一種新型可實現發電供電的簡易健身設施的製作方法

2023-06-25 22:50:06 2

一種新型可實現發電供電的簡易健身設施的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型可實現發電供電的簡易健身設施，包括其基本結構為繞一固定軸的往復圓弧運動的簡易健身設施，在與簡易健身設施同軸位置上設置齒輪一，轉子線圈設置在齒輪一上並與簡易健身設施的轉動結構位置對應，高磁性永久磁鐵固定在轉動結構上並與轉子線圈對應，齒輪二與轉動結構為一整體的擺腿連接構成偏心連接機構，在齒輪一與齒輪二間設有變速裝置，穩壓裝置與轉子線圈的引出線連接，在穩壓裝置後依次連接有儲電裝置和供電裝置，本實用新型把全民健身與開發綠色新能源巧妙的融合在一起，將人們健身所產生的機械能轉化為電能並加以儲存，通過USB通用接口輸出儲存電能，且裝置簡單，使用安全程度高，有較高的推廣價值。
【專利說明】—種新型可實現發電供電的簡易健身設施

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種新型可實現發電供電的簡易健身設施，屬於健身設備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]目前國內外所使用的簡易健身設施，人們健身做功所產生的能量，全部以熱能的形式散失，造成極大的浪費。通過對簡易健身設施的改進，使其具備發電儲電和供電的功能，既滿足國家倡導全民健身和積極推廣綠色環保能源開發利用的相關文件精神的要求，又能使廣泛利用綠色環保能源的理念深入人民生活。


【發明內容】

[0003]本實用新型的目的是:提供一種實用、環保的新型可實現發電供電的簡易健身設施，該設施能利用健身時產生的能量以電能的形式存儲並供給，以克服現有技術的不足。
[0004]本實用新型的技術方案
[0005]一種新型可實現發電供電的簡易健身設施，包括其基本結構為繞一固定軸的往復圓弧運動的簡易健身設施，在與簡易健身設施同軸位置上設置齒輪一，轉子線圈設置在齒輪一上並與簡易健身設施的轉動結構位置對應，高磁性永久磁鐵固定在轉動結構上並與轉子線圈對應，齒輪二與轉動結構為一整體的擺腿連接構成偏心連接機構，在齒輪一與齒輪二間設有變速裝置，穩壓裝置與轉子線圈的引出線連接，在穩壓裝置後依次連接有儲電裝置和供電裝置。
[0006]前述的可實現發電供電的簡易健身設施中，在轉子線圈與齒輪一間設有超越離合器，在齒輪一與轉子線圈間設有超越離合器，從而保證在簡易健身設施的轉動結構停轉後，轉子線圈能繼續轉動並同時切割磁感線。
[0007]前述的可實現發電供電的簡易健身設施中，所述變速裝置為至少一個變速齒輪構成的齒輪組，該變速齒輪組主要用於提高轉子線圈的轉速。
[0008]前述的可實現發電供電的簡易健身設施中，儲電裝置採用鋰電池為本體，在鋰電池上設計接口，並在鋰電池內設置保護電路，該保護電路採用現有技術，其保護電路的功能原理為:
[0009]I)當鋰電池充電未飽和時，裝置產生電能通過鋰電池進行儲存；
[0010]2)當鋰電池充電飽和時，將其短路，多餘電能通過一個阻值較大的電阻R轉化為熱能散失；
[0011]3)、當穩壓裝置故障導致輸出電壓過大時，為防止鋰電池燒壞，將其短路，電能通過較大阻值的電阻R轉化為熱能散失。
[0012]本實用新型的原理為，利用基本結構為繞一固定軸的往復圓弧運動的簡易健身設施一作為機體，通過簡易健身設施的轉動結構驅動高磁性永久磁鐵作同樣的往復圓弧運動，轉子線圈與轉動結構為一整體的擺腿連接形成偏心連杆機構，使得轉動結構的圓弧運動為轉子線圈的定軸轉動，即高磁性永久磁鐵形成封閉的擺動磁場，轉子線圈在磁場內旋轉切割磁感線，再將生產出的電採用現有的穩壓技術穩壓後，最後存儲並供電。
[0013]由於採用了上述技術方案，與現有技術相比，本實用新型採用現有技術的簡易健身設施作為本體，在簡易健身設施裝入轉子線圈和高磁性永久磁鐵安裝在簡易健身設施使其構成一個發電整體，並將簡易健身設施的圓弧擺動轉換為轉子線圈的圓周運動，實現超過簡易健身設施轉子線圈在磁場內切割磁感線產生電流目的，並最終穩壓後存儲並供電，本實用新型結構簡單，發電效率好且非常環保，具有很好市場前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1是本實用新型原理示意圖；
[0015]附圖2是本實用新型中發電裝置結構示意圖；
[0016]附圖3是本實用新型中穩壓裝置的電路原理圖；
[0017]附圖4是本實用新型的儲電裝置中電路保護原理圖；
[0018]附圖中的標記為:1-簡易健身設施、2-齒輪一、3-轉子線圈、4-轉動結構、5-高磁性永久磁鐵、6-齒輪二、7-變速裝置、8-穩壓裝置、9-儲電裝置、10-供電裝置、11-發電裝置、12-擺腿。

【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型用作進一步的詳細說明，但不作為對本實用新型的任何限制。
[0020]本實用新型的實施例:本發明的原理為，利用基本結構為繞一固定軸的往復圓弧運動的簡易健身設施一(本實施例中採用太空漫步機)作為機體，通過簡易健身設施的轉動結構(即太空漫步機上護瓦)驅動高磁性永久磁鐵作同樣的往復圓弧運動，轉子線圈與轉動結構為一整體的擺腿(即太空漫步機上擺腿)連接形成偏心連杆機構，使得轉動結構的圓弧運動為轉子線圈的定軸轉動，即高磁性永久磁鐵形成封閉的擺動磁場，轉子線圈在磁場內旋轉切割磁感線，再將生產出的電採用現有的穩壓技術穩壓後，最後存儲並供電。
[0021]如附圖1所示，本實施例中包括發電裝置11、穩壓裝置8、儲電裝置9和供電裝置
10,上述裝置依次連接以實現發電存電及供電。
[0022]如附圖2所示，發電裝置11採用電磁感應原理，其中發電裝置11以其基本結構為繞一固定軸的往復圓弧運動的簡易健身設施I (即太空漫步機)作為機體，在與簡易健身設施I同軸位置上設置齒輪一 2，轉子線圈3設置在齒輪一 2上並與簡易健身設施I的轉動結構4 (即太空漫步機上護瓦)位置對應，在轉子線圈3與齒輪一 2間設有超越離合器，高磁性永久磁鐵5固定在轉動結構4上並與轉子線圈3對應，齒輪二 6與轉動結構4為一整體的擺腿12 (即太空漫步機上擺腿)連接構成偏心連接機構，在齒輪一 2與齒輪二 6間設有變速裝置7，本實施例中變速裝置7採用3座齒輪組實現齒輪一 2的擴速，其中齒輪一 2和齒輪三6採用現有技術的普通齒輪，變速裝置7中的3座齒輪採用現有技術中的變速齒輪。
[0023]上述發電裝置的發電流程為:當簡易健身設施(即太空漫步機)通過人為健身產生擺動，簡易健身設施上的轉動結構(即護瓦)和擺腿(即太空漫步機上擺腿)也隨之擺動，高磁性永久磁鐵因固定在轉動結構上也會與轉動結構同速擺動，並構成一個封閉式磁場，齒輪二與轉動結構一為一整體的擺腿連接構成偏心連接機構，則實現將以擺對的往復圓弧運動轉換為齒輪二繞固定軸圓周轉動，經過變速裝置(即3臺變速齒輪)配合連接後，可增大轉子線圈的轉動速度，則實現轉子線圈在擺動的磁場內轉動切割磁感線發電的目的，在轉子線圈與齒輪一間設有超越離合器的主要目的是，當齒輪一停止(即太空漫步機停止工作時)轉動後轉子線圈還能繼續轉動而切割磁感線發電，從而提高了能量的利用效率。
[0024]公式表述如下:
[0025]col*Rl=co2*R2 和 R1/R2=Z1/Z2 ;
[0026]得ω2/ω 1=R1/R2=Z1/Z2 ;
[0027]而η = (60*ω ) / (2*3.14);
[0028]所以n2/nl=Zl/Z2。
[0029]式中:ω—角速度，rad/s ；R一半徑,m ；Z一齒數；n—轉速，r/min。
[0030]由上述公式推演知，通過多級的齒輪連接，可使轉子線圈獲得較大轉速，提高裝置的發電性能。
[0031]穩壓裝置9設計:穩壓裝置9採用現有技術的設計方案，當發電裝置由於轉動轉子(護瓦)轉動速度的不確定性，導致其所發交流電的電壓和頻率都不夠穩定，無法直接通過儲能裝置儲能，因此將其所發電壓Ul先通入穩壓裝置經過穩壓裝置穩壓，再將穩壓後的電壓通入儲能裝置進行儲存，穩壓裝置原理電路圖(如附圖4所示)，將不穩定的電壓通入AB端，經過變壓器Tl，電容Cl、C2、C3、C4、穩壓二極體VDl、二極體VD2、VD3、VD4、電感性電阻LI及電阻Rl的整流，調壓，穩壓後，輸出穩定的電壓U2，U2的電壓穩定在5—7伏。
[0032]儲電裝置10設計:儲電裝置10採用現有技術的鋰電池作為本體，上述輸出電壓U2通入鋰電池儲存，考慮到該裝置所產生電量不大的特點，所選鋰電池的容量為20000mAh—30000mAh,由於該裝置面向公眾開放，參與健身的人群較多，為了防止鋰電池過充，在U2與鋰電池之間增加保護電路,保護電路由可編程控制器(programable logiccontroller，PLC)編程,實現如下功能:(I)當鋰電池充電飽和時,將其短路,多餘電能通過一個阻值較大的電阻R轉化為熱能散失；當鋰電池充電未飽和時，裝置產生電能通過鋰電池進行儲存，(2)當穩壓裝置故障導致輸出電壓U2過大時，為防止鋰電池燒壞，將其短路，電能通過較大阻值的電阻R轉化為熱能散失。輸入電壓U2通過保護電路後，通過插口與鋰電池接通(方便更換到達使用壽命的鋰電池)，儲電裝置設計功能如附圖4所示。
[0033]供電裝置11設計:該裝置所發電能儲存在儲能裝置(鋰電池)中，目前市場上常用的小功率用電器如手機、MP3、MP4、平板電腦等，它們均可通過數據線連接USB接口進行充電，因此，在鋰電池的另一端接3個USB輸出口，通過USB接口將儲能裝置中所儲電能輸出，其中兩個接口輸出5V IA的電能一個接口輸出5V 2.1A的電能，調壓原理與穩壓裝置相似，其功能通過PLC電路集成實現，5V IA的接口用於給手機、MP3、MP4充電，5V 2.1A的接口用於給平板電腦充電。
[0034]綜上所述，本實施例只是因本發明作具體解釋而說明，並為對其作出任何限制，本發明利用繞一固定軸作往復圓弧運動的簡易健身設施而實施高效發電原理主要是:利用簡易健身設施的圓弧擺動帶動高磁性永久磁鐵擺動，使之形成一個封閉的圓弧擺動磁場，並在簡易健身設施與轉子線圈設計偏心連杆結構，使簡易健身設施的圓弧擺動形式轉換為轉子線圈繞著固定軸圓周運動形式，這樣高磁性永久磁鐵構成一個可擺動的封閉磁場，轉子線圈在磁場內轉動切割磁感線發電，對於把圓弧擺動轉換為圓周運動的方法和結構若是採用現有技術，都應在本發明的保護範圍內。
[0035]本實施例可行性分析
[0036]人體在有氧運動時功率為70W — 150W，經過齒輪組的變速後高磁性永久磁鐵與轉子線圈的相對轉速可達到200r/min — 220r/min,驅動力矩為T，理想驅動力為F，力臂r為發電機構半徑約0.2m。
[0037]由公式 Ρ=Τ*ω, ω = (2*3.14*n)/60 ;
[0038]得T=P/ ω =P/ ( (2*3.14*n)/60)；
[0039]代入數據p= (70—150) W, η= (200—220) r/min ；
[0040]計算得Τ=3.0N*m—7.2N*m ；
[0041]由 F=T*r ;
[0042]代入數據得理想驅動力F=0.6N—1.44N ；
[0043]因為機構中各構件間存在摩擦力，空氣阻力等，所以引入修正係數k=2 ；
[0044]實際所需牽引力Fl=k*F ；
[0045]解得Fl=L 2N—2.88N。
[0046]通過上述計算可知該簡易健身發電儲電與供電裝置所需牽引力為1.2N — 2.88N，並不會增加太多的負載，基本不影響人們對健身裝置的使用。
[0047]本實施例把全民健身與開發綠色新能源巧妙的融合在一起，將人們健身所產生的機械能轉化為電能並加以儲存，通過USB通用接口輸出儲存電能，且裝置簡單，成本較低，所產生電量較小，使用安全程度高，有較高的推廣價值。
[0048]綜上所述，本實施例只是因本實用新型作具體解釋而說明，並為對其作出任何限制，本實用新型利用繞一固定軸作往復圓弧運動的簡易健身設施而實施高效發電原理主要是:利用簡易健身設施的圓弧擺動帶動高磁性永久磁鐵擺動，使之形成一個封閉的圓弧擺動磁場，並在簡易健身設施與轉子線圈設計偏心連杆結構，使簡易健身設施的圓弧擺動形式轉換為轉子線圈繞著固定軸圓周運動形式，這樣高磁性永久磁鐵構成一個可擺動的封閉磁場，轉子線圈在磁場內轉動切割磁感線發電，對於把圓弧擺動轉換為圓周運動的方法和結構若是採用現有技術，都應在本實用新型的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種新型可實現發電供電的簡易健身設施，包括其基本結構為繞一固定軸的往復圓弧運動的簡易健身設施(1)，其特徵在於:在與簡易健身設施(I)同軸位置上設置齒輪一(2)，轉子線圈(3)設置在齒輪一(2)上並與簡易健身設施(I)的轉動結構(4)位置對應，高磁性永久磁鐵(5)固定在轉動結構(4)上並與轉子線圈(3)對應，齒輪二(6)與轉動結構(4)為一整體的擺腿(12)連接構成偏心連接機構，在齒輪一(2)與齒輪二(6)間設有變速裝置(7 )，穩壓裝置(8 )與轉子線圈(3 )的引出線連接，在穩壓裝置(8 )後依次連接有儲電裝置(9)和供電裝置(10)。
2.根據權利要求1所述的可實現發電供電的簡易健身設施，其特徵在於:在轉子線圈(3)與齒輪一(2)間設有超越離合器(9)。
3.根據權利要求1所述的可實現發電供電的簡易健身設施，其特徵在於:所述變速裝置(6)為至少一個變速齒輪構成的齒輪組。
4.根據權利要求1所述的可實現發電供電的簡易健身設施，其特徵在於:儲電裝置(10 )採用鋰電池為本體，在鋰電池上設計接口，並在鋰電池內設置保護電路。
【文檔編號】A63B22/00GK203971282SQ201420176651
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】苟志勇, 韋代平, 何鋒 申請人:貴州大學