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分类号密级毕业设计(论文)自发电多功能健身器设计所在学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级11机自x班姓名学号指导老师2015年 3 月31 日摘要中国健身器材行业的发展始于20世纪80年代末，随着中国加入WTO和北京申奥的成功，为健身器材行业的发展提供了有利条件和发展机遇，健身队伍的不断扩大为健身器材生产商带来浓厚商机。
2006年1-12月，中国体育用品工业企业实现累计工业总产值51,537,399千元，比2005年同期增长24.61%；实现累计产品销售收入49,740,392千元，比2005年同期增长24.2%；实现累计利润总额1,821,317千元，比2005年同期增长18.62%。
2007年1-12月，中国体育用品工业企业实现累计工业总产值61,313,721千元，比2006年同期增长19.39%；2008年1-10月，中国体育用品工业企业实现累计工业总产值55,906,766千元，比2007年同期增长17.67%。
中国健身器材行业在迅速发展的同时，一些问题也日益显露出来。
特别是在国际市场缺乏知名品牌，产品附加值较低，同时，与国际先进水平相比，中国不少生产企业还处在仿制生产阶段，产品研发和技术创新能力不足。
在消费领域，与欧美等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费还很低。
因此，中国健身器材工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出健身器材统一的技术安全标准，加强售后服务。
只有这样才能在新形势下立于不败之地。
它们的主要功能是：增加臂力：哑铃握力器多功能仰卧起坐板划船器：主要用来增强手臂力量、背阔肌和动作协调能力。
AMT体适能运动机：与其他的健身方式不同，用户可以在不同的运动模式和完全零冲击体验下，类似于登楼梯、步行、慢跑和长跑间自由转换。
您可以通过这种即时转换模式功能，调整您的训练模式来达到针对特定肌肉群训练的目标。
目录1 绪论 (2)2 脚踏式发电装置的设计要求 (2)3 脚踏式发电装置系统结构 (3)3.1 总体外观的设计 (3)3.2各主要部分设计 (4)3.2.1 脚踏式发电装置车座的设计 (4)3.2.2 脚踏式发电装置车把的设计 (5)3.2.3 脚踏式发电装置大梁的设计 (5)3.2.4 脚踏式发电装置支架的设计 (7)3.2.5 脚踏式发电装置脚踏板的设计 (8)3.2.6 脚踏式发电装置传送轮以及V带的设计及其计算 (9)3.3 发电机型号的选择 (15)3.4 蓄电池型号的选择 (15)4 脚踏式发电装置控制系统结构方案设计 (16)4.1 脚踏式发电装置设计要求的方案分析 (16)4.2 系统配置说明 (16)4.2.1 健身发电系统 (16)4.2.2 蓄电及逆变系统 (17)4.3 应用说明 (17)5 结束语 (17)致谢 (18)参考文献 (19)附录1整体装配俯视图 (20)附录2整体装配的正视图 (20)附录3发电机与外壳的配合视图 (21)1绪论随着社会的发展，能源问题逐渐成为人们关注的问题，要实现可持续性发展必须节省、或找到替代性能源。
随着人们生活水平的提高，人们越来越注重健身。
各种健身器具开始进入家庭，逐渐成为热销商品。
但美中不足的是，现有的健身器具大都忽略了对人体能的利用，致使大量人体能被白白消耗掉（尤其在运动员训练基地），这是一种容易被人视而不见的巨大而无形的浪费！正因如此，有必要设法将其收集利用起来，以物尽其用，造福社会。
脚踏式发电装置把发电机和健身器材结合起来，成为有益健康的健身器，集健身、发电、储电、应急及平时用电、环保于一体的多益器具，是在健身器中装入一般的发电装置，使健身时的运动力和发电时的阻力融为一起，达到既健身又能发电，有与其它健身器不可比拟的效果，真正地实现把每个人的力转化为光和热。
当健身力作用在发电装置上所发出的电经储备，后逆变成标准电源，基本能满足家庭看电视、电风扇、照明的使用，不论是在城市、乡村或是野外都可使用，可起到良好的节能效果。
一种基于健身器材的发电系统摘要：本文利用人们在健身房中使用健身器材所产生的机械能来发电，并将这种电能供给健身器材本身或者其他用电设备的正常运转。
通过设计传动装置、发电机、整流装置、直流降压斩波装置、蓄电池等组成了一套健身器材发电系统，并在传统的系统中加入了链条传动和变速装置，以适应不同人群的需求。
关键词：健身发电；电力电子；变速装置1. 引言随着经济的快速发展，人们的生活水平逐渐提高，越来越多的人不再满足于物质上的丰富，而是更多地关注自身身体的健康状态，因此各类健身房应运而生。
本文设计了利用健身器材产生的机械能来发电的系统，将机械能转换为电能储存起来，并用于后续健身房中其他用电设备的正常运转，以此为健身房带来较大的经济效益，并为节能环保事业做出一定的贡献。
2. 国内外发展现状健身器材发电技术在国外已有开发应用实例，且以旋转类运动器材的发电为主。
美国某家健身房在动感单车中安装了一种特殊装置，将动感单车产生的机械能转换为电能，并再供给单车使用，从而减少了单车的电能使用，起到节能的作用[1]。
在国内，虽然健身器材制造业起步晚，健身房所选用的器械较为传统，但近年来也有厂家在此方面取得较好的成绩。
比如我国伊诺飞生产的技能减碳发电健身车，发出的电能可以维持整个设备的用电需求，同时也可以作为应急电源使用[1]。
山西大学研制的无摩擦发电自行车利用磁生电的原理，将磁铁通过铁圈固定在自行车后轮一周。
只要自行车的车轮转动，车杆上的线圈就会切割磁感线产生电流，产生的电流再通过整流、稳压模块对移动电源进行充电，移动电源中的电能还能为照明灯供电。
又如纳米发电机，将健身过程中产生的动能转化为电能，达到发电的目的，可以为小型便携设备供电[2]。
3. 基于健身器材发电的系统设计3.1 系统的组成为了能将发电装置产生的电能储存起来，以便于后续给小功率用电设备供电，本系统设计了传动装置、发电机、整流装置、直流降压斩波装置、蓄电池等进行储电处理，系统流程图如图1所示。
复合式自发电自行车结构设计初步构思
自发电自行车是一种利用骑行者的动力通过自发电机产生电能来驱动车辆的一种新型交通方式，具有环保节能，健身减肥等多种优点。
为了更好地设计一款高效稳定的复合式自发电自行车，我们需要考虑以下几个方面：
1. 自发电机系统设计
自发电自行车最重要的部分就是自发电系统。
自发电系统是通过骑行者的力量转动自发电机，将动力转换为电力，为电动车的电池提供电源。
我们需要设计一个高效的自发电子系统，确保在不同骑行条件下产生稳定的电能，同时也要考虑自发电子系统与车轮，齿轮等其他部件的结构设计和适配度。
2. 车身结构设计
车身结构要考虑到骑行者的人体力学，舒适性和稳定性。
同时还要设计出结实耐用的车架，以及符合人体工程学的车座和车把等部件，让骑行者在骑行过程中能够得到良好的体验。
3. 动力控制系统设计
动力控制系统是保证自发电自行车正常运行的关键。
我们需要设计一个完善的电路系统，确保电能的输出能够满足电动车的需求。
此外，还需要考虑到力度转换和动力调节等方面，确保能够更好地适应不同的骑行需求。
4. 电池组合设计
电池组合是电动车最重要的部分之一。
我们需要选择高性能高质量的电池，确保电池能够存储足够的电能，在保证骑行舒适性和稳定性的前提下更长久地使用。
5. 配件的选用
在设计复合式自发电自行车的过程中，我们需要选择高质量的配件，以确保车辆的每个部分能够良好地运行。
也要考虑到易维修性和强大的后续保障，以确保车辆在使用过程中能够始终保持优良的车况。
健身场所发电系统的研制及动态分析作者：郑阳指导老师：尹志东摘要本课题研制了一套健身场所发电系统，利用人骑车时的机械功带动发电机转子进行发电，从而向健身场所内其他用电器供电。
首先，针对健身环境、运动器械、人体运动的特点，设计了一套发电系统，并对系统各个组成部分的设备进行设计，在理论上分析了各部件的特性，证明了该系统的可行性。
然后，根据前面的设计，实际制造了一套健身单车发电系统。
通过多次实验，测得各个部件运行特性及输出波形，与前面的理论分析吻合，从而用实践证明了该系统的可行性。
最后，提出系统成本估算和维护方法，为该系统更好的推广奠定了基础。
本课题涉及到电机、电力电子、机械、物理等多个学科，无论是理论上还是实践上都是可行的，并有较好的经济效益与实用价值。
关键词：健身发电，永磁发电机，电力电子，稳压稳频控制AbstractThe issue has manufactured a suit of generating system used in the gymnasiums, which can drive generator rotor to generate electricity via making use of the kinetic power produced by people taking exercises. The power produced is used to supply to the other facilities in the gym.First, aimed at the environment and equipments in gyms，the characteristic of the exercises, a system of generating electricity as well as each component is invented. This paper analyzed thecharacteristic of each component in theory in order to testify the feasibility of the system.Secondly，based on the design before, we put a generating system using bicycle into reality. Through a large amount of experiments, operation characteristics and output wave of each component are measured, which are agree with the theoretical analysis before. In this way, the feasibility of the system has been proved by practice.Finally, cost-effectiveness analysis and maintaining methods are put forward for the system promotion to lay a better foundation.This issue involves many subjects，such as the Motor, Power Electronics, Machinery, Physics and so on. The generating system in gymnasiums is proved feasible both in theory and in practice.Key Words: Generating system in gyms; Permanent magnet motor; Power electronic devices; Voltage-stabilizing and Frequency-stabilizing control第1章绪论1.1 课题背景及意义随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增加，据专家预测，煤炭还可开采221年，石油39年，天然气只能用60年。
Telecom Power Technology 设计应用可发电健身装置设计王安华，万东东，王沐阳，王东方，万欣鹏电气与控制工程学院，黑龙江设计一种高效环保的健身自行车的发电、蓄电和用电系统。
利用脚蹬踏板带动发电机转子旋转发电，再利用齿轮变速装置改变转速控制输出电能的大小对蓄电池进行充电，经过电力电子装置改善电能后分两路输出，一路直流工频供小功率负载使用。
此外，需要时装置还能将储存的电能供给给电动机，提供动能。
自行车发电；永磁发电机；直流稳压电路；逆变器Design of Power Generating Fitness DeviceWAN Dong-dong ，WANG Mu-yang ，WANG Dong-fang Heilongjiang University of Science and Technology environmentally friendly power generation fitness bicycles is designed. The pedal is used to drive the generator rotor to rotate to generate electricity transmission is used to change the speed to control the output power to charge the battery. After the power electronic device the battery is divided into two channels. One way DC 图1 系统硬件组成推挽电路工作于电流连续模式时，在一个开关周期内共经历4个开关状态。
当第一个开关管导通时，一个二极管承受正向电压导通，另一个二极管承受2倍的反向副边电压；当第二个开关管导通时，第二个二极管导通；当2个开关管全关断时，2个整流二极管全处于通态，各分担电感电流的一半，电感电流逐渐下降。
健身单车发电系统装置的研究作者：刘红涛等来源：《科技经济市场》2014年第04期摘要：基于节能环保的理念，设计一个健身单车发电系统。
该系统将人骑单车产生的机械能通过发电机最终转化为电能输出。
利用蓄电池储存电能，以供其他用电设备使用。
本文就此系统的基本原理进行了讨论，并对各部分设计进行论述，从而论证此系统的可实施性。
关键词：健身单车；发电机；转速；变传动比调速随着人们物质生活的不断提高，身体健康越来越受到人们的高度重视，健身会所则受到人们的青睐。
根据这一现象，我们调查发现，在健身过程中，人体运动所产生的大量能量被白白的浪费。
因此设想，将人们健身时产生的机械能转化为可利用的电能。
利用健身单车发电的创意正好符合国家倡导的节能环保理念，具有重要意义和实用价值，发展前景十分广阔。
1 系统装置设计要求一、根据调查得知，一般一个成年人在健身单车上运动时产生的平均功率为150～180W，所以设计时应采取功率小且效率较高的发电机。
二、由于健身的人群有年龄、性别、体能等差异，骑车的速度会有所不同，即转速具有不稳定性，并且机械运动速度越大，阻力越大，所以在设计系统时要加入转速可调装置，以适应不同人的运动需要。
三、人们在健身单车上不可能保持一个不变的速度，导致前面的发电机转速不稳定，致使其输出电压忽高忽低，所以系统中必须引入稳压系统。
四、由于人在健身时会频繁的启停，因此，系统要有适应频繁启停的能力。
五、为了避免电能的浪费，在系统中需加入一个电能储存装置。
2 系统装置的工作原理健身者蹬脚踏板时，转速较低，加入一个传动装置将转速提高一定的倍数，带动发电机转动，输出三相交流电，经三相二极管整流桥整流变为电压脉动的直流电，输入到直流稳压斩波器，PWM输出控制器利用电压反馈信号的输入，控制直流稳压斩波器件的占空比，从而输出幅值保持稳定的直流电。
直流电通过逆变器变为电压、频率稳定的交流电，供用电设备使。
用电设备正常工作时，对蓄电池进行充电；非正常工作时，蓄电池向负载进行放电。
发电式健身自行车设计摘要现在社会上的人们普遍都缺乏健身的时间，再加上现阶段能源短缺所带来的影响已经越来越大，针对这一问题，本论文提出一种发电式健身自行车。
发电式健身自行车的设计目标是将代步、健身、发电集于一体的新型自行车，它能够使人们在骑行的过程中达到健身的效果；也能够通过两个自发电的方式，把骑行中的动能转换成电能使用。
发电式健身自行车的传动装置主要采用链和圆锥齿轮的传动方式，并通过UG对发电式健身自行车进行三维建模，分析可行性。
发电式健身自行车发电方式，设计了两个方法，一个是通过车轮带动半支驱永磁同步发电机，当发电机开始转速，就发出交流电，通过三相全波整流，转变成直流电输出，并储存在蓄电池中；另一种发电方式是基于线圈切割磁感线发电，经电路模块输出稳定电压电流，供给移动电源。
通过对发电式健身自行车的设计研究，掌握了发电式健身自行车的工作原理和设计方法，同时对自行车、永磁同步电机以及切割磁感线发电的方式以及其工作特点有了进一步的认识，为自行车的和发电系统的优化改进指明了方向。
关键词：自行车；链传动；圆锥齿轮传动；永磁同步电机；线圈切割磁感线The design of power generation exercise bikeAbstractNow people in the society generally lack of fitness time, coupled with the current energy shortage has brought more and more influence, in order to solve this problem, this paper proposes a kind of power-generating exercise bike. The design goal of the power-generating exercise bike is a new type of bicycle that integrates walking, fitness and power generation. It enables people to achieve fitness in the process of cycling. It can also convert the kinetic energy in cycling into electrical energy through two ways of spontaneous electricity.The transmission device of the power-generating exercise bicycle mainly adopts the transmission mode of chain and conical gear, and carries on the three-dimensional modeling of the power-generating exercise bicycle through UG to analyze the feasibility. The first is to drive a semi-driven permanent magnet synchronous generator by the wheel. When the generator starts to rotate at a rotating speed, it will send out alternating current, which will be converted into direct current output through three-phase full-wave rectification and stored in a battery. Another power generation method is based on the coil cutting magnetic induction line to generate electricity, through the circuit module output stable voltage and current, supply mobile power.Through the study to the design of power type exercise bikes, master the working principle and design method of power type exercise bikes, as well as the bicycle, the permanent magnet synchronous motor and cutting way of magnetic induction line power and its working characteristics had the further understanding, for bicycles and pointed out the direction of the optimized improvement of power generation systems.Keywords: The bike; Chain drive; Bevel gear drive; Permanent magnet synchronous motor; The coil cuts the magnetic induction wire目录1前言 (1)1.1 设计目的及意义 (1)1.2 设计在国内外的发展概况及存在的问题 (1)1.3 设计应解决主要问题 (2)1.4 设计研究内容 (2)2发电式健身自行车的设计方案 (3)2.1发电式健身自行车系统构成 (3)2.2机械传动系统工作原理 (5)2.3传动比计算 (6)2.3.1输入输出功率计算 (6)2.3.2传动比分配 (6)2.4链传动设计 (6)2.5圆锥齿轮传动的设计 (7)2.6设计结构特点 (8)3发电式健身自行车材料选择 (9)3.1车体部分材料选择 (9)3.2传动部分材料选择 (9)3.3行动部分材料选择 (10)3.4安全部份材料选择 (10)4发电系统构成 (11)4.1半直驱永磁同步发电机结构 (11)4.2半直驱永磁同步发电机工作原理 (12)4.3半直驱永磁同步电机结构设计 (12)4.4永磁材料选择 (12)4.5发电系统工作原理 (13)4.6主要部件技术参数 (14)5发电系统实物制作与分析 (15)5.1半直驱永磁同步发电机实物 (15)5.2半直驱永磁同步发电机支撑架实物 (15)5.3稳压器实物 (16)5.4半直驱永磁同步发电系统实物制作过程 (16)5.5半直驱永磁同步发电系统实物分析 (19)6储能装置 (20)6.1储能系统总体设计 (21)6.2储能系统电路图设计 (22)6.3实验波形仿真及分析 (23)7基于切割磁感线发电装置 (26)7.1基于切割磁感线发电原理 (27)7.2基于切割磁感线发电方式 (27)7.3基于切割磁感线发电效率分析与计算 (28)7.3.1发电模块 (28)7.3.2整流模块 (28)7.3.3稳压模块 (28)7.4实验计算与分析 (29)8总结与展望 (31)参考文献 (32)谢辞 (33)附录 (34)1前言从古代到20年代初，自行车一直是中国老百姓的一个重要交通工具，自行车被纳入为以前男女子结婚是的三件套之一。
摘要本文针对运动器械的运动特点,考虑到人们在健身运动中所消耗大量能量，我们将健身器材分为两大类：往复式运动和回转式运动健身器材，通过对健身器材进行改装，将人们消耗在健身器材上的机械能转化为小型发电机的动能来发电，设计了一套健身器材发电系统,利用人骑车时的机械功带动发电机转子进行发电，并利用液压传动的措施将健身器材的不规律机械能转化为水的势能,平稳地发电,利用电力电子装置改善电能质量后供电力设备使用。
并且，针对健身环境、运动器械、人体运动的特点，设计了一套发电系统，并对系统组成部分的设备进行设计，在理论上分析了各部件的特性，证明了该系统的可行性。
本设计涉及到电机、电力电子、物理等多个学科，无论是理论上还是实践都是可行的。
关键词:健身发电；液压传动；电力电子控制；永磁发电机；ABSTRACTIn this paper, the characteristics of sports equipment for sports, taking into account the people exercise consumed a lot of energy, we will be divided into two categories of fitness equipment: reciprocating and rotary motion fitness equipment, fitness equipment to be modified by the people consume machinery in the fitness equipment can be converted into kinetic energy to power a small generator, designed a set of fitness equipment power generation system that uses mechanical work to drive people to ride when the generator rotor to generate electricity, and the use of hydraulic drive of measures of fitness equipment irregular mechanical energy into potential energy of water, smooth power, after the use of power electronic devices improve power quality for electric power equipment.Furthermore, the characteristics of the fitness environment, sports equipment, body movement, a power generation system design, equipment and system components part of the design, the theoretical analysis of the characteristics of each part, proved the feasibility of the system.The design involves many disciplines motors, power electronics, physics, both in theory and practice are feasible.Keywords：Fitness power; hydraulic transmission; power electronics control; permanent magnet generator;目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1.绪论 (1)1.1 选题背景及意义 (1)1.2 国内外发展趋势 (1)1.3 本设计所要实现的目标 (3)2 系统的组成和流程 (3)2.1需要考虑的因素 (3)2.2 实例设计 (4)2.3系统中各部分设备原理分析 (6)2.3.1容积式泵 (6)2.3.2循环水系统 (7)2.4 发、用、蓄电系统 (7)2.4.1 发电机的选择 (7)2.4.2 电力电子控制 (8)2.4.3 蓄电池 (8)3器件的选取与计算 (10)3.1永磁发电机 (10)3.1.1发电机参数 (13)3.1.2永磁发电机的运行特性 (14)3.1.3永磁发电机的安装与维护 (17)3.2 逆变器 (17)3.3 电力电子控制电路 (22)3.4 整流滤波电路 (23)3.5 稳压斩波电路 (25)3.6 逆变电路 (26)3.7 传动装置 (28)3.8 蓄电池 (29)3.9总结与展望 (29)4市场分析与经济效益预测 (31)4.1 行业市场分析与预测 (31)4.1.1政策背景 (31)4.1.2 行业市场预测 (31)4.2 经济效益分析 (32)4.2.1成本分析 (32)4.2.2发电量分析 (33)5 总结 (35)致谢 (36)参考文献 (38)1.绪论1.1 选题背景及意义随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增加，据专家预测，煤炭还可开发221年，石油39年，天然气只能用60年，由能源短缺而引发的电力紧缺问题日益突出，2003-2004年的持续“电荒”、全国用电负荷比增长15.2%，这些情况对社会的可持续发展造成了难以忽略的问题，解决能源问题，唯一的出路就是有截肢的利用常规资源，开发新能源。
一种易装卸的自行车发电装置的设计自行车发电装置因其实用、环保的特点而受到越来越多人的关注，但市场上已有的自行车发电装置都必须长期固定在车架上，安装和拆卸极为不便。
文章分析了现有自行车发电装置普遍存在的不足，并以装卸简便、使用安全可靠为设计目标，提出了一种易装卸的自行车发电装置的设计，并对发电和储能系统进行了优化设计。
标签：自行车；发电装置；简便可靠；优化设计1 概述随着人们环保意识的不断提高，自行车作为一种绿色、健康的交通工具而受到越来越多人的青睐。
而近几年一些智能设备尤其是智能手机的普及，虽然给人们的生活带来了方便，但是也存在着耗电快、充电不便的问题。
为了解决骑行时充电不便的问题，同时也为了践行节能、环保的理念，人们设计了一些自行车发电装置，利用电磁感应原理将自行车骑行时产生的机械能转换为电能，进而为电子设备供电。
一种是采用自行车链条与齿轮之间摩擦进行发电[1]，此方式虽然发电效率较高，但是其发电装置必须长期固定于车架上，安装和拆卸极为不便。
在不需要自行车发电时，链条与发电装置之间的摩擦反而会给自行车的骑乘造成阻碍。
另一种则是将一圈强磁铁固定在自行车辐条上，在行驶中通过磁铁切割磁感线产生电流，进而为电子设备供电[2]。
此方式虽然为无摩擦发电，但其将磁铁固定于自行车的辐条上，不利于发电装置的安装和拆卸。
在不需要自行车发电时，笨重的磁铁无疑会给自行车的骑乘带来相当大的阻力。
可见现有自行车发电装置虽然实现了发电这一功能，但由于安装拆卸困难而导致其实用性较差，不能很好地满足人们对于自行车发电装置的要求。
因此，研究和开发装卸简便、使用安全可靠的自行车发电装置显得尤为必要。
2 总体方案设计文章设计了一种易装卸的自行车发电装置，该装置主要由发电模块和电能储存模块组成。
其中发电模块由可插拨的发电核心组件及其支持装置组成，发电核心组件主要由接触轮和交流发电机组成，其支持装置可固定于车架上。
电能储存模块主要由整流稳压电路和移动电源组成。
健身单车发电及储能装置摘要:本文针对健身单车运动时的能量浪费现象设计了一套集发电装置、电力电子电路和电源管理电路为一体的微能量收集与管理系统。
该系统利用人在健身单车上运动健身所产生的机械能作为发电机的牵引动力以使发电机输出电能，通过电力电子电路将电能转化为直流用电设备可用的直流电，同时设计一个电源管理电路更人性化地将电能应用在不同方面。
关键词：健身单车；微能量收集；发电机；电力电子技术；物联网随着我国经济社会的发展，人们的物质生活水平日益提高，在物质条件得到充分满足的情况下，人们更加关注身体健康，而健身作为锻炼身体、保持健康的重要选择之一，在当今社会越来越受到人们欢迎。
健身单车在运动科学领域被称为“功率自行车”,属于典型的模拟户外运动的有氧健身器材，其身影在各大健身房随处可见，但是在骑乘健身单车过程中，大量由人体运动所产生的能量被白白的浪费。
针对此情况，我们团队设计出一套装置，将人体在健身中所产生的能量转化为电能利用。
这个设计完全符合国家倡导的节能环保、可持续发展的理念。
1、系统的总体设计本产品以永磁交流发电机作为发电部分的核心，通过机械传动装置调节主轴齿轮的齿数与发电机上从动齿轮的齿数的比值，使发电机发出的电压在主轴（脚蹬）低速状态下达到输出预设电压的发电机转子的最低转速（例如输出电压达到5v时的发电机转子的最低转速）。
此时通过单相桥式全波整流电路将发电机发出的正弦交流电整流成直流电，并对其进行斩波使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑，再通过稳压电路将电压调整至所需要的数值。
以蓝牙控制继电器模块为核心的电源管理电路将稳压后的直流电配送到不同用途的用电设备中，供其运行。
其总体设计如图1所示。
图1 系统总体设计图2、系统的机械设计2.1 传动装置变速结构的设计储能装置中机械变速传动机构的选择是影响到储能装置能量转化效率高低的一个重要部件。
通过在机械传动装置中加入调速装置，能够解决不同健身者的健身强度不同、不同时间健身者的运动强度会发生变化等问题。
自发电多功能健身器设计背景：随着人们生活水平的提高和健身意识的增强，健身器材的需求不断增加。
尤其在当前节能减排的环境要求下，设计一种能够自发电的多功能健身器具，不仅能满足人们健身需求，还能减少对电力资源的依赖，实现可持续发展。
设计思路：自发电多功能健身器具的设计基于人体运动产生的机械能，通过转化为电能存储起来，供给相关电子设备使用。
通过引入自发电技术，健身器具不用外界电源即可驱动，室内健身不再受限于电源接口。
该健身器具还具有多功能的设计，能够让用户在运动中锻炼全身各个部位的肌肉，并且通过智能化的设计，可以根据用户的身体状况和健身需求进行个性化的运动方案。
功能设计：1.自发电系统：健身器具主体设计为可以转动的结构，人体通过运动带动器具旋转，并通过旋转产生的机械能驱动自发电系统。
人体运动产生的机械能通过传动装置转化为旋转轴上的动能，动能通过发电机转化为电能，并储存到电池组中。
电池组可以为健身器具提供驱动力，同时也可以为其他电子设备充电。
2.多功能设计：该健身器具可以具备多个运动模式，例如步行、跑步、划船、爬楼梯等，用户可以根据自己的健身需求选择不同的运动模式。
同时，在运动过程中，健身器具还配备了胸肌、肱二头肌、腿部肌肉、腹肌等各种运动模拟器，可以实现全身肌肉的运动锻炼。
3.智能化设计：健身器具通过内置的传感器和芯片，可以实时监测用户的运动状态、心率、消耗的能量等数据，并将数据传输到智能手机或其他设备上进行分析和展示。
用户可以通过关联的APP或软件，制定个性化的运动计划，监测运动效果。
4.节能环保设计：健身器具设计中考虑到了节能环保的因素，尽量减少能量的损耗。
例如，在传动装置中采用高效的滚动轴承，减少机械能的损耗；在自发电系统中使用高效率的发电机，提高能量转换效率。
同时，废弃电池的回收利用也是考虑的一部分。
5.人性化设计：在用户操作方面，健身器具设计了人性化的功能。
例如，在运动模式切换上可以使用触摸屏或旋钮来进行选择；在调节器具尺寸上，可以根据用户身高来自动调节，减少手动调整尺寸的麻烦。
动感健身车发电系统设计作者：王日昌来源：《数字技术与应用》2011年第07期摘要：本文以我馆运动与健康展区的科普展品“动感健身车发电”为例，阐述了骑健身单车虚拟游东莞的发电系统的设计思路、配置组成及工作原理，并以此探讨科技馆展品与虚拟技术之间的运用与融合的关系，科技馆的展品如何增加互动性、趣味性、科技馆的展品如何扩展和延伸，怎样加强展品的创新，共同打造观众喜爱的科普展品。
关键词：单车健身虚拟发电作用力与重力的作用中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)07-0129-021、前言在科技馆骑健身车，很多人认为是比较枯燥的运动，因为健身车是固定的。
那么怎样让观众快乐地、科学地骑健身车健身，就是本系统的设计目的。
如何将这个展项创新，让观众喜爱呢？在此笔者设计了一个“动感健身车发电”系统。
本系统通过虚拟技术将东莞市的部份地貌在大屏幕上显现出来，让人们在骑自行车时如置身于东莞市的大街小巷，与屏幕中的不断切换的画面“合为一体”，既锻炼身体,又增加动感，还能随时了解自身的心率和血压等变化；同时将骑车发电、力的作用等融入其中，给骑车增添了很大的科普性，系统通过建立管理系统将骑车者的很多信息进行记录和管理，特别是心率的管理，骑车者可以在不同阻力下骑车，从而找出最适合自己的骑车频率、强度。
设计强调老少咸宜,是一个能让观众乐在其中的创新展品。
2、设计思路该系统是模仿竞技自行车设计的，由于骑车运动会增强下肢耐性、紧实下半身肌肉、增强肺活量、改善心血管功能，促进血液循环等健身功能，为了使观众达到这样的健身效果，我们要让观众科学合理地骑车，因此本系统设计了15分钟的游戏时间，分为开始3分钟热身慢骑，9分钟高强度快骑，后3分钟放松慢骑。
同时为了增加科学性，系统在观众骑健身车时，同步对骑车者的心跳和血压进行全程监测，并在屏幕上显示出来，同时记录骑车的时间、和速度，让观众了解人在运动过程中，血压、心率与运动的强烈程度的变化过程。
基于健康工业设计理念的家用可发电健身车设计祝燕琴;滕佳华;闻霞【摘要】分析了可发电健身车的可行性,基于健康工业设计(HID)理念设计了一款可发电健身车.从可发电健身车的技术原理、性能参数和国家安全标准出发,分析了健身车的人机因素,考虑其功能、结构、安全及造型,设计制作了新颖、美观、安全、便捷的可发电健身车.该设计可为如何将健康工业设计理念应用于新工业产品提供参考.【期刊名称】《南通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(016)003【总页数】5页(P27-31)【关键词】健康工业设计;可发电健身车;健身车【作者】祝燕琴;滕佳华;闻霞【作者单位】常州工程职业技术学院建筑装饰学院,江苏常州213164;江苏理工学院艺术设计学院,江苏常州213001;江苏理工学院艺术设计学院,江苏常州213001【正文语种】中文【中图分类】TS952.9随着生活水平的提高，人们越来越注意身体的健康和形体的美丽，用在健身上的投资愈来愈多，轻便小型的健身器也因此越来越受到家庭用户的青睐.然而，市场上的家用健身器大都存在结构太过机械化、功能简单、体积大等缺点[1].近年来，也有一些学者从不同的角度研究家用健身车的设计，比如冯蔚蔚等[2]从Kano模型的角度、黄文康等[3]从健身车的趣味性的角度、蔡清华等[4]从人机工程学的角度等对健身车进行了研究.随着社会经济的发展，环境问题已经成为一个不可回避的重要问题，世界各国都在积极运用有效的措施改善环境、节能减排、发展绿色经济.对于其中最为紧迫、受关注度最高的能源问题，目前最直接有效的解决措施就是节能.基于此，本文从节能角度，并结合健康工业设计（healthy industrial design，HID）[5]理念研究设计了一款外观造型优美、结构合理、能愉悦锻炼的家用多功能可发电健身车.健康工业设计（HID）理念指在符合人的自然状态和运动规律的基础上，从而健康使用为设计原则，以健康、愉快、乐趣为设计目标，从而实现人体的健康运动.健康工业设计强调以和谐自然的身体感受为目的，其产品的造型、色彩和材质都是以健康、愉快、乐趣的体验感受为目标，拥有自然的人机交互关系，能给用户以长久舒适的使用体验[6].健身车通过脚踏轴承带动惯性轮，类似于自行车.由于是在室内锻炼，所以能够避免在室外运动带来的不利影响，降低运动伤害出现的几率；并且健身车可以轻松记录运动距离、耗费的时间、消耗的热量等运动数据，从而让健身者科学、安全地进行锻炼[7].可发电健身车的设计起步比较晚，其原理为将健身者在健身车上运动时产生的动能转化为电能，再通过转化装置变成民用电，进而运用于家居生活.可发电健身车的售价一般在1 000～2 500元，和普通健身车价格差距不大，消费者比较容易接受.在家庭中运用可发电健身车，可以实现将健身车的机械能转化为电能，供应家庭生活使用，响应低碳生活.因此，设计家用可发电健身车不仅对健康生活有利，而且符合时代发展的潮流[8].运用HID理念设计的健身车可适合不同的家庭成员使用，让大家在健康愉快锻炼的同时，享受锻炼的乐趣.健身车选用踏步机（椭圆机），因为椭圆机是利用人体跑步时，脚踝的运动轨迹近似于椭圆形的原理而设计的，通过这个机构，实现踏板轨迹的椭圆运动，使双椭圆机的健身运动与人的自然跑步相吻合，运动更舒适[4].和健身单车相比，椭圆机可以很好地训练四肢协调能力，提高中枢神经系统对肌肉的支配效果，用力小但效果和单车相同，同时减少了使用健身单车时对膝关节产生的巨大冲击力[9].椭圆机使用更加安全，也易于初学者练习，让锻炼成为一个健康的运动过程.可发电健身车发电需要发电机、蓄电池、逆变器等多个部件共同运作[10]，其发电原理如图1所示.健身车通过脚踏曲柄带动飞轮发电.经实验证明，普通成年男子蹬健身车1 h可以制造90～300 W电能，如果发电配置的蓄电池规格是12 V 40～60 Ah，在不使用电的情况下，2～3 h可以充满.其他相应的参数为：输出功率为0～300 W、电压（0～14.5）V±1 V（经过逆变后，可以提供220 V、50 Hz的居民家庭用电）、额定输出电流为10 A（转速40～60 r/min）.蓄电池带有保护装置，可以防止电池逆向放电，一旦电池充满就进入保护系统，不再充电.同时，蓄电池还设置了防短路系统以保护电路.健身车的发电蓄电系统使用寿命为5～10 a，这和健身车的其他功能部件的使用寿命相一致.我国在2010年制定了新的健身车材的国家标准[11]，对进一步规范我国健身车材的市场秩序、保障产品质量起到了积极的作用.2010年4月1日，健身车材产品的9项国家标准强制实施.这些标准对健身车材提出了安全要求，如：设备的稳定性，防止身体被挤压、划伤、夹或碰撞，还有运动时超载、超位置和解脱的规定等. 健身车的主要部件如图2所示，其每个部分都必须满足一定的人机关系，要以人体的数据为依据进行设计[12]，让用户在使用时享有舒适的体验，是一个健康愉快的锻炼过程[13].为获得健身车最佳的效能必须把人的因素与机械因素结合起来作为一个系统加以综合考虑，以使人车协调.影响健身者骑车功效的车体结构因素主要有：1）踏板曲柄长度.由于健身车的功能是供人骑行，所以健身车的曲柄长度要按人的身长或下肢来考虑，这样才能使人省力和舒适.健身车踏板曲柄的尺寸和自行车的近似.当人踩踏踏板时，曲柄环形运动一周，即人正常跨一步[14]，因而曲柄最理想的长度等于人的步长的一半.据GB 10000—88《中国成年人人体尺寸》[15]中人体的测量数据，我国普通成人在自然状态下步长为35～45cm，因此曲柄长度范围为17.5～22.5cm.由于人走路的时候一般都穿鞋，普通运动鞋厚度为1～3cm，曲柄的长度需要减去鞋的厚度，所以曲柄的长度为16.5～19.5cm，设计时设定长度为16～20cm.健身车踏板曲柄尺寸的计算公式可以描述为：步长/2-鞋的厚度=曲柄的长度.2）座垫杆长度.座垫杆长度尺寸主要涉及人在骑行过程中，大腿、小腿、曲柄与座垫之间的关系（如图3所示）.根据人体数据统计表明，女性大腿和小腿长分别为40.2cm和31.3cm[16].座垫杆的长度与大腿、小腿及踏板曲柄长度有关，它们之间的构成可简化为一个曲柄连杆机构，如图4所示.图中a、b、c、d分别表示踏板曲柄、小腿、大腿、座垫杆的长度.通常，为保证机构传力性能良好，应使传动角γ≥40°～50°[17]，对于曲柄摇杆机构，γmin出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一[17].针对本问题讨论的实际情况，摇杆CD为机构的主动件.根据前面的讨论，可取c=40.2cm，b=31.3cm，a=18.0cm，γ=40°.由图4可知，传动角为∠ABC，可得根据方程求得d=40.8cm，即座垫杆长度应不小于40.8cm.当取曲柄（最短杆）长度a=18cm时，根据四杆机构有曲柄的条件：最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和，即a+d≤b+c，可得由上述计算可得：当选取合适的踏板曲柄长度（如18.0cm）后，则座垫杆长度宜在40.8～53.5cm之间.3）三节点位置.把手（Y）、座垫（D）、脚蹬（A）组成了一个封闭的前三角（见图5），决定了健身者能否有个正确的骑车姿势以及是否能够健康地运动.三点调整法就是调整脚蹬、座垫、把手三点之间的角度、距离、高度，这个方法是综合单车运动力学、运动生理及安全驾驶等3项原则而成.根据三点调整法，DA和DY基本相等，一般DY=（HO-3cm），D点低于Y点约5cm.可发电健身车将健身和发电相结合，运用在现代的家庭生活中，既可以锻炼全家人的身体，使人们更加健康，也可以发电，缓解当今社会的能源压力.这些电量既可用于手机充电、灯具照明等，也可以在突发情况下供应家庭用电.车身外观如图6所示.可发电健身车的主要健身功能是踏步机，辅助功能是扭腰车、哑铃、仰卧起坐的固定杆、腰部按摩杆以及俯卧撑支架.踏步机、哑铃等主要供家庭中运动量需求较大的儿童和青壮年.老年人则可以使用低强度、运动量较小的扭腰车和腰部按摩车等来活动一下筋骨.这样的设计方便了全家人使用，让大家都能够健康愉快的锻炼.部分功能展示见图7.图8为健身车内部结构示意图.脚踏带动齿轮旋转，进而带动发电机发电，然后传输给蓄电池，最后供给健身器和其他电器使用.图9为健身车的各部件连接示意图.健身车侧面用螺丝进行连接，便于拆装及内部零件检修（如图10所示）；健身车的头部和座垫可伸缩，方便不同人群使用，并且方便收纳，其收缩情况如图11所示.健身车脚踏使用蝴蝶螺丝连接在板上，可前后移动调节，适合不同身高人群.脚踏板前高后低，方便省力（如图12所示）.根据现执行的GB 17498.1—2008《固定式健身器材》[11]的要求，健身车应具有安全性，因此本设计以安全为原则，比如：加大的健身车底部设计即增加了健身车的稳定性，也让用户使用时有了安全感；安放在底部的发电蓄电设备没有裸露在外，因此不会对使用者造成伤害；将充电插口设计在指示灯上方，这样更加安全且不容易误操作，同时人性化设计了可放置充电时的手机等小家电的面板；显示屏为触屏，供用户掌控运动时间、速度、消耗的卡路里等，心率也直接显示在屏幕上，当心率过快时会发出警告；同时还设置了超载、超位置使用时的警报和自动停止功能；将健身车的把手设计为弯折向上造型，可以让运动姿势更加自然；健身车安装有心率监测按钮，随时监控心率，方便健身者运动时调节节奏，保证用户使用健身车的过程是安全、健康的.健身车外观设计成仿生的形态，造型比较新颖、美观，具有吸引力和可亲性，给人愉悦的感受.采用黄绿色与白色配色，再加以少量的黄色和黑色点缀，使整个产品清新可人.由于绿色拥有大自然的气息，是生命的象征，代表着生生不息，可以促使人们享受生活.而白色代表着纯洁，与绿色结合，不仅清新自然，给人以耳目一新的感觉，而且在运动过程中也可以带给健身者更加愉悦的心理感受，促使人们积极地进行运动健身.本设计在分析可发电健身车的可行性的基础上，对于可发电健身车的技术原理等因素进行了研究，从用户健康出发，深入分析了人机因素、产品的功能性、安全性、操作的便捷性等，设计出造型新颖、美观，使用健康、愉悦的可发电健身车.本设计作为一个探索，以期为基于健康工业设计理念产品创新提供新思路.【相关文献】[1]厉丹彤，冯小保，问朋朋，等.健身车研究现状［J］.中国运动医学杂志，2014，33（1）：56-57.[2]冯蔚蔚，李宇晟，辛向阳.基于Kano模型的家庭健身车改良设计研究［J］.机械设计，2015（8）：113-116.[3]黄文康，付建宁，钱斌，等.一种新型趣味健身车的创新设计［J］.机械设计与研究，2014（2）：4-7.[4]蔡清华，王继成.磁控健身车设计中的人机工程学［J］.工程图学学报，2003（2）：132-136.[5]孙静.健康工业设计［J］.南京艺术学院学报（美术与设计版），2004（3）：113－114.[6]章慧妍，邓嵘.论健康工业设计的健康理念传达［J］.艺术科技，2014，27（3）：272.[7]张承东，徐玉秀.健身发电自行车研制及动态分析［J］.能源与环境，2006（3）：14-15.[8]李龙龙.基于健身器材的发、用电系统的设计［J］.科技创新导报，2010（26）：25-26.[9]刘慧喜.人机工程学在家用健身车设计中的应用［J］.包装工程，2011，32（10）：47-50.[10]王日昌.动感健身车发电系统设计［J］.数字技术与应用，2011（7）：129-130.[11]中国轻工业联合会.固定式健身器材：GB 17498.1—2008［S］.北京：中国标准出版社，2010.[12]王继成.产品设计中的人机工程学［M］.北京：化学工业出版社，2004：7.[13]罗仕鉴，潘云鹤.产品设计中的感性意象理论、技术与应用研究进展［J］.机械工程学报，2007，43（3）：8－13.[14]张娜英.人机工程学在自行车产品设计中的应用［J］.中国自行车，2001（1）：25-29.[15]全国人类工效学标准化技术委员会.中国成人人体尺寸：GB 10000—1988［S］.北京：中国标准出版社，1989.[16]周美玉.人机工程学应用［M］.上海：上海交通大学出版社，2012.[17]孙桓，陈作模、葛文杰.机械原理［M］.7版.北京：高等教育出版社，2006：133-134.。
可拆卸式健身单车发电装置设计
何芸菲;彭元修;黄佳乐;管志强
【期刊名称】《绿色科技》
【年(卷),期】2022(24)8
【摘要】指出了随着对生活质量要求的提高,人们在健身方面的投资日益增加,世界各国都在研究如何设计新颖、简单的健身设备,却忽略了其在人力、电力资源方面浪费的现象。
在这样的前提下,设计一款可拆卸式健身单车发电装置,在既满足低碳出行,又能够健身锻炼的条件下,还能将运动消耗的能量用电量的方式储存下来。
其主要是通过发电机,将机械能转化为电能,能够在不改变单车本身结构的前提下,实现室内外均适用的骑行健身发电。
实验结果证明:发电装置可以很好地实现通过脚踏自行车带动发电机发电、并可将电能存储下来的功能。
【总页数】3页(P278-280)
【作者】何芸菲;彭元修;黄佳乐;管志强
【作者单位】南昌航空大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM61
【相关文献】
1.大型立式水轮发电机可拆卸式磁轭结构设计
2.健身单车储能发电装置运动强度的调节
3.健身单车发电系统装置的研究
4.可拆卸式共享单车智能存储系统设计
5.双层可拆卸式防护口罩及佩戴装置设计
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室内健身自行车发电机设计报告范文
1、运动健身与储能发电一体化研究现状通过查阅互联网，搜索到了一些相关的技术资料和产品。
纯健身器材种类繁多，技术成熟，在此不做过多的介绍。
健身结合发电装置器械主要有如下一些成果。
发电照明自行车早在七、八十年代就已经普遍使用了，其机理是在自行车的前轮或者后轮的车架旁边安装一个小型发电机，发电机转子与车轮相摩擦，自行车行走时带动发电机发电，点亮自行车前面的灯泡。
“纳米发电机”，又叫人体自功能发电机。
该发电机可将来自身体运动、肌肉舒展或者血流动的机械能转变成电能，可为目前需要外接电池的医疗设备、传感器和便携式电子设备等供电。
另外，还有运动产生电力的新型纤维；人力运动发电装置；人力发电腕力球：人体运动发电储存电能“背包”；人体电池：利用心肌运动发电起搏器：人群运动可用来发电装置试验：便携发电机：脚踏发电车：健身发电车；手摇多功能手电筒等成果。
在健身器械与发条蓄能、控速、发电设计的基础之上，对运动健身车连接蓄能发电装置设计进行简单的研究。
运动健身车与蓄能发电装置是一种既能用于健身又能回收能源的生
态健康节能装置，在这种健身车中。
车架是主要的承载部件，除了安装蓄能发电装置外，还要承载人的重量及运动载荷。
为此，对车架进行了运动强度设计，并用有限元方法分析和试验分析。
通过分析，评估了设计的合理性，使设计达到最优化，缩短产品的设计周期，提高利润。
这对其它产品也有一定的应用和借鉴价值。
2、运动健身车与蓄能发电装置工作原理图1为运动健身车与蓄能发电装置工作原理图。
健身车的大齿轮带动小齿轮转动，小齿轮带动蓄能第一传动装置为发条蓄能。
当发条蓄能到带动第二传动装置转动时，第二传动装置带动发电机转动，发电机速度达到约180rmin时，就发出100W的交流电，通过复合管整流滤波，转变成电压为14V的直流电输出，供用电器使用。
