SU997656A1 - Ergometer - Google Patents

Description

Изобретение относится к медицинской технике и предназначенС для использования, главным образом,, в лечебно-профилактических и спортивных учреждениях при исследовании работоспособности и функциональных изменений, возникающих в организме человека под воздействием нагрузок различных по величине и длительности, а также для тренировок спортсменов и реабилитации больных.The invention relates to medical equipment and is intended for use mainly in medical and sports facilities in the study of health and functional changes that occur in the human body under the influence of loads of various sizes and durations, as well as for training athletes and rehabilitation of patients.

Известен велоэргометр, содержащий раму с сидением и рукоятками и нагрузочный узел, включающий педали[1].Known bicycle ergometer containing a frame with a seat and handles and a load node, including pedals [1].

Наиболее близким к изобретению является велоэргометр, содержащий раму с сидением и рукоятками, нагрузочный узел, включающий корпус, педали, трансмиссию и тормозной диск с электромагнитом, имеющим катушку возбуждения и магнитопровод, а также источник питания £2} .Closest to the invention is a bicycle ergometer comprising a frame with a seat and handles, a load assembly including a housing, pedals, a transmission and a brake disc with an electromagnet having an excitation coil and magnetic circuit, as well as a power supply of £ 2}.

Однако известный велоэргометр не обеспечивает постоянства нагрузочного момента в широком диапазоне частот вращения педалей, необходимом в медицинской практике для исследования *и реабилитации больных разных возрастных групп. Соответствие момента нагрузки заданному на таком велоэргометре возможно только при определенной частоте вращения педалей, т.е. в одной точке диапазона 5 частот. Это снижает точность работы велоэргометра, так как строго выдерживать определенную частоту вращения педалей ногами невозможно.However, the known bicycle ergometer does not ensure the constancy of the load moment in a wide range of cadence, which is necessary in medical practice for research * and rehabilitation of patients of different age groups. Correspondence of the load moment to that set on such a bicycle ergometer is possible only at a certain speed of pedals, i.e. at one point in the 5 frequency range. This reduces the accuracy of the bicycle ergometer, since it is impossible to strictly maintain a certain pedal speed with your feet.

Чтобы обеспечить постоянствоTo ensure consistency

IQ момента нагрузки на этом велоэргометре необходимо вводить сложную нелинейную обратную связь между током в цепи электромагнита и частотой вращения педалей, что достигается значительным усложнением электронной схе15 мы управления.IQ of the load moment on this bicycle ergometer, it is necessary to introduce a complex nonlinear feedback between the current in the electromagnet circuit and the cadence, which is achieved by a significant complication of the electronic control circuit.

Цель изобретения — повышение точности задания нагрузки путем обеспечения постоянного нагрузочного мо__ мента в различном· диапазоне частоты вращения педалей и упрощение конструкции.The purpose of the invention is to increase the accuracy of the load by ensuring a constant load moment in a different range of cadence and simplification of design.

Поставленная цель достигается тем, что в велоэргометре, содержащем раму с сидением и рукоятками, нагру25 эочный узел, включающий корпус, педали, трансмиссию и тормозной диск с электромагнитом, имеющим катушку возбуждения и магнитопровод, а также источник питания, тормозной диск 30 состоит'из двух концентрических ко3 лец, выполненных из немагнитных металлов с <различным электрическим . сопротивлением, электромагнит установлен с возможностью радиального по отношению к диску перемещения и Фиксации, полюсы электромагнита расположены в зоне стыка колец.This goal is achieved by the fact that in the bicycle ergometer containing a frame with a seat and handles, a heating unit including a body, pedals, transmission and brake disk with an electromagnet having an excitation coil and magnetic circuit, as well as a power source, brake disk 30 consists of two concentric rings made of non-magnetic metals with <different electric. resistance, the electromagnet is mounted with the possibility of radial displacement and Fixation with respect to the disk, the poles of the electromagnet are located in the joint zone of the rings.

На Фиг. 1 изображен велоэргометр без основания, общий вид; на фиг.2разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — велоэргометр с основанием, вид сбоку; на фиг. 4.- график ! нагрузочных моментов в тормозном диске.In FIG. 1 shows a bicycle ergometer without a base, general view; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - a bicycle ergometer with a base, side view; in FIG. 4.- schedule! load moments in the brake disc.

Велоэргометр содержит раму 1 с сидением 2 и рукоятками 3, нагрузочный узел, включающий корпус 4, в подшипниках 5 которого размещен приводной вал 6 с шатунами 7 и педалями 8.На валу 6 закреплено зубчатое колесо 9, связанное с шестерней 10, которая через обгонную муфту 11 соедикэна с колесом 12. Колесо 12 зацеплено с шестерней 13, на ступице которой закреплен тормозной диск, состоящий из двух металлических колец 14 и 15.Шестерня 13 вместе с диском уста-, новлена на подшипниках 16, расположенных на валу 6. Внутри корпуса 4 находится электромагнит, состоящий из магнитопровода 17 и катушки 18 возбуждения.Диск расположен внутри зазора между полюсами магнитопровода 17.The bicycle ergometer contains a frame 1 with a seat 2 and handles 3, a load assembly including a housing 4, in the bearings 5 of which a drive shaft 6 with connecting rods 7 and pedals 8 is placed. A gear wheel 9 is fixed to the shaft 6, connected to the gear 10 through an overrunning clutch 11 is connected to the wheel 12. The wheel 12 is engaged with the gear 13, on the hub of which a brake disc is fixed, consisting of two metal rings 14 and 15. The gear 13 together with the disc is mounted on bearings 16 located on the shaft 6. Inside the housing 4 there is an electromagnet consisting of ma nitoprovoda 17 and vozbuzhdeniya.Disk coil 18 is disposed within the gap between the magnetic poles 17.

Магнитопровод 17 с корпусом 4 соединен осью 19 и прижимным болтом. 10, расположенным в пазу магнитопровода. Болт 21 предназначен для изменения расстояния от центра диска до центра полюсов электромагнита. Пружина 22 соединяет магнитопровод с корпусом 4.'Корпус 4 нагрузочного узла шарнирно закреплен в подшипниках 23 стоек 24, установленных на раме 1. Корпус 4 нагрузочного узла пружиной 25 соединен с задней стойкой рамы 1. На передней стойке рамы 1 установлена стрелка 26, расположенная против шкалы нагрузок, нанесенной на корпус 4 нагрузочного узла, который закреплен на раме 1 болтами 27. В стойках рамы установлены рукоятки 3 и сидение 2.The magnetic circuit 17 with the housing 4 is connected by an axis 19 and a clamping bolt. 10 located in the groove of the magnetic circuit. The bolt 21 is designed to change the distance from the center of the disk to the center of the poles of the electromagnet. A spring 22 connects the magnetic circuit to the housing 4. The housing 4 of the load assembly is pivotally mounted in the bearings 23 of the struts 24 mounted on the frame 1. The housing 4 of the load assembly is connected by a spring 25 to the rear strut of the frame 1. An arrow 26 is installed on the front strut of the frame 1, located opposite the load scale applied to the housing 4 of the load node, which is mounted on the frame 1 with bolts 27. The handles 3 and the seat 2 are installed in the racks of the frame.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Πρι. приведении в действие педалей начинают вращаться вал б, тестер-’, ни 9,10,12 и 13, а следовательно, и : тормозной диск, состоящий из металлических колец 14 и 15. Диск при вращении запасает энергию и обеспечивает· плавность вращения педалей. При прохождении по катушке 18 возбуждения постоянного тока возникает магнитный поток, который проходит через оба ^кольца нагрузочного диска.Πρι. when actuating the pedals, shaft b, tester ’, no 9,10,12 and 13 begin to rotate, and therefore: the brake disc, consisting of metal rings 14 and 15. The disk stores energy during rotation and ensures smooth pedal rotation. When passing through the coil 18 of the direct current excitation, a magnetic flux occurs, which passes through both ^ rings of the load disk.

В каждом кольце при взаимодействии с магнитным потоком возникает тормозной момент, величина, которогоIn each ring, when interacting with magnetic flux, a braking moment arises, a quantity of which

35, зависит от электропроводности и угловой скорости.35, depends on electrical conductivity and angular velocity.

Тормозные моменты, возникающие в кольцах, суммируются на ступице диска и через привод передаются на педали. Харастеристика момента, возникающего в медном (алюминиевом) диске (фиг. 4) в рабочем 40-90 об/мин. диапазоне частот вращения педалей, представляет собой нисходящую ветвь параболы (кривая Ь), а в латуни — восходящую ветвь параболы (кривая П). Суммарная нагрузка представляет собой арифметическую сумму двух нагрузок (кривая 111).Braking moments arising in the rings are summed up on the hub of the disc and transmitted through the drive to the pedals. The characterization of the moment occurring in the copper (aluminum) disk (Fig. 4) at a working speed of 40-90 rpm. in the range of cadence, represents the descending parabola (curve b), and in brass - the ascending parabola (curve P). The total load is the arithmetic sum of two loads (curve 111).

Величина тормозного момента, вносимого каждым кольгом, зависит от того, какая часть магнитного потока проходит через кольцо. Передвижение I полюсов электромагнита в эоне стыка •относительно центра диска вызывает перераспределение магнитных потоков, чем достигается, например, постоянство тормозного момента в рабочем диапазоне частот вращения педалей. Для проверки нагрузочного момента велоэогометра отсоединяются болты 27 крепления корпуса 4 нагрузочного узла и, после проверки тарировочным рычагом с грузом правильности показаний шкалы, вращают гриводные педали и по шкале определяют соответствие нагрузки.The magnitude of the braking torque introduced by each ring depends on how much of the magnetic flux passes through the ring. The movement of the I poles of the electromagnet in the aeon of the joint • relative to the center of the disk causes a redistribution of magnetic fluxes, thereby achieving, for example, the constancy of the braking torque in the operating range of pedal speeds. To check the load moment of the bicycle meter, the bolts 27 of the housing 4 of the load node are disconnected and, after checking with the calibration lever with a load that the scale is correct, rotate the gripper pedals and determine the load according to the scale.

В результате испытания на стенде макета предлагаемого велоэргометра установлено, что максимальная погрешность величины тормозного момента в диапазоне частот вращения педалей 40-90 об/мин составляет + 2%.(в известных велоэргометрах постоянство момента с точностью + 2% обеспечивается в диапазоне частот вращения 5762 об/мин).As a result of testing the model of the proposed bicycle ergometer on the bench, it was found that the maximum error of the braking torque in the range of pedal frequencies of 40-90 rpm is + 2%. (In known bicycle ergometers, the constancy of the moment with an accuracy of + 2% is ensured in the range of frequencies of rotation of 5762 rpm / min).

Claims (2)

Изобретение относитс  к медицинской технике и преднаэначенй дл  ис пользовани , главным образом,, в лечебно-профилактических и спортивных учреждени х при исследовании работо способности, и функциональных измене ний, возникающих в организме челове ка под воздействием нагрузок различ ных по величине и длительности, а также дл  тренировок спортсменов и реабилитации больных. Известен велоэргометр, содержащи раму с сидением и руко тками и нагрузочный узел, включающий педалиц Наиболее близким -к изобретению  вл етс  велоэргометр, содержащий раму с сидением и руко тками, нагрузочный узел, включающий корпус, педали, трансмиссию и тормозной диск с электромагнитом, имеющим катушку возбуждени  и магнитопровод, а также источник питани  2 . Однако известный велоэргометр ,не обеспечивает посто нства нагрузочного мслиента в широком диапазоне ча тот вращени  педалей, необходимом в медицинской практике дл  исследов ни.  -  реабилитации больных разных возрастных групп, соответствие мо- мента нагрузки заданному на таком велоэргометре возможно только при определенной частоте вращени  педалей , т.е. в одной точке диапазона частот. Это снижает точность работы велоэргометра так как строго выдерживать определенную частоту вращени  педалей ногами невозможно. Чтобы обеспечить посто нство момента нагрузки на этом велоэргометре необходимо вводить сложную нелинейную обратную св зь между током в цепи электромагнита и частотой вращени  педалей, что дойтигаетс  значительным усложнением электронной схемы управлени . Цель изобретени  - повышение точHodTH задани  нагрузки путем обеспечени  посто нного нагрузочного момента в различном- диапазоне частоты вращени  педалей и упрощение конструкции . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в велоэргометре, содержащем раму с сидением и руко тками, нагру 3очный узел, включающий корпус, педали , трансь.лссию и тормозной диск с электромагнитом, имеющим катушку возбуждени  и магнитопровод, а также источник питани , тормозной диск состоитиз двух концентрических колец , выполненных из немагнитных металлов сразличным электрическим сопротивлением, электромагнит установлен с возможностью радиального по отношению к диску перемещени  и Фиксации, полюсы электромагнита рас положены в зоне стыка колец. На Фиг. 1 изображен велоэргометр без основани , общий вид; на фиг.2разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 велоэргометр с основанием, вид сбоку; на фиг. 4.-трафик (нагрузочных моментов в тормозном диске. Велоэргометр содержит раму 1 с сидением 2 и руко тками 3, нагрузочный узел, включающий корпус 4, в под шипниках 5 которого размещен приводной вал б с шатунами 7 и педал ми 8.На валу б закреплено зубчатое коле со 9, св занное с шестерней 10, кото ра  через обгонную муфту 11соедикзна с колесом 12. Колесо 12 зацеплено с -шестерней 13, на ступице которой закреплен тормозной диск, состо .щий из двух металлических колец 14 и 15.Шестерн  13 вместе с диском уст новлена на подшипниках 16, расположенных на валу 6. Внутри корпуса 4 находитс  электромагнит, состо щий из магнитрпровода 17 и катушки 18 возбуждени .Диск расположен внутри зазора между полюсгши магнитопровода 17. Магнитопровод 17 с корпусом 4 соединен осью 19 и прижимным болтом. 10, расположенным в пазу магнитопровода . Болт 21 предназначен дл  изменени  рассто ни  от центра диска до центра полюсов элеостромагнита. Пружина 22 соедин ет магнитопровод с корпусом 4.Корпус 4 нагрузочного узла шарни1рно закреплен в подшипниках 23 стоек 24, установленных на раме 1. Корпус 4 нагрузочного узла пружиной 25 соединен с задней стойкой рамы 1. На передней стойке рамы 1 установлена стрелка 26, расположен на  против шкалы нагрузок, нанесенной на корпус 4 нагрузочного узла, который закреплен на раме 1 болтами 27. В стойках рамы установлены руко тки 3 и сидение The invention relates to medical technology and its purpose for use, mainly, in health care and sports facilities in the study of workability, and functional changes that occur in the human body under the influence of loads of various sizes and durations, as well as for training athletes and rehabilitation of patients. A bicycle ergometer containing a frame with a seat and handles and a loading unit including pedals is known. The closest to the invention is a bicycle ergometer comprising a frame with a seat and handles, a loading unit including a case, pedals, a transmission and a brake disk with an electromagnet having a coil. excitation and magnetic circuit, as well as a power source 2. However, the well-known bicycle ergometer does not provide a constant load value in a wide range of pedal rotation, which is necessary in medical practice for research. - rehabilitation of patients of different age groups, the compliance of the load moment with the setpoint on such a cycle ergometer is possible only at a certain frequency of rotation of the pedals, i.e. at one point in the frequency range. This reduces the accuracy of the bicycle ergometer, since it is impossible to strictly maintain a certain frequency of pedaling with your feet. To ensure the momentum of the load on this bicycle ergometer, it is necessary to introduce a complex nonlinear feedback between the current in the electromagnet circuit and the pedal frequency, which is significantly complicated by the electronic control circuit. The purpose of the invention is to increase the accuracy of load setting by providing a constant load torque in a different range of pedal frequencies and simplifying the design. The goal is achieved by the fact that in a bicycle ergometer comprising a frame with a seat and handles, a load assembly including a body, pedals, a torsion bar and a brake disc with an electromagnet having an excitation coil and magnetic core, as well as a power source, the brake disc consists of two concentric rings made of non-magnetic metals with different electrical resistance, the electromagnet is mounted with the possibility of radial displacement and fixation with respect to the disk, the electromagnet poles are located in the junction zone rings. FIG. 1 shows a bicycle ergometer without base, general view; in FIG. 2, section A-A in FIG. one; in fig. 3 bicycle ergometer with base, side view; in fig. 4.-traffic (load moments in the brake disk. The bicycle ergometer contains frame 1 with seat 2 and handles 3, a load unit including body 4, in which the drive shaft b with connecting rods 7 and pedals 8 is located under the hubs 5 and pedals 8. On shaft b a gear wheel with 9 is attached, which is connected to gear 10, which is connected to wheel 12 via an overhead clutch 11 connected to wheel 12. Wheel 12 is hooked to gear 13, on the hub of which there is a brake disk consisting of two metal rings 14 and 15. Shestern 13 together with the disc is mounted on bearings 16 located on shaft 6. Inside and the housing 4 is an electromagnet consisting of a magnetic core 17 and an excitation coil 18. The disk is located inside the gap between the magnetic core pole 17. The magnetic core 17 with the housing 4 is connected by an axis 19 and a clamping bolt. 10 located in the slot of the magnetic circuit. Neither from the center of the disk to the center of the poles of an electrostromagnet.The spring 22 connects the magnetic core to the housing 4. The body 4 of the load unit is hinged in bearings 23 of the uprights 24 mounted on the frame 1. The body 4 of the load unit is spring 25 connected n with the rear frame pillar 1. On the front pillar of frame 1 is set arrow 26, located opposite to the scale of loads, applied to the body 4 of the load unit, which is fixed to frame 1 with bolts 27. In the frame racks there are handles 3 and a seat 2. Устройство работает следующим об разом. Пр1. приведении в действие педалей начинают вращатьс  вал 6, тестер ни 9,10,12 и 13, а следовательнр, и тормозной диск, состо щий из метс1гл ческих колец 14 и 15. Диск при вращ нии запасает энергию и обеспечивает плавность вращени  педалей. При про хождении по катушке 18 возбуждени  посто нного тока возникает магнитны поток, который проходит через оба кольцаНагрузочного диска. В каждом кольце при взаимодействии с магнитным потоком возникает тормозной момент, величина, которого зависит от электропроводности и угловой скорости. Тормозные моменты, возникающие в кольцах, суммируютс  на ступице диска и через привод передаютс  на педали . Харастеристика момента, возникающего в медном (алюминиевом) диске (фиг. 4) в рабочем 40-90 об/мин. диапазоне частот вращени  педалей, представл ет собой нисход щую ветвь параболы (крива  L), а в латуни восход щую ветвь параболы (крива  П). Суммарна  нагрузка представл ет собой арифметическую сумму двух нагрузок (крива  111). Величина тормозного момента, вносимого каждым кольгом, зависит от того , кака  часть магнитного потока проходит через кольцо. Передвижение полюсов электромагнита в зоне стыка относительно центра диска вызывает перераспределение магнитных потоков, чем достигаетс , например, посто нство тормозного момента в рабочем диапазоне частот вращени  педалей. Дл  проверки нагрузочного момента велоэогометра отсоедин ютс  болты 27 креплени  корпуса 4 нагрузочного узла и, после проверки тарировочным рычагом с грузом правильности показаний шкалы , вращают приводные педали и по шкале определ ют соответствие нагрузки . В результате испытани  на стенде макета предлагаемого велоэргометра установлено, что максимальна  погрешность величины тормозного момента в диапазоне частот вращени  педалей 40-90 об/мин составл ет + 2%.(в известных велоэргометрах посто нство момента с точностью + 2% обеспечиваетс  в диапазоне частот вращени  5762 об/мин). Формула изобретени  Велоэргометр, содержаиций раму с сидением и руко тками, нагрузочный узел, включающий корпус, педали, трансмиссию и тормозной диск с электромагнитом , имеющим катушку возбуждени  и магнитопровод, а также источг ник питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности задани  нагрузки путем обеспечени  посто нного погрузочного WOMeH-. та в различном диапазоне частоты вращени  педалей и упрсадени  конструкции, тормозной диск СОСТОЙ : из двух концентрических колец, выполненных из немагнитных металлов с различным электрическим сопротивлением, электромагнит установлен с возможностью радиального по отношению к диску перемещени  и фиксации, полюсы электромагнита расположены в зоне стыка колец . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе2. The device works as follows. Pr1. actuation of the pedals begins to rotate the shaft 6, the tester or 9,10,12 and 13, and therefore, and the brake disc, consisting of metal rings 14 and 15. The disk during rotation stores energy and ensures smooth pedal rotation. When passing through a DC excitation coil 18, a magnetic flux arises that passes through both rings of the loading disc. When interacting with a magnetic flux, each ring produces a braking moment, the magnitude of which depends on the electrical conductivity and angular velocity. Braking torques occurring in the rings are summed at the disc hub and transmitted to the pedals through the drive. Characteristics of the moment occurring in the copper (aluminum) disk (Fig. 4) in the working 40-90 rev / min. the pedal frequency range is the downward branch of the parabola (curve L), and in brass the upward branch of the parabola (curve II). The total load is the arithmetic sum of two loads (curve 111). The magnitude of the braking moment introduced by each call depends on what part of the magnetic flux passes through the ring. The movement of the electromagnet poles in the joint zone relative to the center of the disk causes the redistribution of magnetic fluxes, thus achieving, for example, the constancy of the braking moment in the working frequency range of pedals. To check the load moment of the bike, the bolts 27 securing the body 4 of the load unit are disconnected and, after checking the calibration lever with a load that the scale reads correctly, rotate the drive pedals and determine the load correspondence on the scale. As a result of testing on the stand of the layout of the proposed bicycle ergometer, it was found that the maximum error of the braking torque in the pedal frequency range of 40-90 rpm is + 2%. (In the known bicycle ergometer, the accuracy of + 2% is provided in the frequency range of 5762 rpm). The invention of the bicycle ergometer, comprising a frame with a seat and handles, a load unit including a body, pedals, a transmission and a brake disc with an electromagnet having an excitation coil and magnetic core, as well as a power source, characterized in that in order to increase the accuracy of the load by providing a permanent loading WOMeH-. In a different frequency range of pedals and design, the brake disc STANDING: of two concentric rings made of non-magnetic metals with different electrical resistance, the electromagnet is mounted with the possibility of radial movement and fixation with respect to the disc, the electromagnet poles are located in the zone of the junction of the rings. Sources of information taken into account in the examination Уч З СчЧЧЧЧUCH SCHCHCHCH КФиг1Cfig1 Фиг.1 1.Патент США 3831942, кл.27273 , спублик. 1974. 2.Авторское свидетельство СССР I 755278,к . А 61 Р 5/00, 1978 (прототип). . .Figure 1 1. US patent 3831942, kl.27273, splibik. 1974. 2. USSR author's certificate I 755278, r. And 61 P 5/00, 1978 (prototype). . .