Brevet FR2708862A3 — publié le 19950217

FR 2708862 A3 19950217 FR 9309868 A 19930811 "Dispositif de résistance dynamique pour un appareil de culture phYsique" L'invention concerne un dispositif de résistance dynamique, et elle a trait, plus particulierement, à un dispositif de résistance dynamique pour un appareil de culture physique. L'appareil de culture physique que l'on utilise actuellement pour l'entraînement du corps est représenté sur la figure 1. L'appareil de culture physique M de la technique antérieure comprend une structure principale qui a recours à un contrepoids ou à un bloc de caoutchouc pour opposer une certaine résistance à l'utilisateur. On peut conclure aux défauts suivants I) lorsque l'utilisateur essaye d'augmenter ou de diminuer la résistance, il doit cesser son exercice physique tout d'abord, puis procéder à un réglage en accroissant ou en réduisant le contrepoids S fixé à l'appareil. Ce réglage prend du temps et interrompt la continuité de l'exercice physique. L'effet de cet exercice se trouve largement diminué. 2) du fait que la technique antérieure fait appel à des blocs de fonte S comme contrepoids, ce dernier est trop pesant pour que l'utilisateur effectue un réglage précis. L'utilisateur ne peut pas sélectionner une résistance prédéterminée comme objectif de son exercice. Ici encore, l'effet de l'exercice se trouve largement diminué. 3) lorsque le contrepoids tombe jusqu'à sa position initiale, il fait beaucoup de bruit étant donné qu'il entre en collision avec d'autres contrepoids. Non seulement il est bruyant vis-à-vis des autres utilisateurs, mais il est aussi source d'inconfort pour l'utilisateur luimême. La présente invention a pour objet principal de fournir un dispositif de résistance dynamique ayant une structure simple. En outre, pour augmenter l'effet de l'exercice, on peut sélectionner avec précision la résistance qu'oppose ce dispositif. La présente invention a également pour objet de fournir un dispositif de résistance dynamique dans lequel il est possible de déterminer préalablement la résistance par l'intermédiaire d'un tableau informatisé. Pour atteindre les objets décrits ci-dessus, la présente invention utilise un moteur à courant continu. Du fait que le couple du moteur est lié linéairement au courant de ce moteur, on peut déterminer le couple à l'aide de l'équation suivante T = K.O.N.I où : K est une constante, N est le nombre de spires totales des enroule ments, T représente le couple, O représente le flux magnétique total, et I est le courant. Du fait que K, O et N sont constants, on peut voir que la relation entre T et I est alinéaire. Par conséquent, le couple de sortie reste constant si le moteur est alimenté avec un courant constant. Si on applique un couple antagoniste à l'arbre de sortie du moteur, l'arbre de ce moteur tourne en sens inverse. I1 en résulte que le couple engendré par le courant d'entrée oppose une résistance à l'utilisateur dont l'action s'oppose au couple. Si le couple cesse d'être appliqué extérieurement, le moteur reprend sa direction initiale. En résumé, on peut facilement remplacer les contrepoids par le couple engendré par le moteur à courant continu. Ce dispositif de résistance dynamique, d'une part, a une structure compacte et, d'autre part, il est possible de choisir facilement la charge. De plus, la rotation du moteur à courant continu engendre très peu de bruit. Ce dispositif peut procurer à l'utilisateur un environnement très confortable pour la culture physique. En outre, il est possible de connecter le dispositif de résistance dynamique à un dispositif de commande programmable qui sélectionne un profil ou plan d'exercice. Ce dispositif de commande envoie un signal numérique/analogique pour commander le courant d'entrée du moteur. La résistance est ensuite modifiée facilement en fonction du programme d'exercice. On va maintenant décrire de façon plus complète la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de culture physique ou appareil de musculation mécanique de la technique antérieure ; la figure 2 est une vue en perspective montrant un dispositif de résistance dynamique pour un appareil de culture physique réalisé selon la présente invention ; la figure 3 est une vue en perspective éclatée montrant un dispositif de résistance dynamique réalisé selon la présente invention ; la figure 4 est un schéma synoptique d'un dispositif de commande informatisé, dans lequel un dispositif de résistance dynamique est incorporé ; la figure 6 est un second mode de réalisation préférable d'un dispositif de résistance dynamique réalisé selon la présente invention ; et la figure 7 est un troisième mode de réalisation préférable d'un dispositif de résistance dynamique réalisé selon la présente invention. On va se référer aux figures et particulièrement aux figures 2 et 3. Le dispositif de résistance dynamique Al de la présente invention comprend un bâti-support 1, un dispositif d'actionnement 2, un treuil 3, un dispositif 4 réducteur de vitesse, un dispositif 5 de guidage et d'arrêt de câble et un capot 6. Le dispositif d'actionnement 2 qui comprend un moteur 20 à courant continu et un arbre de sortie 21 est installé dans le bâti-support 1. Le moteur 20 peut être muni d'un ventilateur 200 pour son refroidissement. Le treuil 3 est monté sur les plaques latérales 11 du bâtisupport 1 à l'aide de deux paliers 12 fixés respectivement sur les plaques latérales 11. Le treuil 3 comprend un tambour d'enroulement 30 et un câble 31. Le tambour d'enroulement 30 s'étend coaxialement au premier arbre rotatif 300 et à un second arbre rotatif 301. Lorsque le tambour d'enroulement 30 tourne, les arbres rotatifs 300, 301 tournent en conséquence. Une des extrémités du câble 31 est fixée au tambour d'enroulement 30. Le câble 31 est ensuite enroulé dans une rainure hélicoïdale 311 du tambour d'enroulement 30. Le dispositif réducteur 4 comprend une première roue dentée 40 et une seconde roue dentée 41, lesdites première et seconde roues dentées 40, 41 étant reliées par une courroie crantée 42. La roue dentée 40 est fixée à l'arbre de sortie 21 du moteur 2 et la seconde roue dentée 41 est fixée au premier arbre rotatif 300 relié au tambour d'enroulement 30. Lorsque le moteur 2 tourne, le treuil 3 est entraîné en rotation par l'intermédiaire du mécanisme de liaison constitué par la première roue dentée 40, la seconde roue dentée 41 et la courroie crantée 42. Le dispositif 5 de guidage et d'arrêt de câble est monté à l'autre extrémité du câble 31 pour éviter que le câble entier soit enroulé par le tambour d'enroulement 30. Dans ce mode de réalisation préférable, le dispositif 5 de guidage et d'arrêt de câble comprend une plaque d'arrêt 50 et une boule 51 en caoutchouc. La plaque d'arrêt 50 est montée en travers du dessus du bâti-support 1 et comporte une fente 500. Le câble 31 peut passer librement à travers la fente 500. Du fait que le diamètre de la boule 51 en caoutchouc est supérieur à la largeur de la fente 500, le déplacement de la boule de caoutchouc se trouve par conséquent limité par son arrivée sur cette fente lorsque le câble 31 est rappelé sur le tambour d'enroulement 30. D'autre part, une poignée 53 est montée sur la plaque d'arrêt 50 en vue de faciliter le transport de l'appareil. Un anneau 52 est fixé à l'extrémité libre du câble 31, la position de cet anneau 52 est située au-dessus de la boule 51 en caoutchouc. L'anneau 52 peut être attaché à un autre système de câble tel que celui de l'appareil de culture physique ou appareil de musculation représenté sur la figure 1. Un capot 6 est disposé sur le bâti-support 1 pour protéger celui-ci contre la poussière et la chute de débris. Comme on l'a décrit ci-dessus, la relation entre le couple T et le courant d'entrée I est linéaire et, lorsqu'un courant constant est appliqué au moteur 20, le couple T fourni par l'arbre 21 reste à une valeur constante. Lorsque l'utilisateur applique une force de traction sur l'anneau 52, le câble 31 est déroulé du tambour d'enroulement 30. Grâce au mécanisme de liaison constitué par la première roue dentée 40, la seconde roue dentée 41 et la courroie crantée 42, la force de traction est transmise au moteur 20 sous la forme d'un couple antagoniste. Si le couple antagoniste est supérieur au couple T engendré par le moteur 20, alors le moteur 20 est entraîné en rotation dans un sens opposé à son sens de rotation initial. Lorsque la force de traction cesse d'être appliquée, le moteur 20 reprend alors son sens de rotation initial et rappelle le câble 31 autour du tambour d'enroulement 30. Le dispositif décrit ci-dessus peut remplacer, avec succès, les contrepoids S formés de blocs de fonte. Le présente dispositif a une structure silencieuse et simple. En outre, une cavité 70 est formée dans l'extrémité de l'arbre de la seconde roue dentée 41 et on insère une manette 71 dans cette cavité pour faire tourner manuellement le tambour d'enroulement 30 afin d'enrouler le câble 31 sur le tambour d'enroulement 30. Pour enrouler facilement le câble 31, un dispositif de guidage 8 est prévu au voisinage du tambour d'enroulement 30. Ce dispositif de guidage 8 comprend un rouleau d'appui 80, deux supports 81, un élément élastique 82, deux baguespaliers 83 et un axe 84. Le rouleau 80 comporte deux tourillons de montage 800 s'étendant vers l'extérieur pour faciliter le montage du rouleau 80 sur le support 81. Un trou traversant 810 est formé dans la partie inférieure de chaque support 81 en regard du trou traversant 820 de l'élément élastique 82 et du trou traversant 830 de la bague-palier 83. L'élément élastique 82 est monté entre le support 81 et l'axe 84. A mesure que le support 81 tourne avec l'axe 84, l'élé- ment élastique 82 exerce une force de rappel sur ce support 81. Grâce à cette disposition, le rouleau 80 est en contact uniforme avec le câble 31 enroulé sur le tambour d'enroulement 30 en étant poussé dans la rainure 311. Pour faciliter la commande de ce dispositif de résistance dynamique Al, on a incorporé un dispositif électronique de commande 90 et un codeur 91. Ce dispositif électronique de commande 90 est fixé à une carte de circuit imprimé 100 qui est montée sur le bâti-support 1. En se référant à la figure 4, on voit que l'on y a représenté un mode de réalisation préférable du dispositif électronique de commande 90. Ce dispositif de commande 90 est conçu pour ajuster le courant d'entrée I du moteur 20 de manière à adapter le couple T engendré par ce moteur 20. Ce réglage peut être effectué par l'intermédiaire d'un tableau de commande 900 qui peut introduire un profil ou schéma d'exercice prédéterminé. Le dispositif électronique de commande 90 comprend un tableau de commande 900, un convertisseur numérique-analogique D/A, un circuit tampon Ul, un premier comparateur U2, un second comparateur U3, un transistor pilote Q1, trois transistors de puissance Q2-Q4, une diode D1 fonctionnant en roue libre, un condensateur de filtrage C1, deux absorbeurs de pointes de courant, MOV1-2, un transformateur T1, deux thyristors SCR1-2, deux diodes redresseuses D23, un circuit de déclenchement TC. Les thyristors SCR1-2 et les diodes D2-3 forment, conjointement, un pont redresseur qui fournit le courant au moteur 20. L'absorbeur de pointe de courant MOV1-2 est utilisé pour protéger les thyristors SCR12. Lorsque le moteur 20 tourne en sens opposé, une tension induite est engendrée et cette tension induite circule dans une boucle par l'intermédiaire de Q2-Q4 et de D1. Le codeur 91 comprend un boîtier 910, un capteur 911, un premier pignon 912, un second pignon 913, un aimant 914 et un élément de liaison 915. Le premier pignon 9 est monté sur le second arbre rotatif 301 du tambour d'enroulement 30. Le premier pignon 912 est entraîné en rotation avec l'élément de liaison 915 et l'élément 914, des centaines de pôles magnétiques étant formés sur la circonférence de l'aimant. L'élément de liaison 915 est monté en travers du boîtier 910 et amène le premier pignon 912 et le second pignon 913 à engrener mutuellement. Le capteur 911 est conçu pour détecter l'aimant 914 et pour envoyer un signal détecté à l'orifice d'entrée du tableau de commande 900, ce signal étant utilisé comme paramètre pour calculer la distance équivalente couverte par l'exercice et le nombre de calories brûlées. Le tableau de commande 900 envoie un signal à 8 bits au convertisseur numérique-analogique D/A puis au circuit tampon U1 et au premier comparateur U2. Lorsque le premier comparateur U2 reçoit ce signal, il le compare avec le signal de rétroaction fourni par le moteur 20. Si le signal analogique est plus grand que le signal de rétroaction, cela signifie que le courant I du moteur 20 est inférieur au courant prédéterminé. La sortie du premier comparateur U2 est alors haute, ce qui permet à Q1, Q2-Q4 d'être bloqués. Le courant traverse une résistance d'équilibrage R4-R6 et une résistance de rétroaction R7. Ce signal est renvoyé par l'intermédiaire du point de connexion A pour augmenter le signal de rétroaction. Si le signal de rétroaction est supérieur au signal analogique, le premier comparateur U2 génère une tension zéro, Q1-Q4 cessent alors d'être bloqués pour abaisser le signal de courant de rétroaction. Grâce à cette disposition, le courant fourni au moteur 20 est maintenu constant. Par ailleurs, le second comparateur U3 est conçu pour commander le circuit de déclenchement TC de SCR. Ce comparateur utilise le transformateur d'impulsions T1 pour commander l'angle d'amorçage de SCR. Entre l'émetteur et le collecteur de Q2-Q4, il existe une chute de tension élevée, celle-ci ayant pour effet que les transistors de puissance engendrent de la chaleur et gaspillent de l'énergie. Par conséquent, la présence du second comparateur U3 est utilisée pour maintenir la tension entre l'émetteur et le collecteur à un niveau bas afin de réduire la consommation d'énergie des transistors de puissance Q2-Q4. Le dispositif décrit ci-dessus est le dispositif de résistance dynamique de la présente invention. Comme on peut le voir sur la figure 5, un dispositif de résistance dynamique Al pouvant remplacer totalement le bloc de fonte S est incorporé dans un appareil de culture physique ou appareil de musculation. Le câble de traction Y de l'appareil de culture physique M peut être relié au câble 31 par l'intermédiaire de l'anneau 52. Du fait que le sens de rotation du treuil 3 est opposé au sens de rotation du moteur 20, le moteur 20 applique un couple résistant au treuil 3. A mesure que le courant d'entrée du moteur augmente, le couple résistant augmente en conséquence. Cette force de résistance est similaire à celle du bloc de fonte S ou d'un élément élastique, mais elle procure un environnement silencieux que la technique antérieure ne procure jamais. En outre, il est possible de déterminer au préalable un profil d'exercice physique par l'intermédiaire du tableau de commande 900, ceci permettant à l'utilisateur de se livrer d'une façon continue à un exercice tout en pouvant modifier la résistance pendant la période complète d'exécution de cet exercice. Du fait qu'il est possible d'installer/démonter facilement le dispositif de résistance dynamique Al, ce dispositif se révèle extrêmement commode pour l'utilisateur. On peut facilement le démonter d'un appareil et l'installer sur un autre appareil, ce qui donne à l'utilisateur une plus grande possibilité de sélection. La figure 6 représente un second mode de réalisation préférable du dispositif de résistance dynamique réalisé selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, un système 4a d'engrenage solaire-satellites est installé entre le dispositif 4 réducteur de vitesse, entraîné par la courroie crantée 42, et le treuil 3. Ce système d'engrenage solaire-satellites procure un couple plus élevé et présente un rapport de réduction plus élevé. Ce dispositif peut être installé sur un appareil de culture physique qui demande un couple plus important. La figure 7 représente un troisième mode de réalisation préférable dans lequel le réducteur de vitesse 4a est entraîné directement par le moteur 20 et la courroie crantée 42 est éliminée. Grâce à cette disposition, la hauteur du dispositif de résistance dynamique Al se trouve considérablement réduite. On peut monter ce mode de réalisation dans un appareil de culture physique qui occupe un petit espace. I1 est bien entendu que la description qui précède n'est donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de résistance dynamique pour un appareil de culture physique, caractérisé par le fait qu'il comprend - un bâti-support (1) ; - un dispositif d'actionnement (2) qui est monté dans ledit bâti-support et qui comprend un moteur (20) et un arbre de sortie (21) ; - un treuil (3) comprenant un tambour d'enroulement (30) et un câble (31), le tambour d'enroulement étant disposé coaxialement à un premier arbre rotatif (300) et un second arbre rotatif (302), et lorsque le tambour d'enroulement tourne, les premier et second arbres tournent en conséquence, une des extrémités du câble (31) étant fixée au tambour d'enroulement (30) et le câble (31) étant enroulé dans une rainure hélicoïdale (311) du tambour d'enroulement ; - un dispositif (4) réducteur de vitesse comprenant une première roue dentée (40) et une seconde roue dentée (41), les première et seconde roues dentées étant reliées l'une à l'autre par une courroie crantée (42), ladite première roue dentée (40) étant fixée à l'arbre de sortie (21) du moteur (2) et la seconde roue dentée (41) étant fixée au premier arbre rotatif (300) qui est accouplé au tambour d'enroulement (30) ; - un dispositif (5) de guidage et d'arrêt de câble comprenant une plaque d'arrêt (50) et une boule (51) en caoutchouc, ladite plaque d'arrêt étant montée en travers du dessus du bâti-support (I) et comportant une fente (500), le câble (31) pouvant passer librement à travers ladite fente (500), le diamètre de la boule (51) en caoutchouc étant plus grand que la largeur de la fente (500) et la boule de caoutchouc limitant le déplacement du câble lorsque celui-ci est rappelé sur le tambour d'enroulement (30) ; et - un capot (6) qui peut être fixé au bâtisupport (1) pour empêcher l'entrée des poussières et des souillures. 2. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif (5) de guidage et d'arrêt de câble comprend, en outre, une poignée (53) pour faciliter la manipulation de l'appareil. 3. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif (5) de guidage et d'arrêt de câble comprend, en outre, un anneau (52) se trouvant à une hauteur supérieure à celle de la boule (51) en caoutchouc. 4. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'extrémité libre du câble comporte un anneau. 5. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une cavité (70) est formée sur l'arbre de la seconde roue dentée (41) et une manette (71) est insérée dans cette cavité pour qu'on puisse faire tourner manuellement le tambour d'enroulement afin d'enrouler le câble (31) sur ce tambour. 6. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un dispositif de guidage (8) disposé de façon adjacente au tambour d'enroulement (30), ce dispositif de guidage comprenant un rouleau d'appui (80), deux éléments de support (81), un élément élastique (82), deux bagues-paliers (83) et un arbre (84), ledit rouleau comportant deux tourillons (21) s'étendant vers l'extérieur pour faciliter le montage du rouleau sur les éléments de support (81), un trou traversant (810) ménagé dans la partie inférieure de l'élément de support (81) en face du trou traversant de l'élément élastique (82) et du trou traversant (830) de la bague-palier (80), l'élément élastique étant monté entre les éléments de support sur l'arbre. 7. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une boîte de réduction de vitesse supplémentaire peut être montée entre le dispositif réducteur (4) et le treuil (3) pour procurer un couple plus important. 8. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le treuil (3) peut être couplé au moteur (20) à courant continu. 9. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, un dispositif électronique de commande (90), ledit dispositif (90) étant fixé sur une carte (100) de circuit imprimé qui est montée sur le dessus du bâti-support (1), le dispositif électronique de commande étant en outre relié à un tableau de commande informatisé (900), un signal analogique/numérique émis par le tableau de commande étant utilisé pour régler le courant du moteur de manière que l'on obtienne ainsi un couple différent, un profil d'exercice pouvant, grâce à cette disposition, être déterminé préalablement afin que l'utilisateur puisse effectuer un exercice physique d'une manière continue. 10. Dispositif de résistance dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, un codeur (91) comprenant un boîtier (910), un capteur (911), un premier pignon (912), un second pignon (913), un aimant (914) qui comporte des centaines de pôles magnétiques sur sa circonférence, un mécanisme de liaison (915), ledit premier pignon (912) étant monté sur le second arbre rotatif (301) du tambour d'enroulement (30), le premier pignon (912) étant entraîné en rotation avec le mécanisme de liaison (915) et l'aimant (914), ledit mécanisme de liaison étant monté en travers du boîtier (910) et étant agencé de telle sorte que le premier pignon (912) et le second pignon (913) engrènent mutuellement, le capteur (911) étant conçu pour détecter l'aimant (914) et pour envoyer un signal détecté à l'entrée dudit tableau de commande (900), ce signal étant utilisé comme un paramètre pour calculer la distance équivalente à l'exercice physique et le nombre de calories brûlées.