CN116723886A - 健身器械及方法 - Google Patents

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威廉·弗林特
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Abstract

一种健身器械包括：配置成通过用户努力驱动的发电机(110)、配置成电连接到电储存装置(170)或逆变器的电输出端口(155)、电阻性负载(160)。电能转换单元(120)包括连接到发电机(110)并配置成从发电机接收电能的输入。电能转换单元(120)包括连接到电输出端口(155)的第一输出(126)及连接到电负载(160)的第二输出(126)。控制器配置成：接收所需健身阻力的输入选择，确定为提供所需健身阻力，电能转换单元的第一输出(126)的第一输出电压/电流和电能转换单元的第二输出(124)的第二输出电压/电流。

Description

健身器械及方法
背景
健身器械在健身房和家中广泛使用并可采取自行车、多功能健身器、划船机或其它类型的器械的形式。用户付出人为努力来对抗一定量的阻力。阻力水平可由用户选择，例如通过静止的健身自行车或划船机上的手操作的控制器进行选择。作为备选，阻力水平可通过计算机作为计算机控制的训练程序的一部分进行选择。例如，健身自行车可提供模拟丘陵地带的骑行的程序。在该程序期间，计算机可施加可变水平的阻力以模拟多个不同的坡度。
许多健身自行车使用某一形式的制动器来提供可变水平的阻力从而对抗用户施加的人为努力。一些已知形式的制动器为基于涡流原理的磁感应制动器(例如在自行车的飞轮中产生涡流)和摩擦制动器(例如压靠在飞轮外侧的压片)。
有兴趣将训练期间由用户施加的有用的人为努力收集为电能。
本发明的目标在于解决与现有技术相关联的至少一缺点。
发明内容
本发明提供一种健身器械，包括：
配置成通过用户努力驱动的发电机；
配置成电连接到电储存装置或逆变器的电输出端口；
电阻性负载；
电能转换单元，包括
连接到发电机并配置成从发电机接收电能的输入；
连接到电输出端口的第一输出；及
连接到电负载的第二输出；
控制器，配置成
接收所需健身阻力的输入选择；
确定为提供所需健身阻力，电能转换单元的第一输出的第一输出电压/电流和电能转换单元的第二输出的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
表达健身阻力的一种方法是表达为按％测量的梯度或坡度。应当理解，所需健身阻力可以多种不同的其它方法进行表达。所需健身阻力可用于确定其它参数，例如功率和/或转矩。
可选地，控制器配置成在三种运行模式下运行：
(i)第一运行模式，其中来自发电机的输入能量仅输出到第一输出；
(ii)第二运行模式，其中来自发电机的输入能量被输出到第一输出和第二输出；
(iii)第三运行模式，其中来自发电机的输入能量仅输出到第二输出。
可选地，电储存装置可选择性地连接到电输出端口，且控制器配置成：
确定电储存装置何时连接到电输出端口；及
当电储存装置未连接到电输出端口时，按第三运行模式运行。
可选地，电储存装置可在健身器械处于使用中的同时选择性地连接到电输出端口。
可选地，控制器配置成确定电储存装置的充电状态并基于电储存装置的充电状态随时间改变第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
可选地，控制器配置成根据下述之一选择性地控制第一输出电压/电流：基于电储存装置的充电状态的恒流充电方案和恒压充电方案。
可选地，控制器配置成通过监测电池电压而确定电储存装置的充电状态。
可选地，逆变器可选择性地连接到电输出端口，且控制器配置成：
确定逆变器何时连接到电输出端口；及
当逆变器未连接到电输出端口时，按第三运行模式运行。
可选地，逆变器可在健身器械处于使用中的同时选择性地连接到电输出端口。
可选地，控制器配置成确定逆变器所需的功率量并基于逆变器需要的功率量随时间改变第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
可选地，控制器配置成确定与健身阻力对应的电功率。
可选地，控制器配置成基于转矩确定与健身阻力对应的电功率。
可选地，控制器配置成优先将来自发电机的输入能量传到第一输出。
可选地，控制器配置成基于标示发电机的实际运行的输入而确定与健身阻力对应的电功率。
可选地，标示发电机的实际运行的输入为至少下述之一：
发电机的输出电压；
电能转换单元内与发电机的输出电压有关的电压；
发电机的转速。
可选地，电能转换单元包括：
第一转换器，配置成将发电机的交流输出整流为更高输出电压的直流输出；
第二转换器，配置成从第一转换器的直流输出电压得到第一输出电压；
第三转换器，配置成从第一转换器的直流输出电压得到第二输出电压。
可选地，发电机为提供三相交流电源的无刷直流电机。
可选地，健身器械包括用户接口，且控制器配置成接收来自用户接口的健身阻力输入选择，或者控制器配置成从来自用户接口的一个或多个输入确定所需健身阻力。
可选地，此外或者作为替代，健身器械包括无线通信接口，其中控制器配置成接收来自无线通信接口的健身阻力输入选择，或者控制器配置成从来自无线通信接口的数据确定所需健身阻力。
可选地，此外或者作为替代，健身器械包括有线通信接口例如以太网接口、CAN总线接口或任何其它适当的接口。控制器可配置成接收来自该通信接口的健身阻力输入选择，或者控制器可配置成从来自该通信接口的数据确定所需健身阻力。
可选地，控制器可配置成接收已燃烧能量信息，其指明在给定时间段，可选地，在当日期间，用户已耗尽的能量数量，控制器进一步配置成接收指明在相应时间段用户需耗尽的目标能量数量的目标能量燃烧信息，控制器配置成计算在使用健身器械健身期间要燃烧的目标能量数量。已燃烧能量信息可从健身器械的用户接口(如果存在)接收，或者从远程设备接收，可选地，经无线通信接口。远程设备例如可以是智能电话、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或任何其它适当的计算设备。
因而，控制器可计算为“添足”用户的能量燃烧，用户必须燃烧的能量数量(其可例如按卡路里或者千焦耳进行测量)。
可选地，控制器配置成接收指明用户燃烧目标数量的能量可用的时间量的信息并将与发电机提供的所需健身阻力的变化对应的健身配置信息产生为从时间或行进的有效距离之中选择的至少一个的函数。
行进的有效距离可基于用户产生的功率量进行计算，并可例如借助于自行车、划艇或者徒步行走如散步、慢跑或跑步来模拟行走。
可选地，为接收已燃烧能量信息和/或指明可用时间量的信息，控制器配置成与远程设备例如上面提及的、用户的智能电话通信。
健身器械可以是下述形式：自行车、划艇机、交叉训练机、举重器材、跑步机、滑雪有氧运动机(例如一种包括一对设置成为驱动发电机而由用户移动的杠杆的机器，可选地，以模拟滑雪体验的方式)、爬梯机、椭圆机、或者椭圆臂测力计。应当理解，健身器械可以是任何适当形式的有氧运动或力量训练器械，其中利用用户运动来驱动发电机。
在本发明的一方面，提供一种系统，包括：
至少一根据本发明一方面的健身器械；及
配置成与至少一健身器械通信的系统控制器。
可选地，系统控制器配置成与至少一健身器械通信以提供所需健身阻力的输入选择。
该系统可包括多个健身器械，该系统配置成向多个健身器械中的至少两个提供实质上相同健身阻力的输入选择。
该系统可包括多个健身器械，该系统配置成向多个健身器械中的至少两个分别提供不同健身阻力的输入选择。
该系统可包括共公共能量储存装置或逆变器，至少一健身器械连接到所述公共能量储存装置或逆变器。
在本发明的一方面，提供一种包括多个根据本发明一方面的健身器械的系统，其中，多个健身器械中的每一个连接到公共能量储存装置或逆变器。
一方面提供健身器械的控制方法，健身器械包括配置成通过用户努力驱动的发电机、用于电连接到电储存装置或逆变器的电输出端口、电阻性负载、及电能转换单元，所述方法包括：
接收健身阻力的输入选择；
为提供所需健身阻力确定连接到电输出端口的电能转换单元的第一输出的第一输出电压/电流以及电阻性负载的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
一方面，提供一种包括指令的计算机程序，当计算机程序由计算机运行时，所述指令使得计算机执行上面描述的或权利要求中限定的方法，以及使计算机程序存储于其上的计算机可读介质。本说明书中描述的功能可按硬件、由处理装置运行的软件、或者硬件与软件的结合实施。处理装置可包括计算机、处理器、状态机、逻辑阵列或者任何其它适当的处理装置。处理装置可以是通用处理器，其运行软件以使通用处理器执行所需任务；或者处理装置可专用于执行所需功能。本发明的另一方面提供机器可读的指令(软件)，当其由处理器执行时，执行任何描述的方法。机器可读的指令可存储在电子存储装置、硬盘、光盘或其它机器可读存储介质上。机器可读介质可以是非瞬态机器可读介质。术语“非瞬态机器可读介质”包括除短暂传播信号之外的所有机器可读介质。机器可读指令可经网络连接下载到存储介质。
一方面提供用于与具有发电机和电负载的健身器械一起使用的电能转换单元，该电能转换单元包括：
配置成连接到发电机并配置成从发电机接收电能的输入；
连接到电输出端口的第一输出，其配置成电连接到电储存装置或逆变器；
配置成电连接到电负载的第二输出；
控制器，配置成
接收所需健身阻力的输入选择；
确定为提供所需健身阻力，电能转换单元的第一输出的第一输出电压/电流和电能转换单元的第二输出的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
至少一示例或实施方式的优点在于用户体验到与所需健身阻力更一致匹配的健身阻力(或转矩)水平。这在健身器械进行用户努力的、有用的回收或收集为电能的同时在健身期间改善用户体验。
至少一示例或实施方式的优点在于健身器械无需制动装置即能从用户努力回收能量。
在本发明的一方面，提供一种健身器械，包括：
配置成通过用户努力驱动的发电机；及
控制器，其配置成
接收所需健身阻力的输入选择；及
控制发电机的运行以提供与所需健身阻力的所选输入对应的、将通过用户努力驱动的阻力。
该健身器械可包括用户接口，其中控制器配置成从用户接口接收健身阻力的输入选择，或者控制器配置成从来自用户接口的一个或多个输入确定所需健身阻力。
此外或者作为替代，健身器械可包括通信接口，可选地，无线通信接口，其中控制器配置成从该通信接口接收健身阻力的输入选择，或者控制器配置成从接收自该通信接口的数据确定所需健身阻力。
控制器可接收指明在特定时间段如一天期间用户已耗尽的能量数量的输入以及用户希望耗尽的目标能量数量。控制器可将二者之间的差异确定为用户需在健身期间耗尽的目标能量数量。控制器可请求用户(例如经用户接口(在存在的情形下)，或者经通信接口从远程设备如智能电话或平板电脑)输入指明用户需在健身期间耗尽的目标数量的能量应在其内耗尽的时间量的信息，即健身时长。然后，控制器可产生转矩抗力配置，其包括指明作为健身时间段期间的时间或行进的有效距离的函数的转矩抗力的信息。行进的有效距离可对应于用户为耗尽给定的能量数量而可行进的距离。在健身器械被设置成模拟骑行的情形下，有效距离可以是在健身器械为自行车时用户以类似水平的努力(在给定时间量耗尽的能量)可行进的距离。应当理解，控制器可配置成请求用户输入他们的体重以更准确地确定给定水平的努力下行进的有效距离。应当理解，健身器械可进行配置，其中健身阻力的不同水平对应于自行车的不同有效齿轮比，即自行车的踏板的转动与给定直径的自行车轮的转动之间的比。
转矩抗力配置可对应于一个或多个存储的、预定的转矩抗力配置之一，其在健身过程期间向用户提供变化水平的转矩抗力。
与实质上恒定的水平或转矩抗力相比，提供变化的转矩抗力配置具有增强用户享受健身器械的优点。
与实质上恒定的水平或转矩抗力相比，提供变化的转矩抗力配置具有可向用户提供更沉浸式的健身体验的优点。
在本发明的一方面，提供用于与具有发电机和电负载的健身器械一起使用的电能转换单元，该电能转换单元包括：
配置成连接到发电机并配置成从发电机接收电能的输入；
可连接到电输出端口的第一输出，其配置成电连接到电储存装置或逆变器；
配置成电连接到电负载的第二输出；
控制器，配置成
接收所需健身阻力的输入选择；
确定为提供所需健身阻力，电能转换单元的第一输出的第一输出电压/电流和电能转换单元的第二输出的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
在本发明的另一方面，提供用于与具有发电机和电负载的健身器械一起使用的电能转换单元，该电能转换单元包括：
配置成连接到发电机并配置成从发电机接收电能的输入；
配置成电连接到电储存装置和/或逆变器的第一输出，其；
配置成电连接到电负载的第二输出；
控制器，配置成
接收所需健身阻力的输入选择；
确定为提供所需健身阻力，电能转换单元的第一输出的第一输出电压/电流和电能转换单元的第二输出的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
本发明的一些实施方式可参考权利要求进行理解。
在本申请的范围内，可以预见，在前面及下面提出的多个不同的方面、实施方式、例子和备选方案尤其是其各个特征可独立或以任何组合进行考虑。例如，结合一实施方式描述的特征可应用于所有实施方式，除非这样的特征不相容。
为避免疑惑，应当理解，针对本申请的一方面描述的特征可被包括在本申请的任何其它方面内，或独自，或与一个或多个其它特征适当组合。
附图说明
现在将参考附图描述本申请的一个或多个实施方式，但仅作为示例，其中：
图1示出了健身自行车形式的健身器械；
图2示出了用在图1的健身器械中的电系统；
图3示出了图2的电系统的运行模式；
图4示出了锂离子电池组形式的能量储存装置的充电曲线；
图5示出了关于用户输入功率、电阻性负载功率、及能量储存装置的充电状态的示图；
图6示出了运行方法；
图7和8示出了具有逆变器的电系统；
图9示出了用于实施图6的方法的处理装置；
图10示出了多个根据本发明实施例的健身器械连接到公共能量储存装置和外部控制器。
具体实施方式
图1示出了健身自行车10形式的健身器械。健身自行车10具有框架12，其具有坐落于地板上的支撑件14。框架12支撑用于用户的座16和手把18。一对曲臂20和踏板22连接到轮毂24。在使用时，用户施加力到踏板以使曲臂20绕轮毂24的旋转轴转动。健身自行车10还包括飞轮(壳体26内)，其可通过传动皮带或其它形式的连接而连接到轮毂24。飞轮提供一定程度的惯性并有助于模拟骑实际的自行车的体验。健身自行车10包括发电机110(参见图2)。发电机配置成通过用户努力驱动。例如，在轮毂24与发电机110之间可以有直接或齿轮机械连接。在用户施加力到踏板以使曲臂20绕轮毂24的旋转轴转动时，能量经机械连接传递到飞轮。发电机110被飞轮驱动。发电机110可与飞轮的旋转轴同心安装。随着飞轮转动，其使发电机110内的转子转动从而产生电源。
用户接口可提供在健身自行车10上。用户接口可包括显示器和用户输入控制器例如物理杠杆或按钮19(图1)或者显示在触敏显示器上的虚拟按钮。杠杆或按钮19在图19中用虚线轮廓示出，因为它们是可选特征。在一些实施例中，用户接口可向用户提供信息，例如燃烧的卡路里数量、健身期间的进展、健身期间的阻力情况、储电装置的充电状态。用户接口可使用户能打开/关闭健身自行车及调整运行设置，例如健身阻力的水平(转矩)。另一可能类型的用户输入控制是可手动调节的控制旋钮以便设置阻力水平(转矩)。传感器可感测控制旋钮的旋转从而向控制器提供控制信号。控制健身阻力(转矩)的另一种方式是经能与健身自行车10上的通信接口通信的外部设备，例如移动电话、平板电脑或其它计算设备50。托架或支架可提供在框架12上以支撑外部设备50。在一些实施例中，健身自行车10上的用户接口可省略，用户接口功能仅通过外部设备50提供。
图2示出了健身器械的电系统100的概览。电系统100可用在图1的健身自行车或者一些其它形式的健身器械中。电系统100包括发电机110，其配置成通过用户努力驱动。电输出端口155配置成电连接到电储存装置170例如图1中所示的电池组的相应端口175。在该实施例中，电储存装置170可从健身器械拆卸。这使电储存装置170能移到另一位置并连接到别处的电负载。电储存装置170可具有管理单元172，其可执行例如平衡各个电池(或者多组电池)174之间的充电和保护能量储存装置的功能。电系统100还包括电负载160。电负载160可以是电阻性负载，例如绕线电阻器。
电系统包括电能转换单元120，其在所示实施例中被提供在单元40中。电能转换单元120具有连接到发电机110并配置成从发电机110接收电能的输入122。电能转换单元120具有连接到电输出端口155的第一输出124和连接到电负载160的第二输出126。控制器190控制电系统100的运行。控制器190可以无线方式启用。在图1的实施例中，控制器190被提供在单元40中。
发电机110包括无刷DC(BLDC)电机，其输出3相交流(AC)电源112。电能转换单元120包括整流器和功率增大(放大)单元130。该单元将3相电源112转换为更高电压的直流(DC)输出。例如，3相(最大)30VAC峰值电源可被转换为85VDC输出。
整流器/功率增大单元130的输出在到电阻性负载调节器140和能量储存调节器150的电源总线132上提供DC电源。电阻性负载调节器140向电阻性负载160提供经调节的输出电压和电流。在使用时，通过电阻性负载160的电流被根据下面的关系耗散为热量：
功率＝I2.R
其中，I为流过电阻性负载的电流，R为电阻性负载的电阻。
在图1和图2的实施例中，发电机110以高达约30VAC的电位向整流器/功率增大单元130输出3相功率。整流器/功率增大单元130进而以高达约85V的DC电位向电源总线132输出电功率。应当理解，在一些实施例中，可使用来自发电机110和电源总线132的其它电位值。
电阻性负载调节器140配置成将经总线132接收的DC电源转换为所需的输出电压和电流以实现所需的功率耗散。电阻性负载调节器140可以是降压转换器或者一些其它形式的DC-DC功率转换器。调节器140中的功率切换装置的工作比(即“开”时间与“关”时间的比)可改变以控制输出电压和电流。这控制电阻性负载160中耗散的功率量。
能量储存调节器150提供用于电储存装置170充电的、经调节的输出电压和电流。能量储存调节器150配置成将经总线132接收的DC电源转换为所需的输出电压和电流以对能量储存装置170充电。能量储存调节器150可以是降压转换器或者一些其它形式的DC-DC功率转换器。调节器150中的功率切换装置的工作比可改变以控制输出电压和电流。调节器150的输出电压/电流受限于能量储存装置170的充电周期。在充电周期期间，对可施加到能量储存装置170的电压和电流有约束。这进而限制了在对能量储存装置170充电的特定时间点可由能量储存装置170耗散即由能量储存装置吸收的功率量。这还影响由能量储存调节器150和能量储存装置170呈现的负载阻抗因而影响发电机看到的负载转矩。
电系统100具有两个电负载：(a)电储存装置170和(b)电阻性负载160。在使用时，控制器190控制：(i)来自发电机的、被输出以对电储存装置170充电的输入电能/功率的数量；及(ii)来自发电机的、被输出以在电阻性负载160中耗散为热量的输入电能/功率的数量。控制器190控制电能转换单元120的运行以控制输出124处的第一输出电压/电流和输出126处的第二输出电压/电流。图3示出了电系统100的三种运行模式。控制器190可安下述模式运行：
(i)第一模式(模式1)，其中来自发电机110的输入能量仅输出到对电储存装置170充电；
(ii)第二模式(模式2)，其中来自发电机110的输入能量被输出到对电储存装置170充电以及输出到电阻性负载160；
(iii)第三模式(模式3)，其中来自发电机110的输入能量仅输出到电阻性负载160。
控制器190可在输出能量对电储存装置170充电与将能量输出到电阻性负载160之间改变来自发电机的输入能量的划分或分享。控制器能运行以优先对电储存装置170充电。
图2示出了控制器190的一些输入。这些输入包括：能量储存装置的电压和电流(例如在输出124处测得)；电阻性负载的电压和电流(例如在输出126处测得)；发电机速度的指示，例如：输入122处的电压(电压122与发电机的转速直接有关)；单元130的输出电压；发电机110的实际转速(例如通过发电机110的测量发电机转子旋转的传感器测得)。
控制器190的另一输入为所需健身阻力的指示。该输入可以多种不同的方式接收，例如：来自健身器械的用户接口的用户输入；从通信装置例如移动电话、平板电脑或其它计算设备运行的应用接收的值；从正运行健身程序的控制器接收的值。健身阻力输入指明在一时间点需要的健身阻力的数量。健身阻力的该指示可映射到实际功率。例如，阻力水平5的用户输入(从1-10的等级选择)可对应于500Watts(W)的功率。控制器190配置成确定调节器140、150的运行设置以调整负载阻抗从而提供所需水平的健身阻力(转矩)。
控制器190定期确定运行设置。例如，控制器190可以每秒10到40次之间的频率确定设置。当所需的健身阻力值有变化时，例如当用户在用户接口上输入新的健身阻力值时，需要改变运行设置。当用户施加到健身器械的努力程度有变化时，需要改变运行设置。例如，当用户蹬得更快从而来自发电机的输入功率增大时及当用户蹬得更慢从而来自发电机的输入功率减小时。输入功率的变化设定新的输出功率以实现所需水平的健身阻力。改变运行设置的另一原因是为了调整能量储存装置的电压/电流。锂电池由于它们的化学组成和性质需要特定的充电条件。通常，随着它们的充电状态增加，它们接受更慢速率的充电。因此，随着电池充满，需要改变能量储存装置为对电池充电提供的电压和电流。
图4示出了锂离子电池的充电周期示意图。该图示出了跨一充电周期时间段的电池/充电电流201(即流入电池的充电电流)和电池电压202(即跨电池端子的电压)。充电周期的第一时间段是恒流控制时间段。充电周期的第二时间段是恒压控制时间段。在恒流控制时间段期间，充电电流201被限制到最大恒定值，电池电压202随时间上升。在时间205，充电电压202被保持在恒定值。随着充电周期继续，充电电流逐渐掉落，直到电池在时间tcutoff充满为止。
从图4可以看出，电池接受的能量数量随时间变化。这影响来自发电机的、可传送到能量储存装置170的输入能量数量。这影响输入能量在输出124与126之间的划分以实现所需水平的健身阻力。
图5示出了用户输入功率(轴301)、电阻性负载功率(轴302)和电池充电状态(轴303)的三维示意图。该图示出了控制器在下述之间分配来自发电机的输入能量/功率的一种可能方式：(i)输出对电池充电的能量/功率；及(ii)输出到电阻性负载而被耗散为热量的能量/功率。在所示例子中，当电池空时(充电状态＝0％)，所有输入能量被输出到电池充电直到约30％用户输入功率，没有输入能量/功率被输出到电阻性负载。高于30％用户输入功率时(点305)，输入能量/功率在电池充电与电阻性负载之间分配。从该示意图的形状可以看出，输入能量被输出到电池充电的部分随着充电状态的增加而逐渐减少。当电池满时(充电状态＝100％)，输入能量被输出到电阻性负载，遵循线308。在点307，用户输入功率＝100％及所有输入能量被输出到电阻性负载。应当理解，图5的示意图是说明性的，控制器190可配置成按不同于该示意图所示的方式分配输入能量。
返回到图2，电系统可在能量储存装置170连接到电系统的情形或者从电系统移开的情形运行。当能量储存装置170从电系统移开时，来自发电机的所有输入能量被传送到电阻性负载调节器140和电阻性负载160。电阻性负载160和电阻性负载调节器140配置成吸收健身器械的全部功率需求。预期的最大功率可在高达约2kW的区域中，例如在高强度健身爆发期间。输出124处的电压检测可确定能量储存装置170是否存在或者是否被移开。在一些实施例中，在存在能量储存装置170时，在高强度健身期间，能量储存装置170可接收约0.5kW的功率用于充电，同时电阻器接收剩余的1.5kW。
如果检测到电压，控制器190确定能量储存装置170存在。检测能量储存装置170的存在的其它方法包括：与能量储存装置170上的管理系统通信；确定能量储存装置170的物理存在的传感器。
电系统100可配置成允许在健身期间去除或连接能量储存装置170。这将被称为热插拔。
电系统100具有多种不同的安全措施。控制器190可配置成在达到特定充电状态值时停止对能量储存装置170充电。某些电池类型例如锂离子(Li离子)在它们未被充电到100％充电状态时性能更好并保留更大的每充电周期容量。用户可能希望选择他们希望获得的特定水平的充电。健身器械上的用户接口(在存在时)或者外部设备50上的用户接口可用于选择最大充电水平。控制器190配置成接收最大充电状态水平并在达到最大充电水平时停止对能量储存装置170充电。
控制器190配置成在能量储存装置170首次连接到连接器155时检查能量储存装置170。能量储存装置170的电压水平将确定其充电状态。控制器190可通过执行能量储存装置170的内部电阻检查而另外对能量储存装置进行“健康检查”以展现/记录其降级和估计的寿命。这通过下述方式进行：
-将能量储存装置170连接到电阻性负载160；
-通过将电池短时间短接到电阻性负载160而测量电流加载之前和之后的电池电压；
-124处的电流测量结果用于计算该加载期间的电流；
-测得的电池电压值与存储的数据比较以确定电池健康状况。
每一能量储存装置170可包括存储器，其存储标识码。当能量储存装置170连接到电系统100的连接器155时，控制器190可询问能量储存装置170并取回标识码。这可使控制器190能确定该特定能量储存装置170先前是否已连接到电系统100。对新的或未知的电池进行内部电阻检查。执行该“健康检查”是为了看电池的降级程度并设定其可进行多少充电的限制。通过限制最大充电电压，系统可先发制人地延长电池容量。
图6示出了控制器190的运行方法。在模块501，该方法接收健身阻力的输入选择。在模块503，该方法确定为提供所需健身阻力，电能转换单元的第一输出的第一输出电压/电流及电能转换单元的第二输出的第二输出电压/电流。可选地，在模块502，该方法针对所需健身阻力确定电功率。该方法可针对所需健身阻力确定转矩。在模块504，该方法控制电能转换单元的运行以输出第一输出电压/电流及第二输出电压/电流。
现在将提供一些运行示例。
-考虑提供在健身自行车上的用户接口(或者移动设备50上的应用程序)向用户提供1-10的健身阻力水平范围。用户选择水平5。
-控制器确定该健身阻力水平在典型的健身速率下对应于500W的发电机功率。实际的发电机功率将取决于用户的努力。控制器可使用表示典型/预期努力的数据。控制器也可使用一个或多个其它因素例如用户的身高/体重/年龄来调整发电机功率。
-控制器确定为提供所确定的500W的电功率，电能转换单元的第一输出124的第一输出电压/电流及电能转换单元的第二输出126的第二输出电压/电流。例如，控制器可按来自发电机的输入能量/功率在第一输出124与第二输出126之间分享的模式运行。控制器确定转换器150的工作比以提供所需的第一输出电压和第一输出电流从而在对能量储存装置170充电时实现所需的功率耗散。控制器确定转换器140的工作比以提供所需的第二输出电压和第二输出电流从而在电阻性负载160实现所需的功率耗散。电压/电流值可基于能量储存装置170的当前充电状态进行选择。例如，如果充电状态低，输入能量的较大份额可输出到能量储存装置170。控制器可基于能量储存装置的当前充电状态选择按哪一模式运行以及多少能量/功率转移到电阻性负载。在初始时，当健身器械处于休息状态时，仅可能估计发电机的预期输入能量/功率。一旦发电机运转，则可能确定输入能量/功率及确定需要输出的功率。
-控制器控制能量储存调节器150和电阻性负载调节器140以用这些值的电压和电流运行。
-控制器从电能转换单元120接收输入，包括指明从发电机接收的能量/功率的量，并再次确定运行值。
-对于健身持续时间，重复控制循环。
在使用时，电阻性负载160将大量能量耗散为热量。返回到图1，电阻性负载160可被包围在单元40中。单元40具有壳体，其可耗散电阻性负载160的热能。单元40的壳体可用作电阻性负载160的散热器。单元40可包括气流入口和气流出口，这使空气能流过单元40从而耗散来自电阻性负载160的热量。
图1中所示的健身器械为具有飞轮和连接到飞轮的发电机的健身自行车。健身器械可采取其它形式。例如：
-划艇机：划艇机通常使用风扇来提供空气阻力。发电机(和飞轮)可代替风扇，用户努力被传递到发电机(和飞轮)。
-举重机：发电机可连接到举重机的移动部件(例如滑轮、线缆)。
-跑步机、滑雪有氧运动机、爬梯机或交叉训练机、椭圆机、椭圆臂测力计。
如上面提及的，应当理解，健身器械可以是任何适当形式的有氧运动或力量训练器械，其中利用用户运动来驱动发电机。
在图2的电系统100中，电储存装置170可连接到连接器155。图7示出了可用在健身器械100中的另一电系统700。电系统700具有能量转换单元720，其具有用于连接到逆变器单元770的输出端口755。逆变器可被包围在具有与图2的连接器155相同或类似的连接器775的壳体中。逆变器单元770包括逆变器，其可将经连接器775接收的DC电源转换为AC输出电源例如市电电压AC电源。逆变器单元770可通过将连接器775从端口755断开而从电系统700拆卸。逆变器单元770可代替能量储存装置170进行安放。调节器750将总线电压转换为用于输出到逆变器单元770的输出电压。调节器750可与能量储存调节器150相同，或者可被修改以向逆变器单元770提供适当的电源。逆变器单元770具有输出端口785，其可连接到电负载如电气设备。
应当理解，在一些实施例中，逆变器单元770可自动操作而将逆变器单元770与健身器械100电连接断开，例如在检测到故障时。例如，如果逆变器单元770检测到其发生故障，例如阻止逆变器单元770正确运行的故障，逆变器单元770可自动断开与健身器械100的连接，使得用于由逆变器单元770转换为输出电功率以经输出端口785对外部负载供电的电功率不再能被逆变器单元770接收。在一些实施例中，在检测到健身器械100发生故障时，逆变器单元770可类似地断开其与健身器械100的连接。应当理解，在逆变器单元770未连接到健身器械100的情形下，或因缺少物理连接，或因逆变器单元770自动断开其与健身器械100的电连接使得用于由逆变器转换的电功率不再能被逆变器单元770接收，健身器械100可按第三模式(模式3)运行，如果尚未这样做的话。
在一些实施例中，健身器械100可设置成在逆变器单元770连接到健身器械100但逆变器单元770未从健身器械100获取功率时按第三模式(模式3)运行。在一些实施例中，逆变器单元770可设置成在逆变器单元770的输出端口785未连接到外部负载时不从健身器械100获取功率。在一些实施例中，逆变器单元770可设置成在逆变器单元770连接到外部负载但外部负载未从逆变器单元770获取功率时不从健身器械100获取功率。在一些实施例中，可使用其它设置。
逆变器单元770可设置成连接到建筑物的市电电源，例如建筑物的环网。因而，逆变器单元770可设置成并网，以与建筑物电源同步的频率和相位输出电能。
图8示出了可用在健身器械100中的另一电系统800。电系统800也具有逆变器880。在该系统中，逆变器880被提供为能量转换单元820的一部分。该逆变器具有用于连接到电负载如电气设备的输出端口885。输出端口885可以是传统的市电电压插座。逆变器885可将从整流器/功率增大单元130接收的DC电源转换为AC输出电源。调节器850可与能量储存调节器150相同，并向逆变器880提供适当的DC电源。电系统800具有下述能力：(i)对能量储存装置170充电并输出能量/功率到逆变器880；(ii)仅对能量储存装置170充电；(iii)仅输出能量/功率到逆变器880。
按与图7的逆变器单元770类似的方式，逆变器880可设置成连接到建筑物的市电电源，例如建筑物的环网。因而，逆变器880可设置成并网，以与建筑物电源同步的频率和相位输出电能。在一些实施例中，电系统800可自动操作而断开逆变器880与系统能量转换单元820的电连接，例如在逆变器880或者逆变器880可经输出端口885连接到其的设备或系统发生故障时。
图9示出了可实施图2的控制器190的控制器600的例子。控制器600可实施图6的方法的全部或部分。控制器600包括一个或多个处理器601，其可以是用于执行控制设备的运行的指令的任何类型的处理器。处理器601经一根或多根总线606连接到设备的其它元件。处理器可执行的指令603可使用任何数据存储装置或计算机可读介质如存储器602提供。处理器可执行的指令603包括用于实施所描述方法的功能的指令。存储器602属于任何适当的类型，例如非易失性存储器、磁或光学存储装置。数据605可存储在存储器/存储装置604中或者存储器/存储装置602中。处理装置600包括输入/输出(I/O)接口607。I/O接口607可从电系统100接收信号，例如能量转换单元120的测得的电压和电流。当用户接口608被提供在健身自行车上时，处理装置600连接到该用户接口。处理装置600连接到无线接口609以与其它装置无线交互。无线接口609可实施短程无线技术，例如BluetoothTM、无线局域布网技术如IEEE 802.11(WiFiTM)、或者一些其它无线技术。在一些实施例中，接口609可以是非无线接口，例如CAN总线接口或以太网接口。
健身自行车10也可具有紧急制动器。紧急制动器可以是能快速使飞轮停下来的摩擦制动器。紧急制动器不是健身自行车通常通过其针对用户努力提供阻力的装置。
可能的选择是用逆变器或者用于连接到逆变器的输出端口代替电阻性负载160或者作为其补充。逆变器可连接到电负载(例如电气设备)或环网。
如上面提及的，在一些实施例中，健身器械可使用户能借助于用户接口设定发电机的转矩抗力。健身器械可使用户能借助于远程设备如智能电话设定转矩抗力，可选地，与控制器无线通信。通过对发电机的转动保持给定的转矩抗力，健身器械能够向用户提供一致的对健身器械的感觉，即，不管能量储存装置170的充电状态如何以及是否连接能量储存装置170，用户体验到预期的健身阻力，例如在图1的健身自行车10的情形下踏板22的转动。
在一些实施例中，控制器可配置成根据预先确定的或者存储的转矩抗力健身配置改变转矩抗力的量，转矩抗力健身配置把将由健身器械产生的转矩抗力定义为时间或者行进的“有效”或“虚拟”距离的函数。行进的有效距离可至少部分基于发电机正由用户使得转动的速度进行计算。行进的有效距离可基于发电机速度、消逝的时间、以及发电机速度与用户的“有效”或“虚拟”行走速度之间的比进行计算。该比可被视为有效的齿轮比。
可选地，所述配置可设置成用向上和/或向下倾斜的斜坡模拟地面上的行走。这可向用户提供沉浸式健身体验，从而增强用户对健身器械的享受。在一些实施例中，控制器可配置成接收指明控制器存储的多个预先确定的配置中用户选择的配置的信息，例如，用户借助于与用户接口相关联的触摸屏或者从远程设备如用户的智能电话进行选择。作为替代或者另外，控制器可配置成接收定义转矩抗力健身配置并包括作为时间或行进的有效距离的函数的转矩抗力信息的信息。该信息可(在健身自行车提供用户接口的情形下)从用户接口接收，或者从远程设备接收。
可选地，健身器械10可配置成使用户能设定用户希望产生的、希望的功率水平。健身器械10之后可改变发电机110施加的转矩抗力的量以使得用户针对发电机110的给定转速产生希望的功率。这可称为“所以(ergo)模式”。因而，用户可设定功率水平例如100W、200W、500W或任何其它适当的功率水平。
在一些实施例中，远程设备例如用户的智能电话可监测该用户在给定时间段期间例如一天期间的健身燃烧并将该时间段迄今已燃烧的能量数量输出给控制器。用户可将该时间段的目标燃烧能量输入到控制器，例如经远程设备，例如每日的目标燃烧能量。当用与控制器相关联的软件记录时，这可以是一次输入。目标燃烧能量例如目标每日燃烧能量可由用户按需更新。控制器可基于该日的目标燃烧能量和该日已经燃烧的能量数量(例如基于从用户的智能电话接收的信息)计算给定健身时间段使用健身器械的目标燃烧能量，例如通过从将要燃烧的目标量减去已燃烧的能量数量。
控制器可选择或定义设置成确保用户燃烧目标量的能量的转矩抗力健身配置或者“健身阻力配置”。控制器也可要求用户输入健身时间段可用的时间量并调整健身配置以确保所需数量的能量被在可用时间内燃烧。
如上面提及的，远程设备可以是用户携带的智能电话或其它设备。其可配置和设置成估计用户在一天期间的给定时刻燃烧的能量数量，例如在散步、跑步和/或休息期间。其可接收来自外部生物测量监测器例如心脏监测器的输入。远程设备可包括设置成至少部分基于远程设备的运动估计能量的运动传感器，其可由用户携带或穿戴。如上面提及的，远程设备可使用已燃烧的能量数量的估计量来确定将要在健身期间燃烧的目标能量数量。
应当理解，借助于远程设备例如用户的电话远程控制转矩抗力可使健身器械能与第三方软件应用如多玩家游戏集成，其中转矩抗力可通过与控制器通信的第三方软件进行控制。
在一些实施例中，健身器械可设置成对电气设备例如风扇直接供电。健身器械可设置成根据用户正产生的功率量控制电气设备。因而，在一些实施例中，当用户产生更高的电功率量时，健身器械可使得风扇以更高的速率吹风。这可有助于向用户提供增强的冷却。吹风速率可配置成对应于用户的虚拟行走速度，其为例如基于用户产生的功率量的有效速度。
在一些实施例中，健身器械可配置成获取功率以对作为电动机的发电机供电，例如模拟下坡道骑行。在一些实施例中，功率可从电池170获取。在一些实施例中，功率可从外部电源例如市电获取。
在一些实施例中，健身器械可操作以使能对可连接到健身器械的电池如电池170以及另外的电池如用户的平板电脑或智能电话电池进行充电。
在一些实施例中，如果用户产生的功率量达到阈值水平，健身器械可尝试阻止用户通过减小发电机提供的阻力量而超出阈值功率水平，这可称为“阻力跌落”并有效地为健身器械提供“功率天花板”。在一些实施例中，用户可设置功率天花板的值。该特征例如可使用户能避免肌肉过劳和/或在健身过程期间实现恒定水平的努力。
在一些实施例中，健身器械可提供指明用户在给定时刻产生的功率量的输出。因而，在一些实施例中，健身器械可提供实时“功率表”。功率指示可以数字读出的形式例如数值显示、柱图显示、输出指示的颜色、或者任何其它适当的手段提供。
在一些实施例中，可变散热片或其它附属物可连接到飞轮或其它转动部件以引导气流冷却健身器械的电路和/或用户。
在一些实施例中，健身器械产生的热量可用于发电，例如借助于珀耳帖(Peltier)装置，以对电池170充电或者驱动一个或多个其它部件或设备。
在一些实施例中，可拆卸的电池组170具有约100Wh(瓦特小时)的功率储存容量。在一些实施例中，可使用其它容量。在所示例子中，电池组具有10个18650型的单电池，每一单电池具有8800mAh的容量以及约3.7V的输出电位。在一些例子中，单电池可具有在约2.5V到约4.2V范围的输出电位。单电池可以高达约4.2V的电位进行充电。因而，如果这些单电池在电池组170的壳体内串联连接，这些单电池可以高达约42V的电位进行充电。
图10示出了两个图1和图2中所示种类的健身器械100、100’并联连接到公共能量储存装置870代替连接到便携能量储存装置170的实施例。在一些实施例中，连接到公共能量储存装置870的健身器械100中的一个或多个也可被提供用于连接便携能量储存装置170的连接器，可选地，它们可被提供支架例如用于保持便携能量储存装置170的托架170C，如图1中所示的实施例那样。健身器械100可配置成将用户产生的电功率供应给公共能量储存装置870。在便携能量储存装置170另外连接到各个健身器械100、100’的情形下，健身器械100、100’可配置成相较对公共能量储存装置870充电，优先对便携能量储存装置170充电。作为替代，在一些实施例中，可优先对公共能量储存装置870充电。
在所示实施例中，公共能量储存装置870为比可拆卸便携储存装置170容量更大的储存装置。在所示实施例中，能量储存装置870具有电充电端口875，其连接到健身器械100、100’中的每一个的电输出端口155。能量储存装置870具有电池管理单元或系统(BMS)872，其管理能量储存装置870的各个单电池874的充电。在所示实施例中，健身器械100、100’的输出端口155并联连接到公共能量储存装置870。
在实施例中，公共能量储存装置870具有约10000Wh(瓦特小时)的储存容量。在一些实施例中，储存容量可以是25000Wh(瓦特小时)或者更大。根据连接到能量储存装置870的健身器械100、100’的数量，储存容量可以更低或更高。
在一些实施例中，公共能量储存装置870可以是便携能量储存装置870。作为替代，其可以是非便携储存装置870，如图10的实施例中那样。公共能量储存装置870可设置成向健身器械100、100’在其中运行的工作环境例如健身房或其它环境提供功率。例如，其可对与环境相关联的照明和/或其它电负载例如通风系统供电。应当理解，在一些实施例中，公共能量储存装置870可设置成经并网电逆变器向建筑物的市电电源例如建筑物的环网提供功率。从而，储存装置870用作功率缓冲器。可选地，并网电逆变器可设置成在某些时间将功率传送到建筑物，例如在公用事业提供商收取的用电收费较高时。在一些实施例中，并网电逆变器可连接到建筑物的市电配电盘。
应当理解，能量储存装置870可配置成在故障情形下自动断开其与所连接的健身器械100、100’的电连接。在能量储存装置870断开连接且可拆卸便携储存装置170未连接到健身器械100、100’时，健身器械100、100’配置成按上面描述的方式按第三模式(模式3)运行，其中，健身器械100、100’产生的功率在与相应健身器械100、100’相关联的电阻性负载160中耗散。因而，在健身器械100、100’中的一个或两个正产生功率的同时发生故障的情形下，根据可拆卸便携储存装置170是否连接到给定健身器械100、100’及是否需要接收电能，一个或多个健身器械100、100’按第三模式(模式3)运行。如果可拆卸便携储存装置170连接到给定健身器械100、100’并需要接收电能，健身器械100、100’按如上所述的第二模式(模式2)运行。
应当理解，如果确定公共能量储存装置870不再能接收充电，在可拆卸便携储存装置170未连接或者连接了可拆卸便携储存装置170但其同样不再能接收充电的情形下，例如因为其充电状态已达到最大允许水平，健身器械100、100’同样可按第三模式(模式3)运行。
因而，本发明的实施使相应健身器械100、100’的用户能根据健身器械100、100’已针对其进行设置的健身阻力享受一致感觉的健身器械100、100’，不管健身器械100、100’是否连接到公共能量储存装置870或者相应的便携储存装置170中的一个、两个或者一个也未连接，也不管这些一个或多个装置870、170的充电状态如何。
在图10的实施例中，健身器械100、100’中的每一个连接到健身器械100、100’外部的、与健身器械100、100’的相应机载控制器190通信的中央或公共控制器890。公共控制器890按计算装置的形式提供，在本实施例中，膝上计算设备890。应当理解，在一些备选实施例中，可采用其它形式的计算装置890例如台式计算设备、平板设备、基于云的装置/设备或者任何其它适当形式的计算装置。应当理解，中央或公共控制器890意为配置成(通过有线连接或无线连接)与所连接的每一健身器械100、100’通信的控制器890，从而对健身器械100、100’的一个或多个运行方面例如健身阻力维持控制，与控制器890的物理位置相反，其不需要物理上居中。
在一些实施例中，公共控制器890可配置成与健身器械100、100’中的每一个相关联的控制器190通信并指令健身器械100、100’中的一个或多个按第三模式(模式3)运行，其中健身器械100、100’中的一个或多个产生的电功率在与健身器械100、100’相关联的负载160中耗散且不输出到公共能量储存装置870或便携电池(如果它们连接到健身器械100、100’的话)。这例如可在控制器890确定公共能量储存装置870已达到希望的充电水平或者控制器890检测到与系统100S例如公共能量储存装置870相关联的故障情形下有用。通过命令按模式3运行，除了健身器械100、100’中的每一个的控制器190和能量转换单元120的功能之外，控制器890还可在使得健身器械100、100’按模式3运行方面对系统100S提供另外程度的保护，如上面例如结合图3所述和所示。
在图10的实施例中，控制器890可由操作员操作以与健身器械100、100’中的每一个相关联的控制器190通信并向控制器190提供将每一健身器械100、100’的健身阻力设定到希望的值的指令。应当理解，中央控制器890的操作员可以是健身教练、指导人员或其它操作人员。该控制器可配置成允许操作员将每一健身器械100、100’的健身阻力个别地设定为相应的值，使得一个健身器械100可相较于另一健身器械100’具有不同的、由操作员设定的阻力值。
控制器890可允许操作员运行预设例程，其中计算装置890使得每一健身器械100、100’的健身阻力按时间的函数变化以在计算装置890的控制下为健身器械100、100’的用户提供希望的健身配置。在一些实施例中，控制器890可进行配置，藉此可向相应的健身器械100、100’提供不同的健身配置。在一些实施例中，控制器890可进行配置，藉此可向多个健身器械100、100’实质上同时提供实质上一样的健身配置。
此外或者作为替代，在一些实施例中，控制器890可配置成在所需健身阻力方面向每一用户提供实质上相同的命令，使得他们体验与其他用户实质上同样的健身阻力。该命令可以给控制器190的、增大或减小健身阻力确定的量如5％、10％或任何适当的量的命令形式提供。增大量可以是当前设定的量的一比例，或者可设定的最大健身阻力量的一比例。作为替代，中央计算装置890可发送指明将要设定的健身阻力值的命令，而不是增大量或减小量的大小或比例。
在一些实施例中，给定健身器械100、100’的用户可被允许改变他们的健身器械100、100’所设定的健身阻力，其通过相对于中央控制器890已指明应设定的阻力值引入阻力偏离量实现。
该健身阻力偏离量可由每一健身器械100、100’的控制器190通过将该偏离量(阻力的增大量或减小量)应用于从中央控制器890接收的希望的健身阻力值而实施。作为替代，控制器190可将用户已请求的、希望的偏离量值传给中央控制器890。中央控制器890之后可将修改的所需健身阻力值发送给健身器械的控制器190从而考虑用户请求的偏离量。因而，如果用户请求将健身阻力减小给定量，中央控制器890可将所需健身阻力的值发送给该用户的健身器械100、100’的控制器190，使得健身器械100、100’相应地减小健身阻力。在一些实施例中，中央控制器890的操作员可被允许否决用户的请求并忽略用户改变其正体验的健身阻力值的请求。
应当理解，中央控制器890可设置成控制健身器械100的、任何希望数量的各个单元，例如如图1中所示。应当理解，健身器械100的、在控制器890控制下的一组多个单元可连接到一个公共能量储存装置870，而健身器械100的、在控制器890控制下的另一组多个单元可连接到不同的公共能量储存装置870。
在一些实施例中，高达10个以上健身器械100可连接到一个公共能量储存装置870。
在一些实施例中，高达20个以上健身器械100可连接到一个公共能量储存装置870。
在多个健身器械100连接到一个公共能量储存装置870的一些实施例中，可省略控制器890。
在一些实施例中，可使用其它布置。
在本申请中，词语“包括”、“包含”及其词形变化意为“包括但不限于”，并不旨在(且不)排除其它部分、附加物、部件、整体或步骤。
在本申请中，除非上下文另行需要，单数包括复数。具体地，在使用不定冠词的地方，除非上下文另行需要，相应说明应理解为可指复数和单数。
结合本申请的特定方面、实施方式或例子描述的特征、整体、特性、化合物、化学部分或族应当理解为可应用于在此描述的任何其它方面、实施方式或例子，除非与其不相容。

Claims (30)

1.一种健身器械(100,700,800)，包括：
配置成通过用户努力驱动的发电机(110)；
配置成电连接到电储存装置(170,870)或逆变器(770,880)的电输出端口(155)；
电阻性负载(160)；
电能转换单元(120)，包括
连接到发电机(110)并配置成从发电机(110)接收电能的输入(122)；
连接到电输出端口(155)的第一输出(124)；及
连接到电负载(160)的第二输出(126)；
控制器(190)，配置成
接收所需健身阻力的输入选择；
确定为提供所需健身阻力，电能转换单元(120)的第一输出(124)的第一输出电压/电流和电能转换单元(120)的第二输出(126)的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元(120)的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
2.根据权利要求1所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器配置成在三种运行模式下运行：
(i)第一运行模式，其中来自发电机(110)的输入能量仅输出到第一输出(124)；
(ii)第二运行模式，其中来自发电机(110)的输入能量被输出到第一输出(124)和第二输出(126)；
(iii)第三运行模式，其中来自发电机(110)的输入能量仅输出到第二输出(126)。
3.根据权利要求2所述的健身器械(100,700,800)，其中，电储存装置(170,870)或逆变器(770,880)可选择性地连接到电输出端口，且控制器配置成：
确定电储存装置(170,870)或逆变器(770,880)何时连接到电输出端口(124)；及
当电储存装置(170,870)或逆变器(770,880)未连接到电输出端口(124)时，按第三运行模式运行。
4.根据权利要求3所述的健身器械(100,700,800)，其中，电储存装置(170,870)或逆变器(770,880)可在健身器械(100,700,800)处于使用中的同时选择性地连接到电输出端口(124)。
5.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成在电储存装置(170,870)存在时确定电储存装置的充电状态并基于电储存装置的充电状态随时间改变第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
6.根据权利要求5所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成根据下述之一选择性地控制第一输出电压/电流：基于电储存装置(170,870)的充电状态的恒流充电方案和恒压充电方案。
7.根据权利要求5或6所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成通过监测电池电压而确定电储存装置(170,870)的充电状态。
8.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成确定与健身阻力对应的电功率。
9.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成基于所需健身阻力确定所需转矩。
10.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成优先将来自发电机(110)的输入能量传到第一输出(124)。
11.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成基于标示发电机(110)的实际运行的输入而确定与健身阻力对应的电功率。
12.根据权利要求11所述的健身器械(100,700,800)，其中，标示发电机(110)的实际运行的输入为至少下述之一：
发电机(110)的输出电压；
电能转换单元(120)内与发电机(110)的输出电压有关的电压；
发电机(110)的转速。
13.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，电能转换单元(120)包括：
第一转换器(120)，配置成将发电机的交流输出整流为更高输出电压的直流输出；
第二转换器(150)，配置成从第一转换器(120)的直流输出电压得到第一输出电压；
第三转换器(140)，配置成从第一转换器(120)的直流输出电压得到第二输出电压。
14.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其中，发电机(110)为提供三相交流电源的无刷直流电机。
15.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，包括用户接口(18,50)，其中控制器配置成接收来自用户接口(19,50)的健身阻力输入选择，或者控制器(190)配置成从来自用户接口(19,50)的一个或多个输入确定所需健身阻力。
16.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，包括通信接口(609)，其中控制器配置成接收来自通信接口(609)的健身阻力输入选择，或者控制器(190)配置成从来自通信接口(609)的数据确定所需健身阻力。
17.根据权利要求16所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成接收已燃烧能量信息，其指明在给定时间段，可选地，在当日期间，用户已耗尽的能量数量，控制器(190)进一步配置成接收指明在相应时间段用户需耗尽的目标能量数量的目标能量燃烧信息，控制器(190)配置成计算在使用健身器械(100,700,800)健身期间要燃烧的目标能量数量。
18.根据权利要求17所述的健身器械(100,700,800)，其中，控制器(190)配置成接收指明用户燃烧目标数量的能量可用的时间量的信息并将与发电机(110)提供的所需健身阻力的变化对应的健身配置信息产生为从时间或行进的有效距离之中选择的至少一个的函数。
19.根据权利要求17或18所述的健身器械(100,700,800)，其中，为接收已燃烧能量信息，控制器(190)配置成与远程设备(50)例如户的智能电话(50)通信。
20.根据前面任一权利要求所述的健身器械(100,700,800)，其为下述形式：自行车(10)、划艇机、交叉训练机、举重器材、滑雪有氧运动机、跑步机、爬梯机、椭圆机、或者椭圆臂测力计。
21.一种系统(100S)，包括：
至少一根据前面任一权利要求所述的健身器械(100)；及
配置成与至少一健身器械(100)通信的系统控制器(890)。
22.根据权利要求21所述的系统(100S)，其中，系统控制器(890)配置成与至少一健身器械(100)通信以提供所需健身阻力的输入选择。
23.根据权利要求22所述的系统(100S)，包括多个健身器械(100,100’)，所述系统(100S)配置成向多个健身器械(100,100’)中的至少两个提供实质上相同健身阻力的输入选择。
24.根据权利要求22或23所述的系统(100S)，包括多个健身器械(100,100’)，所述系统(100S)配置成向多个健身器械(100,100’)中的至少两个分别提供不同健身阻力的输入选择。
25.根据权利要求21-24任一所述的系统(100S)，包括共公共能量储存装置(870)或逆变器(770)，所述至少一健身器械中的至少一个连接到所述公共能量储存装置或逆变器，可选地，多个所述健身器械连接到所述公共能量储存装置或逆变器。
26.一种系统(100S)，包括多个根据权利要求1-20任一所述的健身器械(100,100’)，其中多个健身器械(100,100’)连接到公共能量储存装置(870)或逆变器(770,880)。
27.健身器械(100)的控制方法，健身器械包括配置成通过用户努力驱动的发电机(110)、用于电连接到电储存装置(170)或逆变器(770,870)的电输出端口(155)、电阻性负载(160)、及电能转换单元(120)，所述方法包括：
接收健身阻力的输入选择；
为提供所需健身阻力确定连接到电输出端口(155)的电能转换单元(120)的第一输出的第一输出电压/电流以及电阻性负载(160)的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元(120)的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
28.一种包括指令的计算机程序，当计算机程序由计算机运行时，所述指令使得计算机执行根据权利要求27所述的方法。
29.一种计算机可读介质，其上已存储根据权利要求28所述的计算机程序。
30.用于与具有发电机(110)和电负载(160)的健身器械(100,700,800)一起使用的电能转换单元(120)，该电能转换单元包括：
配置成连接到发电机(110)并配置成从发电机(110)接收电能的输入(122)；
连接到电输出端口的第一输出(124)，其配置成电连接到电储存装置(170,870)或逆变器(770,880)；
配置成电连接到电负载(160)的第二输出(126)；
控制器(190)，配置成
接收所需健身阻力的输入选择；
确定为提供所需健身阻力，电能转换单元(120)的第一输出(124)的第一输出电压/电流和电能转换单元(120)的第二输出(126)的第二输出电压/电流；及
控制电能转换单元(120)的运行以输出第一输出电压/电流和第二输出电压/电流。
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