室内健身自行车发电机设计报告范文

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。