CN116633232B - 一种电机控制方法和健身设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制方法和健身设备，该电机控制方法包括：控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力，其中，所述驱动力驱动所述运动组件朝第一方向运动，所述回收力带动所述运动组件朝第二方向运动，所述第一方向与所述第二方向相反；所述运动组件朝所述第一方向运动过程中所述电机发电产生电能，所述电机发电所产生的电能储存于所述储能模块中，所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机消耗所述储能模块中的电能；控制所述电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值。本发明提供的电机控制方法和健身设备，可以延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。

Description

一种电机控制方法和健身设备

技术领域

本发明涉及健身设备技术领域，尤其涉及一种电机控制方法和健身设备。

背景技术

随着社会的进步和人们生活水平的提高，越来越多的人开始参与到健身的活动中。

目前，市面上的健身设备基本上都包括电机，电机替代传统配重块、弹力绳、铁链和弹簧等作为健身设备的阻力源。健身设备中的电机在外接电源的供电中工作，电机工作时产生抵抗外力的力矩，让用户克服电机力矩进行锻炼。

现有的健身设备耗能较多，需要持续接入外接电源才可以正常工作，从而限制了健身设备的应用场景。

发明内容

本发明提供了一种电机控制方法和健身设备，可以延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。

根据本发明的一方面，提供了一种电机控制方法，电机控制方法应用于健身设备，所述健身设备包括电机、运动组件和储能模块，所述电机向所述运动组件施加负载，所述储能模块为所述电机的运转供电，所述控制方法包括：

控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力，其中，所述驱动力驱动所述运动组件朝第一方向运动，所述回收力带动所述运动组件朝第二方向运动，所述第一方向与所述第二方向相反；所述运动组件朝所述第一方向运动过程中所述电机发电产生电能，所述电机发电所产生的电能储存于所述储能模块中，所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机消耗所述储能模块中的电能；

控制所述电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值。

可选的，控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力包括：

获取施加到所述运动组件上的驱动力和所述电机的第一转速，所述第一转速由所述驱动力驱动产生；根据所述驱动力和所述第一转速确定所述电机发电产生的电能，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能；

或者，获取所述运动组件朝第一方向运动时所述电机产生的第一电流和第一电压，根据所述第一电流和所述第一电压确定所述电机发电产生的电能，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

可选的，根据所述驱动力和所述第一转速确定所述电机发电产生的电能包括：

根据所述第一转速确定所述电机的发电效率；

根据所述驱动力确定所述驱动力的等效驱动力；

根据所述电机的发电效率和所述等效驱动力确定所述电机发电产生的电能。

可选的，根据所述第一电流和所述第一电压确定所述电机发电产生的电能包括：

获取所述运动组件朝第一方向运动的第一时间；

根据所述第一电流和所述第一电压确定第一功率；

根据所述第一功率和所述第一时间确定所述电机发电产生的电能。

可选的，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能包括：

根据所述电机的发电效率、所述等效驱动力和所述运动组件运动距离的乘积确定所述电机发电产生的电能，控制所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能，其中，所述电机消耗的电能由所述回收力和所述运动组件运动距离的乘积与所述电机在回收阶段的能量转化效率的比值确定。

可选的，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能包括：

根据所述第一功率对所述第一时间进行积分确定所述电机发电产生的电能，控制所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能，其中，所述电机消耗的电能由第二功率对第二时间进行积分确定，所述第二功率由所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机产生，所述第二时间为所述运动组件朝所述第二方向运动的时间。

可选的，控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力还包括：

确定所述储能模块的电能转换效率；

根据所述驱动力、所述第一转速和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，或者根据所述第一电流、所述第一电压和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能与所述电能转换效率的乘积。

可选的，根据所述驱动力、所述第一转速和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能具体包括：

根据所述驱动力、所述第一转速和所述电能转换效率确定所述健身设备消耗的电能；其中，所述健身设备消耗的电能包括所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能和所述健身设备中其他耗电器件消耗的电能，所述其他耗电器件为健身设备中除所述电机外的耗电器件；

根据所述第一电流、所述第一电压和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能与所述电能转换效率的乘积具体包括：根据所述第一电流、所述第一电压和所述电能转换效率确定所述健身设备消耗的电能，以使所述健身设备消耗的电能小于所述电机发电产生的电能与所述电能转换效率的乘积。

可选的，所述确定所述储能模块的电能转换效率包括：

确定所述储能模块的储能效率及放电效率；

根据所述储能效率和所述放电效率确定所述电能转换效率。

可选的，所述确定所述储能模块的储能效率及放电效率具体包括：

所述电机向所述储能模块充电时控制充电电流位于第一区间；

根据充电电流确定所述储能效率；

所述储能模块向所述电机放电时控制放电电流位于第二区间；

根据放电电流确定所述放电效率。

可选的，所述根据所述驱动力确定所述驱动力的等效驱动力包括：

获取施加到所述运动组件上的多个不同的驱动力及所述运动组件在对应驱动力下的移动路程；

根据每一驱动力及其对应的移动路程确定等效驱动力。

根据本发明的另一方面，提供了一种健身设备，该健身设备包括：电机驱动器、电机、运动组件和储能模块；

所述电机与所述运动组件、所述电机驱动器和所述储能模块连接；

所述电机驱动器用于控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力以及所述电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值；其中，所述驱动力驱动所述运动组件朝第一方向运动，所述回收力带动所述运动组件朝第二方向运动，所述第一方向与所述第二方向相反；所述运动组件朝所述第一方向运动过程中所述电机发电产生电能，所述电机发电所产生的电能储存于所述储能模块中，所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机消耗所述储能模块中的电能。

可选的，本实施例提供的健身设备还包括限流模块和放电模块；

所述电机驱动器与所述限流模块和所述放电模块连接；

所述限流模块与所述储能模块连接；

所述电机驱动器用于在所述储能模块中的电量小于设定电量值时控制所述电机产生的电流传输至所述限流模块中，在所述储能模块中的电量大于或等于设定电量值时控制所述电机产生的电流传输至所述放电模块中。

可选的，本实施例提供的健身设备还包括辅助模块；

所述辅助模块包括显示控制单元、通讯单元和接口单元；

所述储能模块与所述辅助模块连接，所述储能模块用于为所述辅助模块供电；

所述电机驱动器与所述辅助模块连接，所述电机驱动器用于与所述辅助模块通信。

可选的，本实施例提供的健身设备还包括适配器；

所述适配器与所述储能模块连接；

所述适配器用于将市电电流转换为储能电流后将所述储能电流发送至所述储能模块中。

本实施例提供了一种电机控制方法，该控制方法包括：在运动组件向第二方向运动时，控制电机的回收力小于运动组件在朝第一方向运动时运动组件上施加的驱动力，从而增大电机产生的电能，减少电机消耗的电能，延长健身设备在无外接电源下的工作时长。进一步的，在运动组件朝第二方向运动时，控制电机的能量转化效率不小于预设值，从而使用较少的电能转换所需的机械能，进一步降低运动组件朝第二方向运动时电机消耗的电能，延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。综上，本发明提供的电机控制方法，可以延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的电机的各项参数与转速的关系示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种健身设备的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的又一种健身设备的结构示意图；

图5是根据本发明实施例提供的又一种健身设备的结构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的又一种健身设备的结构示意图；

图7是图6所示的健身设备处于折叠状态的结构示意图；

图8是图6所示的健身设备的爆炸结构示意图；

图9和图10为本实施例提供的一种运动执行机构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本实施例提供了一种电机控制方法，该电机控制方法应用于健身设备，健身设备包括电机、运动组件和储能模块，电机向运动组件施加负载，储能模块为电机的运转供电。

图1是根据本发明实施例提供的一种电机控制方法的流程示意图，参考图1，该电机控制方法包括如下步骤：

S110、控制电机的回收力小于运动组件上施加的驱动力，其中，驱动力驱动运动组件朝第一方向运动，回收力带动运动组件朝第二方向运动，第一方向与第二方向相反，运动组件朝第一方向运动过程中电机发电产生电能，电机发电所产生的电能储存于储能模块中，运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗储能模块中的电能。

具体的，驱动力由用户产生，用户带动运动组件朝第一方向移动的力为驱动力。获取驱动力的方法可以是在健身设备上设置一个传感器，利用传感器检测驱动力，也可以通过获取电机发电时的电流，根据电流确定驱动力。运动组件与电机连接，用户带动运动组件向第一方向运动时，运动组件会使电机反转，电机反转将发电产生电能。示例性的，运动组件可以是拉绳，用户朝第一方向拉动拉绳，使拉绳带动电机反转从而使电机发电。运动组件朝向第一方向运动时，电机向运动组件施加负载，负载可以是电机产生的力矩所对应的配重，可以通过控制电机的发电电流使电机产生负载所对应的力矩。用户在运动组件上施加克服力矩的驱动力，从而起到健身的效果。电机施加负载的大小可以在电机反转过程中保持不变，且负载的大小可以由用户确定。电机施加负载的大小也可以根据电机反转的速度的变化而变化，示例性的，电机反转的速度越大，电机向运动组件施加的负载越大。

当驱动力驱动运动组件向第一方向运动后，若需要运动组件复位，则需要电机正转从而驱动运动组件向第二方向运动，最终使运动组件复位。

电机正转时产生的可以使运动组件向第二方向运动的力即为电机的回收力，回收力用于使运动组件复位。电机产生回收力时会消耗储能模块中的电能。回收力越大，电机消耗储能模块中的电能将越多。若回收力大于驱动力，则电机在驱动力的作用下所产生的电能小于电机产生回收力时所消耗的电能，健身设备在无外接电源的条件下储能模块中的电能将被快速消耗殆尽，健身设备无法长时间在无外接电源的条件下工作。本实施例设置电机的回收力小于驱动力，可以减少电机消耗储能模块中的电能，并使电机发电产生较多的电能，从而延长健身设备在无外接电源条件下使用的时长。

需要说明的是，本实施例设置回收力小于驱动力，该回收力可以是运动组件向第二方向运动时最大的回收力，也可以是运动组件向第二方向运动过程中的等效回收力，该驱动力可以是运动组件向第一方向运动时最小的驱动力，也可以是运动组件向第一方向运动过程中的等效驱动力。

S120、控制电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值。

具体的，回收阶段为运动组件向第二方向运动的阶段。电机在回收阶段的能量转化效率为储能模块输出的电能转换为电机输出的机械能的效率。转换后的机械能可以使电机带动运动组件向第二方向运动。当需要转换的机械能一定时，电机在回收阶段的能量转化效率越高，电机消耗的电能将越少，产生的有效功越多。设置电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值，可以使电机消耗储能模块中较少的电能，从而进一步延长健身设备在无外接电源条件下使用的时长。预设值可以根据电机的类型确定，预设值可以为80％。此外，控制电机的能量转化效率维持在高效率区间(即能量转化效率不小于预设值)，可以在消耗同等电能的情况下尽可能增大回收力，以使回收力接近于等效驱动力，从而使用户在运动组件复位过程中不易感受到电机的力矩发生明显变化，以利于提升用户的健身体验。

本实施例提供了一种电机控制方法，该控制方法包括：在运动组件向第二方向运动时，控制电机的回收力小于运动组件在朝第一方向运动时运动组件上施加的驱动力，从而增大电机产生的电能，减少电机消耗的电能，延长健身设备在无外接电源下的工作时长。进一步的，在运动组件朝第二方向运动时，控制电机的能量转化效率不小于预设值，从而使用较少的电能转换所需的机械能，进一步降低运动组件朝第二方向运动时电机消耗的电能，延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。综上，本发明提供的电机控制方法，可以延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。

可选的，控制电机的回收力小于运动组件上施加的驱动力包括：获取施加到运动组件上的驱动力和电机的第一转速，第一转速由驱动力驱动产生；根据驱动力和第一转速确定电机发电产生的电能，根据电机发电产生的电能确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

具体的，电机在驱动力的作用下反转，其反转的速度为第一转速，可以通过电机编码器获取第一转速。由于电机发电产生的电能与驱动力和第一转速相关，因此，需要根据驱动力和第一转速确定电机发电产生的电能。接着根据电机产生的电能控制电机的回收力，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。电机发电产生的电能为运动组件向第一方向运动时产生的机械能所转换的电能，即运动组件向第一方向运动时电机向储能模块输入的电能。

运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能为运动组件朝第二方向运动过程中储能模块所减少的电能。设置电机发电产生的电能大于电机消耗的电能，可以使用户在使用健身设备时，延长储能模块中的电能消耗时间，进一步延长健身设备的使用时长。

可选的，控制电机的回收力小于运动组件上施加的驱动力包括：获取运动组件朝第一方向运动时电机产生的第一电流和第一电压，根据第一电流和第一电压确定电机发电产生的电能，根据电机发电产生的电能确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

具体的，用户带动运动组件向第一方向运动时，运动组件会使电机反转，电机反转将产生第一电流和第一电压，可以根据第一电流和第一电压确定电机发电产生的电能。可以通过电流采集器采集得到第一电流，通过电压采集器采集得到第一电压。接着根据电机产生的电能控制电机的回收力，或控制电机回收阶段的电流、电压，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

可选的，根据驱动力和第一转速确定电机发电产生的电能包括：根据第一转速确定电机的发电效率；根据驱动力确定驱动力的等效驱动力；根据电机的发电效率和等效驱动力确定电机发电产生的电能。

具体的，运动组件向第一方向运动时电机会产生机械能，电机的发电效率为运动组件向第一方向运动时电机产生的机械能转换为电能的效率。电机的发电效率与第一转速相关，每一第一转速均有其对应的电机发电效率，第一转速确定后，电机发电效率将被确定。用户在健身过程中对运动组件施加的驱动力并不固定，而当运动组件移动的总长度一定时，不同驱动力做功总和与驱动力的等效驱动力和运动组件移动的总长度的乘积相等，因此，根据驱动力确定等效驱动力，可以获得运动组件向第一方向运动时电机产生的机械能。将等效驱动力记为F₁，运动组件朝第一方向移动的总长度记为S，运动组件向第一方向运动时电机产生的机械能记为E₁，则E₁＝F₁S，将电机的发电效率记为η₁，则电机发电产生的电能为E₁η₁。

可选的，根据第一电流和第一电压确定电机发电产生的电能包括：获取运动组件朝第一方向运动的第一时间；根据第一电流和第一电压确定第一功率；根据第一功率和第一时间确定电机发电产生的电能。

具体的，第一时间为电机发电产生第一电流的持续时间。第一电流和第一电压同时产生。将第一功率对第一时间进行积分，其积分结果为电机发电所产生的电能。

可选的，根据电机发电产生的电能确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能包括：根据电机的发电效率、等效驱动力和运动组件运动距离的乘积确定电机发电产生的电能，控制电机消耗的电能小于电机发电产生的电能，其中，电机消耗的电能由回收力和运动组件运动距离的乘积与电机在回收阶段的能量转化效率的比值确定。

具体的，运动组件运动距离为运动组件朝第一方向移动的总长度，电机发电产生的电能为F₁Sη₁。将电机的回收力记为F₂，电机在回收阶段的能量转化效率记为η₃，则电机消耗的电能为F₂S/η₃,控制F₂S/η₃＜F₁Sη₁，可以使电机消耗较少的电能，延长储能模块中电能消耗的时间，从而延长健身设备在无外接电源条件下的工作时长。由于运动组件朝第一方向运动的距离和朝第二方向运动的距离是相同的，因此，可以通过减小电机的回收力F₂和/或增大电机在回收阶段的能量转化效率η₃来控制电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

将上述公式F₂S/η₃＜F₁Sη₁变形后可以得到F₂＜F₁η₁η₃，由于电机的发电效率η₁和电机在回收阶段的能量转化效率η₃都小于1，因此当电机的发电效率η₁一定时，电机在回收阶段的能量转化效率η₃越高，η₁η₃就越接近于1，回收力就可以更接近等效驱动力，此时依然能够确保电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。因此，控制电机在回收阶段的能量转化效率维持在高效率区间，可以在消耗同等电能的情况下尽可能增大回收力，以使回收力接近于等效驱动力，从而使用户在运动组件复位过程中不易感受到电机的力矩发生明显变化，以利于提升用户的健身体验。

可选的，根据电机发电产生的电能确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能包括：根据第一功率对第一时间进行积分确定电机发电产生的电能，控制电机消耗的电能小于电机发电产生的电能，其中，电机消耗的电能由第二功率对第二时间进行积分确定，第二功率由运动组件朝第二方向运动过程中电机产生，第二时间为运动组件朝第二方向运动的时间。

具体的，运动组件向第二方向运动时，电机会产生第二电流和第二电压，第二电流和第二电压同时产生，第二功率由第二电流和第二电压的确定。将第二功率对第二时间进行积分可确定电机消耗的电能。因此，可以通过控制第二时间小于第一时间来控制电机消耗的电能小于电机发电产生的电能，第二时间越短，电机正转的速度越大，电机消耗的电能将越小。也可以在第一电压和第二电压接近的情况下通过控制第二电流小于第一电流，来控制电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

可选的，控制电机的回收力小于运动组件上施加的驱动力还包括：确定储能模块的电能转换效率；根据驱动力、第一转速和电能转换效率确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，或者根据第一电流、第一电压和电能转换效率确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能与电能转换效率的乘积。

具体的，根据驱动力和第一转速确定电机发电产生的电能，或者根据第一电流和第一电压确定电机发电产生的电能。储能模块包括电池包。储能模块的电能转换效率为电池包输出的电能与输入至电池包的电能的比值。电机发电产生的电能输入至储能模块后并不能完全被储能模块输出，而电机发电产生的电能与电能转换效率的乘积，则为电机产生的电能输入至储能模块后可被储能模块输出的电能。

在运动组件往复一个循环的过程中，当电机消耗的电能等于电机产生的电能输入至储能模块后可被储能模块输出的电能时，储能模块在无外接电源的条件下将输出的电能全部供给电机，刚好满足电机消耗的电能。其中，运动组件往复一个循环包括运动组件向第一方向运动的过程及运动组件朝第二方向复位的过程。在运动组件往复一个循环的过程中，当电机消耗的电能小于电机产生的电能输入至储能模块后可被储能模块输出的电能时，储能模块在无外接电源的条件下可输出的电能大于电机消耗的电能，从而可以使储能模块中的电能增加。在运动组件往复一个循环的过程中，当电机消耗的电能大于电机产生的电能输入至储能模块后可被储能模块输出的电能时，储能模块中的电能将逐渐减小，若无外接电源持续向储能模块供电，则电机在工作一段时长后将无法使运动组件复位。可见，当健身设备中耗电器件仅为电机时，设置电机消耗的电能小于电机发电所产生的电能与电能转换效率的乘积，既可以使用户在健身设备无外接电源的条件下健身，还可以使用户在健身的过程中增加储能模块中的电能。本实施例将储能模块的电能转换效率纳入本申请电机控制方法的考量因素当中，充分考虑到了储能模块在健身设备长期使用过程中可能存在的衰减效应，因此采用本实施例的电机控制方法可以在无外接电源的情况下实现有效的能量回收，从而确保健身设备能够在无外接电源的条件下持续使用。

下面将详细介绍运动组件往复一个循环时，电机消耗的电能与电机发电所产生的电能与电能转换效率的乘积之间的关系：

将运动组件向第一方向运动时电机产生的机械能记为E₁，则E₁＝F₁S。将电机发电产生的电能记为E₂,则E₂＝η₁E₁，η₁为电机发电效率，E₂也为电机产生的电能，电机产生的电能将输入至储能模块中。将电能转换效率记为η₂，将电机产生的电能输入至储能模块后可被储能模块输出的电能记为E₃，则E₃＝η₂E₂＝η₁η₂E₁＝η₁η₂F₁S。将E₃简称为储能模块输出的电能。将回收力记为F₂，当运动组件在回收力作用下复位时，运动组件朝第二方向移动距离记为S，此时电机在回收力F₂下所做的功为F₂S，记E₄＝F₂S，电机在回收阶段的能量转化效率为η₃，则电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能为E₄/η₃。

若E₄/η₃＝E₃，即F₂S/η₃＝η₁η₂F₁S，即F₂＝η₁η₂η₃F₁，则电机消耗的电能与储能模块输出的电能相等。

若E₄/η₃＜E₃，即F₂S/η₃＜η₁η₂F₁S，即F₂<η₁η₂η₃F₁，则电机消耗的电能小于储能模块输出的电能，储能模块可以在运动组件的往复运动的过程中累积电量，健身设备可以在无外接电源的条件下正常工作。

若E₄/η₃＞E₃，即F₂S/η₃＞η₁η₂F₁S，即F₂＞η₁η₂η₃F₁，则电机消耗的电能大于储能模块输出的电能，储能模块在运动组件的一个往复运动中将减小电量，健身设备需要外接电源才可以正常工作。

由于电机的发电效率η₁、储能模块的电能转换效率η₂和电机在回收阶段的能量转化效率η₃都小于1，因此基于上述公式F₂<η₁η₂η₃F₁，当电机的发电效率η₁和储能模块的电能转换效率η₂一定时，电机在回收阶段的能量转化效率η₃越高，η₁η₂η₃就越接近于1，回收力就可以更接近等效驱动力，此时依然能够确保电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。因此，控制电机在回收阶段的能量转化效率维持在高效率区间，可以在消耗同等电能的情况下尽可能增大回收力，以使回收力接近于等效驱动力，从而使用户在运动组件复位过程中不易感受到电机的力矩发生明显变化，以利于提升用户的健身体验。

图2是本发明实施例提供的电机的各项参数与转速的关系示意图，参考图2，图2中的横坐标为转速，转速为第一转速或第二转速，第二转速为电机正转时的速度，即电机产生回收力时的转速。转速的具体类型根据纵坐标的类型确定。图2中的曲线1表示电机效率与转速的关系曲线。电机效率可以为电机发电效率η₁或电机在回收阶段的能量转化效率η₃，当曲线1中的纵坐标为电机发电效率η₁时，其横坐标为第一转速，当曲线1中的纵坐标为电机在回收阶段的能量转化效率η₃时，其横坐标为第二转速。图2中的曲线2表示电机的输出功率与第二转速的关系曲线，其中，电机的输出功率为E₄对应的功率。电机的输出功率可以为第二电流与第二电压的乘积。图2中的曲线3表示力矩与第一转速的关系曲线。图2中的曲线4表示第一电流与第一转速的关系曲线。图2中的曲线5表示输入功率与第一转速的关系曲线，其中，输入功率为E₁对应的功率，输入功率可以为第一电流与第一电压的乘积。从曲线1中可以看出电机发电效率η₁随着第一转速的变化而变化，因此，可以根据第一转速确定电机发电效率η₁，进而根据等效驱动力F₁与电机发电效率η₁确定电机发电所产生的电能。从曲线1中也可以看出，电机的第二转速与电机在回收阶段的能量转化效率η₃相关，可以将第二转速控制在电机在回收阶段的能量转化效率η₃较高的范围内，可以使电机在回收阶段的能量转化效率处于80％以上的范围内。电机在回收阶段的能量转化效率η₃越高，储能模块的电能转化效率越高，从而可以消耗较少的电能产生更多的机械能。

回收力F₂可以通过电机驱动器确定。回收力F₂与第二转速互不影响，示例性的，第二转速为400rad/S，回收力可以为5N、10N或15N等。因此，可以仅通过控制回收力控制电机消耗的电能，也可以仅通过控制第二转速控制电机消耗的电能，也可以通过控制回收力和第二转速控制电机消耗的电能。总之，通过控制回收力和/或第二转速确定电机消耗的电能，使电机消耗的电能小于储能模块输出的电能E₃，从而使健身设备在无外接电源的条件下满足用户的健身需求。

需要说明的是，若电机在发电时产生的力矩是固定的，则驱动力越大，第一转速越大，需要根据第一转速的等效第一转速确定电机发电效率η₁，从而确定电机发电产生的电能。若电机在发电时产生的力矩随着驱动力的增大而增大，则第一转速可以保持不变，则无需确定第一转速的等效第一转速，仅根据第一转速便可确定出电机发电效率η₁，从而确定电机发电产生的电能。

可选的，根据驱动力、第一转速和电能转换效率确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能具体包括：根据驱动力、第一转速和电能转换效率确定健身设备消耗的电能。

可选的，根据第一电流、第一电压和电能转换效率确定电机带动运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使电机消耗的电能小于电机发电产生的电能与电能转换效率的乘积具体包括：根据第一电流、第一电压和电能转换效率确定健身设备消耗的电能，以使健身设备消耗的电能小于电机发电产生的电能与电能转换效率的乘积，其中，健身设备消耗的电能包括运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能和健身设备中其他耗电器件消耗的电能，其他耗电器件为健身设备中除电机外的耗电器件。

具体的，耗电器件为需要在供应电能的情况下才能正常工作的器件。当健身设备中的耗电器件仅包括电机时，设置电机消耗的电能小于电机发电所产生的电能与电能转换效率的乘积便可以使健身设备在无外接电源的情况下正常工作。当健身设备中的耗电器件还包括除电机以外的耗电器件时，示例性的，健身设备还包括显示屏，则需要设置健身设备整体消耗的电能小于电机发电所产生的电能与电能转换效率的乘积，方可满足健身设备在无外接电源的情况下正常工作。

可选的，确定储能模块的电能转换效率包括：确定储能模块的储能效率及放电效率；根据储能效率和放电效率确定电能转换效率。

具体的，电机发电产生的电能输入至储能模块中后，储能模块会将电机发电产生的电能以化学能的形式进行存储，储能效率为电机发电产生的电能转换为化学能的效率。放电效率为储能模块将其内部的化学能转换为电能的效率，储能模块将化学能转换为电能后，转换后的电能可以带动运动组件向第二方向运动。电能转换效率可以为储能效率与放电效率的乘积。

可选的，确定储能模块的储能效率及放电效率具体包括：电机向储能模块充电时控制充电电流位于第一区间；根据充电电流确定储能效率；储能模块向电机放电时控制放电电流位于第二区间；根据放电电流确定放电效率。

具体的，储能效率与充电电流相关，充电电流越小，电能转换为化学能的效率越高，即储能效率越高。第一区间内的充电电流较小，因此，控制充电电流位于第一区间，可以使充电电流对应的储能效率较高。

同样的，放电效率与放电电流相关，放电电流越小，化学能转换为电能的效率越高，即放电效率越高。第二区间内的放电电流较小，因此，控制放电电流位于第二区间，可以使放电电流对应的放电效率较高。

可选的，根据驱动力确定驱动力的等效驱动力包括：获取施加到运动组件上的多个不同的驱动力及运动组件在对应驱动力下的移动路程；根据每一驱动力及其对应的移动路程确定等效驱动力。

具体的，移动路程可以通过运动组件移动的速度与移动的时间确定。当用户施加到运动组件上的驱动力不同时，等效驱动力将不同，等效驱动力随驱动力的变化而变化。等效驱动力的确定方法可以是：以运动组件为拉绳，拉绳的总长度为S为例进行说明，若用户拉动对应的驱动力为F₁₁，拉动/>对应的驱动力为F₁₂，其中，/>为驱动力F₁₁下的移动路程，/>为驱动力F₁₂下的移动路程，则用户拉动拉绳移动距离S时的等效驱动力为化简后等效驱动力为/>

图3是根据本发明实施例提供的一种健身设备的结构示意图，参考图3，该健身设备包括：电机驱动器110、电机130、运动组件140和储能模块150；电机130与运动组件140、电机驱动器110和储能模块150连接；电机驱动器110用于控制电机130的回收力小于运动组件140上施加的驱动力以及电机130在回收阶段的能量转化效率不小于预设值；其中，驱动力驱动运动组件140朝第一方向运动，回收力带动运动组件140朝第二方向运动，第一方向与第二方向相反；运动组件140朝第一方向运动过程中电机130发电产生电能，电机130发电所产生的电能储存于储能模块150中，运动组件140朝第二方向运动过程中电机130消耗储能模块150中的电能。

具体的，健身设备还包括电机编码器120，电机编码器120与电机130连接，电机编码器120用于获取电机130的第一转速，电机驱动器110与储能模块150连接，电机驱动器110还用于确定储能模块150的电能转换效率；电机驱动器110与电机编码器120连接，电机驱动器110还用于根据驱动力、第一转速和电能转换效率确定电机130带动运动组件140朝第二方向运动过程中电机130消耗的电能或者根据第一电流、第一电压和电能转换效率确定电机130带动运动组件140朝第二方向运动过程中电机130消耗的电能，以使电机130消耗的电能小于电机130发电所产生的电能与电能转换效率的乘积；其中，运动组件140朝第一方向运动过程中电机130发电产生的电能；电机130发电所产生的电能根据驱动力和第一转速确定，或者电机130发电所产生的电能根据第一电流和第一电压确定。本实施例中的电机130可以选用输出扭矩大且转速低的电机，从而降低用户在健身过程中电机产生的噪声，使健身设备使用时更静音。

可选的，图4是根据本发明实施例提供的又一种健身设备的结构示意图，参考图4，本实施例提供的健身设备还包括限流模块160和放电模块170；电机驱动器110与限流模块160和放电模块170连接；限流模块160与储能模块150连接；电机驱动器110用于在储能模块150中的电量小于设定电量值时控制电机130产生的电流传输至限流模块160中，在储能模块150中的电量大于或等于设定电量值时控制电机130产生的电流传输至放电模块170中。

具体的，放电模块170中包括放电电阻，放电电阻可以消耗多余的电能，可以避免在过大的发电功率下，让电池包充电过载，也可以避免为了适应过大的发电功率而要准备容量很大的电池包。同时放电模块170的设置也避免过剩的能量由电机130以及其他器件吸收，导致健身设备内部温升过高。设定电量值可以是储能模块150中的电池包充满电时的电量。储能模块150中包括电池包管理系统，电池包管理系统用于检测电池包是否处于满电状态。限流模块160用于限流，使电机130给电池包充电时的充电电流处于电池包可接收的电流范围内。

可选的，图5是根据本发明实施例提供的又一种健身设备的结构示意图，参考图5，本实施例提供的健身设备还包括辅助模块180；辅助模块180包括显示控制单元181、通讯单元182和接口单元183；储能模块150与辅助模块180连接，储能模块150用于为辅助模块180供电；电机驱动器110与辅助模块180连接，电机驱动器110用于与辅助模块180通信。

具体的，储能模块150可以与显示控制单元181、通讯单元182和接口单元183连接，储能模块150可以为显示控制单元181、通讯单元182和接口单元183供电。电机驱动器110可以与显示控制单元181、通讯单元182和接口单元183连接。电机驱动器110可以将电机130向储能模块150充电时的充电电流、储能模块150向电机130放电时的放电电流、电机130发电时电机130的力矩及用户施加到运动组件140上的驱动力发送至显示控制单元181。显示控制单元181可以显示电机130向储能模块150充电时的充电电流，也可以显示储能模块150向电机130放电时的放电电流，还可以显示电机130发电时电机130的力矩及用户施加到运动组件140上的驱动力。显示控制单元181还可以接收用户发送的各种指令，并将用户发送的各种指令发送至电机驱动器110，示例性的，显示控制单元181可以接收用户设置的配重，用户设置电机产生的配重可以为5Kg、10Kg、15.5Kg或30Kg等。通讯单元182可以包括蓝牙，电机驱动器110可以通过蓝牙向外发送信息。接口单元183可以是USB接口，USB接口可以连接外部用电设备，储能模块150可以通过USB接口向外部用电设备供电。

可选的，继续参考图5，本实施例提供的健身设备还包括适配器190；适配器190与储能模块150连接；适配器190用于将市电电流转换为储能电流后将储能电流发送至储能模块150中。

具体的，储能电流可以为低压直流电，储能电流为储能模块150中的电池包可接收的电流。适配器190可以在电池包亏电时将市电的交流电转化为直流电给储能模块150中的电池包充电。本实施中的健身设备也可以通过适配器190与外接电源连接。

图6是根据本发明实施例提供的又一种健身设备的结构示意图，图7是图6所示的健身设备处于折叠状态的结构示意图，图8是图6所示的健身设备的爆炸结构示意图，参考图6-图8，本实施例提供的健身设备包括给用户手握的拉绳提手310、两个电机130、第一底板320、内部转轴330、整机提手340、运动执行机构350、外罩360、转轴组370、电池组380、放电电阻390、第二底板321。其中，左右两个电机130和运动执行机构350安装在可以折叠的第一底板320上。第一底板320通过内部转轴330连接，可以实现折叠。在折叠位置中部有一个整机提手340，可以实现单手提拿。本实施例提供的健身设备可以在使用时展开，不使用时折叠，从而节省空间，另外，本实施例提供的健身设备处于展开状态时的尺寸为90mm*90mm*65mm，相比于现有的健身设备，尺寸减少的较为明显，且本实施例提供的健身设备在折叠后可以放入旅行包，方便携带。

继续参考图8，运动执行机构350用于实现拉绳的收卷。外罩360用于覆盖运动执行机构350和电机130。电机130与运动执行机构350组装，然后装配于第一底板320上，外罩360与第一底板320形成相对封闭的空间，将电机130与运动执行机构350置于之内，确保内部部件不会直接暴露在外部环境中，隔绝使用时带来的人生伤害风险。第一底板320用于安装运动执行机构350和外罩360，第一底板320可以是金属板材、塑胶板、玻璃、陶瓷或木质板材等，同时也是让用户可以站立其上操作使用，能承受使用者的重量，也能作为机构件与转轴组370进行可运动装配，形成可折叠结构形态。电池组380含有BMS保护系统，电池组380用于储电和发电。在外接市电电网时充电，在整机使用过程中电池组380给电机130供电以及回收电机130所发电能。放电电阻390用于消耗电机130发电给电池组380充电之外的能量，确保电池组380不会过充，同时也将电机130产生的能量转化传导到低温处，降低电机130温升。第二底板321为金属件，电池组380和放电电阻390通过耐温导热粘胶或螺丝或其他结构件固定在第二底板321上，第二底板321可以由金属制成，从而在使用过程中可以直接通过第二底板321将热量向外散发，也可以在此基础上再增加风扇或热管来强制散热，此时第二底板321就可以使用低导热性能的材料，如果没有强制散热，第二底板321需用较高导热性能的材料。转轴组370连接左右两个第二底板321，可以实现第二底板321的折叠。整机提手340固定在转轴组370上，可以通过提起整机提手340折叠左右两个第一底板320和第二底板321。转轴组370通过内部阻尼结构设计，比如在转轴配合通过压紧弹性垫片，摩擦垫片组合成有阻尼作用的可旋转结构，在运动过程中，需要克服垫片之间的摩擦力方可旋转，否则会保持原有相对位置，不会轻易转动，这样可以保证没有额外的折叠或展开动作不会出现不受控的展开或折叠动作，避免出现误操作及潜在的安全隐患。

图9和图10为本实施例提供的一种运动执行机构的结构示意图，图10为图9的背面结构示意图，参考图9和图10，为了提高拉绳302传动机构效率，运动执行机构350做以下方案设计：

收线轮301具备一个同步螺杆，在收线轮301旋转同时也会根据旋转方向同步向某一设计方向沿转轴轴向移动，确保出绳位置相对于出绳孔303没有相对位移。出绳孔303置于收线轮301轮廓竖直方向切线位置，减少拉绳302对收线轮302法向的力矩，同时也减少拉绳302给出绳孔303孔壁的压力，进而减小摩擦力，延长拉绳302寿命。减少出绳孔303的直径，将拉绳302相对准确分布在收线轮301上，防止收绳重叠。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电机控制方法，应用于健身设备，所述健身设备包括电机、运动组件和储能模块，所述电机向所述运动组件施加负载，所述储能模块为所述电机的运转供电，其特征在于，所述控制方法包括：

控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力，其中，所述驱动力驱动所述运动组件朝第一方向运动，所述回收力带动所述运动组件朝第二方向运动，所述第一方向与所述第二方向相反；所述运动组件朝所述第一方向运动过程中所述电机发电产生电能，所述电机发电所产生的电能储存于所述储能模块中，所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机消耗所述储能模块中的电能；所述回收力用于使运动组件复位；

控制所述电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值，使电机的能量转化效率维持在高效率区间，以使回收力接近于等效驱动力。

2.根据权利要求1所述的电机控制方法，其特征在于，控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力包括：

获取施加到所述运动组件上的驱动力和所述电机的第一转速，所述第一转速由所述驱动力驱动产生；根据所述驱动力和所述第一转速确定所述电机发电产生的电能，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能；

或者，获取所述运动组件朝第一方向运动时所述电机产生的第一电流和第一电压，根据所述第一电流和所述第一电压确定所述电机发电产生的电能，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能。

3.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述驱动力和所述第一转速确定所述电机发电产生的电能包括：

根据所述第一转速确定所述电机的发电效率；

根据所述驱动力确定所述驱动力的等效驱动力；

根据所述电机的发电效率和所述等效驱动力确定所述电机发电产生的电能。

4.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述第一电流和所述第一电压确定所述电机发电产生的电能包括：

获取所述运动组件朝第一方向运动的第一时间；

根据所述第一电流和所述第一电压确定第一功率；

根据所述第一功率和所述第一时间确定所述电机发电产生的电能。

5.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能包括：

根据所述电机的发电效率、所述等效驱动力和所述运动组件运动距离的乘积确定所述电机发电产生的电能，控制所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能，其中，所述电机消耗的电能由所述回收力和所述运动组件运动距离的乘积与所述电机在回收阶段的能量转化效率的比值确定。

6.根据权利要求4所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述电机发电产生的电能确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于电机发电产生的电能包括：

根据所述第一功率对所述第一时间进行积分确定所述电机发电产生的电能，控制所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能，其中，所述电机消耗的电能由第二功率对第二时间进行积分确定，所述第二功率由所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机产生，所述第二时间为所述运动组件朝所述第二方向运动的时间。

7.根据权利要求2所述的电机控制方法，其特征在于，控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力还包括：

确定所述储能模块的电能转换效率；

根据所述驱动力、所述第一转速和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，或者根据所述第一电流、所述第一电压和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能与所述电能转换效率的乘积。

8.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于，根据所述驱动力、所述第一转速和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能具体包括：

根据所述驱动力、所述第一转速和所述电能转换效率确定所述健身设备消耗的电能；其中，所述健身设备消耗的电能包括所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能和所述健身设备中其他耗电器件消耗的电能，所述其他耗电器件为健身设备中除所述电机外的耗电器件；

根据所述第一电流、所述第一电压和所述电能转换效率确定所述电机带动所述运动组件朝第二方向运动过程中电机消耗的电能，以使所述电机消耗的电能小于所述电机发电产生的电能与所述电能转换效率的乘积具体包括：根据所述第一电流、所述第一电压和所述电能转换效率确定所述健身设备消耗的电能，以使所述健身设备消耗的电能小于所述电机发电产生的电能与所述电能转换效率的乘积。

9.根据权利要求7所述的电机控制方法，其特征在于，所述确定所述储能模块的电能转换效率包括：

确定所述储能模块的储能效率及放电效率；

根据所述储能效率和所述放电效率确定所述电能转换效率。

10.根据权利要求9所述的电机控制方法，其特征在于，所述确定所述储能模块的储能效率及放电效率具体包括：

所述电机向所述储能模块充电时控制充电电流位于第一区间；

根据充电电流确定所述储能效率；

所述储能模块向所述电机放电时控制放电电流位于第二区间；

根据放电电流确定所述放电效率。

11.根据权利要求3所述的电机控制方法，其特征在于，所述根据所述驱动力确定所述驱动力的等效驱动力包括：

获取施加到所述运动组件上的多个不同的驱动力及所述运动组件在对应驱动力下的移动路程；

根据每一驱动力及其对应的移动路程确定等效驱动力。

12.一种健身设备，其特征在于，包括：电机驱动器、电机、运动组件和储能模块；

所述电机与所述运动组件、所述电机驱动器和所述储能模块连接；

所述电机驱动器用于控制所述电机的回收力小于所述运动组件上施加的驱动力以及所述电机在回收阶段的能量转化效率不小于预设值；其中，所述驱动力驱动所述运动组件朝第一方向运动，所述回收力带动所述运动组件朝第二方向运动，所述第一方向与所述第二方向相反；所述运动组件朝所述第一方向运动过程中所述电机发电产生电能，所述电机发电所产生的电能储存于所述储能模块中，所述运动组件朝所述第二方向运动过程中所述电机消耗所述储能模块中的电能，使电机的能量转化效率维持在高效率区间，以使回收力接近于等效驱动力；所述回收力用于使运动组件复位。

13.根据权利要求12所述的健身设备，其特征在于，还包括限流模块和放电模块；

所述电机驱动器与所述限流模块和所述放电模块连接；

所述限流模块与所述储能模块连接；

所述电机驱动器用于在所述储能模块中的电量小于设定电量值时控制所述电机产生的电流传输至所述限流模块中，在所述储能模块中的电量大于或等于设定电量值时控制所述电机产生的电流传输至所述放电模块中。

14.根据权利要求12所述的健身设备，其特征在于，还包括辅助模块；

所述辅助模块包括显示控制单元、通讯单元和接口单元；

所述储能模块与所述辅助模块连接，所述储能模块用于为所述辅助模块供电；

所述电机驱动器与所述辅助模块连接，所述电机驱动器用于与所述辅助模块通信。

15.根据权利要求12所述的健身设备，其特征在于，还包括适配器；

所述适配器与所述储能模块连接；

所述适配器用于将市电电流转换为储能电流后将所述储能电流发送至所述储能模块中。