CN113018776A - 一种能量回收阻尼踏步机及其使用方法 - Google Patents

一种能量回收阻尼踏步机及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了健身器材技术领域内的一种能量回收阻尼踏步机及其使用方法，包括底座，底座前部的左右两端连接有脚踏板，脚踏板下方的底座的左右两端均可转动地连接有具有容纳腔的外壳，脚踏板朝后一端的下方可转动地连接有齿条，齿条可滑动地连接在外壳内，齿条下方的外壳上可转动地连接有连接轴一和连接轴二，连接轴一上连接有在轴向方向上间隔设置的凸台齿轮一和凸台齿轮二，连接轴二上连接有凸台齿轮三，凸台齿轮二和凸台齿轮三啮合，凸台齿轮一和凸台齿轮三分别与齿条啮合，凸台齿轮一经单向轴承一与连接轴一连接，凸台齿轮二经单向轴承二与连接轴一连接，凸台齿轮三经单向轴承三与连接轴二连接；本发明可降低能量损耗。

Description

一种能量回收阻尼踏步机及其使用方法
技术领域
本发明属于健身器材技术领域，特别涉及一种能量回收阻尼踏步机。
背景技术
众所周知，骑行是一种健康自然的运动旅游方式 ，能充分享受旅行过程，并且还能锻炼身体，简单又环保，骑行可以改善记忆力，不论是对于记忆力较强还是较弱的人来说，骑自行车都具有提高记忆力的作用，缓解帕金森，骑车可以改善与运动有关的大脑区域的活动情况，如果日常缺乏运动，容易导致身体素质下降，长期坚持骑自行车可增强心血管功能，尤其是有氧运动，提高人体新陈代谢和免疫力，起到健身防癌的作用，但是现如今人们的生活节奏正在加快，很多人都没有时间去骑行，通常在室内设置可骑行的锻炼工具踏步机进行锻炼。现有技术中，公开了名称为“一种智能踏步机”，公告号为CN 212730860 U，公告日为2021.03.19的中国实用新型专利，该踏步机包括底座，底座上固定有立柱，立柱两侧设置有一套阻尼踏步机构，阻尼踏步机构包括脚踏板，脚踏板的后部支撑在固定连接在立柱上的支撑轴上，脚踏板的后端铰接有连杆，连杆的端部铰接有曲柄，曲柄的另一端铰接在阻尼电机的输出轴上，踩踏时，脚踏板通过曲柄连杆机构与阻尼电机的输出轴相连接，通过阻尼电机可以提供运动阻力，通过红外测距传感器可以探测脚踏板上下运动的频次，通过检测频次控制阻尼电机的阻力，实现阻力的智能调整，但是该踏步机工作时，能量损耗大。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中的不足之处，提供一种能量回收阻尼踏步机，解决了现有技术中能量损耗大的技术难题，本发明可降低能量损耗。
本发明的目的是这样实现的：一种能量回收阻尼踏步机，包括底座，所述底座前部的左右两端连接有脚踏板，所述脚踏板下方的底座的左右两端均可转动地连接有具有容纳腔的外壳，所述脚踏板朝后一端的下方可转动地连接有齿条，所述齿条可滑动地连接在外壳内，所述齿条下方的外壳上可转动地连接有连接轴一和连接轴二，所述连接轴一上连接有在轴向方向上间隔设置的凸台齿轮一和凸台齿轮二，所述连接轴二上连接有凸台齿轮三，所述凸台齿轮二和凸台齿轮三啮合，所述凸台齿轮一和凸台齿轮三分别与齿条啮合，所述凸台齿轮一经单向轴承一与连接轴一连接，所述凸台齿轮二经单向轴承二与连接轴一连接，所述凸台齿轮三经单向轴承三与连接轴二连接，所述单向轴承一、单向轴承二和单向轴承三分别限制凸台齿轮一、凸台齿轮二和凸台齿轮三单向旋转，所述单向轴承二和单向轴承三的转向相同，所述单向轴承一和单向轴承二的转向相反。
本发明中，踩在脚踏板上踩踏时，脚踏板被踩下时，齿条不断朝着外壳里端移动，齿条带动凸台齿轮一和凸台齿轮三的转动，凸台齿轮三带动凸台齿轮二的转动，凸台齿轮二在单向轴承二的作用下空转，凸台齿轮一经单向轴承一带动连接轴一的转动，凸台齿轮三经单向轴承三带动连接轴二的转动，当脚踏板上抬时，齿条不断向外移动，齿条带动凸台齿轮一和凸台齿轮三反向转动，凸台齿轮一和凸台齿轮三空转，凸台齿轮三带动凸台齿轮二的转动，凸台齿轮二经单向轴承二带动连接轴一转动，连接轴一仍然同向转动，不管脚踏板被踩踏下去还是向上抬升，连接轴一的转向始终相同，降低能量消耗，更加节能；可作为踏步的健身器材使用。
为了进一步提高齿条与脚踏板连接结构的可靠性，所述齿条向外伸出外壳的一端固定连接有套头，所述套头远离齿条的一端固定有拉手，所述拉头远离套头的一端可转动地连接在脚踏板下端。
为了进一步提高齿条移动的可靠性，所述外壳内壁上固定连接有导轨，所述导轨上可滑动地连接有若干滑块，所述滑块朝下的一端开有可刚好容纳齿条的连接槽，齿条插入连接槽后与滑块固定连接。
为了进一步降低踏步时产生的振动，还包括能量回收电路，所述外壳朝外的一端固定连接有能量回收电机，所述能量回收电机上连接有输出轴，所述输出轴与连接轴一传动连接，所述能量回收电机与能量回收电路电连接，所述能量回收电路接收由能量回收电机输出的交流电压信号，能量回收电路将能量交流电压信号进行整流滤波处理后输出直流电压；此设计中，连接轴一带动输出轴的转动，能量回收电机回收动能输出交流电压给能量回收电路，实现动能的回收，实现减震，提高踏步机的使用舒适度。
为了进一步实现能量回收，所述能量回收电路包括整流归桥D1，所述能量回收电机的两个电源输出端子与整流归桥连接，整流归桥的两个输出端子分别连接电容C的两端，电容C的一端连接可变电阻R的一端，所述可变电阻R的另一端连接稳压二极管Dz正极和电池的正极，电容C的另一端与稳压二极管Dz负极和电池的负极；此设计中，交流电压经整流归桥整流后经电容等组成的电路滤波后输出直流电压，电池的正负极即为电源的两个输出端子，可以给小物件充电，实现能量的回收。
为了进一步实现本发明的阻尼力调节，所述能量回收电路和能量回收电机之间的阻尼力模型为，
Figure 422436DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，F为阻尼力，Kt为电机的转矩常数，Ke为电机的反电动势常数，ω为电机的转速，i为减速箱传动比，RL为可变电阻R的阻值，Ra为电机电枢的等效电阻，r是凸台齿轮一的半径，凸台齿轮一、凸台齿轮二和凸台齿轮三的大小相同。
使用能量回收阻尼踏步机进行踏步的方法，人的双腿分别站在两个脚踏板上踩踏时，齿条移动，连接轴一带动输出轴转动，能量回收电机输出电压信号给能量回收电路，能量回收电路根据接收到的电压信号大小调节可变电阻R的阻值，以实现踩踏时阻尼力的调节。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：通过齿条、凸台齿轮一、凸台齿轮二、凸台齿轮三、连接轴一和连接轴二的结构设计，使得踩踏时连接轴一始终往同一方向旋转，实现双向移动皆可回收能量，能量损耗少，降低踩踏时产生的振动，提高使用的舒适度；另外，不同体重的人站在脚踏板上踩踏时，通过接收到的能量回收电机输出的交流电压感应到人的体重变化，通过调节可变电阻的阻值，实现阻尼力的调节，动态调整阻尼力，满足各种用户的需求；可作为踏步的健身器材使用。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的立体结构图一。
图3为本发明的立体结构图二。
图4为本发明的立体结构图三。
图5为图4中A处的局部放大图。
图6为本发明中各个齿轮连接在外壳内的结构图。
图7为本发明中实现能量回收的电路原理图。
其中，1外壳，2底座，3减速箱，4能量回收电机，5输出轴，6联轴器，7脚踏板，8电机板，9拉手，10套头，11齿条，12凸台齿轮三，13凸台齿轮二，14凸台齿轮一，15连接轴二，16连接轴一，17单向轴承一，18单向轴承二，19单向轴承三，20滑块，21导轨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1～图7所示的一种能量回收阻尼踏步机，包括底座2，底座2前部的左右两端连接有脚踏板7，脚踏板7下方的底座2的左右两端均可转动地连接有具有容纳腔的外壳1，脚踏板7朝后一端的下方可转动地连接有齿条11，齿条11可滑动地连接在外壳1内，齿条11下方的外壳1上可转动地连接有连接轴一16和连接轴二15，连接轴一16上连接有在轴向方向上间隔设置的凸台齿轮一14和凸台齿轮二13，连接轴二15上连接有凸台齿轮三12，凸台齿轮二13和凸台齿轮三12啮合，凸台齿轮一14和凸台齿轮三12分别与齿条11啮合，凸台齿轮一14经单向轴承一17与连接轴一16连接，凸台齿轮二13经单向轴承二18与连接轴一16连接，凸台齿轮三12经单向轴承三19与连接轴二15连接，单向轴承一17、单向轴承二18和单向轴承三19分别限制凸台齿轮一14、凸台齿轮二13和凸台齿轮三12单向旋转，单向轴承二18和单向轴承三19的转向相同，单向轴承一17和单向轴承二18的转向相反。
为了进一步提高齿条11与脚踏板7连接结构的可靠性，齿条11向外伸出外壳1的一端固定连接有套头10，套头10远离齿条11的一端固定有拉手9，拉手9远离套头10的一端可转动地连接在脚踏板7下端；外壳1内壁上固定连接有导轨21，导轨21上可滑动地连接有若干滑块20，滑块20朝下的一端开有可刚好容纳齿条11的连接槽，齿条11插入连接槽后与滑块20固定连接。
为了进一步降低踏步时产生的振动，还包括能量回收电路，外壳1朝外的一端固定连接有电机板8，电机板8上连接有减速箱3，减速箱3的外端固定连接有能量回收电机4，能量回收电机4上连接有输出轴5，输出轴5经联轴器6与连接轴一16连接，输出轴5为减速箱3的动力输入，减速箱3给能量回收电机4提供动力，能量回收电机4与能量回收电路电连接，能量回收电路接收由能量回收电机4输出的交流电压信号，能量回收电路将能量交流电压信号进行整流滤波处理后输出直流电压；能量回收电路包括整流归桥D1，能量回收电机4的两个电源输出端子与整流归桥连接，整流归桥的两个输出端子分别连接电容C的两端，电容C的一端连接可变电阻R的一端，可变电阻R的另一端连接稳压二极管Dz正极和电池的正极，电容C的另一端与稳压二极管Dz负极和电池的负极。
为了进一步实现本发明的阻尼力调节，能量回收电路和能量回收电机4之间的阻尼力模型为，
Figure 670402DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，F为阻尼力，Kt为电机的转矩常数，Ke为电机的反电动势常数，ω为电机的转速，i为减速箱3传动比，RL为可变电阻R的阻值，Ra为电机电枢的等效电阻，r是凸台齿轮一14的半径，凸台齿轮一14、凸台齿轮二13和凸台齿轮三12的大小相同。
使用本发明踏步时，人的双腿分别站在两个脚踏板7上踩踏时，脚踏板7被踩下时，对应的齿条11不断朝着外壳1里端移动，齿条11带动凸台齿轮一14和凸台齿轮三12的转动，凸台齿轮三12带动凸台齿轮二13的转动，凸台齿轮二13在单向轴承二18的作用下空转，凸台齿轮一14经单向轴承一17带动连接轴一16的转动，凸台齿轮三12经单向轴承三19带动连接轴二15的转动，当脚踏板7上抬时，齿条11不断向外移动，齿条11带动凸台齿轮一14和凸台齿轮三12反向转动，凸台齿轮一14和凸台齿轮三12空转，凸台齿轮三12带动凸台齿轮二13的转动，凸台齿轮二13经单向轴承二18带动连接轴一16转动，连接轴一16仍然同向转动，不管脚踏板7被踩踏下去还是向上抬升，连接轴一16的转向始终相同，降低能量消耗，更加节能，连接轴一16带动输出轴5的转动，输出轴5给能量回收电机4提供动力，能量回收电机4输出电压信号给能量回收电路，能量回收电路根据接收到的电压信号大小调节可变电阻R的阻值，以实现踩踏时阻尼力的调节。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：通过齿条11、凸台齿轮一14、凸台齿轮二13、凸台齿轮三12、连接轴一16和连接轴二15的结构设计，使得踩踏时连接轴一16始终往同一方向旋转，实现双向移动皆可回收能量，能量损耗少，降低踩踏时产生的振动，提高使用的舒适度；另外，不同体重的人站在脚踏板7上踩踏时，通过接收到的能量回收电机4输出的交流电压感应到人的体重变化，通过调节可变电阻的阻值，实现阻尼力的调节，动态调整阻尼力，满足各种用户的需求；可作为踏步的健身器材使用。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种能量回收阻尼踏步机，包括底座，所述底座前部的左右两端连接有脚踏板，其特征在于：所述脚踏板下方的底座的左右两端均可转动地连接有具有容纳腔的外壳，所述脚踏板朝后一端的下方可转动地连接有齿条，所述齿条可滑动地连接在外壳内，所述齿条下方的外壳上可转动地连接有连接轴一和连接轴二，所述连接轴一上连接有在轴向方向上间隔设置的凸台齿轮一和凸台齿轮二，所述连接轴二上连接有凸台齿轮三，所述凸台齿轮二和凸台齿轮三啮合，所述凸台齿轮一和凸台齿轮三分别与齿条啮合，所述凸台齿轮一经单向轴承一与连接轴一连接，所述凸台齿轮二经单向轴承二与连接轴一连接，所述凸台齿轮三经单向轴承三与连接轴二连接，所述单向轴承一、单向轴承二和单向轴承三分别限制凸台齿轮一、凸台齿轮二和凸台齿轮三单向旋转，所述单向轴承二和单向轴承三的转向相同，所述单向轴承一和单向轴承二的转向相反。
2.根据权利要求1所述的一种能量回收阻尼踏步机，其特征在于：所述齿条向外伸出外壳的一端固定连接有套头，所述套头远离齿条的一端固定有拉手，所述拉头远离套头的一端可转动地连接在脚踏板下端。
3.根据权利要求1所述的一种能量回收阻尼踏步机，其特征在于：所述外壳内壁上固定连接有导轨，所述导轨上可滑动地连接有若干滑块，所述滑块朝下的一端开有可刚好容纳齿条的连接槽，齿条插入连接槽后与滑块固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种能量回收阻尼踏步机，其特征在于：还包括能量回收电路，所述外壳朝外的一端固定连接有能量回收电机，所述能量回收电机上连接有输出轴，所述输出轴与连接轴一传动连接，所述能量回收电机与能量回收电路电连接，所述能量回收电路接收由能量回收电机输出的交流电压信号，能量回收电路将能量交流电压信号进行整流滤波处理后输出直流电压。
5.根据权利要求4所述的一种能量回收阻尼踏步机，其特征在于：所述能量回收电路包括整流归桥D1，所述能量回收电机的两个电源输出端子与整流归桥连接，整流归桥的两个输出端子分别连接电容C的两端，电容C的一端连接可变电阻R的一端，所述可变电阻R的另一端连接稳压二极管Dz正极和电池的正极，电容C的另一端与稳压二极管Dz负极和电池的负极。
6.根据权利要求5所述的一种能量回收阻尼踏步机，其特征在于：所述能量回收电路和能量回收电机之间的阻尼力模型为，
Figure 148382DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，F为阻尼力，Kt为电机的转矩常数，Ke为电机的反电动势常数，ω为电机的转速，i为减速箱传动比，RL为可变电阻R的阻值，Ra为电机电枢的等效电阻，r是凸台齿轮一的半径，凸台齿轮一、凸台齿轮二和凸台齿轮三的大小相同。
7.使用权利要求1～6任一项所述的能量回收阻尼踏步机进行踏步的方法，其特征在于：
人的双腿分别站在两个脚踏板上踩踏时，齿条移动，连接轴一带动输出轴转动，能量回收电机输出电压信号给能量回收电路，能量回收电路根据接收到的电压信号大小调节可变电阻R的阻值，以实现踩踏时阻尼力的调节。
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