專利名稱：具發(fā)電功能的電子式健身裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種健身器材，特別涉及一種具有發(fā)電功能的電子式健身裝
置。
背景技術：
對于繁忙的上班族或是現(xiàn)代人而言，常因時間不足而無法到戶外進行運 動，因此往往導致人員身體的健康欠佳或是體力下滑。故目前市面上所推出的 各種健身器材，即因應此一需求而可以供人員無需到戶外，而只要在室內(nèi)即可 進行適當?shù)捏w能運動。
健身器材主要的功能在于提供人員可以進行運動使用，且根據(jù)健身器材功 能性的不同而可以供人體的各種部位都可得到充分的運動。例如以健身腳踏車 或健身跑步機而言，即可供人體的腳部以采腳踏車或跑步的方式而達到運動健 身效果。
而目前的健身器材根據(jù)其體積可概略分為大型及小型兩種態(tài)樣，且健身器 材根據(jù)操作或功能上的需求也己有結合相關電子設施的需求，例如健身跑步機 內(nèi)部可設置有馬達以供提供人員跑步時使用，亦或健身器材也可整合有顯示面 板，以供顯示人員在此健身器材所進行相關運動的訊息。因此基于上述健身器 材已有結合相關電子設施的考慮，故必須對其提供電源以供這些電子設施使 用，而以目前提供電源給健身器材主要有如下幾種方式對大型健身器材而言 是直接提供市電，而對小型健身器材而言則是可以通過干電池來提供電源。
然而對于健身器材而言，其在供人員操作使用時會產(chǎn)生動能，而此動能目 前并未妥善利用，故實為可惜，特別是對于整合有電子設施的健身器材而言， 由于其電子設施運作時需要電力，因此如何讓健身器材所產(chǎn)生的動能可以運用 結合在供電子設施使用，已是一個有待解決的課題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題，在于提供一種具發(fā)電功能的電子式健身裝 置，以進一步將健身裝置產(chǎn)生的動能轉換為電能，且將電能儲存于一體積小、 電量儲存密度高、不受充放電次數(shù)限制的一能量儲存組件，并由此電能儲存組 件來作為一電源供使用，以解決現(xiàn)有健身器材的問題。
為了解決上述技術問題，根據(jù)本發(fā)明的一種方案，提供一種具發(fā)電功能的 電子式健身裝置，包括.* 一健身器本體、 一發(fā)電單元、 一蓄電單元及一充電單 元。其中健身器本體是具有一動作部，且此動作部因動作所產(chǎn)生的動能是通過 發(fā)電單元轉換為一發(fā)電電壓；而蓄電單元是具有至少一磁性電容，且可用以輸 出一蓄電電壓；充電單元耦接于發(fā)電單元與蓄電單元之間，主要是利用發(fā)電電 壓來對蓄電單元進行充電。
在本發(fā)明的實施例中，磁性電容包括 一第一磁性電極、 一第二磁性電極 及一介電層，其中介電層是設置于第一磁性電極與第二磁性電極之間，且介電 層是用以儲存電能，以及第一磁性電極與第二磁性電極是分別具有多個磁偶極 以避免儲存于介電層中的電能漏電。
在本發(fā)明的實施例中，還包括 一放電單元及一負載單元，其中放電單元 耦接于蓄電單元，負載單元耦接于放電單元，并用以接收放電單元放電輸出的 電力。
因此通過上述實施方式，健身裝置可通過發(fā)電方式來使其產(chǎn)生的動能能轉 換成電能供使用，且使用磁性電容作為蓄電單元中的能量儲存組件來儲存此電 能，以避免現(xiàn)有鉛酸電池體積、重量過大的問題或是鋰電池具有充放電次數(shù)限 制的問題。
以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的 限定。
圖1為本發(fā)明實施例的一具發(fā)電功能的電子式健身裝置的立體示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例的一具發(fā)電功能的電子式健身裝置的功能方塊圖； 圖3為本發(fā)明蓄電單元的示意圖； 圖4為本發(fā)明實施例的一磁性電容的示意圖； 圖5為本發(fā)明另一實施例的一磁性電容的示意圖；以及圖6為將磁性電容與其它能量儲存媒介作比較的示意圖。其中，附圖標記1電子式健身裝置
IO健身器本體12發(fā)電單元16蓄電單元18放電單元2磁性電容20介電層24第二磁性電極3磁性電容30介電層32第一磁性電極
320第一隔離層
324第二磁性層34第二磁性電極
340第二隔離層
344第四磁性層35、 36磁偶極
101動作部14充電單元161蓄電組件19負載單元
22第一磁性電極26、 28磁偶極
31、 33磁偶極
322第一磁性層
342第三磁性層
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種具發(fā)電功能的電子式健身裝置，主要是通過發(fā)電方式將健身裝置因使用者操作所產(chǎn)生的動能轉換成電能且加以儲存在能量儲存組件，且本發(fā)明采用的能量儲存組件是可不受充放電次數(shù)限制的磁性電容(MagneticCapacitor)。在此本發(fā)明所指的磁性電容相較于一般電容是由上、下電極處形成的磁場，來抑制漏電流，以達大幅提升能量儲存密度及具高功率輸出的效果，且由于磁性電容并非以化學能的方式儲存電能，故具有不受充放電次數(shù)的限制。
接下來請參閱圖1，其為本發(fā)明實施例的一具發(fā)電功能的電子式健身裝置的立體示意圖。本實施例所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置1 (以下簡稱健
6身裝置)于一健身器本體10中設置有電器組件，而可以使健身器本體10具有
發(fā)電及蓄電的功能操作，且蓄電所儲存的電力可供健身裝置1本身使用。
復參閱圖1，健身器本體IO具有一動作部101，此動作部101是指供使用者通過操作而達到健身及運動的相關部件而言。而本實施例的健身器本體10以健身腳踏車作舉例說明，故此動作部101是指可供使用者腳踏的飛輪部件，且此動作部101可以在作動時連帶對一發(fā)電單元12進行發(fā)電，以使發(fā)電單元12可以將動作部101動作產(chǎn)生的動能轉換為一發(fā)電電壓輸出，并且通過一蓄電單元16來對此發(fā)電電壓進行蓄電。而至于動作部101與發(fā)電單元12之間如何帶動的技術特征屬于本領域技術人員所熟知的技術，故在此不予已敘述。
接下來為了清楚說明健身裝置l組成及動作方式，請參閱圖2，其為本發(fā)明實施例的一具發(fā)電功能的電子式健身裝置的功能方塊圖，并請同時配合參考圖1。健身裝置1包括有一健身器本體10、 一發(fā)電單元12、 一充電單元14、一蓄電單元16、 一放電單元18及一負載單元19。健身器本體10中的動作部101可于動作時通過帶動件(圖略)的方式而來同步帶動發(fā)電單元12進行發(fā)電。充電單元14耦接于發(fā)電單元12的輸出端，可以將發(fā)電單元12發(fā)電產(chǎn)生的發(fā)電電壓作為蓄電單元16的充電電壓使用。蓄電單元16耦接于充電單元14的輸出端，可以對充電單元14輸出的發(fā)電電壓進行蓄電。放電單元18耦接于蓄電單元16的輸出端，可以用來對蓄電單元16所儲存的電力進行放電。負載單元19耦接于放電單元18與動作部101，可用來接收蓄電單元16放電輸出的電力，且可接收動作部101動作產(chǎn)生的訊息，以使負載單元19中的相關電子設備可以得到供電電壓而工作，而本實施例所指的負載單元19以顯示單元做舉例說明(如圖1所示)，而此顯示單元可以用來顯示此健身器本體10的相關訊息，例如可以為動作部101的操作次數(shù)及時間或是其它可供顯示的訊息。
前述發(fā)電單元12的實施可以為直流發(fā)電機或是交流發(fā)電機，若是發(fā)電單元12為交流發(fā)電機則可以進一步在其輸出端耦接一交/直流轉換器(圖略)，以供可以提供直流電源給后端使用。而此交/直流轉換器則是可以整合設計于發(fā)電單元12或是充電單元14之中，而關于此技術的實施是屬于本領域技術人員所熟知的技術，故在此不予已詳述。
接下來繼續(xù)說明蓄電單元16的構成方式及其技術特點，并請參閱圖3，并一并參閱圖1及圖2，蓄電單元16在本實施例中對負載單元19提供供電來源，而蓄電單元16中由多個蓄電組件161以串聯(lián)及/或并聯(lián)的方式來提供一蓄電電壓，而此蓄電組件161的數(shù)量及連接方式并不以圖3所示為限，蓄電單元16中的蓄電組件161可以是一個或是一個以上，蓄電組件161的數(shù)量是取決于負載單元19端所需電源來決定。
前述蓄電單元16中的蓄電組件161采用磁性電容來實施，接下來將具體說明磁性電容的構成，并請參閱圖4，其為本發(fā)明實施例的一磁性電容示意圖。如圖4所示磁性電容2 (magnetic capacitor)包括一介電層20、 一第一磁性電極22及一第二磁性電極24，其中介電層20設置于第一磁性電極22與第二磁性電極24之間，以于在第一磁性電極22與第二磁性電極24處累積電荷以儲存電位能，且第一磁性電極22與第二磁性電極24由具有磁性導電材料所構成，并可由對第一磁性電極22與第二磁性電極24外加電場進行磁化，而使第一磁性電極22與第二磁性電極24內(nèi)分別形成磁偶極(magnetic dipole) 26、 28，如此可以在磁性電容2中構成一磁場而來對帶電粒子的移動造成影響，因此使得磁性電容2中的介電層20可以用來儲存電能及由磁偶極26、 28形成的磁場來避免電能漏電。
前述第一磁性電極22與第二磁性電極24的材質可以為稀土元素，介電層20由氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTi03)或一半導體層，例如氧化硅(silicon oxide)所構成，然而本發(fā)明并不限于此，第一磁性電極22、第二磁性電極24與介電層20均可視產(chǎn)品的需求而選用適當?shù)钠渌牧稀Ａ硗鈭D4中第一磁性龜極22與第二磁性電極24中的箭頭用來表示磁偶極26、 28，磁偶極26、 28實際上由多個整齊排列的微小磁偶極所疊加成，然而對于本領域技術人員而言，本實施例對于磁偶極26、 28的形成方向并無限定，如可以指向同一方向或不同方向。
根據(jù)前述說明，前述圖4所示的磁性電容2，其原理主要是利用第一磁性電極22與第二磁性電極24中整齊排列的磁偶極26、 28來形成磁場，以使得介電層20中儲存的電荷朝同一自旋方向轉動，而進行整齊且緊密的排列，因此在介電層20中即可以容納更多的電荷，進而增加磁性電容2的電能儲存密度。由于現(xiàn)有電容中，電容值C由電容的面積A、介電層的介質常數(shù)^^r及厚度d決定，如下公式(一)，因此模擬于現(xiàn)有電容，本實施例的磁性電容2相當于由磁場的作用來改變介電層的介電常數(shù)，故而造成電容值的大幅提升。
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在此要特別強調，本實施例的磁性電容2儲存的能量全部以電位能的方式進行儲存，相較于主要以化學能儲存的其它能量儲存媒介(例如傳統(tǒng)電池或超級電容)，本實施例所述的磁性電容2除了具有可匹配的能量儲存密度外，更因充分保有電容的特性，而具有壽命長(高充放電次數(shù))、無記憶效應、可進行高功率輸出、快速充放電等特點，故可有效解決當前電池所遇到的各種問題。且由于現(xiàn)有儲能組件多半以化學能的方式進行儲存，因此都需要有一定的尺寸，否則往往會造成效率的大幅下降。相較于此，本實施例的磁性電容2以電位能的方式進行儲存，且因所使用的材料可適用于半導體工藝，故可由適當?shù)陌雽w工藝來形成磁性電容2以及周邊電路連接，進而縮小磁性電容2的體積與重量，由于此制作方法可使用一般半導體工藝，其應為本領域技術人員所熟知，故在此不予贅述。
請參閱圖5，其為本發(fā)明另一實施例的一磁性電容的示意圖。磁性電容3包括一介電層30、 一第一磁性電極32與一第二磁性電極34，其中介電層30設置于第一磁性電極32與第二磁性電極34之間。第一磁性電極32還包括有一第一隔離層320、 一第一磁性層322及一第二磁性層324，第一隔離層320是設置于第一磁性層322與第二磁性層324之間。第二磁性電極34還包括一第二隔離層340、 一第三磁性層342及一第四磁性層344，第二隔離層340是設置于第三磁性層342與第四磁性層344之間。第一隔離層320與第二隔離層340均是由非磁性材料所構成。
圖5所示的磁性電容3的操作原理與圖4所示的磁性電容2相同， 一樣是通過外加電場于第一磁性層322、第二磁性層324、第三磁性層342與第四磁性層344，而使第一磁性層322、第二磁性層324、第三磁性層342與第四磁性層344中分別形成磁偶極(magnetic dipole) 31、 33、 35、 36。因此磁性電容3在磁化過程中，可以由不同的外加電場，例如使第一磁性層322與第二磁性層324中的磁偶極31、 33分別具有不同的方向，以及使第三磁性層342與第四磁性層344中的磁偶極35、 36分別具有不同的方向，如此能進一步抑制磁性電容3的漏電流。同樣本實施例對于磁偶極31、 33、 35、 36的形成方向并無限定，如可以指向同一方向或不同方向。
在此特別強調，前述的第一磁性電極32及第二磁性電極34的結構并不限于前述的三層結構，而可以類似的方式，以多個磁性層與非磁性層不斷交錯堆棧，再由各磁性層內(nèi)磁偶極方向的調整來進一步抑制磁性電容3的漏電流，以達到幾乎無漏電流的效果。
再者為了更突顯本發(fā)明所述的磁性電容具有高能量儲存密度，請參閱圖6所示，其主要是將磁性電容與其它能量儲存媒介的作比較，從圖6中可以清楚得知磁性電容相對于一般電容(Capacitors)、電化學超級電容(electrochemicalsupercapacitors)、電池(Batteries)、燃料電池(fUel cells)是具有較佳的能量儲存密度，并由此磁性電容的技術特點，而得以讓本發(fā)明的健身裝置l的蓄電單元16可以具有高功率輸出、快速充放電及不具充放電次數(shù)限制的技術效果。
因此經(jīng)由前述實施例說明，當可知悉本發(fā)明主要是將健身器本體10運動所產(chǎn)生的動能轉換為電能儲存于蓄電單元16，以供健身裝置1中的負載單元19可以從蓄電單元16得到供電來源而工作。且值得一提的是本發(fā)明中的蓄電單元16是使用磁性電容作為能量儲存組件，而經(jīng)由前述對磁性電容的完整說明，磁性電容是具有不受充放電次數(shù)的限制，因此將使得蓄電單元16的使用壽命可以大為延長，而不受健身器本體10重復不斷被操作使用的次數(shù)所影響，且也能避免若使用傳統(tǒng)鉛酸電池或鋰電池作為蓄電單元使用時所產(chǎn)生體積、重量過大的問題或是具有充放電次數(shù)限制的問題。故整體而言健身裝置1將可以對其中的負載單元19提供可靠且持久的電源供應。
另外前述實施例的說明雖然是以健身腳踏車來舉例說明健身器本體10，但凡是可以通過健身器本體10中的至少一動作部101的動作而能順利帶動發(fā)電單元12的發(fā)電者，皆是可以本發(fā)明的保護范圍，例如健身器本體10也可以是健身跑步機、回轉式健身器、交叉式健身器，而其中回轉式健身器及交叉式健身器中的動作部是指供使用者通過身體的某一部位來相對進行回轉或是交叉式的運動健身。
此外前述負載單元19亦可以是提供運轉動力輸出的致動單元，例如當健身裝置1是健身跑步機，此致動單元可以是屬于馬達致動單元以供控制人員跑步時的速度。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于，包括一健身器本體，具有一動作部；一發(fā)電單元，將該動作部的動作產(chǎn)生的動能轉換為一發(fā)電電壓；一蓄電單元，具有至少一磁性電容，并用以輸出一蓄電電壓；以及一充電單元，耦接于該發(fā)電單元與該蓄電單元之間，用以通過該發(fā)電電壓來對該蓄電單元進行充電。
2、 根據(jù)權利要求l所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該磁性電容包括一第一磁性電極； 一第二磁性電極；以及一介電層，設置于該第一磁性電極與該第二磁性電極之間； 其中該介電層用以儲存電能，以及該第一磁性電極與該第二磁性電極分別 具有多個磁偶極以避免儲存于該介電層中的電能漏電。
3、 根據(jù)權利要求2所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該第一磁性電極包括一第一磁性層； 一第二磁性層；以及一第一隔離層，包含有非磁性材料，設置于該第一磁性層與該第二磁性層 之間。
4、 根據(jù)權利要求l所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該第二磁性電極包括一第三磁性層； 一第四磁性層；以及一第二隔離層，包含有非磁性材料，設置于該第三磁性層與該第四磁性層 之間。
5、 根據(jù)權利要求l所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該健身器本體為健身腳踏車、健身跑步機、回轉式健身器或交叉式健身器。
6、 根據(jù)權利要求l所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于，還包括一放電單元，耦接于該蓄電單元；一負載單元，耦接于該放電單元，并用以接收該放電單元放電輸出的電力。
7、 根據(jù)權利要求6所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該負載單元為一顯示單元，該顯示單元用以顯示該健身器本體的狀態(tài)訊 息。
8、 根據(jù)權利要求6所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該負載單元為一致動單元，該致動單元用以提供一運轉動力輸出給該健身 器本體。
9、 根據(jù)權利要求8所述的具發(fā)電功能的電子式健身裝置，其特征在于， 其中該致動單元為一馬達致動單元。
全文摘要
一種具發(fā)電功能的電子式健身裝置，包括一健身器本體、一發(fā)電單元、一蓄電單元及一充電單元。健身器本體具有一動作部以供使用者進行健身操作；發(fā)電單元可以將動作部的動作產(chǎn)生的動能轉換為一發(fā)電電壓；蓄電單元具有至少一磁性電容且輸出一蓄電電壓；充電單元耦接于發(fā)電單元與蓄電單元之間，其使用發(fā)電電壓來對該蓄電單元進行充電。
文檔編號A63B21/005GK101670165SQ200810211840
公開日2010年3月17日 申請日期2008年9月9日 優(yōu)先權日2008年9月9日
發(fā)明者鄭青峰 申請人:光寶科技股份有限公司