選擇，變化裝置通過增大或減小出口裝置的流通尺寸來控制流體通過該出口裝置的流動。
該流體可以是水或其它合適流體。
優(yōu)選是，流體流動回路向大氣開口，且沒有液壓特性。
優(yōu)選是，在流體流動回路中的流體為恒量。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以與來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入直接連接，而不需要傳動和/或加速系統(tǒng)。
例如，鍛煉器械可以是鍛煉用自行車，或者是模擬劃船的鍛煉器械。
在某些實施例中，可以設(shè)置傳動裝置，以便改變來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)速度，這樣，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)接收不同的輸入轉(zhuǎn)速。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種類似的可變阻力裝置，除了它不包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，而是往復(fù)運動機(jī)構(gòu)布置成適于在主流體流動區(qū)域中往復(fù)運動，這樣，該往復(fù)運動機(jī)構(gòu)在進(jìn)行往復(fù)運動時受到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體量，往復(fù)運動機(jī)構(gòu)用于通過來自鍛煉器械的機(jī)械輸入而往復(fù)運動。


為了能夠更充分地理解本發(fā)明，下面將參考附圖并僅作為例子來介紹本發(fā)明的實施例，附圖中圖1A表示了主流體腔室的外部蓋體部件的實施例；圖1B表示了由旋轉(zhuǎn)流體葉片組環(huán)繞的輔助流體腔室，其中蓋體部件已經(jīng)除去，以便表示該輔助腔室的內(nèi)部，且為了清楚，主腔室的側(cè)壁也省略；圖1C是可變阻力裝置的各個部件的分解視圖；圖2A是類似于圖1A的視圖，表示輔助實施例涉及垂直或豎直結(jié)構(gòu)；圖2B表示了由旋轉(zhuǎn)流體葉片組環(huán)繞的、垂直定向的輔助腔室，其中蓋體部件已經(jīng)除去，以便表示該輔助腔室的內(nèi)部，且為了清楚，主腔室和輔助腔室的側(cè)壁也省略；圖2C表示了可變阻力裝置的垂直定向?qū)嵤├母鱾€部件的分解視圖；圖3A表示了可變阻力裝置的水平實施例的剖視圖；圖3B表示了圖3A的實施例，其中以箭頭表示了動態(tài)流體流動狀態(tài)；圖3C涉及圖3B中的剖面的放大詳圖；圖4A涉及可變阻力裝置的垂直定向?qū)嵤├膫?cè)剖圖；圖4B涉及圖4A的實施例，其中以小箭頭示意表示了動態(tài)流體的流動狀態(tài)；圖5涉及垂直定向?qū)嵤├倪€一變化形式，其中，輔助腔室在主腔室的外部；圖6至11表示了在各種不同類型的鍛煉器械中的可變阻力裝置的實施例；圖12A表示了可變阻力裝置的水平實施例，其中，視圖進(jìn)行了簡化，以便著重表示該裝置的工作原理；以及圖12B表示可變阻力裝置的垂直實施例，其中，視圖進(jìn)行了簡化，以便著重表示該裝置的工作原理。
圖12B和12A中表示了簡化形式的實施例，這只是為了便于理解本發(fā)明的各個實施例的功能，這些實施例的實際結(jié)構(gòu)在圖1A至圖11中進(jìn)行更充分的表示。
在附圖中，相同的部件或者功能類似的部件以相同參考標(biāo)號表示，這僅僅是為了便于理解該說明。為此，在各個實施例中，某些形狀和結(jié)構(gòu)不同的部件在附圖中以相同參考標(biāo)號表示，以便幫助理解說明書。
在附圖中，某些部件的相關(guān)尺寸進(jìn)行了夸大，這只是為了清楚理解附圖。
在圖3A、3B、4A、4B和5中，點線網(wǎng)格用于表示液體高度的實例。
具體實施例方式
首先，在詳細(xì)介紹圖1A至11涉及的某些示例實施例之前，為了容易理解總體概念，先參考圖12A和12B中的簡化附圖。
裝于鍛煉器械中圖12A是表示可變阻力裝置100的實施例的部件的簡化視圖。該裝置100適于裝于鍛煉器械中，以便提供阻力，用戶將克服該阻力而在該機(jī)器上進(jìn)行鍛煉。該裝置100可以裝在多種鍛煉器械中，例如圖6至11中所示的機(jī)器。
圖6和7表示了裝于鍛煉器械實例中的可變阻力裝置100。例如，圖6和7表示了在模擬劃船的機(jī)器中的裝置100，該裝置100分別垂直和水平布置。
圖8表示了裝于模擬跑步的機(jī)器中的裝置，該模擬跑步的機(jī)器呈橢圓形步進(jìn)器的形式。
圖9表示了裝于上身鍛煉器械中的裝置100。
圖10表示了在稱為斜靠腳踏車的坐踏機(jī)器中的裝置100。
圖11表示了裝在稱為直立腳踏車的靜止鍛煉用自行車中的裝置100。
可變阻力裝置的實施例可以利用已知的連接機(jī)構(gòu)來裝入這些已知鍛煉器械中，因此，本發(fā)明并不局限于任何一種連接機(jī)構(gòu)。連接機(jī)構(gòu)的功能僅僅是將由用戶的鍛煉動作產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)輸入轉(zhuǎn)換成使得裝置100中的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入而旋轉(zhuǎn)。連接機(jī)構(gòu)并不是本發(fā)明的一部分，因此更應(yīng)當(dāng)認(rèn)為連接機(jī)構(gòu)是鍛煉器械自身的一部分。
與現(xiàn)有技術(shù)的阻力裝置相連的鍛煉器械的實例在PCT/US88/01580(Duke的國際專利申請WO88/08735)中進(jìn)行了介紹。該Duke申請中的機(jī)器和連接機(jī)構(gòu)的詳述被本文參引，但是僅僅作為鍛煉器械和連接機(jī)構(gòu)的一個實例。并不能認(rèn)為本發(fā)明的可變阻力裝置在Duke的現(xiàn)有技術(shù)中公開。
鍛煉器械的還一實例是Dreissigacker的美國專利No.4396188，該美國專利涉及使用一種取決于空氣的阻力的、可旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇型飛輪。Dreissigacker機(jī)器和連接機(jī)構(gòu)的詳述被本文參引，但是僅僅作為不同的鍛煉器械和連接機(jī)構(gòu)的另一實例。并不能認(rèn)為本發(fā)明的可變阻力裝置在Dreissigacker的現(xiàn)有技術(shù)中公開。
本發(fā)明的可變阻力裝置適于裝入一些鍛煉器械中，它并不局限于特定的鍛煉器械或連接機(jī)構(gòu)。
來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入可以直接與旋轉(zhuǎn)心軸30形式的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，該旋轉(zhuǎn)心軸30具有一組繞心軸的公共軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)葉片2。在圖2C中，心軸的軸線穿過在主腔室1的底座12中的孔13。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入直接連接。某些實施例可能需要或不需要傳動和/或加速系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)速在一定程度上取決于特定鍛煉器械的特性。某些直接驅(qū)動機(jī)構(gòu)(例如圖6和7的劃手臂)可以在30至100rpm的轉(zhuǎn)速下使用。其它鍛煉器械需要坡度向上(ramp up)傳動系統(tǒng)，它能夠使由用戶身體動作產(chǎn)生的、60至100rpm的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變或加速至600至1000rpm的轉(zhuǎn)速。
在整個裝置100中的大量液體作為冷卻劑，它吸收可能由旋轉(zhuǎn)功產(chǎn)生的任何熱量。
本發(fā)明的某些實施例并不需要傳動或加速系統(tǒng)，因為通過用戶獲得的轉(zhuǎn)速(例如踩踏鍛煉用自行車)為大約60rpm，或者甚至達(dá)到大約100rpm，這也在本實施例可以工作的合適速度范圍內(nèi)。與之相反，其它阻力機(jī)構(gòu)(例如摩擦帶)將在這樣的低轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生沖擊，因為需要足夠的速度來克服在這些系統(tǒng)中的固有起動阻力。磁阻系統(tǒng)也需要足夠的轉(zhuǎn)速。而本實施例適于在通過人體肌肉力量能夠很容易獲得的轉(zhuǎn)速下工作。還有，本實施例適于與鍛煉器械直接驅(qū)動連接，這是因為由液體例如水提供的阻力量為可以直接適于鍛煉的量級。相反，由其它現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)提供的阻力(例如磁阻或空氣阻力)通常與用戶的優(yōu)選阻力范圍相比太高或太低。因此，需要一定形式的傳動裝置來增加或減小負(fù)載。因此，在這些現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，直接驅(qū)動幾乎不可能。因此，本實施例能很好地適于直接驅(qū)動連接，從而避免與傳動加速系統(tǒng)相關(guān)的更高成本和更大尺寸。
直接驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶幾乎不需要克服“坡度向上”，因為用戶通過使主腔室1中的流體或水開始產(chǎn)生渦旋而開始鍛煉，而在傳動系統(tǒng)中，通常在阻力分量中有很大的慣量和固有摩擦量，例如磁阻分量或皮帶傳動分量。例如，應(yīng)當(dāng)知道，與克服皮帶傳動系統(tǒng)的起動摩擦?xí)r的情況相比，用戶能夠更容易地使槳開始在水中旋轉(zhuǎn)。因此，適合本實施例的直接驅(qū)動系統(tǒng)對于用于康復(fù)程序中的鍛煉器械將很理想，在該康復(fù)程序中，用戶通常并沒有正常的肌肉功能，這使得現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的起動“坡度向上”將產(chǎn)生問題，該問題對于健康用戶并不會出現(xiàn)。
因此，用于直接驅(qū)動系統(tǒng)中的本發(fā)明實施例特別有利于康復(fù)鍛煉程序。直接驅(qū)動的實施例也有利于模擬劃船的鍛煉器械。
不過，也可選擇，在其它實施例中，可變傳動裝置可以用于使旋轉(zhuǎn)輸入與旋轉(zhuǎn)心軸30相連，以便調(diào)節(jié)相對轉(zhuǎn)速比。這特別適用于通用的鍛煉器械，因為某些形式的鍛煉可能無法產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)速，以便由阻力裝置100產(chǎn)生合適的阻力量。
在直接驅(qū)動連接的實施例中，沒有傳動機(jī)構(gòu)使得鍛煉器械的成本降低，并簡化制造。
提供阻力本實施例的可變阻力裝置100提供可由用戶選擇改變的、一定范圍的不同阻力量。
在圖12A中，裝置100包括主流體腔室1，該主流體腔室1形成為具有底座12的短粗柱形腔室，裝入一定量的流體(該流體高度并沒有在圖中表示)。在圖12A的該簡化圖中，主腔室1布置成基本水平。
旋轉(zhuǎn)葉片2在主腔室1中旋轉(zhuǎn)。葉片2在主腔室1的液體流動區(qū)域中旋轉(zhuǎn)，這樣，葉片受到一定的阻力，該阻力量取決于在主腔室1中的流體量。該葉片2在圖1C中更詳細(xì)表示。
在圖12A中，葉片環(huán)繞傳動軸或心軸30的中心軸線旋轉(zhuǎn)。在本實施例中，心軸30豎直或垂直定向。
心軸30與鍛煉器械的連接機(jī)構(gòu)相連。該心軸30通過連接機(jī)構(gòu)接收來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入。在使用時，用戶在鍛煉器械上進(jìn)行的鍛煉動作將通過連接機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成葉片2的旋轉(zhuǎn)運動。
在圖3A中更詳細(xì)地表示了圖12A的實施例。
在圖3A和12A中，為了提供適于用戶鍛煉的阻力量，主腔室1裝有一定量的流體，該流體阻擋葉片2的旋轉(zhuǎn)。(在圖3A中，流體高度以點線表示)。
已經(jīng)介紹了圖12A中的簡化視圖，在圖1A至1C中更充分地表示了詳細(xì)情況。圖1A表示了完全裝配好的主腔室1。該主腔室1支承在支承梁7上。圖1B表示了由可旋轉(zhuǎn)葉片2環(huán)繞的主腔室1。圖1B表示了它的結(jié)構(gòu)，其中主腔室的蓋已經(jīng)除去，以便顯示輔助腔室3，并有包含在閥機(jī)構(gòu)9的部件中的入口5和出口6。(注釋在圖1B中，主腔室1的豎直側(cè)壁已經(jīng)省略，以便顯示其它部件，圖中只表示了主腔室1的底座12)。
阻力變化旋轉(zhuǎn)葉片2受到的阻力量取決于在主腔室1中的流體量。例如，當(dāng)在主腔室1中的流體高度較低時，葉片2受到較低的阻力量。相反，當(dāng)主腔室1具有更多流體時，葉片2受到更高的阻力量。
在圖12A中，在整個裝置100中的流體量保持恒定。因此，通過使全部流體的一部分保持在具有輔助流體腔室3的輔助機(jī)構(gòu)中，可以改變在主腔室1中的流體量。輔助機(jī)構(gòu)從主腔室1中獲得和保持合適量的流體，以便向鍛煉器械提供選定的阻力量。因此，為了改變在主腔室1中的流體高度，即為了改變阻力，一部分流體保持在輔助腔室3中。
在該實施例中，輔助腔室不能相對于主腔室1運動。
例如，當(dāng)在整個裝置100中有10升流體時，在輔助腔室3中形成和保持7升將保證在主腔室1中只剩下3升。因此，這3升流體將提供相對較低的阻力量。
當(dāng)用戶希望增加由裝置100提供的阻力時，他可以改變通過回路的流體流，以便形成不同的回路流動狀態(tài)，其中，例如4升保持在輔助腔室3中，因此在主腔室1中留下6升。因此，這時在主腔室1中的流體量翻倍，這導(dǎo)致增大了用戶鍛煉時受到的阻力量。
在示例實施例中，整個阻力裝置可以裝有大約14升水。用戶通常使葉片2以大約60rpm(大約每秒一圈)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在不由特定實驗結(jié)果限定的情況下，相信在大約7秒鐘內(nèi)，大約7升水可以繞回路運動。在示例實施例中，在主腔室1和輔助腔室3之間可以獲得1升每秒的流速。因此，可以很快形成特定阻力量所需的合適流體高度。
在另一實例中，在裝有10升流體的非限定實施例中，發(fā)現(xiàn)能夠非?？斓馗淖冏枇?。用戶在看起來幾乎一瞬間就使阻力水平增加到最大。在實施例中，用戶看起來幾乎一瞬間就使阻力水平減小。例如，通過飛輪在幾秒內(nèi)的幾個緩慢循環(huán)，阻力范圍可以減小超過一半。
在各個實施例中，通過一些實驗，裝置的入口和出口的尺寸和位置以及其它尺寸參數(shù)可以變化，以便獲得繞回路的合適流量，例如1升每秒。
流體流動回路流體通過流體流動回路連續(xù)在主腔室1和輔助腔室3之間流動，該流體流動回路包括主腔室1和輔助腔室3的、該流體流過的部分。
流體流過流體流動回路，以便形成回路流動狀態(tài)，該回路流動狀態(tài)為環(huán)繞回路重復(fù)地從主流體流動區(qū)域進(jìn)入輔助流體流動區(qū)域，然后返回主流體流動區(qū)域。在使用過程中，回路流動狀態(tài)在主腔室中形成和保持合適的流體量。
在實施例中，流體流動回路朝大氣開口，并沒有液壓特性。在液壓系統(tǒng)中，液壓流體必須利用泵來推動或驅(qū)使通過封閉系統(tǒng)，而在本實施例中，流體并不被推動或驅(qū)使。在液壓阻力鍛煉系統(tǒng)中，阻力通過限制流體流來進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此需要用戶在液壓流體上施加更大的壓力，以便驅(qū)使流體通過液壓管路。與之相反，在本實施例中，由于部件的結(jié)構(gòu)以及葉片的旋轉(zhuǎn)而獲得自然回路流動狀態(tài)。因此，也就是說不需要昂貴裝置，否則，將需要該昂貴裝置來驅(qū)動增壓的液壓流體。因此，由于不需要在液壓系統(tǒng)中所需的高壓容器，本實施例能夠更便宜的構(gòu)成。
主腔室1有流體流動區(qū)域，該流體流動區(qū)域由主流體腔室1的內(nèi)表面以及輔助流體腔室3的外表面來確定。
主流體腔室1的內(nèi)表面形成主圓，輔助流體腔室3的外表面形成輔助圓，該輔助圓與主圓同心和同軸。主流體流動區(qū)域通常在這兩個圓之間。因此，主流體流動區(qū)域通常環(huán)繞輔助流體腔室3。
在輔助腔室3位于主腔室內(nèi)的實施例中，優(yōu)點是可以在不增加阻力裝置的總體尺寸的情況下提供可變阻力能力。
在圖12A所示的實施例中，主流體流動區(qū)域還包括在輔助圓內(nèi)的空間，該空間在輔助流體腔室3下面。該空間確定了在輔助腔室3的外側(cè)底表面和主腔室1的內(nèi)表面之間的間隙A。
重要的是，流體流動回路形成于主腔室1和輔助腔室3之間。該流體流動回路在圖3A中表示為一系列箭頭。
在簡化圖12A中，流過回路的流體流解釋如下流體最初容納于主腔室1中。當(dāng)葉片2環(huán)繞心軸30旋轉(zhuǎn)時，在主腔室1中產(chǎn)生渦流。
輔助腔室3設(shè)有成入口5形式的入口裝置。該入口5使得流體能夠從主流動區(qū)域流入輔助流動區(qū)域。渦流使得流體的一部分進(jìn)入入口5，這樣，輔助腔室3開始裝入流體。不過，在進(jìn)入輔助腔室3時，部分流體能夠通過成出口6形式的出口裝置而離開輔助腔室3。該出口6使得流體能夠流出輔助流動區(qū)域而返回主流動區(qū)域。通過出口6離開輔助腔室的流體返回主腔室1。因此，流體繞流體流動回路循環(huán)，不會通過相同通路返回。換句話說，例如液體只沿一個方向流過出口6，該方向是從輔助腔室3進(jìn)入主腔室1。
在圖12A和圖3A、3B中，輔助腔室3的側(cè)壁朝著腔室3的底座傾斜并逐漸變小。這使得入口5可以盡可能地靠近主腔室1的內(nèi)側(cè)壁，在本實施例中，該入口5的位置靠近腔室3的上緣。這樣定位是因為在旋轉(zhuǎn)過程中，可觀察到大量渦流流體沿內(nèi)側(cè)壁的周邊流動，因此，入口5定位成盡可能靠近該區(qū)域?qū)⒈ＷC它處于能夠很容易接收流體的位置。在圖4A和4B的豎直或垂直實施例中也可以看到類似的設(shè)計原理。
在圖3B的水平定向?qū)嵤├?，可以看見入?位于輔助腔室3的上邊緣處。該位置的原因是因為當(dāng)在主腔室1中的液體通過葉片2而攪動時，一些流體將有向上推動的趨勢(如小箭頭所示)。當(dāng)液體由葉片2攪動而沿主腔室1的內(nèi)側(cè)壁向上運動時，流體最終將遇到主腔室1的上側(cè)內(nèi)邊緣，因此，流體的方向為向內(nèi)朝著主腔室的中心重新定向(由在圖3B中的小箭頭的方向變化來表示)。因此，入口5的位置布置成適合在主腔室中的部分流體的流動方向。在圖3B的實施例中，上側(cè)內(nèi)邊緣彎曲，以便增強(qiáng)流體朝著入口5的位置的重新定向。
通過改變在輔助腔室中的流體量而改變阻力當(dāng)流體流入輔助腔室3中時，它將有效離開主腔室1的流動區(qū)域。因此，為了增加阻力，更多流體保持在主腔室1中，同時在輔助腔室3中的流體減少。相反，為了減小阻力，更少流體保持在主腔室1中，同時使輔助腔室3中的流體增多。
盡管在主腔室1中的流體量將確定阻力量，但是阻力的控制通過控制在輔助腔室3中的流體高度來實現(xiàn)。
用戶可以選擇在輔助腔室3中的流體高度。出口6由變化裝置控制，該變化裝置使用戶能夠選擇在輔助腔室3中保留的流體量。該變化裝置可變地控制液體通過出口6的流動。該變化裝置可變地控制液體通過回路的流動，以便選擇形成不同的回路流動狀態(tài)，每個回路流動狀態(tài)對應(yīng)于在主流體腔室中的不同流體量。該變化使得用戶能夠選擇用于鍛煉器械的不同阻力量。
控制流體在輔助腔室3中的量的能力將使用戶能夠有效控制在主腔室1中的流體量。用戶就是這樣控制由裝置100提供的阻力量。
變化裝置包括出口閥，該出口閥控制離開輔助腔室3的流體量。在圖1A-C、3A和3B中表示了該閥的實例。不過，在詳細(xì)介紹閥的實例之前，閥的主要原理解釋如下假設(shè)柱體在側(cè)壁中有孔。(當(dāng)然，在本段中所述的柱體并不是本實施例的說明的一部分，只是為了輔助解釋原理)。即使流體連續(xù)流入該柱體，在該柱體中的流體高度不會升高至高于該孔的高度，因為流體在該孔的高度處離開該柱體。這樣，只是因為流動的流體不能升高至高于該孔的高度，就可以在柱體中保持相對恒定的流體高度，該高度與孔的高度平齊。因此，通過升高或降低該孔在柱體壁上的高度位置，可以升高或降低在柱體中的流體高度。
在上面一段中的該原理基本解釋了在圖1A-C、3A和3B中的示例閥4、6、8、9的功能。
在圖1C中，閥包括內(nèi)柱體8，該內(nèi)柱體8有三角形開口8A，該三角形開口8A確定了傾斜狹槽。內(nèi)柱體8有旋鈕4，用于使用戶能夠旋轉(zhuǎn)該柱體8。內(nèi)柱體8在外柱體9內(nèi)旋轉(zhuǎn)，該外柱體自身也有類似形狀的三角形開口9A。在圖1D和1DD中，通過旋轉(zhuǎn)內(nèi)柱體8的旋鈕4，用戶可以選擇三角形開口8A、9A的交疊程度。在圖1D中，有較大程度的交疊，這是因此開口6的最低高度靠近開口的底部。在圖1DD中，有較小程度的交疊，這是因此開口6的最低高度位于更高的高度。因此，通過旋轉(zhuǎn)該旋鈕4，用戶可以控制開口6的高度，這使得用戶能夠有效選擇在輔助腔室3中的流體高度，這能有效控制在主腔室1中的流體量。開口6的有效高度的升高或降低將導(dǎo)致輔助腔室3的儲存容積的高度升高或降低。
在圖1C中，外柱體9固定在輔助腔室3的底座上，因此它裝在孔18上。這樣，通過閥中的開口6離開輔助腔室的流體將通過孔18落回主腔室1內(nèi)。
在還一實施例中，旋轉(zhuǎn)閥可以設(shè)有例如由電馬達(dá)驅(qū)動的自動旋轉(zhuǎn)裝置，這可以在規(guī)定時間逐漸增加或減小阻力。例如，用戶可以規(guī)定在10分鐘的時間內(nèi)使阻力從主值增加到輔助值。在設(shè)置成劃船機(jī)器的實施例中，阻力量可以通過移動操縱桿或者通過前述自動控制而在鍛煉過程中改變。例如，劃船教練可以通過提供逐漸增加的阻力以模擬比賽狀態(tài)，從而訓(xùn)練他們的劃船隊。
在另一實施例中，變化裝置也可以包括閥，該閥通過控制尺寸從而控制進(jìn)入入口5的流體量(將在后面涉及垂直或豎直實施例時介紹)。
標(biāo)定輔助腔室3的側(cè)壁或閥8、9設(shè)有一系列刻度標(biāo)記，以便使用戶能夠測量在輔助腔室3中的液體高度。
阻力裝置可以這樣進(jìn)行標(biāo)定，即通過以已知旋轉(zhuǎn)速度(rpm)操作旋轉(zhuǎn)裝置，然后測量對于該特定已知轉(zhuǎn)速在輔助腔室3中形成的液體高度。裝置的轉(zhuǎn)速(rpm)可以進(jìn)行電子監(jiān)測。這樣，可以確定對應(yīng)于一定范圍轉(zhuǎn)速的一系列標(biāo)記。
使裝置100能夠準(zhǔn)確標(biāo)定的因素是已知在整個裝置中的流體量。如上所述，例如當(dāng)總流體量為10升時，那么在主腔室1中的流體量為10升和輔助腔室3中的升數(shù)之差。因此，需要定期檢查在整個裝置100中的總流體量。最好是在裝置不使用時進(jìn)行檢查。為了能夠檢查流體總量，輔助機(jī)構(gòu)設(shè)有較小開口，該較小開口使得水能夠以非常緩慢的速度漏出，這樣，當(dāng)裝置不使用時，在主腔室和輔助腔室中的流體可以達(dá)到靜平衡高度。在本實施例中，該開口包括在內(nèi)外柱體8、9的壁表面之間的非常小間隙。該開口也可以包括在輔助腔室的側(cè)壁中的小孔，當(dāng)阻力裝置100不使用時，該小孔使得流體在經(jīng)過一定時間后漏出。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，這些開口非常小，這樣，它們在流體繞流體流動回路流動時不能起到實質(zhì)性作用，因此不能認(rèn)為是入口和/或出口。因此，當(dāng)由于液體通過該開口漏出而使液體達(dá)到靜平衡高度時，用戶可以知道在裝置100中的液體總量。主腔室1的側(cè)部可以設(shè)有標(biāo)定標(biāo)記，這樣，當(dāng)靜平衡液體高度降低時(也許由于蒸發(fā))，可以加滿液體。
流體流動回路的優(yōu)點如上所述，液體只沿一個總方向繞該回路流動。換言之，流體只沿一個方向通過入口5進(jìn)入輔助腔室3，并只沿一個方向在出口6高度處離開輔助腔室。流體繞回路的該“單向流”使得流體流有“循環(huán)”的特征。
這是本發(fā)明的重要特征，因為在這種情況下流體能夠借助于由旋轉(zhuǎn)葉片2產(chǎn)生的渦流而在重力作用下在回路中循環(huán)。因此不需要花費能量來逆著該自然回路流動循環(huán)做功，逆著自然循環(huán)做功實際上是試圖使流體逆著該自然循環(huán)流動。
與本實施例相反，一些現(xiàn)有技術(shù)沒有該優(yōu)點。例如，在美國專利No.5944637(Stickler)中(該現(xiàn)有技術(shù)的圖10)，將迫使流體通過孔92和94進(jìn)出輔助腔室(87)。在該現(xiàn)有技術(shù)中，必須施加能量來驅(qū)使流體進(jìn)出現(xiàn)有技術(shù)的輔助腔室(87)。在美國專利No5195936(Mao)中(該現(xiàn)有技術(shù)的圖7)也有類似的缺點，其中，需要鏈輪(38)來驅(qū)使流體進(jìn)出輔助腔室，該輔助腔室呈流體袋37的形式。在任意現(xiàn)有技術(shù)中，都沒有自然回路流動循環(huán)。在現(xiàn)有技術(shù)中，需要能驅(qū)使流體通過相同開口裝置進(jìn)出的裝置，這增加了已知裝置的成本和復(fù)雜性，還意味著用戶必須施加更大的力來選擇不同的阻力量。
而且，特別在Mao的現(xiàn)有技術(shù)中，將花費相當(dāng)長的時間來將流體壓出流體袋37，而在本實施例中，用戶只需要旋轉(zhuǎn)旋鈕4，然后就能夠在阻力裝置采用新選定的阻力量時重新開始鍛煉。因此，用戶能夠通過一次快速旋轉(zhuǎn)旋鈕4而改變阻力量，回路流動狀態(tài)的自然流動用于在輔助腔室3中產(chǎn)生新的流體高度，因此在主腔室1中產(chǎn)生新的流體高度。
在本實施例中，當(dāng)流體繞回路流動時，用戶可以簡單地通過旋轉(zhuǎn)旋鈕4來選擇阻力量。因此，用戶能夠有效選擇包含在主流體腔室1中的流體量(如上所述)。
測量阻力量當(dāng)葉片2繞心軸30旋轉(zhuǎn)時，在主腔室1中的流體將產(chǎn)生極大的渦流。盡管有渦流，但是通過參考在輔助腔室3中的相對靜止流體高度，可以很容易確定在主腔室中有多少流體。因此，在輔助腔室3中的流體高度準(zhǔn)確指示了在主腔室1中的流體量。渦流控制在輔助腔室3中的流體量，用戶只需要改變出口6的高度。
與現(xiàn)有技術(shù)的阻力裝置(例如采用磁阻或風(fēng)阻的裝置)相反，在輔助腔室3中的流體高度提供了準(zhǔn)確且(重要的是)可重復(fù)的、鍛煉器械的阻力測量值。
在實施例中，在裝置的使用壽命中能夠很好地重復(fù)該阻力量。在示例實施例中，不需要可能錯開或失去磁性的磁性或電子部件。還有，它不依賴于空氣密度，該空氣密度可能在不同海拔高度處變化。恒定標(biāo)定的要求最小，而在使用摩擦帶、電子和磁阻機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的恒定要求較多。在包含本發(fā)明實施例的人機(jī)工程中，工作負(fù)載能夠根據(jù)裝置的轉(zhuǎn)速(rpm)以及在腔室中的流體量而準(zhǔn)確計算。在該實施例中，例如摩擦和熱等變量不會影響設(shè)定，空氣系統(tǒng)的海拔變化也不會影響設(shè)定，且電磁變量也不會影響設(shè)定。
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)經(jīng)過一定時間后發(fā)生磨損和破裂時，磁阻的標(biāo)定可能相對于初始設(shè)定發(fā)生變化。在使用風(fēng)阻的機(jī)器中，真實阻力可能根據(jù)取決于地理海拔的氣壓而變化。相反，在本實施例中，輔助腔室3的流體高度作為阻力指示，即使在機(jī)器使用很長時間后也不會發(fā)生變化。
上述機(jī)器標(biāo)度取決于可以獨立于機(jī)器進(jìn)行控制的因素，例如已知的旋轉(zhuǎn)標(biāo)定速度。還有，該標(biāo)度由在輔助腔室3中的液體高度確定，它不會明顯受到本實施例裝置的正常磨損和破裂的影響。
具有漩渦效果的實施例在圖3A、3B、7和12A的水平結(jié)構(gòu)中，當(dāng)葉片2繞心軸30旋轉(zhuǎn)時，可能在主腔室1的中心部分中產(chǎn)生漩渦。實際上能否形成漩渦取決于圖3C和12A中所示的間隙A的高度。
當(dāng)間隙A很高時，在主流體腔室1的中心有足夠的空間來形成漩渦。當(dāng)流體在主流體流動區(qū)域中打旋時，將在輔助腔室3下面產(chǎn)生流體漩渦。由于主流體流動區(qū)域為圓形，因此，即使在由鍛煉器械向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸入停止之后，漩渦也可以連續(xù)自由打旋。漩渦不可能在非圓形流動區(qū)域中產(chǎn)生。
不過，當(dāng)間隙A的高度較小時，將很難產(chǎn)生漩渦。漩渦的意義是即使當(dāng)來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入停止時，即當(dāng)用戶停止在鍛煉器械上工作時，旋流流體的動量將繼續(xù)推動葉片2環(huán)繞心軸旋轉(zhuǎn)。
在水平實施例中，漩渦效果是優(yōu)選特征，因為它可保證即使當(dāng)用戶的旋轉(zhuǎn)輸入停止一會兒時，旋轉(zhuǎn)葉片2的動量也將保持一定時間。例如，當(dāng)進(jìn)行自行車鍛煉的用戶停止踩踏幾秒鐘時，動量的操作保證當(dāng)用戶重新踩踏時將不需要使葉片從靜止?fàn)顟B(tài)開始旋轉(zhuǎn)。換句話說，用戶可以在阻力與他停止時大致相同的情況下繼續(xù)踩踏。因為由于旋流漩渦而保持動量，因此該實施例不需要沉重的飛輪，否則將需要飛輪來保持物理動量。
并不是本發(fā)明的所有實施例都有漩渦效果。但是在有該漩渦效果的實施例中，因為液體自身的運動主要用于使葉片保持旋轉(zhuǎn)，所以流體在主腔室1中的連續(xù)打旋(即漩渦)將合適地稱為“液體飛輪”。葉片2只隨旋流流體的運動而運動。
沒有漩渦效果的實施例當(dāng)沒有用于保持葉片2旋轉(zhuǎn)的動量時，當(dāng)用戶重新踩踏時，它必須克服靜止葉片2的起動慣性。
在沒有保持流體旋轉(zhuǎn)的漩渦效果的實施例中，動量可以通過使葉片由較重材料形成而保持，該葉片將在沒有來自鍛煉器械的用戶輸入的情況下趨于保持旋轉(zhuǎn)一定時間。這時，稱為“液體飛輪”將不合適，因為液體自身將由于沒有漩渦而將慢下來。因此，當(dāng)不形成漩渦時，動量由較重旋轉(zhuǎn)葉片2的運動而產(chǎn)生，該葉片2的作用類似于現(xiàn)有技術(shù)中已知的“機(jī)械飛輪”，而不是“液體飛輪”，而該液體飛輪需要使間隙A較大，以便產(chǎn)生漩渦。
在另一實施例中，通過使主腔室1的內(nèi)表面和/或輔助腔室3的外表面設(shè)有擋板以阻礙流體流動，也可以減小漩渦效果。當(dāng)有擋板時，一旦葉片2的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力消失，流體的旋流將基本被阻尼。因此，在主流體流動區(qū)域的通路中存在擋板將減小或防止形成“液體飛輪”。“液體飛輪”假設(shè)液體將連續(xù)自由旋轉(zhuǎn)，而存在擋板將有效防止自由旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)生。擋板將有效防止液體繞圓形主腔室1自由運動。
垂直或豎直結(jié)構(gòu)另一結(jié)構(gòu)是當(dāng)主流體腔室1豎直定向時沒有漩渦效果，這是因為沒有使流體連續(xù)打旋的水平方向圓形流動區(qū)域。
在圖12B的簡化圖中，表示了一種變化實施例，其中，主流體腔室1豎直或垂直布置。不過，在圖12B中的裝置的功能與圖12A中的裝置的功能類似。其它的豎直結(jié)構(gòu)在圖4A、4B、5、6、8、9、10和11中所示。
在圖12B中，當(dāng)來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入停止時，在豎直主腔室1中的流體將落下并被收集在豎直腔室1的底部。如圖12B所示，在輔助腔室的外部和主腔室的內(nèi)表面之間的豎直間隙G作為使流體能夠快速落下并收集在豎直腔室1的底部的另一通路。它沒有液體飛輪(在液體飛輪中，液體將在它自身動量作用下以圓形方式繞邊緣連續(xù)旋轉(zhuǎn))。實際上，在垂直實施例中，將不會出現(xiàn)液體飛輪，這是因為水將落到主腔室的底部。因此，收集在主腔室1的底部的水作為阻礙并最終使葉片2的旋轉(zhuǎn)停止的流體。在本裝置的實施例中，當(dāng)用戶停止提供旋轉(zhuǎn)輸入后，葉片2將在大約3至4秒鐘內(nèi)停止旋轉(zhuǎn)，而在依賴于液體飛輪的現(xiàn)有技術(shù)裝置中，這些現(xiàn)有技術(shù)裝置中的液體將在它自身動量的作用下繞腔室旋轉(zhuǎn)或盤旋大約30秒。因此，本發(fā)明的垂直或豎直實施例不能稱為液體飛輪。
在圖12B中，心軸30布置成基本水平。當(dāng)葉片2繞該心軸的軸線30旋轉(zhuǎn)時，葉片2以與河流中的水輪葉片類似的方式通過主腔室1旋轉(zhuǎn)。輔助腔室3相對于主腔室1靜止。
當(dāng)葉片2旋轉(zhuǎn)時，葉片進(jìn)入并掃過流體，并使流體到達(dá)主腔室1的上部，然后，該流體落回到腔室1的底部，并一直由旋轉(zhuǎn)葉片2驅(qū)動。同時，一部分流體進(jìn)入輔助腔室3的入口6，從而使輔助腔室裝滿流體。在垂直實施例中，入口5的位置在輔助腔室3的頂部或靠近該頂部，這樣，入口5通常處于部分流體將從豎直的主腔室1的頂部落下的位置。因此，即使在豎直實施例中，入口5的位置布置成適合在主腔室中流動的部分流體流的方向。
與圖12A中的水平結(jié)構(gòu)的情況相同，因為流體可以通過出口6而離開輔助腔室，所以在圖12B的垂直結(jié)構(gòu)中也形成有流體流動回路。
其中，容納于主腔室1中的流體量再次由保持在輔助腔室3中的流體量確定。
垂直結(jié)構(gòu)的實施例的更詳細(xì)情況如圖2A至2C以及圖4A至4B中所示。(在圖4A、4B和5中，流體以點狀陰影表示。)在豎直實施例的實例中，入口6位于輔助腔室3的頂部，或者靠近該輔助腔室3的頂部，以便位于使流體能夠從主腔室1通過入口6進(jìn)入輔助腔室3的最佳位置。不過，在其它實施例中，入口6也可以位于其它位置。
在圖2C(中間圖)中，入口5表示為簡單的圓形孔，不過，在其它實施例中，形狀可以變化，以便包括能夠使流體以可控制方式進(jìn)入輔助腔室的任意形狀。
前面已經(jīng)介紹了圖12B的簡化視圖，在圖2A至2C中更充分地表示了詳細(xì)情況。圖2A表示了完全裝配好的主腔室1。圖2B表示了由可旋轉(zhuǎn)葉片2環(huán)繞的主腔室1。圖2C表示了該裝置，其中主腔室的蓋已經(jīng)除去，以便顯示輔助腔室3，且有出口6，該出口6包含在閥機(jī)構(gòu)9的部分中。(注釋在圖2C中，主腔室1和輔助腔室3的豎直側(cè)壁都省略，以便顯示其它部件，圖中只表示了主腔室1的底座12。)在圖2C中，旋鈕4設(shè)有操縱桿臂。旋鈕4的旋轉(zhuǎn)使得板8旋轉(zhuǎn)。旋鈕4通過蓋中的孔14與板8相連。
旋鈕4的表面可以設(shè)有標(biāo)記，這樣，用戶可以選擇地轉(zhuǎn)動旋鈕，以便獲得所希望的阻力量。
垂直實施例的另一特征是，當(dāng)用戶停止旋轉(zhuǎn)輸入(例如踩踏、劃船或其它形式)時，環(huán)繞腔室的流體流(它阻止飛輪)將分開到阻力腔室的兩側(cè)。這有助于在用戶輸入突然停止時停止旋轉(zhuǎn)。該特征使得該垂直實施例特別有利于康復(fù)工作。
在另一實施例中，主腔室的側(cè)壁的傾斜度可以改變。例如，在圖12B所示的實施例中，側(cè)壁離開入口5向下傾斜。在其它變化形式中，側(cè)壁可以朝著入口5緩慢降低，這將有助于將液體引向入口5。在還一變化形式中，側(cè)壁可以完全水平。
在另一變化形式中，內(nèi)部的輔助腔室3可以為月牙形狀(類似于半個月亮)，同時該月牙形腔室的彎曲部分朝下，該腔室的扁平部分朝上。換言之，內(nèi)部的輔助腔室3并不需要為完全圓形。因此，主腔室1的內(nèi)表面必須為圓形，而內(nèi)部腔室3的實際形狀可以變化。在另一變化形式中，內(nèi)部腔室3可以為正方形。
在垂直實施例的某些實例中，主流體腔室的內(nèi)表面和/或輔助流體腔室的外表面可以設(shè)有擋板，以便進(jìn)一步阻礙流體在主流體腔室中的流動。由擋板提供的阻力增加到由內(nèi)外表面提供的摩擦阻力而產(chǎn)生的阻力以及由重力阻力產(chǎn)生的阻力中，該重力阻力作用在提升流體的葉片2上。
當(dāng)在主腔室1中的液體增加時，該液體增加導(dǎo)致葉片2的旋轉(zhuǎn)阻力增加，該葉片2可旋轉(zhuǎn)地裝于主腔室中。因此，在主腔室中的液體增加將減小當(dāng)用戶停止提供旋轉(zhuǎn)輸入時葉片2停止旋轉(zhuǎn)所需要的時間。例如，在最小阻力量時，即在主腔室中的流體量最小時，當(dāng)用戶停止提供旋轉(zhuǎn)輸入時，葉片2可能需要大約10至20秒鐘來停止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)在主腔室1中的液體高度增加時，用于使葉片2停止旋轉(zhuǎn)所需的時間減小。
其它變化形式前面的實施例僅僅是實例，在由附加權(quán)利要求確定的本發(fā)明范圍內(nèi)可以進(jìn)行變化。
在某些實施例中，變化裝置可以包括閥，該閥控制流體通過入口5而進(jìn)入輔助腔室3的流動。例如，在圖2C中，閥(代替三角形開口)包括一對環(huán)形槽。輔助腔室3的本體設(shè)有主環(huán)形槽9A，而旋轉(zhuǎn)板8設(shè)有輔助環(huán)形槽8A。當(dāng)用戶使該板8相對于輔助腔室3旋轉(zhuǎn)時，用戶能夠改變開口6的高度，該開口6形成于槽8A、9A的相交部分的最低點處。在該旋轉(zhuǎn)板8上有傾斜凸緣16，該傾斜凸緣16用于不斷改變?nèi)肟?的堵塞程度。因此，板8的旋轉(zhuǎn)程度將改變凸緣16覆蓋入口5的程度。在圖2C中，凸緣16布置成這樣，即當(dāng)在主腔室1中的流體量越大，入口5的封閉程度越大。這保證可當(dāng)在主腔室1中的流體量越大時，入口5越小，因為更大量的主流體意味著更多流體將進(jìn)入入口5，因此，入口5尺寸不需要更大。
圖5表示了當(dāng)輔助腔室3在垂直的主腔室1外部時的變化形式。
主腔室1和輔助腔室3的部件可以由金屬、塑料等制成，優(yōu)選是透明有機(jī)玻璃或聚碳酸酯材料，這樣，用戶可以看見在腔室中的旋流液體。當(dāng)使用透明材料時，流體在腔室內(nèi)的旋流具有吸引人的視覺特征。
在另一實施例中，輔助腔室在水平主腔室的外部，這允許在主腔室的中心產(chǎn)生漩渦。
盡管上述變化裝置作為使出口裝置的高度位置升高或降低的機(jī)構(gòu)，但是其它變化形式也可以使用這樣的變化裝置，即該變化裝置通過增加或減小出口的流通尺寸而控制液體流過出口裝置的流動。
在該實施例中，優(yōu)選的流體為水，但是也可以使用其它流體，例如硅。還有，水或流體可以為彩色，以便獲得視覺效果。
在附圖中，閥8、9的位置偏離輔助腔室的中心或軸線，但是它的位置也可以同軸。
葉片2的形狀可以改變，只要有槳的形狀，且該槳可以掃過在主腔室1中的流體。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總直徑可以變化。
在實施例中，輔助腔室包括一個輔助腔室3，但是其它實施例也可以包括兩個或更多輔助腔室。
裝置可以設(shè)有用于冷卻流體的冷卻裝置。
在本發(fā)明另一方面的實施例中，往復(fù)運動機(jī)構(gòu)設(shè)置成用于在主流體流動區(qū)域中往復(fù)運動，這樣，該往復(fù)運動機(jī)構(gòu)在往復(fù)運動時遇到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體量。往復(fù)運動機(jī)構(gòu)用于通過鍛煉器械的機(jī)械輸入而往復(fù)運動。其中，主腔室和輔助腔室并不必須為圓形，而是可以為適合往復(fù)運動機(jī)構(gòu)的任意形狀。
在另一實施例中，泵送機(jī)構(gòu)例如泵可以用于幫助產(chǎn)生繞流體流動回路的流體流。
流體流動回路的概念并不包括當(dāng)流體通過相同開口進(jìn)入和離開腔室時的現(xiàn)有技術(shù)，因為這在嚴(yán)格意義上并不能稱為“回路”。
在所示實施例中，輔助腔室表示為具有截頭錐形形狀，不過，輔助腔室的形狀也可以變化成例如具有豎直壁。
在實施例中，在葉片2的外邊緣和主腔室1的內(nèi)表面之間的間隙為大約0.25英寸或者5-6mm。不過，可以進(jìn)行一些實驗來確定合適的間隙尺寸。
在實施例中的旋轉(zhuǎn)裝置形成為葉片，不過，其它實施例可以包括葉片形的槳，或者包括可以作為旋轉(zhuǎn)阻力機(jī)構(gòu)的其它形狀。
在說明書中參考現(xiàn)有技術(shù)并不意味著承認(rèn)本發(fā)明的技術(shù)方案為現(xiàn)有技術(shù)的公知知識。
權(quán)利要求
1.一種可變阻力裝置，適于包含在鍛煉器械中，以便向該鍛煉器械提供可選擇變化的阻力，該裝置包括主流體腔室，用于在其中接收流體，該主腔室具有主流體流動區(qū)域；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其布置在主流體流動區(qū)域內(nèi)，并用于在該主流體流動區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這樣，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時受到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體量，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于通過來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入而旋轉(zhuǎn)；輔助機(jī)構(gòu)，其用于在主流體腔室中獲得和保持合適流體量，以便向鍛煉器械提供選定的阻力量，該輔助機(jī)構(gòu)具有輔助流體流動區(qū)域；流體流動回路，其包括所述主流體流動區(qū)域和輔助流體流動區(qū)域，流體通過該回路流動，以便形成回路流動狀態(tài)，該回路流動狀態(tài)繞回路重復(fù)循環(huán)，即從主流體流動區(qū)域進(jìn)入輔助流體流動區(qū)域內(nèi)，然后返回到主流體流動區(qū)域內(nèi)，該回路流動狀態(tài)用于在使用過程中在主流體腔室中形成和保持所述合適流體量；以及變化裝置，其用于可變地控制流體通過回路的流動，以便選擇形成不同的回路流動狀態(tài)，每個回路流動狀態(tài)對應(yīng)于在主流體腔室中的不同的合適流體量，以便向鍛煉器械提供不同的阻力量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述輔助機(jī)構(gòu)包括輔助流體腔室，用于在該輔助流體腔室內(nèi)接收流體，該輔助流體腔室具有所述輔助流體流動區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于在主流體腔室中的流體量能夠通過測量在輔助流體腔室中的流體高度來確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于所述輔助流體腔室位于主流體腔室的外部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于所述輔助流體腔室位于主流體腔室的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述主流體腔室的主流體流動區(qū)域由主流體腔室的內(nèi)表面和輔助流體腔室的外表面確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述主流體腔室的內(nèi)表面形成主圓，而輔助流體腔室的外表面形成輔助圓，該輔助圓與主圓同心且同軸，該主流體流動區(qū)域基本在這兩個圓之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述主流體流動區(qū)域基本環(huán)繞輔助流體腔室。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于所述主流體流動區(qū)域布置成基本水平。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述主流體流動區(qū)域還包括在輔助圓內(nèi)且在輔助流體腔室下面的空間，該空間確定了在輔助流體腔室的外側(cè)底表面和主流體腔室的內(nèi)表面之間的間隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于當(dāng)流體在主流體流動區(qū)域中流動時，該間隙不足以在該輔助流體腔室下面產(chǎn)生流體漩渦。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至8中任一項所述的裝置，其特征在于所述主流體流動區(qū)域布置成基本豎直。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于在使用中，當(dāng)用戶提供旋轉(zhuǎn)輸入時，流體繞主流體腔室的主流體流動區(qū)域運動，流體還通過流體流動回路，在使用中，當(dāng)用戶停止提供旋轉(zhuǎn)輸入時，在豎直定向的主腔室中的流體將落向主流體腔室的底部，從而作為使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)停止的流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項所述的裝置，其特征在于所述主流體腔室的內(nèi)表面和/或輔助流體腔室的外表面設(shè)有擋板，以便阻礙流體在主流體腔室中的流動。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于當(dāng)流體繞主流體流動區(qū)域打旋時，該間隙足以在輔助流體腔室下面產(chǎn)生流體漩渦，主流體流動區(qū)域形成為這樣的形狀即使在從鍛煉器械向旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的輸入停止之后，該漩渦也能夠繼續(xù)自由打旋。
16.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述輔助機(jī)構(gòu)設(shè)有入口裝置，該入口裝置允許流體從主流動區(qū)域流入輔助流動區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述流體只沿一個方向流過入口裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述變化裝置可變地控制流體通過該入口裝置的流動。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述輔助機(jī)構(gòu)的入口裝置的位置布置成適合在主流動區(qū)域中流動的部分流體的方向。
20.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述輔助機(jī)構(gòu)設(shè)有出口裝置，該出口裝置允許流體流出輔助流動區(qū)域并返回主流動區(qū)域。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于所述變化裝置可變地控制流體通過該出口裝置的流動。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述變化裝置通過升高或降低該出口裝置的高度位置而可變地控制流體通過該出口裝置的流動。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于所述變化裝置通過增大或減小出口裝置的流通尺寸來控制流體通過該出口裝置的流動。
24.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于該流體是水。
25.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于流體流動回路向大氣開口，且并沒有液壓特性。
26.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于在流體流動回路中的流體為恒量。
27.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入直接連接，而不需要傳動和/或加速系統(tǒng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項所述的裝置，其特征在于所述鍛煉器械是鍛煉用自行車。
29.根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項所述的裝置，其特征在于所述鍛煉器械是模擬劃船的鍛煉器械。
30.一種鍛煉器械，包括如權(quán)利要求1至26中任一項所述的可變阻力裝置。
31.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于設(shè)有傳動裝置，以便改變來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)速度，這樣，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)接收不同的輸入轉(zhuǎn)速。
32.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于它不包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，而是往復(fù)運動機(jī)構(gòu)布置成適于在主流體流動區(qū)域中往復(fù)運動，這樣，該往復(fù)運動機(jī)構(gòu)在進(jìn)行往復(fù)運動時受到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體量，往復(fù)運動機(jī)構(gòu)用于通過來自鍛煉器械的機(jī)械輸入而往復(fù)運動。
33.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于在使用中，流體通過流體流動回路連續(xù)在主腔室和輔助腔室之間流動。
34.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于裝于裝置中的流體量保持恒定。
35.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時遇到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體高度。
36.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述輔助流體流動區(qū)域與主流體流動區(qū)域分開。
37.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于泵送機(jī)構(gòu)用于幫助產(chǎn)生繞流體流動回路流動的流體流。
38.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述輔助機(jī)構(gòu)設(shè)有出口裝置，該出口裝置使流體能夠從輔助流動區(qū)域流入主流動區(qū)域。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的裝置，其特征在于流體只沿一個方向流過輔助腔室的出口裝置。
40.根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為可旋轉(zhuǎn)葉片的形式。
41.一種可變阻力裝置，適于包含在鍛煉器械中，以便向該鍛煉器械提供可選擇變化的阻力，該裝置包括主圓形流體腔室，用于在其中接收流體，該主腔室有圓形的主流體流動區(qū)域；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)葉片，布置在主流體流動區(qū)域內(nèi)，并用于在該主流體流動區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這樣，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)時受到的阻力量取決于在主流體腔室中的流體量，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用于通過來自鍛煉器械的旋轉(zhuǎn)輸入而旋轉(zhuǎn)，主流體腔室用于在使用中豎直定位；輔助流體腔室，該輔助流體腔室基本位于主圓形流體腔室內(nèi)，該輔助流體腔室用于使主流體腔室中獲得和保持合適流體量，以便向鍛煉器械提供選定的阻力量，該輔助機(jī)構(gòu)有輔助流體流動區(qū)域，輔助腔室設(shè)有入口，在使用中，該入口位于輔助腔室頂部或基本靠近該頂部，該入口允許流體從主流動區(qū)域流入輔助流動區(qū)域；流體流動回路，該流體流動回路包括所述主流體流動區(qū)域和輔助流體流動區(qū)域，流體通過該回路流動，以便形成回路流動狀態(tài)，該回路流動狀態(tài)繞回路重復(fù)循環(huán)，即從主流體流動區(qū)域進(jìn)入輔助流體流動區(qū)域內(nèi)，然后返回到主流體流動區(qū)域內(nèi)，該回路流動狀態(tài)用于在使用過程中在主流體腔室中形成和保持所述合適流體量；以及閥，該閥用于可變地控制流體通過回路的流動，以便選擇形成不同的回路流動狀態(tài)，每個回路流動狀態(tài)對應(yīng)于在主流體腔室中的不同合適流體量，以便向鍛煉器械提供不同的阻力量；其中，在使用中，當(dāng)用戶提供旋轉(zhuǎn)輸入時，流體繞主流體腔室運動，也通過流體流動回路；且在使用中，當(dāng)用戶停止提供旋轉(zhuǎn)輸入時，在豎直定向主腔室中的流體落向主流體腔室的底部，該流體作為使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)停止的流體。
全文摘要
一種可變阻力裝置(100)，適于包含在鍛煉器械中，以便向該鍛煉器械提供可選擇變化的阻力。裝置有主流體腔室(1)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2)在該主腔室(1)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(2)在旋轉(zhuǎn)時受到的阻力量取決于在主流體腔室(1)中的流體量。輔助腔室(3)位于主腔室(1)內(nèi)或附近，輔助腔室(3)用于在主流體腔室(1)中獲得和保持合適流體量，以便向鍛煉器械提供選定的阻力量。流體從主腔室(1)流入輔助腔室(3)，然后返回到主腔室(1)內(nèi)。流體流的可變控制用于在主腔室中形成和保持用于一定阻力量所需的合適量流體；并向鍛煉器械提供不同的阻力量。
文檔編號A63B21/008GK1538860SQ02815541
公開日2004年10月20日 申請日期2002年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月9日
發(fā)明者邁克爾·吉爾倫, 邁克爾 吉爾倫 申請人:邁克爾·吉爾倫, 邁克爾 吉爾倫