CN108057213A - 一种带能量回收装置的动感单车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及健身器械领域，具体涉及一种动感单车。一种带能量回收装置的动感单车，包含车架、飞轮、发电装置、电池组和控制模块，其特征在于，发电装置内置在飞轮中，飞轮固定在车架上，控制模块和电池组固定在车架上，控制模块与发电装置和电池组电连接，控制模块包含慢脉冲充电电路，慢脉冲充电电路与电池组电连接。本发明的有益效果是：通过内置发电装置，维持了动感单车的优美外观的同时回收了能量，通过慢脉冲充电电路提高了蓄电池的充电效率，提高了能量回收的效率。

Description

一种带能量回收装置的动感单车
技术领域
本发明涉及健身器械领域，具体涉及一种动感单车。
背景技术
动感单车基本与普通单车相似，包括车把、车座、蹬板和轮子几个部分，车身稳固地联结为一个整体。与普通单车不同的是，它的结构可以做很大的调整，使骑行的人感觉更舒适。动感单车在克服了室外行驶的一切缺点后，由于技术上的改进，使得这项运动在简单易学之余，成为一项能够使全身得到锻炼的有氧运动。动感单车运动后会消耗很多的能量，出很多的汗，同时还增强训练者腿部的力量，美化下肢形体，提高身体摄氧量。实践证明，有效的进行40分钟的动感单车训练，可以消耗500卡左右的热量。但是训练者通过运动释放的能量并没有得到有效的回收利用，存在能量的浪费，因而需要研发出带有能量回收装置的动感单车。
中国专利CN 103301611 A，公开日2013年9月18日，一种用于健身器械的自发电控制系统，其利用健身器械运转时带动发电机发电，通过整流和开关电源电路转换成工作电压供控制系统测量、显示、操作和控制，同时给蓄电池充电蓄能；健身器械不运转时，由蓄电池给系统供电，供使用者设置运动参数，长时间未操作器械时，自动断电，以节省电能；设置的控制系统直接从发电机提取转速换算成相应的运动速度，从而测算运动距离和热量消耗，简化了运动参数测量；运动速度控制通过脉冲宽度调制(PWM)控制发电机负载改变阻尼实现。其功能多，涵盖了目前健身器械所需的测控功能，符合健身器械节能环保发展趋势，可用于跑步机、阶梯式登山机、动感单车、椭圆机等健身器械。但其增加了通过皮带与健身器械旋转机构连接的发电机，改变了健身器械原有的高观赏性外观，结构集成度不够高，而且其没有公共开给蓄电池充电的电路结构。
中国专利CN 105080052 A，公开日2015年11月25日，一种可发电的动感单车结构，其包括固定在地面上的车架，位于车架上的把手以及座垫，在车架上安装的花鼓，在花鼓上安装的铸轮，在铸轮上安装的小链轮，在车架上安装的中轴，在中轴上固定的齿盘，在齿盘与小链轮之间安装有链条，在齿盘两侧均有一踏板，花鼓上有线圈，在铸轮上固定有磁铁，磁铁围绕线圈转动。采用了上述结构之后，通过线圈与磁铁的配合，能够在操作员使用设备的时候，同时进行发电，并加以利用，能够提高资源的利用率，结构简单，安装使用方便。其不改变动感单车外观的情况下为动感单车增加了发电功能，但其没有公共开给蓄电池充电的电路结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有动感单车存在能量浪费或能量回收率低的问题。提出了一种内置发电装置能够高效率的回收动感单车能量的带能量回收装置的动感单车。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种带能量回收装置的动感单车，包含车架、飞轮、发电装置、电池组和控制模块，其特征在于，所述发电装置内置在所述飞轮中，所述飞轮连接在所述车架上，所述控制模块和电池组固定在车架上，所述控制模块包含慢脉冲充电电路，所述慢脉冲充电电路输入端与所述发电装置电连接，所述慢脉冲充电电路输出端与所述电池组电连接。
通过内置在飞轮中的发电装置，即能使训练者在训练中释放的能量转化成电能，通过控制模块内的慢脉冲充电电路将电能储存在电池中，将电池组固定在车架上，或者内置在车架内的空腔内，用于储存电能并且不影响动感单车美观性。
作为优选，所述飞轮包含飞轮轴和轮体，所述轮体呈圆盘形，所述圆盘形内部有圆柱状空腔，所述空腔中心轴线与所述圆盘形中心轴线重合，所述圆盘形两侧壁与所述飞轮轴通过轴承铰接，所述飞轮轴固定在所述车架上；所述发电装置包含线圈和两个永磁铁，所述线圈包含若干个绕组，所述若干个绕组组成圆柱形并嵌入在所述圆柱状空腔内，所述若干个绕组与飞轮轴固定连接，所述若干个绕组与所述慢脉冲充电电路输入端电连接，所述两个永磁铁呈中心对称布置在所述圆柱形空腔外周，两个永磁铁相对的磁极磁性相反。训练者驱动飞轮旋转，飞轮带动线圈绕组旋转并切割两个永磁铁形成的磁场形成电动势，产生电能。通过设置多个绕组可以更充分地利用训练者释放的能量用来发电。
作为优选，所述电池组包含至少两个铅酸蓄电池。
作为优选，所述慢脉冲充电电路对电池组中电压低于设定电压值VL的电池进行充电，所述控制模块还包含操作面板和取电电路，所述取电电路对电池组中电压高于设定电压值VH且电压最高的电池进行取电，所述取电电路输出端与操作面板连接。多个电池组成电池组可以分别控制电池的充电或放电，避免电池同时充电和放电，铅酸蓄电池具有寿命长和成本低的优点。
作为优选，所述慢脉冲充电电路包括整流桥、受控电子开关、电容、第一稳压二极管和第二稳压二极管，所述整流桥输入端与所述发电装置连接，所述整流桥正输出端经过所述受控电子开关与第一稳压二极管阴极连接，所述受控电子开关受控端与所述第一稳压二极管阳极连接，所述第一稳压二极管阴极与所述第二稳压二极管阴极连接，所述第二稳压二极管阳极与所述整流桥负输出端连接，电容第一端连接所述第二稳压二极管阴极，所述电容第二端连接所述第二稳压二极管阳极，所述待充电电池的正极与所述第二稳压二极管阴极连接，所述待充电电池负极与所述第二稳压二极管阳极连接。
作为优选，所述线圈包含三个绕组。三个绕组能够形成三相电压，方便控制电路进行波形转换。
作为优选，所述操作面板包含显示屏、USB接口和扬声器。显示屏能够展示实景图片并配合扬声器营造实景气氛，USB接口方便连接扩展设备，如手机、U盘和无线网卡。
作为优选，所述显示屏为触摸屏。触摸屏允许控制模块与训练者进行交互，提供更方便的交互操作。
本发明的实质性效果是：通过内置发电装置，维持了动感单车的优美外观的同时回收了能量，通过慢脉冲充电电路提高了蓄电池的充电效率，提高了能量回收的效率。
附图说明
图1为带能量回收装置的动感单车结构图。
图2为内置发电装置的飞轮的结构图。
图3为慢脉冲充电电路原理图。
其中：1、可调车座，2、车架，3、脚蹬，4、固定支架，5、操作台，6、车把，7、飞轮，8、永磁铁一，9、轮体，10、轴承，11、永磁铁二，12、绕组，13、链盘，14、飞轮轴。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
如图1所示，为带能量回收装置的动感单车结构图，可调车座1安装在车架2上，可通过调节结构进行高度和前后位置的调整，固定支架4与车架2固定连接，用于固定动感单车，脚蹬3铰接在车架2上，脚蹬3通过链条与飞轮7形成传动，飞轮7上安装有电磁阻力装置，通过电磁阻力装置可以调整蹬车的阻力，模拟上坡或下坡的骑行状态，车把6安装在车架2前部，通过调节装置可以调整车把6的高度，操作台5固定在车把6上，操作台5用于显示训练者心率、训练时间等信息并固定有调整阻力的按钮。
本发明提出的带有能量回收装置的动感单车使用了带有内置发电装置的飞轮7，如图2所示为该内置发电装置的飞轮7的结构图，内置发电装置的飞轮7包含轮体9和飞轮轴14，飞轮轴14固定在车架2上，轮体9通过轴承10转动安装在飞轮轴14上，轮体9侧面固定有链盘13，链盘13通过链条与脚蹬3形成链条传动，轮体9内部加工有圆柱状空腔，圆柱状空腔中心轴线与轮体9中心轴线重合，永磁铁一8和永磁铁二11呈中心对称固定在圆柱状空腔内壁上，若干个绕组12组成圆盘形并固定在飞轮轴14上，车架2内置有电池组，操作台5上安装有控制模块，控制模块包含慢脉冲充电电路、取电电路和操作面板，慢脉冲充电电路的输入端连接绕组12，慢脉冲充电电路的输出端连接电池组，取电电路的输入端连接电池组，取电电路的输出端连接操作面板，操作面板上设置有控制电磁阻力装置的按钮，训练者通过脚蹬3驱动飞轮7旋转时绕组12将切割永磁铁一8和永磁铁二11形成的磁感线，从而在绕组12中产生电能，通过慢脉冲充电电路可以将绕组12中产生的电能充进电池组中储存起来，而通过取电电路可以将电池组中储存的电能用于动感单车上耗电装置的供电。
如图3所示，为慢脉冲充电电路原理图，慢脉冲充电电路包括整流桥、受控电子开关、电容C1、稳压二极管D1和稳压二极管D2，作为推荐的实施例，受控电子开关采用P沟道耗尽型场效应管T1，场效应管T1的基极接地。
整流桥输入端与发电装置的绕组12连接，整流桥正输出端连接场效应管T1源极，场效应管T1漏极与稳压二极管D1阴极连接，场效应管T1栅极与稳压二极管D1阳极连接，稳压二极管D1阴极与稳压二极管D2阴极连接，稳压二极管D2阳极与整流桥负输出端连接，电容C1第一端连接稳压二极管D2阴极，电容C1第二端连接稳压二极管D2阳极，待充电电池的正极与稳压二极管D2阴极连接，待充电电池负极与稳压二极管D2阳极连接。其中场效应管T1的源极和漏极的连接方式可以互换。
作为推荐的另一个实施例，上述待充电电池的正极通过一个受控电子开关与稳压二极管D2阴极连接。
通过飞轮7的旋转带动的发电装置产生的电能是周期和幅值变化的正弦电压，经过整流桥后转换为半波电压U，在半波电压U的变化周期中，当电压U低于电池充电电压U1时，若电容C1的电压低于电压U则待充电电池和半波电压U均给电容C1充电，若电容C1的电压高于电压U则电流从电容C1和带充电电池流向电路输入端，此时带充电电池处于放电状态；
当电压U高于电池充电电压U1时，电流同时给电容C1和电池充电，当电压U处于电池设定最高充电电压U2附近时，稳压二极管D1反向击穿导通，场效应管T1的栅极处于高电位状态，场效应管T1截止，电容C1继续给电池充电，电容C1两端的电压因此降低，当降低到一定值时，稳压二极管D1正向导通，场效应管T1的栅极电位下降，场效应管T1重新导通，并同时为电容C1和电池充电，当电容C1两端电压上升到电池设定最高充电电压U2附近时，场效应管T1再次截止，电容C1独自为电池充电并使其两端电压下降直至场效应管T1再次导通；
如此反复，实现电池的充电和放电循环，实现慢脉冲充电。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种带能量回收装置的动感单车，包含车架、飞轮、发电装置、电池组和控制模块，其特征在于，
所述发电装置内置在所述飞轮中，所述飞轮连接在所述车架上，所述控制模块和电池组固定在车架上，所述控制模块包含慢脉冲充电电路，所述慢脉冲充电电路输入端与所述发电装置电连接，所述慢脉冲充电电路输出端与所述电池组电连接。
2.根据权利要求1所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述飞轮包含飞轮轴和轮体，所述轮体呈圆盘形，所述圆盘形内部有圆柱状空腔，所述空腔中心轴线与所述圆盘形中心轴线重合，所述圆盘形两侧壁与所述飞轮轴通过轴承铰接，所述飞轮轴固定在所述车架上；
所述发电装置包含线圈和两个永磁铁，所述线圈包含若干个绕组，所述若干个绕组组成圆柱形并嵌入在所述圆柱状空腔内，所述若干个绕组与飞轮轴固定连接，所述若干个绕组与所述慢脉冲充电电路输入端电连接，所述两个永磁铁呈中心对称布置在所述圆柱形空腔外周，两个永磁铁相对的磁极磁性相反。
3.根据权利要求1所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述电池组包含至少两个铅酸蓄电池。
4.根据权利要求1所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述慢脉冲充电电路对电池组中电压低于设定电压值VL的电池进行充电，所述控制模块还包含操作面板和取电电路，所述取电电路对电池组中电压高于设定电压值VH且电压最高的电池进行取电，所述取电电路输出端与操作面板连接。
5.根据权利要求1所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述慢脉冲充电电路包括整流桥、受控电子开关、电容、第一稳压二极管和第二稳压二极管，
所述整流桥输入端与所述发电装置连接，所述整流桥正输出端经过所述受控电子开关与第一稳压二极管阴极连接，所述受控电子开关受控端与所述第一稳压二极管阳极连接，所述第一稳压二极管阴极与所述第二稳压二极管阴极连接，所述第二稳压二极管阳极与所述整流桥负输出端连接，电容第一端连接所述第二稳压二极管阴极，所述电容第二端连接所述第二稳压二极管阳极，所述待充电电池的正极与所述第二稳压二极管阴极连接，所述待充电电池负极与所述第二稳压二极管阳极连接。
6.根据权利要求2所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述线圈包含三个绕组。
7.根据权利要求4所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述操作面板包含显示屏、USB接口和扬声器。
8.根据权利要求7所述的一种带能量回收装置的动感单车，其特征在于，所述显示屏为触摸屏。
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