CN101956680B

CN101956680B - 一种重力曲臂式健身发电器

Info

Publication number: CN101956680B
Application number: CN 201010505693
Authority: CN
Inventors: 金国华; 黄正元
Original assignee: Huazhong university of science and technology wuchang branch
Current assignee: Huazhong university of science and technology wuchang branch; Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: CN101956680A

Abstract

一种重力曲臂式健身发电器，包括相互连接的驱动装置、传送装置、发电装置与贮电装置，所述驱动装置中支点轴的一端与底架中横梁相连接，另一端贯穿设置有横驱动杆，横驱动杆的两端分别活动连接有左、右驱动杆，左、右驱动杆的另一端分别设置有左、右踏板，左、右驱动杆的中部分别设置有与左、右曲臂相对应的左、右滑动槽，左、右曲臂的另一端与传送装置中主动齿轮的中部相连接，主动齿轮的外部与小过渡齿轮相啮合，小过渡齿轮的中部与大过渡齿轮的中部相连接，大过渡齿轮的外部与发电装置中发电机上连接的电机齿轮传动配合，且发电机为永磁发电机。本发明不仅操作简易、不易使人疲劳，而且电能的转换效率较高，能够产生较多的电能。

Description

一种重力曲臂式健身发电器

技术领域

本发明涉及一种健身发电装置，尤其涉及一种重力曲臂式健身发电器，具体适用于人体健身以及清洁能源生产的同时进行。

背景技术

目前，市场上的健身发电类装置多采用自行车蹬踩原理，即由坐在类似自行车座装置上的人通过双腿蹬踩踏板，使踏板进行往复圆周运动，从而产生机械能，再由与踏板相连接的发电机将该机械能转化成电能。

中国专利授权公告号为CN2836859Y，授权公告日为2006年11月15日的实用新型专利公开了一种自发电健身车，包括有车架，设置在车架上的显示仪表、脚踏驱动组件和发电机，脚踏驱动组件包括有踏板、曲柄，踏板和曲柄连动，显示仪表通过导线和发电机电连接在一起，所述的曲柄和发电机的转子之间通过一传动机构相连，所述的传动机构包括一与曲柄连接在一起并可随曲柄的转动而转动的带轮、一传动带，该传动带将带轮和发电机的转子传动连接在一起。虽然该实用新型具有发电功能、结构较简单，但其需要蹬踩踏板并使其产生圆周运动才能产生机械能，该产生方式不仅易消耗人的体力、易使人疲劳，甚至会出现肌肉拉伤的情况，而且能量转换率较低，浪费机械能的较多，只适应于电励磁的发电方式，而无法适应于永久磁铁励磁的发电方式，故产生的电能较少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的易使人疲劳、能量转换率较低、产生的电能较少的缺陷与问题，提供一种不易使人疲劳、能量转换率较高、产生的电能较多的重力曲臂式健身发电器。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种重力曲臂式健身发电器，包括相互连接的驱动装置、传送装置、发电装置与贮电装置，所述驱动装置的一端与底架相连接，另一端与传送装置相连接，传送装置的另一端与发电装置相连接，发电装置的另一端与贮电装置相连接；所述驱动装置包括支点轴、左驱动杆、右驱动杆、左曲臂与右曲臂，所述传送装置包括主动齿轮、小过渡齿轮与大过渡齿轮，所述发电装置包括发电机与电机齿轮；

所述支点轴的一端与设置在底架中部的底架中横梁相连接，另一端贯穿设置有横驱动杆，横驱动杆的两端分别活动连接有相互对称的左驱动杆与右驱动杆，左驱动杆、右驱动杆的另一端分别设置有左踏板与右踏板，左驱动杆、右驱动杆的中部分别设置有与左曲臂、右曲臂相对应的左滑动槽与右滑动槽，左曲臂、右曲臂的另一端与主动齿轮的中部相连接，主动齿轮的外部与小过渡齿轮相啮合，小过渡齿轮的中部与大过渡齿轮的中部相连接，大过渡齿轮的外部与发电机上设置的电机齿轮传动配合。

所述发电机为永磁发电机，且在贮电装置上设置有控制器。

所述大过渡齿轮与电机齿轮的传动配合方式为皮带传动、齿轮啮合传动或链条传动。

所述支点轴上设置有骨架，骨架的另一端设置有显示器；所述底架中横梁的两端分别固定连接有底架左竖梁与底架右竖梁，底架左竖梁与底架右竖梁之间设置有与底架中横梁相平行的底架上横梁与底架下横梁，底架上横梁与底架下横梁上分别设置有左扶手与右扶手。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、由于本发明一种重力曲臂式健身发电器中的驱动装置包括支点轴、左驱动杆、右驱动杆、左曲臂与右曲臂，且在左驱动杆、右驱动杆上分别设置有左踏板与右踏板，同时在左驱动杆、右驱动杆的中部分别设置有与左曲臂、右曲臂相对应的左滑动槽与右滑动槽，使用时，人踩在踏板上，通过人身体自身的重力势能或结合腿部上沿重力线方向的动能共同驱动踏板以带动驱动杆向下运动，驱动杆以横驱动杆上与其相连接的部位为支点产生杠杆作用，杠杆作用带动该驱动杆上设置的滑动槽内的曲臂进行转动，从而产生机械能，再由曲臂的另一端将机械能通过传送装置传给发电机以产生电能，整个驱动过程抛弃了现有技术中所必须采用的人体双腿踩蹬的圆周运动方式，而主要依靠人自身的重力势能以及与其相配合的直线上下运动的方式，如加上人腿部在重力线上的动能，则效果更好，由于不再需要人的双腿做踩蹬圆周运动，而只需要左右双腿交互上下运动即可，不仅能够产生大量的机械能，进而产生大量的电能，而且该种运动方式简易、轻便，不易使人疲劳，同时，运动持久性强，能够进一步提高电能的产量。因此本发明不仅不易使人疲劳，而且产生的机械能、电能均较多。

2、由于本发明一种重力曲臂式健身发电器中包括相互连接的驱动装置、传送装置、发电装置与贮电装置，其中，驱动装置由于利用了重力势能，并采用了直线上下的踏板运动方式，产生的电能较多，因而本发明中为确保产生的机械能不浪费，不仅设计了简便的传送装置，该装置仅仅包括主动齿轮、小过渡齿轮、大过渡齿轮，更主要的是采取了永磁发电机作为发电机，该种发电机发抛弃了现有技术中健身发电设备中所必用的电励磁的发电方式，省却了励磁绕组、电刷和集电环，而采用永久磁铁励磁的发电方式，该种方式能够与本发明中驱动装置所产生的较多的机械能相配合，以防浪费能源，从而产生较高的电能转换效率。因此本发明不仅电能转换效率较高，而且产生的电能较多。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的俯视图。

图中：贮电装置1，驱动装置2，支点轴21，左驱动杆22，左踏板221，右驱动杆23，右踏板231，左曲臂24，左滑动槽241，右曲臂25，右滑动槽251，横驱动杆26，传送装置3，主动齿轮31，小过渡齿轮32，大过渡齿轮33，发电装置4，发电机41，电机齿轮42，底架5，底架中横梁51，底架左竖梁52，底架右竖梁53，底架上横梁54，底架下横梁55，控制器6，骨架7，显示器8，左扶手9，右扶手10。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明

参见图1–图2，一种重力曲臂式健身发电器，包括相互连接的驱动装置2、传送装置3、发电装置4与贮电装置1，所述驱动装置2的一端与底架5相连接，另一端与传送装置3相连接，传送装置3的另一端与发电装置4相连接，发电装置4的另一端与贮电装置1相连接；所述驱动装置2包括支点轴21、左驱动杆22、右驱动杆23、左曲臂24与右曲臂25，所述传送装置3包括主动齿轮31、小过渡齿轮32与大过渡齿轮33，所述发电装置4包括发电机41与电机齿轮42；

所述支点轴21的一端与设置在底架5中部的底架中横梁51相连接，另一端贯穿设置有横驱动杆26，横驱动杆26的两端分别活动连接有相互对称的左驱动杆22与右驱动杆23，左驱动杆22、右驱动杆23的另一端分别设置有左踏板221与右踏板231，左驱动杆22、右驱动杆23的中部分别设置有与左曲臂24、右曲臂25相对应的左滑动槽241与右滑动槽251，左曲臂24、右曲臂25的另一端与主动齿轮31的中部相连接，主动齿轮31的外部与小过渡齿轮32相啮合，小过渡齿轮32的中部与大过渡齿轮33的中部相连接，大过渡齿轮33的外部与发电机41上设置的电机齿轮42传动配合。

所述发电机41为永磁发电机，且在贮电装置1上设置有控制器6。

所述大过渡齿轮33与电机齿轮42的传动配合方式为皮带传动、齿轮啮合传动或链条传动。

所述支点轴21上设置有骨架7，骨架7的另一端设置有显示器8；所述底架中横梁51的两端分别固定连接有底架左竖梁52与底架右竖梁53，底架左竖梁52与底架右竖梁53之间设置有与底架中横梁51相平行的底架上横梁54与底架下横梁55，底架上横梁54与底架下横梁55上分别设置有左扶手9与右扶手10。

本发明的原理说明如下：

目前市场上的健身器材发电装置一般采用自行车蹬踩原理，即由人坐在类似自行车座的装置上利用双腿蹬踩踏板，使之进行往复圆周运动以产生机械能，再由发电机将机械能转化成电能。这种利用自行车蹬踩原理的健身发电装置不仅易使人疲劳，而且电能的转换效率较低。根据2010年墨西哥《宇宙报》5月2日的报道，在美国纽约市的一家健身俱乐部中，20名健身爱好者在教练的激励下猛蹬固定式自行车，利用这套系统，人均仅仅产生150W电量。

本发明则与其不同，本发明的核心是利用人体自身质量的重力或结合双腿产生的冲力共同将踏板至横驱动杆之间沿驱动杆形成直线运动，同时，与驱动杆上的曲臂相配合，产生杠杆作用，从而将直线运动转化为旋转运动，并由传动装置拖动永磁发电机以将机械能转换为交流电能，再由整流控制器将交流转变为直流电，并输送入蓄电装置。整个过程主要利用的是人体产生的动能及自身质量产生的重力势能来依次产生机械能、电能，操作简易。当人们需要用电时，由逆变器装置将蓄电装置储存的电能转化为220V交流电，供照明及家用电器使用，如若普及使用，如在高校宿舍中使用，则由于使用人基数较大，故产生的电能也较大，能够节省大量的能源，减少不清洁发电方式的使用，净化环境。

使用时，先由人体重力势能或人体重力势能结合腿部的动能驱动任意一个踏板，如左踏板221向下运动，带动左驱动杆22向下进行直线运动，同时，左驱动杆22以横驱动杆26上与其相连接的部分为支点产生杠杆作用，该杠杆作用驱动左驱动杆22上左滑动槽241内部的左曲臂24的一端沿左滑动槽241作直线运动，同时带动整个左曲臂24做圆周运动，即将直线运动转为旋转运动，从而带动左曲臂24另一端连接的主动齿轮31转动，再由主动齿轮31依次通过小过渡齿轮32、大过渡齿轮33将机械能传送给电机齿轮42，进而带动发电机41发电；右踏板231与左踏板221的运动方式相同，两个踏板相互交替沿重力线进行直线式的上下运动，不仅省力、不易疲劳，而且易产生大量的机械能，从而能够驱动起永磁电动机，进而能够将产生的机械能以较高的转换效率转换为电能，然后将电能通过贮电装置1进行贮存，并通过控制器6对贮存以及后续使用进行控制。因此本发明不仅操作简易、不易使人疲劳，而且电能的转换效率较高，能够产生较多的电能。

本发明的计算公式如下：

①、踩踏功率计算：

踩踏功率（P）＝【踩踏重力（F₁）+踩踏瞬间冲力（F₂）】×踩踏一次落差做功高度（h）×踩踏频率（f）

单位：

踩踏功率P（1W）＝1Nm/s，s：秒；

踩踏重力F₁（N）＝【体重G1（kg）＋配重G2（kg）】×9.8（N/kg）；

踩踏瞬间冲力F₂（N）（目前无法定量，暂不计）；

踩踏频率f（次/秒）；

计算举例：

已知：一个体重50kg的人配重20kg进行踩踏，踩踏高度0.32m，每分钟踩踏10次。

计算过程如下：

踩踏力F=（50＋20）× 9.8＝686（N）

踩踏一次做功高度h＝0.32 ×2＝0.64（m）

踩踏频率f＝10/60＝1/6（次/秒）

踩踏功率P＝F×h×f＝686 × 0.64 × 1/6＝73（W）

②、理论发电度数计算：

1度电＝1千瓦时＝1000（W）× 3600（s）＝3.6 x 10⁶（J）

按踩踏功率73（W）计算，踩踏1小时发电量（不计算损失系数）

发电量Q＝73（W）×3600（s）＝2.628 ×10⁵（J）

发电度数N＝2.628 ×10⁵（J）/3.6 ×10⁶（J）× 1（度电）＝0.073（度电）

③、实际发电度数计算：

各类损失计算：

η_s＝ η_f＋η_j＋η_n＋η_c＝0.24

发电机损失η_f＝0.15，机械损失η_j＝0.05，逆变器损失η_n＝0.02，充电损失η_c＝0.02；实际发电度数计算公式：N实＝（1-η_s）×N 。

计算举例：

N实＝（1-η_s）×N ＝0.76 ×0.073＝0.0555度电。

实施例1：踩踏落差高度为0.32m，每分钟分别踩踏10次、20次、30次、40次，对于不同体重的人。

踩踏功率计算如下：

实际发电量计算：

实施例2：踩踏落差高度为0.35m，每分钟分别踩踏10次、20次、30次、40次，对于不同体重的人。

踩踏功率计算如下：

Figure 2010105056931100002DEST_PATH_IMAGE003

实际发电量计算：

Figure 2010105056931100002DEST_PATH_IMAGE005

实施例3：踩踏落差高度为0.40m，每分钟分别踩踏10次、20次、30次、40次，对于不同体重的人。

踩踏功率计算如下：

实际发电量计算：

实施例4：踩踏落差高度0.45m，每分钟分别踩踏10次、20次、30次、40次，对于不同体重的人。

踩踏功率计算如下：

Figure 2010105056931100002DEST_PATH_IMAGE008

实际发电量计算：

由上可见，若体重为80kg的人，使用落差为0.35米的本发明，每分踩踏40次，即可产生280W的电能，较上文所述的美国纽约市某健身俱乐部人均150W电量有显著的进步。

Claims

1.一种重力曲臂式健身发电器，包括相互连接的驱动装置（2）、传送装置（3）、发电装置（4）与贮电装置（1），所述驱动装置（2）的一端与底架（5）相连接，驱动装置（2）的另一端与传送装置（3）相连接，传送装置（3）的另一端与发电装置（4）相连接，发电装置（4）的另一端与贮电装置（1）相连接，其特征在于：所述驱动装置（2）包括支点轴（21）、左驱动杆（22）、右驱动杆（23）、左曲臂（24）与右曲臂（25），所述传送装置（3）包括主动齿轮（31）、小过渡齿轮（32）与大过渡齿轮（33），所述发电装置（4）包括发电机（41）与电机齿轮（42）；

所述支点轴（21）的一端与设置在底架（5）中部的底架中横梁（51）相连接，支点轴（21）的另一端贯穿设置有横驱动杆（26），横驱动杆（26）的两端分别活动连接有相互对称的左驱动杆（22）与右驱动杆（23），左驱动杆（22）、右驱动杆（23）的另一端分别设置有左踏板（221）与右踏板（231），左驱动杆（22）、右驱动杆（23）的中部分别设置有与左曲臂（24）、右曲臂（25）相对应的左滑动槽（241）与右滑动槽（251），左曲臂（24）、右曲臂（25）的另一端与主动齿轮（31）的中部相连接，主动齿轮（31）的外部与小过渡齿轮（32）相啮合，小过渡齿轮（32）的中部与大过渡齿轮（33）的中部相连接，大过渡齿轮（33）的外部与发电机（41）上设置的电机齿轮（42）传动配合；

所述发电机（41）为永磁发电机，且在贮电装置（1）上设置有控制器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种重力曲臂式健身发电器，其特征在于：所述大过渡齿轮（33）与电机齿轮（42）的传动配合方式为皮带传动、齿轮啮合传动或链条传动。

3.根据权利要求2所述的一种重力曲臂式健身发电器，其特征在于：所述支点轴（21）上设置有骨架（7），骨架（7）的另一端设置有显示器（8）；所述底架中横梁（51）的两端分别固定连接有底架左竖梁（52）与底架右竖梁（53），底架左竖梁（52）与底架右竖梁（53）之间设置有与底架中横梁（51）相平行的底架上横梁（54）与底架下横梁（55），底架上横梁（54）与底架下横梁（55）上分别设置有左扶手（9）与右扶手（10）。