WO2012107337A1 - Trainingsvorrichtung mit einer elektrischen maschine und verfahren - Google Patents

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WO2012107337A1
WO2012107337A1 PCT/EP2012/051697 EP2012051697W WO2012107337A1 WO 2012107337 A1 WO2012107337 A1 WO 2012107337A1 EP 2012051697 W EP2012051697 W EP 2012051697W WO 2012107337 A1 WO2012107337 A1 WO 2012107337A1
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training
energy
training device
electric machine
torque
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PCT/EP2012/051697
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Mattias Hallor
Ulrich Vollmer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • A63B2220/803—Motion sensors
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    • A63B2220/80—Special sensors, transducers or devices therefor
    • A63B2220/83—Special sensors, transducers or devices therefor characterised by the position of the sensor
    • A63B2220/836—Sensors arranged on the body of the user

Definitions

  • the invention relates to a training device.
  • the training device has a particular mechanical user interface and a drive operatively connected to the user interface.
  • the drive comprises at least one electric machine.
  • the electric machine is designed to generate a torque, in particular a supporting torque or a braking torque, and to transmit this to the user interface.
  • a training device which has a torque generating device with an electric motor and a reduction gear.
  • the torque generating device is connected on the output side to an exercising member, wherein the electric motor is designed as a three-phase motor and comprises a frequency converter, by means of which the frequency and a strength of the three-phase current supplied to the electric motor are adjustable.
  • the training device of the type mentioned at one connected to the electric machine energy storage for electrical energy is configured to operate the electric machine during generator operation at least during a training, in particular a training cycle, and to store energy generated in the generator operation in the energy store and to connect the electric machine to the energy store stored energy to generate the torque during exercise in engine operation.
  • a network-independent training device may be formed, in which the electrical machine during a training cycle in generator operation energy obtained - for example, while pulling a cable as
  • Component of the user interface in which electrical energy is generated by means of the electric machine as a generator - wherein the then stored electrical energy during the same training cycle or a subsequent training cycle for at least supportive withdrawal of Seilzu- ges can be used by the electric motor in engine operation.
  • the generator operation of the electric machine is also referred to below as generator operation
  • the engine operation of the electric machine is also referred to below as motor operation.
  • the user interface has at least one exercise element, which is operatively connected to the electric machine.
  • the training device is preferably designed such that the exercise element can be moved from a starting position into an end position (20 ') and back again into the starting position.
  • a training cycle preferably comprises a forward movement of a user interface of the user interface from the starting position to the end position and a movement of the exercise element from the end position to the starting position.
  • the movement of the exercise element may be a translational movement and / or a rotational movement.
  • the exercise element is connected to the drive with a cable.
  • the exercise element is connected by means of a swivel arm to the drive.
  • the exercise element is connected to the drive by means of a pivoting arm.
  • Training device of the back muscles which is also called “Butterfly Training Machine” or “Butterfly Reverse Training Machine"
  • two exercise elements are connected to the drive by means of a respective pivot arm.
  • the training device is designed to work independently of the mains.
  • the training device during off-line work during training by a user of the training device applied mechanical energy in electrical form buffering, which can then be reused to support a movement of the training cycle.
  • a location of the training device can be selected independently.
  • the electric machine is, for example, a particular brush-commutated direct current machine, a synchronous machine or an asynchronous machine, in particular with a cage rotor.
  • the electric machine is designed to convert mechanical energy into electrical energy in regenerative operation and to convert electrical energy into mechanical energy in a motor operation.
  • the exercise device comprises an electric motor and a generator instead of the electric machine.
  • the training device preferably has a control unit, wherein the control unit is designed to detect a position of a user element of the user interface and to generate the torque as a function of the position of the exercise element.
  • the electric machine preferably an electronically commutated machine, preferably has a rotor position sensor connected to the control unit, wherein the control unit is designed to determine the position of the exercise element as a function of a rotor position of a rotor of the electric machine.
  • control unit may for this purpose have a counter connected to the rotor position sensor, wherein the counter is designed to determine the rotations of the rotor as a function of a rotor position signal of the rotor position sensor and a transmission ratio between a rotor rotation and a user element of the user interface and thus a position of the exercise element of the user interface to capture and to generate the torque - in particular by appropriately driving the electric machine - in dependence on the position of the exercise element.
  • the training device has a position sensor for the exercise element connected to the control unit, wherein the control unit is designed to detect a position of a user element of the user interface in response to a position signal of the position sensor and to generate the torque as a function of the position of the exercise element.
  • the position sensor can be formed, for example, by an optical sensor such as a light barrier, a magnetic sensor, a capacitive sensor or an inductive sensor.
  • the position sensor is arranged and designed to detect a pivoting angle of an arm connected to the exercise element of the exercise device - for example a shoulder press or latissimus pull.
  • the energy store is preferably formed by at least one capacitor, in particular a double-layer capacitor.
  • the energy storage can be advantageously designed to be maintenance-free.
  • the energy store can in another embodiment - or in addition to the embodiment of the
  • the rechargeable battery is, for example, a lithium-ion battery, a lead-acid battery, a medium-metal hybrid battery or a lithium-iron-phosphate rechargeable battery.
  • a lithium-ion battery a lead-acid battery
  • a medium-metal hybrid battery a lithium-iron-phosphate rechargeable battery.
  • the lithium-iron-phosphate accumulator can be provided during a training cycle fast electrical energy to generate a torque advantageous.
  • the user interface comprises a traction device with a training element.
  • the exercise element is preferably operatively connected to the electric machine.
  • the exercise element is further preferably designed to cooperate with at least one body part of a particular adult human as user of the user interface.
  • the exercise element can be, for example, by a handle, a foot pedal, an actuating arm or similar exercise element, which is designed to cooperate with at least one body part.
  • the training device has a connection for an electrical network and is designed to remove at least part of the electrical energy from the energy store during engine operation and to remove a remaining part of the electrical energy from an electrical network.
  • the electrical network is, for example, an AC network.
  • the training device thus formed can be advantageous for accentuated Negative training be formed.
  • the training device is designed to consume more motor energy when moving back a doctorselements to a starting position as to generate regenerative energy when moving.
  • the invention also relates to a training system with at least one training device of the type described above.
  • the training system comprises at least one further training device, in particular rowing trainer or cycle trainer, wherein the further training device is designed to generate electrical energy by means of muscular force, at least or only in a generator mode, and the Another training device with the energy storage of
  • Training device is connected.
  • energy can advantageously be saved in a training system comprising at least two or more training devices; in particular, energy generated by muscle power must not be converted into waste heat by means of training devices, but can be converted into electrical energy as a generator
  • heat generated in a gym by training devices need not be dissipated by means of an air-conditioning system, so that it is advantageous for the training system designed in this way
  • Energy can be saved, which would otherwise be generated for example by means of fossil fuels, especially oil, gas or coal. If, for example, by means of twenty training devices of a training system, a heat loss of 150 watts is generated in each case, a heat loss jointly generated by the training devices would have to amount to 3,000 watts
  • the energy store of the training system is preferably connected to the training device.
  • the energy store is preferably arranged in the area of the training devices.
  • connection paths of electrical connection lines from the training devices to the energy store can advantageously be formed along a shortest connection between the training devices.
  • the training devices are preferably arranged in a common room, for example a fitness studio.
  • the training devices of the training system can advantageously be interconnected with one another. see the energy exchange. Further advantageously, for example, a room temperature can not rise due to waste heat of the training devices.
  • the invention also relates to a method for operating a training device.
  • a torque in particular a supporting torque or a braking torque is generated by means of a preferably electronically commutated electric machine.
  • the torque thus generated is delivered to a user interface, in particular to a training element of the user interface.
  • the previously stored energy during training for driving the electric machine in a motor operation is at least partially released again.
  • the training device can be operated advantageously independent of the network.
  • a braking torque is generated during a training cycle during a movement of a training element connected to the electric machine in the regenerative operation, and the training element is at least assisted by the stored energy during engine operation.
  • a moving-back exercise element for example a handle connected to a cable, can be supported by means of the previously stored energy.
  • An advantageous embodiment variant is a combination of the above-described method of electrical energy storage with the method of mechanical energy storage, for example by means of a spring.
  • the return of the exercise element by means of a previously tensioned during the training cycle spring by means of the spring energy stored in the spring and / or by means of the previously stored electrical energy by means of the electric machine.
  • the torque is preferably generated as a function of a position of the exercise element and / or a movement speed of the exercise element by means of the electric machine.
  • a force to be applied by a user of the exercise device for moving the exercise element can be varied during a back and / or movement of the exercise element during the exercise cycle.
  • less regenerative energy is generated than motor energy consumed.
  • a difference between the motor energy and the regenerative energy is received from an electrical network or the electrical energy storage.
  • the energy store is preferably charged by a further training device with generator-generated electrical energy.
  • the difference between the motor energy and the regenerative energy can be taken from an energy storage device which comprises a composite comprising at least two
  • Training devices is fed.
  • another training device such as a bicycle trainer or row trainer regenerative electrical energy can be generated, which is cached in a connected to all training devices energy storage, in particular accumulator and / or capacitor.
  • the cached energy can be removed from a training device in the motor, electrical energy consuming operation from the energy storage.
  • Figure 1 shows an embodiment of a training device in which a training element is operatively connected by means of a cable with an electric machine and when pulling the exercise element of the electric machine both electrical energy is generated as a generator and a braking torque as a function of the position of the exercise element along a Ü - Exercise can be generated.
  • FIG. 2 shows the training device shown in FIG. 1, in which, when the exercise element is moved back by the electric machine, a torque assisting the return movement is generated by means of the previously regenerated electrical energy as a function of the position of the exercise element along the exercise path.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method for operating a training device, for example the training device illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 shows a training system comprising three training devices
  • FIG. 5 shows a diagram of an energy balance of a training device over three training cycles during accentuated negative training.
  • the training device 1 shows an exemplary embodiment of a training device 1.
  • the training device 1 has a drive, wherein the drive comprises an electric machine 5 and a transmission 7.
  • the gear 7 is the output side connected to a shaft 9, wherein the shaft 9 is rotatably connected to a wheel 14.
  • the wheel 14 is formed in this embodiment as a spool, which is connected to a cable 16.
  • the spool 14 is designed to take the cable 16 - at least partially and wind up - for example, in a running in the circumferential direction of the wheel groove 14.
  • the wheel 14 is connected via the cable 16 with a training element 20.
  • Exercise element 20 at least partially forms a user interface in this embodiment. Further components of the user interface are, for example, a seat for a user, which is arranged such that the user can grip the exercise element 20 while sitting on the seat.
  • the training device 1 comprises in this embodiment a
  • Frame 38 which has a seat 39 for a user.
  • the user 45 is exemplified.
  • the electrical machine 5 is connected on the output side via a connecting line 30 to a control unit 10.
  • the control unit 10 is designed to control the electric machine 5, in particular a stator of the electric machine for generating a rotating magnetic field for rotating a rotor of the electric machine.
  • the driving of the stator of the electrical machine which is, for example, an electronically commutated electric machine, can, for example, in dependence on a rotor position sensor generated by a rotor position sensor by means of a field-oriented
  • the control unit 10 is connected via a connecting line 32 to an energy store 12.
  • the energy store 12 is, for example, by a Kon- capacitor, in particular a double-layer capacitor, or formed by an accumulator, for example by a lithium-containing accumulator.
  • the charge level is also called energy level below.
  • the cable 16 extends in this embodiment of the wheel 14 via a pulley 18 and a pulley 19 up to the exercise element 20.
  • the pulleys 18 and 19 are connected to the frame 38.
  • the user 45 has in the embodiment shown in Figure 1, the Ü- bung element 20 - indicated by dashed lines - pulled into a position 20 'at a speed 47 and has spent a force 49.
  • the control unit 10 is designed to control the electric machine 5 in accordance with a predetermined function 40 in such a way that a torque, in particular a braking torque, is generated by means of the electric machine 5 in such a way that the force 49 to be applied by the user 45 is along an exercise path between the motor Position of the exercise element 20 and the position 20 'of the function 40 corresponds.
  • the control unit 10 may be connected to a rotor position sensor of the electric machine 5 and determine the position of the exercise element as a function of a number of revolutions of a rotor of the electric machine 5.
  • the function 40 thus represents a torque curve to be generated by the electric machine 5 during a training period, previously also referred to as a training cycle.
  • the control unit 10 is also designed to control the electric machine 5 during the generation of the braking torque for generating electrical energy and to transmit the electrical energy thus obtained in generator operation of the electric machine 5 via the connecting line 32 to the energy store 12 and store it. Shown is the energy level 35, which is lower than the energy level 37.
  • the energy level 37 shows the energy level of the energy store 12 when the user 45 has pulled the exercise element 20 from its home position to the position 20 '.
  • FIG. 2 shows the training device 1 already shown in FIG. 1.
  • the training device 1 has the elements already shown in FIG. 1, wherein elements with the same reference number as in FIG. 1 have the same function.
  • FIG. 2 shows the training apparatus 1 in which the user 45 has moved the exercise element 20 back from the position 20 'to the starting position.
  • the movement of the exercise element 20 from the position 20 'back to the starting position along the - indicated by dashed lines - exercise path is at a speed 46.
  • the speed 46 can be detected by the control unit 10 by means of a speed sensor of the electric machine 5.
  • the control unit 10 may, for example, a force 48, which the user 45 during the movement of theticianselements 20 back from the position 20 'in the
  • the function 40 thereby represents the force curve along the mecanicsweges between the position 20 'and the starting position of the neglectedselements 20.
  • the control unit 10 may be formed, the position-dependent force 48 as a function of the instantaneous speed 46 of Exercise element along the mecanicsweges between the position 20 'and the starting position to produce. For example, it is possible to prevent the exercise element
  • the control unit 10 is configured to drive back, in particular for assisting the return movement of the exercise member 20 from the position 20 'to the home position, the electric machine 5 for generating a supporting torque.
  • the control unit 10 is also designed to remove the electrical energy required for moving the exercise element back to drive the electric machine 5 from the energy store 12 via the connection line 32 and the electric machine 5 to drive with this energy.
  • the electrical energy previously generated by the user 45 during a first half of the training cycle during regenerative operation of the electric machine 5 and stored in the energy storage 12, characterized by the energy level 37 in Figures 1 and 2 may assist in returning the exercise element
  • a training device is a shoulder press and latissimuszug, which are combined in a training device.
  • the exercise element 20 shown in Figures 1 and 2 may be connected instead of the cable shown in Figures 1 and 2 and the wheel 40 with a lever arm with the gear and with the shaft 9, wherein the shaft 9 forms a pivot point of the lever arm.
  • the control unit 10 can generate regenerative energy as a latissimus pull and during the pulling of the exercise element 20 from the starting position into the position 20 'by means of the electric machine 5 and buffer them in the energy store 12.
  • the training device can generate the regenerative energy during a pressing movement of the exercise element from the position 20 'into the starting position and buffer it in the energy store 12.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a method for operating a training device, for example the training device 1 illustrated in FIGS. 1 and 2.
  • a training element In a step 50, during a forward movement, the training device during a first part of a training period, previously also referred to as a training cycle a training element generates regenerative energy by means of the electric machine and thereby generates a force acting on the exercise element 20 braking torque.
  • the regenerative energy is temporarily stored in an energy store in a step 52.
  • a step 54 during a second half of the training cycle, the exercise element is moved back, thereby assisting the return of the electric machine by a torque. To assist in moving the exercise element backward by means of the electric machine 5, the regenerative energy previously stored in the energy store is used.
  • the training system 60 has a training device 1, which is embodied, for example, like the training device 1 illustrated in FIG.
  • the training system 60 also has a training device 2, which is designed, for example, like the training device 1 shown in FIG.
  • the training system 60 has a training device 1, which is embodied, for example, like the training device 1 illustrated in FIG.
  • the training system 60 also has a training device 2, which is designed, for example, like the training device 1 shown in FIG.
  • the training system 60 has a training device 1, which is embodied, for example, like the training device 1 illustrated in FIG.
  • the training system 60 also has a training device 2, which is designed, for example, like the training device 1 shown in FIG.
  • the training system 60 has a training device 1, which is embodied, for example, like the training device 1 illustrated in FIG.
  • the training system 60 also has a training device 2, which is designed, for example, like the training device 1 shown in FIG.
  • the training system 60 has a training device 1, which is embodied, for example
  • the 60 also has the energy storage 12 already shown in FIG.
  • the energy store 12 is connected to the training device 1 via a connecting line 31.
  • the energy storage 12 is for example part of the training device 1.
  • the energy storage 12 is formed for example by an accumulator or a capacitor, in particular a supercapacitor.
  • the supercapacitor has at least one double-layer electrode pair.
  • the double-layer electrode pair is preferably additionally designed as a redox electrode pair.
  • the energy levels 34 and 36 each represent an energy level of the energy storage device 12, in particular a stored charge quantity, on which an electrical voltage of the energy storage device 12 is dependent.
  • the energy store 12 is also connected via a connecting line 33 to the training device 2.
  • the energy store 12 is also connected to the exercise device 3 via a connection line 68.
  • the training device 3 is formed in this embodiment by a rowing trainer.
  • the training device 3 may be formed in another embodiment, for example, by a bicycle trainer.
  • the training device 3 is designed to generate regenerative electrical energy by means of muscle power.
  • the training device 3 for example, an electric machine, which is designed to generate the already mentioned regenerative electric power in the generator mode.
  • the training device 2 like the training device 1, can remove electrical energy from the energy store 12 and remove it during motor operation-for example for the active return of a training element of the training device 2.
  • the training device 2 can deliver the generator-generated electrical energy to the energy store 12 via the connecting line 33.
  • the training device 3 can generate electrical energy only as a generator and deliver it via the connecting line 68 to the energy store 12 and charge it with the electrical energy.
  • the Training device 3 is formed, - for example, to generate a starting torque - to consume motor energy and remove it from the energy storage.
  • the connecting line 68 may then be formed bidirectionally as the connecting lines 31 and 33.
  • the training system thus formed can - as described below in Figure 5 - of the training device 1 or the training device 2 during a workout, in particular a so-called accented negative training, during a training cycle comprising a move and a moving back of the exercise element, during the motor operation more electrical energy is consumed than generated during the training cycle as a generator.
  • the differential energy of the electrical energy of the training apparatus 1 required in this way over the training cycle can be taken from the energy store 12 which is fed by the training apparatus 3.
  • the training system 60 may thus advantageously be operated off-grid, with individual exercise devices consuming more energy than they generate, and the more consumed energy may be applied by another exercise device. In this way, the training system 60 can be operated off-grid.
  • the energy storage 12 is connected by means of a mains charger 62 via a connection line 69 shown in dashed lines with a network connection 64.
  • the training system 60 may additionally draw electrical energy from a utility grid connected to the grid connection 64, such as an AC power grid 66.
  • the charger 62 is adapted to the energy storage
  • the energy store 12 to charge depending on the energy level of the energy storage 12. If, for example, the energy level of the energy store 12 drops below the energy level 34 by removing the exercise device 1 and / or the exercise device 2, the energy store 12 can be recharged by means of the charger 32 until the energy level 34 or 36 is reached.
  • the energy store 12 is deeply discharged in this embodiment below the energy level 34. At an energy level 42, the energy storage is fully charged and can no longer receive more charge.
  • the energy store 12 has to receive regenerated electrical energy of the training devices 1, 2 or 3 between the energy level 34 and 42nd still capacity to store the regenerative energy generated by the training devices 1, 2 or 3 or all.
  • regenerative energy generated by the training devices need not be converted into waste heat.
  • the energy storage device 12 can be charged by the ac network 66 via the power supply 64 and the charger 62 so far that the energy level 34 is not exceeded.
  • the energy storage 12 advantageously can not get into a deeply discharged state.
  • the deeply discharged state could damage the accumulator.
  • the energy level 34 represents, for example, a limit, in particular a voltage limit, below which connected training devices can no longer operate by motor.
  • the training devices 1, 2 and 3 are each connected to the energy store 12 via a charge controller 80 by means of connecting lines 31 ', 33' or 68 'shown in dashed lines.
  • the connecting line 68 'then occurs instead of the connecting line 68, the connecting lines 31' and 33 'instead of the connecting lines 31 and 33 for charging the energy storage 12, so that the connecting lines 31 and 33, the exercise devices 1 and 2 in the engine operation with energy from the energy storage 12 supply.
  • the charge controller 80 is connected on the output side to a lighting device 82 and to the energy store 12.
  • the charge controller 80 is designed to charge the energy store 12 until it reaches a predetermined energy level, for example the energy fill level 36, and to deliver further electrical energy generated by the exercise devices to the lighting device 82.
  • a predetermined energy level for example the energy fill level 36
  • the lighting device 82 has, for example, at least one gas discharge lamp and / or light-emitting diodes.
  • the illumination device which has, for example, light-emitting diodes, a light output greater than incandescent lamps, so that less heat is generated by the excess energy, as compared to training devices that are formed by a user by muscle power energy - for example by means of a friction mechanism - to convert only in lost heat.
  • FIG. 5 shows a diagram 70.
  • the diagram 70 has a time axis 72 and an amplitude axis 74.
  • the amplitude axis 74 represents the energy level of the energy store 12 already shown in FIG. 4.
  • the energy level 36 and the energy level 34 which is smaller than the energy level 36.
  • the energy level 34 in this embodiment represents a limit below which the energy storage device 12 is deeply discharged.
  • the energy level 36 represents an energy level, in the range of which the energy store can both emit energy until it reaches the energy level 34, and can also absorb further energy up to the energy level 42.
  • the training devices 1 and 2 shown in FIG. 4 can work with a good degree of efficiency, for example in the area around the energy level 36.
  • Curve 76 also represents a curve 76.
  • Curve 76 represents a training cycle, for example training device 1 in FIG. 4.
  • the training device for example, by pulling a training element, in particular the exercise element 20 already shown in FIG 1 generator generates electrical energy and fed into the energy storage 12 via the connecting line 31.
  • electrical energy is taken from the energy store 12.
  • generator energy generated by the training device 3 is fed into the energy store 12.
  • Energy levels 34 can be prevented by loading the energy storage device 12 via the charger 62. Until the energy level 34 is reached, there is still an advantageous opportunity to charge the energy store 12 with generator-generated energy from another exercise device before reaching the deep-discharged state, before energy from a foreign alternating current energy source is consumed. must be removed to prevent the deep-discharged state of the energy storage 12. In the case of a recharging from the AC mains when falling below the energy level 36 of the energy storage can be advantageously maintained in an optimal for the efficiency of the training devices 1 and 2 in motor operation working voltage.
  • curve 75 Shown is also a curve 75, which represents the energy level of the energy storage device 12, which would be discharged by the exercise device 1 during an accented negative separation over several training cycles.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trainingsvorrichtung. Die Trainingsvorrichtung weist eine insbesondere mechanische Benutzerschnittstelle und einen mit der Benutzerschnittstelle wirkverbundenen Antrieb auf. Der Antrieb umfasst wenigstens eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist ausgebildet, ein Drehmoment, insbesondere ein unterstützendes Moment oder ein Bremsmoment, zu erzeugen und dieses auf die Benutzerschnittstelle zu übertragen. Erfindungsgemäß weist die Trainingsvorrichtung einen mit der elektrischen Maschine verbundenen Energiespeicher für elektrische Energie auf. Die Trainingsvorrichtung ist ausgebildet, die elektrische Maschine im Generatorbetrieb zu betreiben und im Generatorbetrieb erzeugte Energie in dem Energiespeicher zu speichern und die elektrische Maschine mit der gespeicherten Energie zum Erzeugen des Drehmoments während des Trainings im Motorbetrieb zu betreiben.

Description

Beschreibung
Titel
Trainingsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine und Verfahren
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Trainingsvorrichtung. Die Trainingsvorrichtung weist eine insbesondere mechanische Benutzerschnittstelle und einen mit der Benutzerschnittstelle wirkverbundenen Antrieb auf. Der Antrieb umfasst wenigstens ei- ne elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist ausgebildet, ein Drehmoment, insbesondere ein unterstützendes Moment oder ein Bremsmoment, zu erzeugen und dieses auf die Benutzerschnittstelle zu übertragen.
Aus der EP1 614 448 A2 ist ein Trainingsgerät bekannt, welches eine Drehmomenterzeugungseinrichtung mit einem Elektromotor und einem Untersetzungsge- triebe aufweist. Die Drehmomenterzeugungseinrichtung ist ausgangsseitig mit einem Übungsorgan verbunden, wobei der Elektromotor als Drehstrommotor ausgebildet ist und einen Frequenzumrichter umfasst, mittels dessen die Frequenz und eine Stärke des dem Elektromotor zugeführten Drehstromes einstellbar sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist die Trainingsvorrichtung der eingangs genannten Art einen mit der elektrischen Maschine verbundenen Energiespeicher für elektrische Energie auf. Die Trainingsvorrichtung ist ausgebildet, die elektrische Maschine bevorzugt während wenigstens eines Trainings, insbesondere eines Trainings- zyklus, im Generatorbetrieb zu betreiben und im Generatorbetrieb erzeugte E- nergie in dem Energiespeicher zu speichern und die elektrische Maschine mit der gespeicherten Energie zum Erzeugen des Drehmoments während des Trainings im Motorbetrieb zu betreiben.
So kann vorteilhaft eine netzunabhängige Trainingsvorrichtung gebildet sein, bei der die elektrische Maschine während eines Trainingszyklus im Generatorbetrieb gewonnene Energie - beispielsweise während eines Ziehen eines Seilzuges als
Bestandteil der Benutzerschnittstelle, bei dem mittels der elektrischen Maschine als Generator elektrische Energie erzeugt wird - wobei die sodann gespeicherte elektrische Energie während desselben Trainingszyklus oder eines darauffolgenden Trainingszyklus zum mindestens unterstützenden Zurückziehen des Seilzu- ges mittels der elektrischen Maschine im Motorbetrieb verwendet werden kann.
Der Generatorbetrieb der elektrischen Maschine wird im Folgenden auch generatorischer Betrieb genannt, der Motorbetrieb der elektrischen Maschine wird im Folgenden auch motorischer Betrieb genannt.
Bevorzugt weist die Benutzerschnittstelle wenigstens ein Übungselement auf, welches mit der elektrischen Maschine wirkverbunden ist. Die Trainingsvorrichtung ist bevorzugt ausgebildet, dass das Übungselement von einer Ausgangsposition in eine Endposition (20') und wieder zurück in die Ausgangsposition bewegt werden kann.
Ein Trainingszyklus umfasst bevorzugt eine Hinbewegung eines Übungsele- ments der Benutzerschnittstelle von der Ausgangsposition in die Endposition und eine Herbewegung des Übungselementes von der Endposition in die Ausgangsposition. Die Bewegung des Übungselements kann eine Translationsbewegung und/oder eine Rotationsbewegung sein.
Beispielhafte Ausführungsformen für die Trainingsvorrichtung sind wie folgt be- schrieben. Bei einem Rudertrainer, ist das Übungselement mit einem Seilzug mit dem Antrieb verbunden. Bei einer Schulterpresse oder einem Latissimuszug ist das Übungselement jeweils mittels eines Schwenkarmes mit dem Antrieb verbunden. Bei einer eine Bizeps- und/oder Trizeps-Trainingsvorrichtung ist das Übungselement mittels eines Schwenkarmes mit dem Antrieb verbunden. Bei ei- ner Trainingsvorrichtung zum Trainieren des großen Brustmuskels oder einer
Trainingsvorrichtung der Rückenmuskulatur, welche auch„Butterfly- Trainingsmaschine" beziehungsweise„Butterfly-Reverse-Trainingsmaschine" genannt wird, sind zwei Übungselemente mit dem Antrieb mittels jeweils eines Schwenkarmes verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Trainingsvorrichtung ausgebildet, netzunabhängig zu arbeiten.
Weiter bevorzugt kann die Trainingsvorrichtung beim netzunabhängigen Arbeiten während des Trainings von einem Benutzer der Trainingsvorrichtung aufgebrachte mechanische Energie in elektrischer Form Zwischenspeichern, welche dann zum Unterstützen eines Bewegungsablauf des Trainingszyklus wiederverwendet werden kann. Weiter vorteilhaft kann so ein Aufstellort der Trainingsvorrichtung unabhängig gewählt werden.
Die elektrische Maschine ist beispielsweise eine insbesondere bürstenkommu- tierte Gleichstrommaschine, eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine, insbesondere mit einem Käfigrotor. Die elektrische Maschine ist ausgebildet, im generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln und in einem motorischen Betrieb elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln.
In einer anderen Ausführungsform weist die Trainingsvorrichtung einen Elektromotor und einem Generator anstelle der elektrischen Maschine auf.
Bevorzugt weist die Trainingsvorrichtung eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Position eines Übungselements der Benutzerschnittstelle zu erfassen und das Drehmoment in Abhängigkeit der Position des Übungselements zu erzeugen.
Bevorzugt weist die elektrische Maschine, bevorzugt eine elektronisch kommu- tierte Maschine, einen mit der Steuereinheit verbundenen Rotorpositionssensor auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, die Position des Übungselements in Abhängigkeit einer Rotorposition eines Rotors der elektrischen Maschine zu ermitteln.
Beispielsweise kann die Steuereinheit dazu ein mit dem Rotorpositionssensor verbundenes Zählwerk aufweisen, wobei das Zählwerk ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Rotorpositionssignals des Rotorpositionssensors und eines Übersetzungsverhältnisses zwischen einer Rotorumdrehung und eines Übungselements der Benutzerschnittestelle die Umdrehungen des Rotors zu ermitteln und so eine Position des Übungselements der Benutzerschnittstelle zu erfassen und das Drehmoment - insbesondere durch entsprechendes Ansteuern der elektrischen Maschine - in Abhängigkeit der Position des Übungselements zu erzeugen. In einer anderen Ausführungsform weist die Trainingsvorrichtung einen mit der Steuereinheit verbundenen Positionssensor für das Übungselement auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, eine Position eines Übungselements der Benutzerschnittstelle in Abhängigkeit eines Positionssignals des Positionssensors zu erfassen und das Drehmoment in Abhängigkeit der Position des Übungselements zu erzeugen. Der Positionssensor kann beispielsweise durch einen optischen Sensor wie Lichtschranke, einen magnetischen Sensor, einen kapazitiven Sensor oder einen induktiven Sensor gebildet sein. Beispielsweise ist der Positionssensor angeordnet und ausgebildet, einen Schwenkwinkel eines mit dem Ü- bungselement verbundenen Armes der Trainingsvorrichtung - beispielsweise einer Schulterpresse oder Latissimuszug - zu erfassen.
Bevorzugt ist der Energiespeicher dazu durch wenigstens einen Kondensator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator gebildet. So kann der Energiespeicher vorteilhaft wartungsfrei ausgebildet sein. Der Energiespeicher kann in einer anderen Ausführungsform - oder zusätzlich zu der Ausführungsform des
Energiespeichers als Kondensator, durch wenigstens einen Akkumulator gebildet sein. Der Akkumulator ist beispielsweise ein Lithium-Ionenakkumulator, ein Bleiakkumulator, ein Mittel-Metallhybridakkumulator oder ein Lithium-Eisen- Phosphat-Akkumulator. Mittels des Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulators kann vorteilhaft während eines Trainingszyklus schnelle elektrische Energie zum Erzeugen eines Drehmoments zur Verfügung gestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Benutzerschnittstelle eine Zugvorrichtung mit einem Übungselement auf. Das Übungselement ist bevorzugt mit der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das Übungselement ist weiter bevor- zugt ausgebildet, mit wenigstens einem Körperteil eines insbesondere erwachsenen Menschen als Benutzer der Benutzerschnittstelle zusammenzuwirken. Das Übungselement kann beispielsweise durch einen Handgriff, ein Fußpedal, ein Betätigungsarm oder vergleichbares Übungselement sein, welches ausgebildet ist, mit wenigstens einem Körperteil zusammenzuwirken.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Trainingsvorrichtung einen An- schluss für ein elektrisches Netz auf und ist ausgebildet, im motorischen Betrieb wenigstens einen Teil der elektrischen Energie aus dem Energiespeicher zu entnehmen und einen übrigen Teil der elektrischen Energie aus einem elektrischen Netz zu entnehmen. Das elektrische Netz ist beispielsweise ein Wechselstrom- netz. Die so gebildete Trainingsvorrichtung kann vorteilhaft zum akzentuierten Negativtraining ausgebildet sein. Dabei ist die Trainingsvorrichtung ausgebildet, bei einem Zurückbewegen eines Übungselements in eine Ausgangsposition mehr motorische Energie zu verbrauchen als bei einem Hinbewegen generatorische Energie zu erzeugen.
Die Erfindung betrifft auch ein Trainingssystem mit wenigstens einer Trainingsvorrichtung der vorbeschriebenen Art. Das Trainingssystem weist wenigstens eine weitere Trainingsvorrichtung, insbesondere Rudertrainer oder Fahrradtrainer umfasst, wobei die weitere Trainingvorrichtung ausgebildet ist, wenigstens oder nur in einem generatorischen Betrieb mittels Muskelkraft elektrische Energie zu erzeugen und die weitere Trainingsvorrichtung mit dem Energiespeicher der
Trainingsvorrichtung verbunden ist. Dadurch kann in einem Trainingssystem umfassend wenigstens zwei oder mehrere Trainingsvorrichtungen vorteilhaft Energie eingespart werden, insbesondere braucht mittels Trainingsvorrichtungen mittels Muskelkraft erzeugte Energie nicht in Verlustwärme gewandelt werden, son- dem kann generatorisch in elektrische Energie gewandelt werden, die in dem
Energiespeicher zwischengespeichert und von einer Trainingsvorrichtung im motorischen Betrieb - beispielsweise während eines akzentuierten Negativtrainings - verbraucht werden kann. Dadurch braucht beispielsweise in einem Fitnessstudio von Trainingsvorrichtungen erzeugte Wärme nicht mittels einer Klimaanlage abgeführt werden, so dass durch das so ausgebildete Trainingssystem vorteilhaft
Energie eingespart werden kann, die sonst beispielsweise mittels fossiler Energieträger, insbesondere Öl, Gas oder Kohle erzeugt werden müsste. Wenn beispielsweise mittels zwanzig Trainingsvorrichtungen eines Trainingssystems eine Verlustwärme von jeweils 150 Watt erzeugt wird, so müsste eine von den Trai- ningsvorrichtungen gemeinsam erzeugte Verlustwärme von 3000 Watt von einer
Klimaanlage abgeführt werden.
Der Energiespeicher des Trainingssystems ist bevorzugt mit der Trainingsvorrichtung verbunden. Der Energiespeicher ist bevorzugt im Bereich der Trainingsvorrichtungen angeordnet. Dadurch können Verbindungswege elektrischer Ver- bindungsleitungen von den Trainingsvorrichtungen zu dem Energiespeicher vorteilhaft entlang einer kürzesten Verbindung zwischen den Trainingsvorrichtungen ausgebildet sein. Die Trainingsvorrichtungen sind bevorzugt in einem gemeinsamen Raum, beispielsweise eines Fitnessstudios angeordnet. Dadurch können die Trainingsvorrichtungen des Trainingssystems vorteilhaft miteinander elektri- sehe Energie austauschen. Weiter vorteilhaft kann beispielsweise eine Raumtemperatur nicht durch Abwärme der Trainingsvorrichtungen ansteigen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Trainingsvorrichtung. Bei dem Verfahren wird mittels einer bevorzugt elektronisch kommutierten elektrischen Maschine ein Drehmoment, insbesondere ein unterstützendes Moment oder ein Bremsmoment erzeugt. Das so erzeugte Drehmoment wird an einer Benutzerschnittstelle, insbesondere an ein Übungselement der Benutzerschnittstelle abgegeben. Bevorzugt wird bei dem Verfahren während eines Trainings in einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine gewonnene Energie - bevorzugt in einem Energiespeicher der Trainingsvorrichtung - gespeichert. Weiter bevorzugt wird die zuvor gespeicherte Energie während des Trainings zum Antreiben der elektrischen Maschine in einem motorischen Betrieb wenigstens teilweise wieder abgegeben. So kann die Trainingsvorrichtung vorteilhaft netzunabhängig betrieben werden.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren während eines Trainingszyklus bei einem Bewegtwerden eines mit der elektrischen Maschine verbundenen Übungselements in dem generatorischen Betrieb ein Bremsmoment erzeugt und das Übungselement mittels der gespeicherten Energie im motorischen Betrieb mindestens unterstützend zurückgeführt. So kann vorteilhaft ein zurückbewegendes Übungselement, beispielsweise eines mit einem Seilzug verbundenen Handgriffs, mittels der zuvor gespeicherten Energie unterstützt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante ist eine Kombination des zuvor beschriebenen Verfahrens der elektrischen Energiespeicherung mit dem Verfahren einer mechanischen Energiespeicherung, beispielsweise mittels einer Feder. So kann beispielsweise das Zurückführen des Übungselements mittels einer zuvor während des Trainingszyklus gespannten Feder mittels der in der Feder gespeicherten Federenergie und/oder mittels der zuvor gespeicherten elektrischen Energie mittels der elektrischen Maschine erfolgen.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren das Drehmoment in Abhängigkeit einer Position des Übungselements und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Ü- bungselements mittels der elektrischen Maschine erzeugt. So kann vorteilhaft eine von einem Benutzer des Trainingsgeräts aufzubringende Kraft zum Bewegen des Übungselements bei einem Hin- und/oder bei einem Herbewegen des Ü- bungselements während des Trainingszyklus variiert werden. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird während eines Trainingszyklus, insbesondere bei einem Hinbewegen eines Übungselements, weniger generatorische Energie erzeugt als motorische Energie verbraucht. Eine Differenz aus der motorischen Energie und der generatorischen Energie wird aus einem elektrischen Netz oder dem elektrischen Energiespeicher empfangen. Bevorzugt wird dazu der Energiespeicher von einer weiteren Trainingsvorrichtung mit generatorisch erzeugter elektrischer Energie geladen.
Unabhängig oder zusätzlich zu dem elektrischen Netz kann die Differenz aus der motorischen Energie und der generatorischen Energie aus einem Energiespei- eher entnommen werden, der aus einem Verbund umfassend wenigstens zwei
Trainingsvorrichtungen gespeist wird. So kann beispielsweise von einer weiteren Trainingsvorrichtung, beispielsweise einem Fahrradtrainer oder Rudertrainer generatorisch elektrische Energie erzeugt werden, die in einem mit allen Trainingsvorrichtungen verbundenen Energiespeicher, insbesondere Akkumulator und/oder Kondensator zwischengespeichert ist. Die zwischengespeicherte Energie kann von einer Trainingsvorrichtung im motorischen, elektrische Energie verbrauchenden Betrieb aus dem Energiespeicher entnommen werden.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen als auch aus den in den Figuren beschriebenen Merkmalen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Trainingsvorrichtung, bei der ein Übungselement mittels eine Seilzuges mit einer elektrischen Maschine wirkverbunden ist und beim Ziehen des Übungselements von der elektrischen Maschine sowohl elektrische Energie generatorisch gewonnen wird als auch ein Bremsmoment in Abhängigkeit der Position des Übungselements entlang eines Ü- bungsweges erzeugt werden kann.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 gezeigte Trainingsvorrichtung, bei der bei einem Rückbewegen des Übungselements von der elektrischen Maschine ein das Rückbewegen unterstützendes Drehmoment mittels der zuvor generatorisch erzeugten elektrischen Energie in Abhängigkeit der Position des Übungselements entlang des Übungsweges erzeugt wird. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Betreiben einer Trainingsvorrichtung, beispielsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Trainingsvorrichtung.
Figur 4 zeigt ein Trainingssystem umfassend drei Trainingsvorrichtungen;
Figur 5 zeigt ein Diagramm einer Energiebilanz einer Trainingsvorrichtung über drei Trainingszyklen bei einem akzentuierten Negativtraining.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Trainingsvorrichtung 1. Die Trainingsvorrichtung 1 weist einen Antrieb auf, wobei der Antrieb eine elektrische Maschine 5 und ein Getriebe 7 umfasst. Das Getriebe 7 ist ausgangsseitig mit einer Welle 9 verbunden, wobei die Welle 9 mit einem Rad 14 drehverbunden ist.
Das Rad 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Spulenrad ausgebildet, welches mit einem Seilzug 16 verbunden ist. Das Spulenrad 14 ist ausgebildet, den Seilzug 16 - beispielsweise in einer in Umfangsrichtung des Rades 14 verlaufenden Nut - wenigstens abschnittsweise aufzunehmen und aufzuwickeln.
Das Rad 14 ist über das Seil 16 mit einem Übungselement 20 verbunden. Das
Übungselement 20 bildet in diesem Ausführungsbeispiel wenigstens teilweise eine Benutzerschnittstelle. Weitere Bestandteile der Benutzerschnittstelle sind beispielsweise ein Sitz für einen Benutzer, welcher derart angeordnet ist, dass der Benutzer während eines Sitzens auf dem Sitz das Übungselement 20 greifen kann. Die Trainingsvorrichtung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen
Rahmen 38, welcher einen Sitz 39 für einen Benutzer aufweist. Der Benutzer 45 ist beispielhaft dargestellt.
Die elektrische Maschine 5 ist ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 30 mit einer Steuereinheit 10 verbunden. Die Steuereinheit 10 ist ausgebildet, die elektrische Maschine 5, insbesondere einen Stator der elektrischen Maschine zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes zum Drehbewegen eines Rotors der elektrischen Maschine anzusteuern. Das Ansteuern des Stators der elektrischen Maschine, welcher beispielsweise eine elektronisch kommutierte elektrischen Maschine ist, kann beispielsweise in Abhängigkeit eines von einem Rotor- positionssensor erzeugten Rotorpositionssignals mittels einer feldorientierten
Regelung erfolgen.
Die Steuereinheit 10 ist über eine Verbindungsleitung 32 mit einem Energiespeicher 12 verbunden. Der Energiespeicher 12 ist beispielsweise durch einen Kon- densator, insbesondere einen Doppelschichtkondensator, oder durch einen Akkumulator, beispielsweise durch einen lithiumhaltigen Akkumulator gebildet.
Dargestellt sind zwei Ladungsniveaus des Energiespeichers, nämlich ein Ladungsniveau 37 in einem geladenen Zustand und ein Ladungsniveau 35 in einem wenigstens teilweise entladenen Zustand des Energiespeichers 12. Das Ladungsniveau wird im Folgenden auch Energieniveau genannt.
Der Seilzug 16 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel von dem Rad 14 über eine Seilrolle 18 und eine Seilrolle 19 bis hin zum Übungselement 20. Die Seilrollen 18 und 19 sind mit dem Rahmen 38 verbunden.
Der Benutzer 45 hat in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Ü- bungselement 20 - gestrichelt angedeutet - in eine Position 20' mit einer Geschwindigkeit 47 gezogen und hat dazu eine Kraft 49 aufgewendet.
Die Steuereinheit 10 ist ausgebildet, die elektrische Maschine 5 gemäß einer vorbestimmten Funktion 40 derart anzusteuern, dass mittels der elektrischen Maschine 5 ein Drehmoment, insbesondere ein Bremsmoment derart erzeugt wird, dass die von dem Benutzer 45 aufzubringende Kraft 49 entlang eines Ü- bungsweges zwischen der Position des Übungselements 20 und der Position 20' der Funktion 40 entspricht. Dazu kann die Steuereinheit 10 mit einem Rotorpositionssensor der elektrischen Maschine 5 verbunden sein und die Position des Übungselements in Abhängigkeit einer Anzahl von Umdrehungen eines Rotors der elektrischen Maschine 5 ermitteln. Die Funktion 40 repräsentiert somit einen von der elektrischen Maschine 5 zu erzeugenden Drehmomentverlauf während einer Trainingsperiode, zuvor auch Trainingszyklus genannt.
Die Steuereinheit 10 ist auch ausgebildet, die elektrische Maschine 5 während des Erzeugens des Bremsmoments zum Erzeugen von elektrischer Energie anzusteuern und die so im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 5 gewonnene elektrische Energie über die Verbindungsleitung 32 an den Energiespeicher 12 zu senden und darin abzuspeichern. Dargestellt ist das Energieniveau 35, welches niedriger ist als das Energieniveau 37. Während des Genera- torbetriebs der elektrischen Maschine 5 wird die von dem Benutzer 45 entlang des Übungsweges zwischen der Position des Übungselements 20 und der Position 20' des Übungselements 20 vom Benutzer 45 erzeugte Energie von der e- lektrischen Maschine 5 im generatorischen Betrieb in elektrische Energie umgesetzt und über die Verbindungsleitung 30 und weiter über die Steuereinheit 10, weiter über die Verbindungsleitung 32 in den Energiespeicher 12 überführt. Das Energieniveau 37 zeigt in diesem Ausführungsbeispiel das Energieniveau des Energiespeichers 12, wenn der Benutzer 45 das Übungselement 20 von seiner Ausgangsposition in die Position 20' gezogen hat.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 bereits dargestellte Trainingsvorrichtung 1. Die Trainingsvorrichtung 1 weist die in Figur 1 bereits dargestellten Elemente auf, wobei Elemente mit demselben Bezugszeichen wie in Figur 1 dieselbe Funktion haben. Figur 2 zeigt die Trainingsvorrichtung 1 , in welcher der Benutzer 45 das Übungselement 20 von der Position 20' in die Ausgangsposition zurückbewegt hat. Das Zurückbewegen des Übungselements 20 von der Position 20' in die Ausgangsposition entlang des - gestrichelt angedeuteten - Übungsweges erfolgt mit einer Geschwindigkeit 46. Die Geschwindigkeit 46 kann von der Steuereinheit 10 mittels eines Drehzahlsensors der elektrischen Maschine 5 erfasst werden. Die Steuereinheit 10 kann beispielsweise eine Kraft 48, welche der Benutzer 45 wäh- rend des Zurückbewegens des Übungselements 20 von der Position 20' in die
Ausgangsposition aufbringen muss, in Abhängigkeit der Position des Übungselements 20 entlang des Übungsweges zwischen der Position 20' und der Ausgangsposition durch entsprechendes Ansteuern der elektrischen Maschine 5 erzeugen. Die Funktion 40 repräsentiert dabei den Kraftverlauf entlang des Ü- bungsweges zwischen der Position 20' und der Ausgangsposition des Übungselements 20. Zusätzlich zu der vorab erwähnten positionsabhängigen Kraft 48 kann die Steuereinheit 10 ausgebildet sein, die positionsabhängige Kraft 48 in Abhängigkeit von der Momentangeschwindigkeit 46 des Übungselements entlang des Übungsweges zwischen der Position 20' und der Ausgangsposition zu erzeugen. So kann beispielsweise verhindert werden, dass das Übungselement
20 zusammen mit den das Übungselement 20 haltenden Gliedmaßen des Benutzers 45 mit einer zu großen Geschwindigkeit in die Ausgangsposition zurückgeführt wird.
Die Steuereinheit 10 ist ausgebildet, zum Zurückbewegen, insbesondere zum Unterstützen des Zurückbewegens des Übungselements 20 von der Position 20' in die Ausgangsposition, der elektrischen Maschine 5 zum Erzeugen eines unterstützenden Drehmoments anzusteuern. Die Steuereinheit 10 ist auch ausgebildet, die zum Zurückbewegen des Übungselements erforderliche elektrische E- nergie zum Ansteuern der elektrischen Maschine 5 aus dem Energiespeicher 12 über die Verbindungsleitung 32 zu entnehmen und die elektrische Maschine 5 mit dieser Energie anzusteuern. So kann die zuvor von dem Benutzer 45 während einer ersten Hälfte des Trainingszyklus während des generatorischen Betriebs der elektrischen Maschine 5 erzeugte und im Energiespeicher 12 abgespeicherte elektrische Energie, gekennzeichnet durch das Energieniveau 37 in den Figuren 1 und 2, zum Unterstützen des Rückführens des Übungselements
20 während einer zweiten Hälfte des Trainingszyklus verwendet werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen für eine Trainingsvorrichtung sind eine Schulterpresse und Latissimuszug, welche in einer Trainingsvorrichtung vereinigt sind.
Dazu kann das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Übungselement 20 anstelle des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Seilzuges und des Rades 40 mit einem Hebelarm mit dem Getriebe und mit der Welle 9 verbunden sein, wobei die Welle 9 einen Drehpunkt des Hebelarmes bildet.
Die Steuereinheit 10 kann in der Ausführungsform der Trainingsvorrichtung als Latissimuszug und während des Ziehens des Übungselements 20 von der Ausgangsposition in die Position 20' mittels der elektrischen Maschine 5 generatorische Energie erzeugen und diese im Energiespeicher 12 Zwischenspeichern. In der Funktion als Schulterpresse kann die Trainingsvorrichtung die generatorische Energie während eines drückenden Bewegens des Übungselements von der Po- sition 20' in die Ausgangsposition erzeugen und in dem Energiespeicher 12 Zwischenspeichern.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Betreiben einer Trainingsvorrichtung, beispielsweise der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Trainingsvorrichtung 1. In einem Schritt 50 wird mittels der Trainingsvorrichtung wäh- rend eines ersten Teils einer Trainingsperiode, zuvor auch Trainingszyklus genannt, während eines Hinbewegens eines Übungselements mittels der elektrischen Maschine generatorische Energie erzeugt und dabei ein auf das Übungselement 20 wirkendes Bremsmoment erzeugt. Die generatorische Energie wird in einem Schritt 52 in einem Energiespeicher zwischengespeichert. In einem Schritt 54 wird während einer zweiten Hälfte des Trainingszyklus das Übungselement wieder zurückbewegt und dabei das Zurückbewegen von der elektrischen Maschine durch ein Drehmoment unterstützt. Zum Unterstützen des Zurückbewegens des Übungselements mittels der elektrischen Maschine 5 wird die zuvor in dem Energiespeicher zwischengespeicherte generatorische Energie verwendet. Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Trainingssystem 60. Das Trainingssystem 60 weist eine Trainingsvorrichtung 1 auf, welche beispielsweise wie die in Figur 1 dargestellte Trainingsvorrichtung 1 ausgebildet ist. Das Trainingssystem 60 weist auch eine Trainingsvorrichtung 2 auf, welche beispielsweise wie die in Figur 1 dargestellte Trainingsvorrichtung 1 ausgebildet ist. Das Trainingssystem
60 weist auch den in Figur 1 bereits dargestellten Energiespeicher 12 auf. Der Energiespeicher 12 ist mit der Trainingsvorrichtung 1 über eine Verbindungsleitung 31 verbunden. Der Energiespeicher 12 ist beispielsweise Bestandteil der Trainingsvorrichtung 1. Der Energiespeicher 12 ist beispielsweise durch einen Akkumulator oder einen Kondensator, insbesondere einen Superkondensator gebildet. Der Superkondensator weist wenigstens ein Doppelschicht- Elektrodenpaar auf. Das Doppelschicht-Elektrodenpaar ist bevorzugt zusätzlich als Redox-Elektrodenpaar ausgebildet. Gestrichelt dargestellt ist ein Energieniveau 36 und ein im Vergleich zum Energieniveau 36 kleineres Energieniveau 34 des Energiespeichers 12. Die Energieniveaus 34 und 36 repräsentieren jeweils einen Energiefüllstand des Energiespeichers 12, insbesondere einer vorrätiggehaltenen Ladungsmenge, von der eine elektrische Spannung des Energiespeichers 12 abhängig ist. Der Energiespeicher 12 ist auch über eine Verbindungsleitung 33 mit der Trainingsvorrichtung 2 verbunden. Der Energiespeicher 12 ist auch über eine Verbindungsleitung 68 mit der Trainingsvorrichtung 3 verbunden.
Die Trainingsvorrichtung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Rudertrainer gebildet. Die Trainingsvorrichtung 3 kann in einer anderen Ausführungsform beispielsweise durch einen Fahrradtrainer gebildet sein. Die Trainingsvorrichtung 3 ist ausgebildet, mittels Muskelkraft generatorisch elektrische Energie zu erzeugen. Dazu weist die Trainingsvorrichtung 3 beispielsweise eine elektrische Maschine auf, welche ausgebildet ist, im Generatorbetrieb die bereits erwähnte generatorische elektrische Energie zu erzeugen. Die Trainingsvorrichtung 2 kann - wie die Trainingsvorrichtung 1 - von dem Energiespeicher 12 e- lektrische Energie entnehmen und im motorischen Betrieb - beispielsweise zum aktiven Rückführen eines Übungselements der Trainingsvorrichtung 2 - entnehmen. Während eines generatorischen Betriebes kann die Trainingsvorrichtung 2 über die Verbindungsleitung 33 die generatorisch erzeugte elektrische Energie an den Energiespeicher 12 abgeben. Die Trainingsvorrichtung 3 kann in diesem Ausführungsbeispiel nur generatorisch elektrische Energie erzeugen und diese über die Verbindungsleitung 68 an den Energiespeicher 12 abgeben und diesen mit der elektrischen Energie aufladen. In einer anderen Ausführungsform ist die Trainingsvorrichtung 3 ausgebildet, - beispielsweise zum Erzeugen eines Anlaufdrehmoments - motorisch Energie zu verbrauchen und diese aus dem Energiespeicher zu entnehmen. Die Verbindungsleitung 68 kann dann wie die Verbindungsleitungen 31 und 33 bidirektional ausgebildet sein.
Mittels des so gebildeten Trainingssystems kann - wie im Folgenden in Figur 5 beschrieben - von der Trainingsvorrichtung 1 oder der Trainingsvorrichtung 2 während eines Trainings, insbesondere eines sogenannten akzentuierten Negativtrainings, während eines Trainingszyklus, umfassend ein Hinbewegen und ein Zurückbewegen des Übungselements, während des motorischen Betriebes mehr elektrische Energie verbraucht werden als während des Trainingszyklus generatorisch erzeugt wird. Die Differenzenergie der so über den Trainingszyklus hinweg benötigten elektrischen Energie der Trainingsvorrichtung 1 kann von dem Energiespeicher 12 entnommen werden, der von der Trainingsvorrichtung 3 gespeist wird.
Das Trainingssystem 60 kann auf diese Weise vorteilhaft netzunabhängig betrieben werden, wobei einzelne Trainingsvorrichtungen mehr Energie verbrauchen als sie erzeugen, wobei die mehr verbrauchte Energie von einer anderen Trainingsvorrichtung aufgebracht werden kann. Auf diese Weise kann das Trainingssystem 60 netzunabhängig betrieben werden.
In einer anderen Ausführungsform ist der Energiespeicher 12 mittels eines Netzladegerätes 62 über eine gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung 69 mit einem Netzanschluss 64 verbunden. In dieser Ausführungsform kann das Trainingssystem 60 zusätzlich von einem mit dem Netzanschluss 64 verbundenen Versorgungsnetz, beispielsweise einem Wechselspannungsnetz 66 elektrische Energie beziehen. Das Ladegerät 62 ist dazu ausgebildet, den Energiespeicher
12 in Abhängigkeit des Energieniveaus des Energiespeichers 12 aufzuladen. Wenn beispielsweise das Energieniveau des Energiespeichers 12 durch Entnahme der Trainingsvorrichtung 1 und/oder der Trainingsvorrichtung 2 unter das Energieniveau 34 sinkt, so kann der Energiespeicher 12 mittels des Ladegerätes 32 bis zum Erreichen des Energieniveaus 34 oder 36 wieder aufgeladen werden.
Der Energiespeicher 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel unterhalb des Energiefüllstandes 34 tiefentladen. Bei einem Energiefüllstand 42 ist der Energiespeicher vollgeladen und kann keine weitere Ladung mehr aufnehmen. Der Energiespeicher 12 hat zum Empfangen von generatorisch erzeugter elektrischer Energie der Trainingsvorrichtungen 1 , 2 oder 3 zwischen dem Energiefüllstand 34 und 42 noch Kapazität, um die von den Trainingsvorrichtungen 1 , 2 oder 3 oder allen erzeugte generatorische Energie zu speichern. So braucht von den Trainingsvorrichtungen erzeugte generatorische Energie vorteilhaft nicht in Verlustwärme gewandelt werden. Für den Fall, dass die Trainingsvorrichtung 1 und die Trainings- Vorrichtung 2 jeweils mehr Energie verbrauchen als sie erzeugen, und die Trainingsvorrichtung 3 nicht in Betrieb ist oder nur soweit betrieben wird, dass die von den Trainingsvorrichtungen 1 und/oder 2 verbrauchte Energie von der Trainingsvorrichtung 3 nicht aufgebracht werden kann, so kann der Energiespeicher 12 von dem Wechselstromnetz 66 über den Netzanschluss 64 und das Ladege- rät 62 soweit geladen werden, dass der Energiefüllstand 34 nicht unterschritten wird. So kann der Energiespeicher 12 vorteilhaft nicht in einen tiefentladenen Zustand geraten. Im Falle eines Akkumulators als Energiespeicher 12 könnte der tiefentladene Zustand dem Akkumulator schaden. Im Falle eines Kondensators als Energiespeicher stellt das Energieniveau 34 beispielsweise eine Grenze, ins- besondere eine Spannungsgrenze dar, unterhalb derer angeschlossene Trainingsvorrichtungen nicht mehr motorisch arbeiten können.
In einer in Figur 4 gestrichelt dargestellten weiteren Ausführungsvariante des Trainingssystems 60 sind die Trainingsvorrichtungen 1 , 2 und 3 jeweils - mittels gestrichelt dargestellten Verbindungsleitungen 31 ', 33' beziehungsweise 68' - über einen Laderegler 80 mit dem Energiespeicher 12 verbunden. Die Verbindungsleitung 68' tritt dann anstelle der Verbindungsleitung 68, die Verbindungsleitungen 31' und 33' anstelle der Verbindungsleitungen 31 und 33 zum Laden des Energiespeichers 12, so dass die Verbindungsleitungen 31 und 33 die Trainingsvorrichtungen 1 beziehungsweise 2 im motorischen Betrieb mit Energie aus dem Energiespeicher 12 versorgen.
Der Laderegler 80 ist ausgangsseitig mit einer Beleuchtungsvorrichtung 82 und mit dem Energiespeicher 12 verbunden. Der Laderegler 80 ist ausgebildet, den Energiespeicher 12 bis zum Erreichen eines vorbestimmten Energiefüllstandes, beispielsweise dem Energiefüllstand 36, zu laden und weitere von den Trainings- Vorrichtungen erzeugte elektrische Energie an die Beleuchtungsvorrichtung 82 abzugeben. So kann vorteilhaft verhindert werden, dass der Energiespeicher 12 überladen wird. Die von den Trainingsvorrichtungen überschüssig erzeugte elektrische Energie kann sinnvoll in Licht gewandelt werden. Die Beleuchtungsvorrichtung 82 weist dazu beispielsweise wenigstens eine Gasentladungslampe und/oder Lumineszenzdioden auf. Mittels des so gebildeten Trainingssystems wird auch mittels der zuvor erwähnten überschüssigen Energie die Raumtemperatur eines Raumes, in dem das Trainingssystem 60 angeordnet ist, nicht oder nicht wesentlich erhöht. Vorteilhaft weist die Beleuchtungsvorrichtung, welche beispielsweise Lumineszenzdioden aufweist, eine Lichtausbeute größer als bei Glühlampen auf, sodass mittels der überschüssigen Energie weniger Wärme erzeugt wird, als im Vergleich zu Trainingsvorrichtungen, die ausgebildet sind, von einem Benutzer mittels Muskelkraft aufgewendete Energie - beispielsweise mittels eines Reibungsmechanismus - nur in Verlustwärme zu wandeln.
Figur 5 zeigt ein Diagramm 70. Das Diagramm 70 weist eine Zeitachse 72 auf und eine Amplitudenachse 74. Die Amplitudenachse 74 repräsentiert das Energieniveau des in Figur 4 bereits dargestellten Energiespeichers 12. Dargestellt ist auch das Energieniveau 36 und das Energieniveau 34, welches kleiner ist als das Energieniveau 36. Das Energieniveau 34 repräsentiert in diesem Ausführungsbeispiel eine Grenze, unterhalb derer der Energiespeicher 12 tiefentladen ist. Das Energieniveau 36 repräsentiert einen Energiefüllstand, in dessen Bereich der Energiespeicher sowohl Energie bis zum Erreichen des Energieniveaus 34 abgeben kann, als auch noch weitere Energie bis zum Energieniveau 42 aufnehmen kann. Die in Figur 4 dargestellten Trainingsvorrichtungen 1 und 2 können beispielsweise im Bereich um das Energieniveau 36 mit einem guten Wir- kungsgrad arbeiten. Dargestellt ist auch eine Kurve 76. Die Kurve 76 repräsentiert einen Trainingszyklus, beispielsweise der Trainingsvorrichtung 1 in Figur 4. Während eines Zeitabschnitts 77 des Trainingszyklus 78 wird - beispielsweise durch Ziehen eines Übungselements, insbesondere des in Figur 1 bereits dargestellten Übungselements 20 - von der Trainingsvorrichtung 1 generatorisch elekt- rische Energie erzeugt und in den Energiespeicher 12 über die Verbindungsleitung 31 eingespeist. Während des Zeitintervalls 79 wird elektrische Energie von dem Energiespeicher 12 entnommen. Während des Trainingszyklus 78 wird von der Trainingsvorrichtung 3 generatorisch erzeugte elektrische Energie in den E- nergiespeicher 12 eingespeist.
Das Unterschreiten eines vorbestimmten Energieniveaus, beispielsweise des
Energieniveaus 34, kann durch Zuladen des Energiespeichers 12 über das Ladegerät 62 verhindert werden. Bis zum Erreichen des Energieniveaus 34 verbleibt so vorteilhaft noch Gelegenheit, vor Erreichen des tiefentladenen Zustan- des den Energiespeicher 12 mit generatorisch erzeugter Energie einer anderen Trainingsvorrichtung zu laden, bevor Energie aus einem fremden Wechselstrom- netz entnommen werden muss, um den tiefentladenen Zustand des Energiespeichers 12 zu verhindern. Im Falle eines Nachladens aus dem Wechselstromnetz bei Unterschreiten des Energieniveaus 36 kann der Energiespeicher vorteilhaft in einem für den Wirkungsgrad der Trainingsvorrichtungen 1 und 2 im motorischen Betrieb optimalen Arbeitsspannung gehalten werden.
Dargestellt ist auch eine Kurve 75, welche den Energiefüllstand des Energiespeichers 12 repräsentiert, der von der Trainingsvorrichtung 1 während eines akzentuierten Negativtrennens über mehrere Trainingszyklen hinweg entladen werden würde. Ein Kurvenabschnitt 75' kennzeichnet einen Kurvenverlauf der Kurve 75 für eine Ausführungsform des Trainingssystems gemäß Figur 4, bei dem das Ladegerät 62 ausgebildet ist, den Energiespeicher 12 bei einem Unterschreiten des Energiefüllstands 36 mit elektrischer Energie aus dem Wechselstromnetz 66 nachzuladen.

Claims

Ansprüche
1. Trainingsvorrichtung (1) mit einem mit einer Benutzerschnittstelle (20) wirkverbundenen Antrieb (5, 7), wobei der Antrieb (5, 7) wenigstens eine elektrische Maschine (5) umfasst, welcher ausgebildet ist, ein Drehmoment, insbesondere 5 unterstützendes Moment oder Bremsmoment, zu erzeugen und dieses auf die
Benutzerschnittstelle (20) zu übertragen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trainingsvorrichtung (1) einen mit der elektrischen Maschine verbundenen Energiespeicher für elektrische Energie aufweist und ausgebildet ist, die elektri-0 sehe Maschine (5) insbesondere während wenigstens eines Trainings, insbesondere Trainingszyklus, im Generatorbetrieb zu betreiben und im Generatorbetrieb erzeugte Energie in dem Energiespeicher (12) zu speichern und die elektrische Maschine (5) mit der gespeicherten Energie zum Erzeugen des Drehmoments während des Trainings im Motorbetrieb zu betreiben.
5 2. Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Benutzerschnittstelle wenigstens ein Übungselement (20) aufweist, welches mit der elektrischen Maschine wirkverbunden und die Trainingsvorrichtung ausgebildet ist, dass das Übungselement (20) von einer Ausgangsposition in eine o Endposition (20') und wieder zurück in die Ausgangsposition bewegt werden kann.
3. Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trainingsvorrichtung eine Steuereinheit (10) aufweist, wobei die Steuereinheit 5 (10) ausgebildet ist, eine Position eines Übungselements (20) der Benutzerschnittstelle zu erfassen und das Drehmoment in Abhängigkeit der Position des Übungselements (20) zu erzeugen.
4. Trainingsvorrichtung (1) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
0 die elektrische Maschine(5) einen mit der Steuereinheit (10) verbundenen Rotorpositionssensor aufweist, und die Steuereinheit (10) ausgebildet ist, die Position des Übungselements (20) in Abhängigkeit einer Rotorposition eines Rotors der elektrischen Maschine (5) zu ermitteln.
5. Trainingsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Energiespeicher (12) durch wenigstens einen Kondensator, insbesondere Doppelschichtkondensator gebildet ist.
6. Trainingsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Energiespeicher (12) durch wenigstens einen Akkumulator gebildet ist.
7. Trainingsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Benutzerschnittstelle eine Zugvorrichtung (14, 16) mit einem Übungselement (20) aufweist, wobei das Übungselement (20) mit der elektrischen Maschine (5) wirkverbunden ist.
8. Trainingsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Trainingsvorrichtung einen Anschluss für ein elektrisches Netz aufweist und ausgebildet ist, im motorischen Betrieb wenigstens einen Teil der elektrischen Energie aus dem Energiespeicher zu entnehmen und einen übrigen Teil der e- lektrischen Energie aus einem elektrischen Netz zu entnehmen.
9. Trainingssystem mit wenigstens einer Trainingsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Trainingssystem wenigstens eine weitere Trainingsvorrichtung, insbesondere Rudertrainer oder Fahrradtrainer umfasst, wobei die weitere Trainingvorrichtung ausgebildet ist, wenigstens in einem generatorischen Betrieb mittels Muskelkraft elektrische Energie zu erzeugen und die weitere Trainingsvorrichtung mit dem Energiespeicher der Trainingsvorrichtung verbunden ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Trainingsvorrichtung (1), bei dem mittels eines insbesondere elektronisch kommutierten Elektromotors (5) ein Drehmoment, insbesondere unterstützendes Moment oder Bremsmoment erzeugt wird und dieses an eine Benutzerschnittstelle (20) abgeben wird, wobei während eines Trainings in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 5 gewonnene Energie (37) in einem Energiespeicher (12) der Trainingsvorrichtung
(1) gespeichert wird und während des Trainings zum Antreiben der elektrischen Maschine (5) in einem Motorbetrieb wenigstens teilweise wieder abgegeben wird.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10,
bei dem während eines Trainingszyklus bei einem Bewegtwerden eines mit der0 elektrischen Maschine (5) verbundenen Übungselements (20) in dem Generatorbetrieb ein Bremsmoment erzeugt wird und das Übungselement (20') mittels der gespeicherten Energie im Motorbetrieb mindestens unterstützend zurückgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 ,
5 bei dem das Drehmoment in Abhängigkeit einer Position des Übungselements
(20) und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Übungselements (20) mittels der elektrischen Maschine (5) erzeugt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, bei dem während eines Trainingszyklus, insbesondere bei einem Hinbewegen o eines Übungselements, weniger generatorische Energie erzeugt wird als motorische Energie verbraucht wird und eine Differenz aus der motorischen Energie und der generatorischen Energie aus einem elektrischen Netz (66) oder dem E- nergiespeicher (12) zum Speichern elektrischer Energie empfangen wird, wobei der Energiespeicher von einer weiteren Trainingsvorrichtung (2, 3) mit generato- 5 risch erzeugter elektrischer Energie geladen wird.
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