CN203803033U - 一种可实现发电供电的简易健身设施 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种可实现发电供电的简易健身设施，包括其基本结构为绕一固定轴作圆周运动的简易健身设施，在与简易健身设施同轴位置上设置齿轮一，转子线圈设置在齿轮一上并与简易健身设施的转动结构位置对应，高磁性永久磁铁固定在转动结构上并与转子线圈对应，齿轮二与转动结构通过内螺纹配合连接，在齿轮一与齿轮二间设有变速装置，在变速装置与齿轮一间设有反向齿轮，稳压装置与转子线圈的引出线连接，在稳压装置后依次连接有储电装置和供电装置，本实用新型把全民健身与开发绿色新能源巧妙的融合在一起，将人们健身所产生的机械能转化为电能并加以储存，通过USB通用接口输出储存电能，且装置简单，使用安全程度高，有较高的推广价值。

Description

一种可实现发电供电的简易健身设施

技术领域

本实用新型涉及一种可实现发电供电的简易健身设施，属于健身设备技术领域。

背景技术

目前国内外所使用的简易健身设施，人们健身做功所产生的能量，全部以热能的形式散失，造成极大的浪费。通过对简易健身设施的改进，使其具备发电储电和供电的功能，既满足国家倡导全民健身和积极推广绿色环保能源开发利用的相关文件精神的要求，又能使广泛利用绿色环保能源的理念深入人民生活。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种实用、环保的可实现发电供电的简易健身设施，该设施能利用健身时产生的能量以电能的形式存储并供给，以克服现有技术的不足。

本实用新型的技术方案

一种可实现发电供电的简易健身设施，包括其基本结构为绕一固定轴作圆周运动的简易健身设施，在与简易健身设施同轴位置上设置齿轮一，转子线圈设置在齿轮一上并与简易健身设施的转动结构位置对应，高磁性永久磁铁固定在转动结构上并与转子线圈对应，齿轮二与转动结构配合连接，在齿轮一与齿轮二间设有变速装置，在变速装置与齿轮一间设有反向齿轮，稳压装置与转子线圈的引出线连接，在稳压装置后依次连接有储电装置和供电装置。

前述的可实现发电供电的简易健身设施中，在转子线圈与齿轮一间设有超越离合器，在反向装置与转子线圈间设有超越离合器，从而保证在简易健身设施的转动结构停转后，转子线圈能继续转动并同时切割磁感线。

前述的可实现发电供电的简易健身设施中，所述变速装置由数量为偶数的变速齿轮构成的齿轮组，通过在齿轮一和齿轮二间设有变速齿轮，既可扩大输出的转速，又不改变其输入的转向。

前述的可实现发电供电的简易健身设施中，齿轮一与齿轮二构成一个反向装置，从而转子线圈与高磁性永久磁铁的反向转动。

前述的可实现发电供电的简易健身设施中，储电装置采用锂电池为本体，在锂电池上设计接口，并在锂电池内设置保护电路，该保护电路采用现有技术，其保护电路的功能原理为：

1）当锂电池充电未饱和时，装置产生电能通过锂电池进行储存；

2）当锂电池充电饱和时，将其短路，多余电能通过一个阻值较大的电阻R转化为热能散失；

3）、当稳压装置故障导致输出电压过大时，为防止锂电池烧坏，将其短路，电能通过较大阻值的电阻R转化为热能散失。

本实用新型的原理为：利用基本结构为绕一固定轴转动的简易健身设施作为机体，通过简易健身设施的转动结构分别驱动转子线圈和高磁性永久磁铁作独立圆周运动，在转子线圈与简易健身设施的转动结构间设有反向装置，通过反向装置使得转子线圈和高磁性永久磁铁实现相反转动，即高磁性永久磁铁形成封闭的转动磁场，转子线圈在磁场内与反向旋转切割磁感线，使得同一简易健身设施转动过程中实现高于简易健身设施转速的磁感线切割速度，从而高效发电，再将生产出的电采用现有的稳压技术稳压后，最后存储并供电。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型采用现有技术的简易健身设施作为本体，在简易健身设施装入转子线圈和高磁性永久磁铁安装在简易健身设施使其构成一个发电整体，该转子线圈和高磁性永久磁铁能实现超过简易健身设施转速的速度实现快速切割磁感线产生电流，并最终稳压后存储并供电，本实用新型结构简单，发电效率好且非常环保，具有很好市场前景。

附图说明

附图1是本实用新型原理示意图；

附图2是本实用新型中发电装置结构示意图；

附图3是本实用新型中稳压装置的电路原理图；

附图4是本实用新型的储电装置中电路保护原理图；

附图中的标记为：1-简易健身设施、2-齿轮一、3-转子线圈、4-转动结构、5-高磁性永久磁铁、6-齿轮二、7-变速装置、8-稳压装置、9-储电装置、10-供电装置、11-发电装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型用作进一步的详细说明，但不作为对本实用新型的任何限制。

本实用新型的实施例：本实用新型的原理为，利用基本结构为绕一固定轴转动的简易健身设施（本实施例中采用模拟自行车）作为机体，通过简易健身设施的转动结构分别驱动转子线圈和高磁性永久磁铁作独立圆周运动，在转子线圈与简易健身设施的转动结构（本实施例中为模拟自行车上的护瓦）间设有反向装置，通过反向装置使得转子线圈和高磁性永久磁铁实现相反转动，即高磁性永久磁铁形成封闭的转动磁场，转子线圈在磁场内与反向旋转切割磁感线，使得同一简易健身设施转动过程中实现高于简易健身设施转速的磁感线切割速度，从而高效发电，再将生产出的电采用现有的稳压技术稳压后，最后存储并供电。

发电装置设计：如附图1所示，本实施例中包括发电装置11、稳压装置8、储电装置9和供电装置10，上述装置依次连接以实现发电存电及供电。

如附图2所示，发电装置11采用电磁感应原理，其中发电装置11以其基本结构为绕一固定轴作圆周运动的简易健身设施1（本实施例采用模拟自行车）为机体，在与简易健身设施1同轴位置上设置齿轮一2，转子线圈3设置在齿轮一2上并与简易健身设施1的转动结构4（本实施例中为模拟自行车上的护瓦）位置对应，并在转子线圈3与齿轮一2间设有超越离合器9，高磁性永久磁铁5固定在转动结构4上并与转子线圈3对应，齿轮二6与转动结构4通过内螺纹配合连接，在齿轮一2与齿轮二6间设有变速装置7，本实施例中在变速装置7 采用2座齿轮来实现齿轮一2的加速，其中齿轮一2采用现有技术的普通齿轮，齿轮二6和变速装置7中的2座齿轮采用现有技术中的变速齿轮。

上述发电装置的发电流程为：当简易健身设施（即模拟自行车）通过人为健身转动，简易健身设施上的转动结构（即护瓦）也随之转动，高磁性永久磁铁因固定在转动结构上也会与转动结构同速同向转动，并构成一个封闭式磁场，齿轮二也随着转动结构同向转动（因齿轮二与转动结构为内齿轮连接），经过齿轮二、变速装置（即2台变速齿轮）和齿轮一的配合连接后，可增大转子线圈的转动速度，并同时使得转子线圈与转动装置的转向相反（因转子线圈固定在齿轮一上，故转子线圈转向与齿轮一相同，2台变速齿轮只有改变增大转速大小而不会改变转速方向，而齿轮一和齿轮二相当于外齿轮连接形成反向装置），即与高磁性永久磁铁转速相反，则又增加了磁感线切割速度，在转子线圈与齿轮一间设有超越离合器的主要目的是，当齿轮一停止转动后转子线圈还能继续转动而切割磁感线发电，从而提高了能量的利用效率。

公式表述如下：

ω1*R1=ω2*R2  和  R1/R2=Z1/Z2；

    得  ω2/ω1=R1/R2=Z1/Z2；

    而  n =（60*ω）/（2*3.14）；

    所以  n2/n1=Z1/Z2 。

    式中：ω—角速度，rad/s；R—半径，m；Z—齿数；n—转速，r/min。

由上述公式推演知，通过多级的齿轮连接，可使转子线圈获得较大转速，提高装置的发电性能。

稳压装置9设计：稳压装置9采用现有技术的设计方案，当发电装置由于转动转子（护瓦）转动速度的不确定性，导致其所发交流电的电压和频率都不够稳定，无法直接通过储能装置储能，因此将其所发电压U1先通入稳压装置经过稳压装置稳压，再将稳压后的电压通入储能装置进行储存，稳压装置原理电路图（如附图3所示），将不稳定的电压通入AB端，经过变压器T1，电容C1、C2、C3、C4、稳压二极管VD1、二极管VD2、VD3、VD4、电感性电阻L1及电阻R1的整流，调压，稳压后，输出稳定的电压U2，U2的电压稳定在5—7伏。

储电装置10设计：储电装置10采用现有技术的锂电池作为本体，上述输出电压U2通入锂电池储存，考虑到该装置所产生电量不大的特点，所选锂电池的容量为20000mAh—30000mAh，由于该装置面向公众开放，参与健身的人群较多，为了防止锂电池过充，在U2与锂电池之间增加保护电路，保护电路由可编程控制器（programable logic controller ,PLC）编程，实现如下功能：(1)当锂电池充电饱和时，将其短路，多余电能通过一个阻值较大的电阻R转化为热能散失；当锂电池充电未饱和时，装置产生电能通过锂电池进行储存,(2)当稳压装置故障导致输出电压U2过大时，为防止锂电池烧坏，将其短路，电能通过较大阻值的电阻R转化为热能散失 。输入电压U2通过保护电路后，通过插口与锂电池接通（方便更换到达使用寿命的锂电池），储电装置设计功能如附图4所示。

供电装置11设计：该装置所发电能储存在储能装置（锂电池）中，目前市场上常用的小功率用电器如手机、MP3、MP4、平板电脑等，它们均可通过数据线连接USB接口进行充电，因此，在锂电池的另一端接3个USB输出口，通过USB接口将储能装置中所储电能输出，其中两个接口输出5V 1A的电能一个接口输出5V 2.1A的电能，调压原理与稳压装置相似，其功能通过PLC电路集成实现，5V 1A的接口用于给手机、MP3、MP4充电，5V 2.1A的接口用于给平板电脑充电。

本实施例可行性分析

人体在有氧运动时功率为70W—150W,经过齿轮组的变速后高磁性永久磁铁与转子线圈的相对转速可达到200r/min—220r/min,驱动力矩为T，理想驱动力为F,力臂r为发电机构半径约0.2m。

          由公式 P=T*ω， ω=（2*3.14*n）/60；

          得 T=P/ω=P/(（2*3.14*n）/60)；

          代入数据 p=(70—150)W,   n=（200—220）r/min；

          计算得 T=3.0N*m—7.2N*m；

      由 F=T*r；

      代入数据得理想驱动力 F=0.6N—1.44N；

因为机构中各构件间存在摩擦力，空气阻力等，所以引入修正系数k=2；

          实际所需牵引力  F1=k*F；

      解得 F1=1.2N—2.88N。

通过上述计算可知该 简易健身发电储电与供电装置所需牵引力为1.2N—2.88N，并不会增加太多的负载，基本不影响人们对健身装置的使用。

本实施例把全民健身与开发绿色新能源巧妙的融合在一起，将人们健身所产生的机械能转化为电能并加以储存，通过USB通用接口输出储存电能，且装置简单，成本较低，所产生电量较小，使用安全程度高，有较高的推广价值。

综上所述，本实施例只是因本实用新型作具体解释而说明，并为对其作出任何限制，本实用新型利用绕一固定轴作往复圆弧运动的简易健身设施而实施高效发电原理主要是：利用简易健身设施的圆弧摆动带动高磁性永久磁铁摆动，使之形成一个封闭的圆弧摆动磁场，并在简易健身设施与转子线圈设计偏心连杆结构，使简易健身设施的圆弧摆动形式转换为转子线圈绕着固定轴圆周运动形式，这样高磁性永久磁铁构成一个可摆动的封闭磁场，转子线圈在磁场内转动切割磁感线发电，对于把圆弧摆动转换为圆周运动的方法和结构若是采用现有技术，都应在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种可实现发电供电的简易健身设施，包括其基本结构为绕一固定轴作圆周运动的简易健身设施（1），其特征在于：在与简易健身设施（1）同轴位置上设置齿轮一（2），转子线圈（3）设置在齿轮一（2）上并与简易健身设施（1）的转动结构（4）位置对应，高磁性永久磁铁（5）固定在转动结构（4）上并与转子线圈（3）对应，齿轮二（6）与转动结构（4）通过内螺纹配合连接，在齿轮一（2）与齿轮二（6）间设有变速装置（7），稳压装置（8）与转子线圈（3）的引出线连接，在稳压装置（8）后依次连接有储电装置（9）和供电装置（10）。

2.根据权利要求1所述的可实现发电供电的简易健身设施，其特征在于：在转子线圈（3）与齿轮一（2）间设有超越离合器（9）。

3.根据权利要求1所述的可实现发电供电的简易健身设施，其特征在于：所述变速装置（6）由数量为偶数的变速齿轮构成的齿轮组。

4.根据权利要求1所述的可实现发电供电的简易健身设施，其特征在于：齿轮一（2）与齿轮二（6）构成一个反向装置。

5.根据权利要求1所述的可实现发电供电的简易健身设施，其特征在于：储电装置（10）采用锂电池为本体，在锂电池上设计接口，并在锂电池内设置保护电路。