專利名稱：一種多功能發電式踏步機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種體育鍛煉的器械，尤其是涉及一種多功能發電式踏步機。
背景技術：
采用踏板上下運動方式的踏步機運動強度適中，不損傷跟腱，適合不同年齡段的 人群進行健身鍛煉，同時，人在踏步機上運動時，身體重心左右移動，長期鍛煉，可提高人體 的協調性。但現有采用踏板上下運動方式的踏步機功能單一，只能實現健身目的，不能有效 利用人體踏步運動時消耗的生物能，造成了能量的浪費，也不能隨時監測人體的健康狀況， 不便于鍛煉者適時調整運動強度；另一方面，在哨所、塔站、野外作業、露營、救災搶險等特 殊場合，及不便于架設電網的偏遠地區，基本用電需求不能得到有效解決。在此背景下，本 發明在傳統踏步機結構上進行改進，將踏步健身與發電及實用電子電器功能結合起來，提 出一種多功能發電式踏步機。
發明內容
本發明的目的在于提供一種結構簡單、易拆裝、可多種方式控制運動強度、可監測 發電狀態、便攜式新型多功能發電式踏步機。本發明是這樣實現的；它包括踏步系統、機械傳動系統、發電蓄能系統、集成式人 機界面四個部分，踏步系統中的踏板通過弧形連接塊與機械傳動系統中的輸入端連接，機 械傳動系統中的輸出端與發電蓄能系統中的發電機的發電機主軸連接，發電機的輸出端通 過充供電控制電路板上的電路與蓄電池連接，發電蓄能系統通過蓄電池經兩路輸出直流， 一路與踏步機機身上設有的直流用電器連接，另一路經逆變器變換為220V、50HZ交流電向 外供電；集成式人機界面設有踏步機機身上的直流用電器及開關、交流和直流充電器、發電 機輸出電壓指示電路的顯示器和充供電控制電路板的調節器，發電機的勵磁電流由蓄電池 提供，蓄電池通過充供電控制電路板上的總開關和勵磁開關與調節器相連，調節器的輸出 端與發電機的勵磁端相連。優選充供電控制電路的充供電控制電路板包括總開關、勵磁開關、逆變開關、 調節器、升壓變壓器、穩壓管；總開關與勵磁電路和逆變電路串聯，勵磁電路和逆變電路之 間并聯；閉合總開關閉合時，啟動勵磁開關，勵磁電路的一路通過蓄電池與調節器連通，調 節器的指示燈亮，調節器的輸出端與發電機的勵磁線圈連接，調節器設有可變電阻R2;勵 磁電路的一路通過發電機輸出的交流電經升壓變壓器輸出給整流電路，整流電路由DfD6 組成，整流電路通過穩壓管與蓄電池連通充電，發電機的輸出電壓與電壓指示電路的八個 發光二極管連接；閉合總開關閉合時，啟動逆變開關，蓄電池與逆變器連通，逆變器輸出 220V，50HZ交流電向外供電。發電機輸出電壓指示電路采用比較器電路實時顯示發電機輸出電壓，將12V直流 電壓分為個等級，每一等級電壓差為1. 5V，作為比較器的基準輸入，將發電機輸出的直流電 連接至比較器輸入端。
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踏步機機身上的 直流用電器為收音機、MP3、溫濕度計、電子時鐘顯示模塊、心率測 試模塊、和照明燈中的一種或多種。所述的踏步系統包括支撐底板、兩個固定套筒、兩個伸縮套筒扶手、一根連接橫 梁、兩個踏板、四個腳輪、兩個插銷、兩個弧形連接塊、兩個連接桿、兩個踏板支座和兩根光 桿；兩個固定套筒一端與支撐底板固連，另一端分別與兩個伸縮套筒扶手過渡配合，橫梁的 兩端分別與兩個伸縮套筒扶手的上部相連，伸縮套筒扶手與橫梁為易拆卸結構，踏板一端 安裝腳輪，另一端與支撐底板上的踏板支座轉動連接，兩個踏板通過連桿與齒條連接。踏板的另一端通過插銷與弧形連接塊一端連接，弧形連接塊的另一端通過連接桿 與踏板支座相連，踏板支座固接于支撐底板上，弧形連接塊的下部則通過光桿與齒條擺動 連接，光桿與齒條的豎槽滑動連接，齒條與支撐底板上的導槽滑動連接，弧形連接塊的下方 連接復位彈簧。所述的機械傳動系統包括兩個齒條、兩個一級小齒輪、兩個二級增速大齒輪、兩個 二級增速小齒輪、兩個三級主動齒輪、兩個連接曲桿、兩個傳動軸和一個三級從動齒輪；兩 個齒條分別與兩個一級小齒輪相嚙合連接，兩個一級小齒輪分別與兩個二級增速大齒輪同 軸轉動連接，兩個二級增速大齒輪分別與兩個二級增速小齒輪相嚙合連接，兩個二級增速 小齒輪分別通過兩個傳動軸與兩個三級主動齒輪轉動連接，兩個二級增速大齒輪的傳動軸 一端和兩個傳動軸分別與兩個連接曲桿的一端兩側連接，兩個連接曲桿的另一端與支撐底 板連接，兩個三級主動齒輪與一個三級從動齒輪相嚙合連接，三級從動齒輪與發電機的發 電機主軸連接。本發明可以有效地將人體生物能轉化為電能儲存起來，達到健身節能的雙重功 效。新型多功能發電式踏步機新穎、環保，改變了傳統踏步機單一的健身功能，實現了健身、 娛樂、發電的功能，適用于戶內、戶外等多種場合，提高人們生活的便利性，在健身鍛煉，增 強身體素質的同時，產生更多的電能，促進新能源的開發和低碳經濟的發展。本發明與背景技術相比，具有的有益效果是
1.本發明將上下運動的踏步方式與發電結合起來，能有效地將人體健身時消耗的生物 能轉化為電能儲存起來。輸出交流電可供電熱水器，電視機，風扇，冰箱等小功率家用電器 使用，鍛煉的同時解決燒水，看電視，吹風扇等多種用電需求；
2.本發明集成了收音機、MP3、照明、充電、運動強度指示、心率測試等功能，使得人們在 健身鍛煉時能享受娛樂的快樂，并能隨時了解自身的健康狀況；
3.本發明結構簡單，易于拆卸，在有限的體積范圍內集成了健身、發電、娛樂、心率測 試、照明等多項功能，可作為便攜式發電器材應用于偏遠地區、哨所、塔站、野外作業、救災 搶險等特定場合，構建能源自給體系；
4.本發明通過調節發電機勵磁電流控制踏步運動強度，且勵磁電流由自身蓄能部件提 供，不增加系統的復雜性，方便實用；
5.本發明采用比較器電路實時顯示發電機輸出電壓，便于使用者根據需要實時調節運 動速度。
圖1、本發明實施例的總體主視結構示意圖。
圖2、本發明實施例的總體側視結構示意圖。圖3、本發明實施例的機械傳動系統結構示意圖。圖4、本發明實施例的踏板支座側視結構示意圖。
圖5、踏板支座俯視結構示意圖。圖6、本發明實施例的充供電控制電路板電路示意圖。圖中支撐底板1，蓄電池2，電線3，兩個固定套筒4，兩個伸縮套筒扶手5，照明燈 6，橫梁7，發電機輸出電壓指示電路8，控制板9，逆變器10充電供電控制電路板11，三級主 動大齒輪12，傳動軸13，螺母14，發電機主軸15，三級從動齒輪16，發電機17，踏板18，支架 19，增速小齒輪20，一級增速小齒輪21，兩個齒條22，一級增速大齒輪23，兩個連接曲桿24， 腳輪25，插銷26，弧形連接塊27，連接桿28，踏板支座29，導向槽30，光桿31，總開關32，勵 磁開關33，逆變開關34，調節器35，升壓變壓器36，穩壓管37。
具體實施例方式本發明可以通過發明內容中說明的技術具體實施，通過對下面的實施例可以對本 發明進行進一步的描述，然而，本發明的范圍并不限于下述實施例。實施例1，如圖1、2、3、4、5、6所示，本發明主要包括踏步系統、機械傳動系統、發電 蓄能能量轉換系統、集成式人機界面四個部分。人踏步時的動能經踏步系統傳遞給機械傳 動系統，并輸送給發電機轉化為電能，蓄能系統將發電機輸出的直流電以化學能的形式儲 存在蓄電池中，再經兩路輸出直流，一路供收音機、MP3、充電器、發電機電壓指示電路、溫濕 度、電子時鐘顯示模塊、心率測試模塊、照明燈使用，另一路經逆變器變換為220V、50HZ交 流電，可帶動小功率電器工作。如圖1、2、4、5所示，所述的踏步系統包括支撐底板1、兩個固定套筒4、兩個伸縮 套筒扶手5、一根連接橫梁7、兩個踏板18、四個腳輪25、兩個插銷26、兩個弧形連接塊27、 兩個連接桿28、兩個踏板支座29和兩根光桿31。兩個固定套筒4 一端與支撐底板1固連， 另一端分別與兩個伸縮套筒扶手5過渡配合，橫梁7的兩端分別與兩個伸縮套筒扶手5的 上部相連，伸縮套筒扶手5與橫梁7為易拆卸結構，兩個踏板18 —端安裝腳輪25以實現在 地面的滑動，另一端在支撐底板1上的支座上轉動，同時驅動齒條22在固接于支撐底板1 上的踏板支座29上的導向槽30中直線運動，通過改變腳掌在踏板18上的踩踏位置即可調 整運動強度，腳掌位于踏板18前部踩踏時，運動強度大，腳掌位于踏板18后部踩踏時，運動 強度小。如圖1、2所示，所述的機械傳動系統包括兩個齒條22、兩個一級小齒輪21、兩個 二級增速大齒輪23、兩個二級增速小齒輪20、兩個三級主動齒輪12、兩個連接曲桿24、兩個 傳動軸13和一個三級從動齒輪16。兩個齒條22分別與兩個一級小齒輪21相嚙合，兩個 一級小齒輪21分別與兩個二級增速大齒輪23同軸轉動，分別連接于兩個連接曲桿24的一 端，兩個一級小齒輪21帶動兩個二級增速大齒輪23轉動，兩個二級增速大齒輪23分別與 兩個二級增速小齒輪20相嚙合，兩個二級增速小齒輪20通過兩個傳動軸13帶動兩個三級 主動齒輪12轉動，并分別與連接在電機軸上的一個三級從動齒輪16相嚙合，驅動發電機17 發電。如圖1、2所示，所述的發電蓄能能量轉換系統包括蓄電池2、電線3、控制板9、逆變器10、充供電控制電路板11、發電機17。人體在踏步機上運動時，踩踏踏板18上下動作， 消耗的生物能轉化為機械能經機械傳動系統傳輸給發電機17，發電機17產生直流電，直流 電經充電供電控制電路板11對蓄電池2充電，轉化為蓄電池2的化學能，蓄電池2經充供 電控制電路板11兩路輸出，一路經逆變器10轉換為220V/50HZ交流電，可接使用工頻電的 電器，另一路輸出給控制板9上的電子設備包括MP3、收音機、充電器、溫濕度顯示器件、電 子時鐘、發電機輸出電壓指示電路、照明燈、心率測試儀等及發電機，提供發電機勵磁電流。如圖6所示，所述的充供電控制電路板11 包括總開關32、勵磁開關33、逆變開關 34、調節器35、升壓變壓器36、穩壓管37。總開關32控制勵磁電路和逆變電路的通斷，在閉 合總開關32的情況下，啟動勵磁開關33，此時蓄電池2與調節器35連通，調節器35指示 燈亮，并給發電機的勵磁線圈供電，通過調節可變電阻R2可改變勵磁電流，從而達到調節 運動強度的目的。在勵磁電流連通的情況下，踩踏踏板18，發電機17輸出的交流電經升壓 變壓器36輸出給整流電路，整流電路由DfD6組成，整流電路通過穩壓管37對蓄電池2充 電。同時發電機17的輸出電壓可以通過電壓指示電路8的八個發光二極管顯示，每亮一個 燈，電壓指示值增加1. 5V。在總開關32閉合的情況下，啟動逆變開關34，蓄電池2給逆變 器10供電，逆變器10輸出220V，50HZ的工頻電以帶動負載工作。如圖1所示，所述的集成式人機界面包括照明燈6、發電機輸出電壓指示電路8、 控制板9上的電子設備包括MP3、收音機、充電器、發電機電壓指示電路、心率測試儀等；控 制板9上的發電機輸出電壓指示電路8的點亮數可以顯示出人運動時，踩踏踏板18的運動 強度，還可以通過控制板9上的心率測試儀對運動者的心率進行實時檢測，以合理掌握運 動節奏，控制板9上附帶的MP3和收音機可為鍛煉者提供舒適輕松的運動環境，控制板9上 附帶的充電接口還可實時為MP3或者手機進行充電，另外，經逆變器10轉換為工頻電可維 持適量功率的工頻電器的正常使用，有效利用運動者產生的能量，最大限度的節能環保。如圖6所示，所述的一種通過調節發電機勵磁電流控制踏步運動強度的裝置，其 特征在于，發電機17的勵磁電流由蓄電池2經充供電控制電路板11上的調節器35提供， 通過改變調節器35上的電阻R2的阻值，可改變發電機17的勵磁電流，即改變發電機17轉 子所受的阻力，此阻力通過機械傳動系統反映為人體踩踏踏板時所需施加的力，從而實現 控制人體踏步運動強度的目的。如圖1、2所示，所述的一種采用比較器電路實時顯示發電機輸出電壓的裝置，將 12V直流電壓分為8個等級，每一等級電壓差為1. 5V，作為比較器的基準輸入，將發電機17 輸出的直流電連接至比較器輸入端，根據人體踩踏踏板的速度變化，發電機輸出電壓發生 相應的變化，通過發電機輸出電壓指示電路8上8個指示燈的點亮數可反映出發電機的輸 出電壓，以便使用者實時了解發電機輸出電壓的強度，根據需要調節運動速度。人體在踏步機上運動時，踩踏踏板18，踏板18安裝腳輪25的一端隨著腳輪25沿 地面向后滑動，踏板18的另一端通過插銷沈的力傳遞作用，使弧形連接塊沈繞著連接桿 28向下轉動，即弧形連接塊沈在齒條22的豎直滑槽內向下移動，向下移動的同時通過光 桿31推動齒條22在踏板支座四的導向槽30內做直線運動，當腳離開踏板18時，弧形連 接塊沈在其上的復位彈簧作用下反向轉動，同時通過光桿31帶動齒條22復位，進入下一 循環。齒條22的直線移動轉變為一級小齒輪21的轉動，小齒輪21帶動二級增速大齒輪23 同軸轉動，大齒輪23分別與兩個二級增速小齒輪20相嚙合，小齒輪20通過兩個傳動軸13帶動兩個三級主動齒輪12轉動，齒輪12帶動三級從動齒輪16轉動，從 而將人體踏步運動 時的作用力傳輸給發電機17的主軸15，主軸15帶動發電機17的轉子轉動，驅動發電機17 發電。
權利要求
1.一種多功能發電式踏步機，它包括踏步系統、機械傳動系統、發電蓄能系統、集成式 人機界面四個部分，其特征是踏步系統中的踏板(18)與機械傳動系統中的輸入端連接， 機械傳動系統中的輸出端與發電蓄能系統中的發電機(17)的發電機主軸(15)連接，發電 機(17)的輸出端通過充供電控制電路板(11)上的電路與蓄電池(2)連接，發電蓄能系統通 過蓄電池(2 )經兩路輸出直流，一路與踏步機機身上設有的直流用電器連接，另一路經逆變 器(10)變換為220V、50HZ交流電向外供電；集成式人機界面設有踏步機機身上的直流用電 器及開關、交流和直流充電器、發電機輸出電壓指示電路(8)的顯示器和充供電控制電路板 (11)的調節器(35)，發電機(17)的勵磁電流由蓄電池(2)提供，蓄電池(2)通過充供電控 制電路板(11)上的總開關(32)和勵磁開關(33)與調節器(35)相連，調節器(35)的輸出 端與發電機(17)的勵磁端相連。
2.根據權利要求1所述的一種多功能發電式踏步機，其特征是充供電控制電路的充 供電控制電路板(11):包括總開關(32)、勵磁開關(33)、逆變開關(34)、調節器(35)、升壓 變壓器(36)、穩壓管(37)；總開關(32)與勵磁電路和逆變電路串聯，勵磁電路和逆變電路 之間并聯；閉合總開關(32)閉合時，啟動勵磁開關(33)，勵磁電路的一路通過蓄電池(2)與 調節器(35)連通，調節器(35)的指示燈亮，調節器(35)的輸出端與發電機的勵磁線圈連 接，調節器(35)設有可變電阻R2 ；勵磁電路的一路通過發電機(17)輸出的交流電經升壓 變壓器(36)輸出給整流電路，整流電路由DfD6組成，整流電路通過穩壓管(37)與蓄電池 (2)連通充電，發電機(17)的輸出電壓與電壓指示電路(8)的八個發光二極管連接；閉合 總開關(32)閉合時，啟動逆變開關(34)，蓄電池(2)與逆變器(10)連通，逆變器(10)輸出 220V，50HZ交流電向外供電。
3.根據權利要求2所述的一種多功能發電式踏步機，其特征是發電機輸出電壓指示 電路(8)采用比較器電路實時顯示發電機輸出電壓，將12V直流電壓分為8個等級，每一等 級電壓差為1.5V，作為比較器的基準輸入，將發電機(17)輸出的直流電連接至比較器輸入 端。
4.根據權利要求1或2所述的一種多功能發電式踏步機，其特征是踏步機機身上的 直流用電器為收音機、MP3、溫濕度計、電子時鐘顯示模塊、心率測試模塊、和照明燈中的一 種或多種。
5.根據權利要求1或2所述的一種多功能發電式踏步機，其特征是所述的踏步系統 包括支撐底板(1)、兩個固定套筒(4)、兩個伸縮套筒扶手(5)、一根連接橫梁(7)、兩個踏板 (18)、四個腳輪(25)、兩個插銷(26)、兩個弧形連接塊(27)、兩個連接桿(28)、兩個踏板支 座(29)和兩根光桿(31);兩個固定套筒(4) 一端與支撐底板(1)固連，另一端分別與兩個 伸縮套筒扶手(5)過渡配合，橫梁(7)的兩端分別與兩個伸縮套筒扶手(5)的上部相連，伸 縮套筒扶手(5)與橫梁(7)為易拆卸結構，踏板(18)—端安裝腳輪(25)，另一端與支撐底板 (1)上的踏板支座(29 )轉動連接，兩個踏板(18 )通過連桿與齒條(22 )連接。
6.根據權利要求5所述的一種多功能發電式踏步機，其特征是踏板(18)的另一端通 過插銷(26 )與弧形連接塊(27 ) —端連接，弧形連接塊(27 )的另一端通過連接桿(28 )與踏 板支座(29 )相連，踏板支座(29 )固接于支撐底板(1)上，弧形連接塊(26 )的下部則通過光 桿(31)與齒條(22)擺動連接，光桿(31)與齒條(22)的豎槽滑動連接，齒條(22)與支撐底 板(1)上的導槽滑動連接，弧形連接塊(26)的下方連接復位彈簧。
7.根據權利要求1或2所述的一種多功能發電式踏步機，其特征是所述的機械傳動系 統包括兩個齒條(22)、兩個一級小齒輪(21)、兩個二級增速大齒輪(23)、兩個二級增速小 齒輪(20)、兩個三級主動齒輪(12)、兩個連接曲桿(24)、兩個傳動軸(13)和一個三級從動 齒輪(16);兩個齒條(22)分別與兩個一級小齒輪(21)相嚙合連接，兩個一級小齒輪(21)分 別與兩個二級增速大齒輪(23)同軸轉動連接，兩個二級增速大齒輪(23)分別與兩個二級 增速小齒輪(20)相嚙合連接，兩個二級增速小齒輪(20)分別通過兩個傳動軸(13)與兩個 三級主動齒輪(12)轉動連接，兩個二級增速大齒輪(23)的傳動軸一端和兩個傳動軸(13) 分別與兩個連接曲桿(24)的一端兩側連接，兩個連接曲桿(24)的另一端與支撐底板(1)連 接，兩個三級主動齒輪(12)與一個三級從動齒輪(16)相嚙合連接，三級從動齒輪(16)與發 電機(17)的發電機主軸(15)連接。
全文摘要
本發明涉及一種體育鍛煉的器械，尤其是涉及一種多功能發電式踏步機。包括踏步系統、機械傳動系統、發電蓄能能量轉換系統、集成式人機界面四個部分。人踏步時的動能經踏步系統傳遞給機械傳動系統，并輸送給發電機轉化為電能，蓄能系統將發電機輸出的直流電以化學能的形式儲存在蓄電池中，再經兩路輸出直流，一路供MP3、充電器、發電機電壓指示電路、心率測試模塊、等使用，另一路經逆變器變換為220V、50Hz交流電，可帶動小功率電器工作，發電機的勵磁電流由蓄電池提供，蓄電池通過充供電控制電路板電路與調節器相連，調節器的輸出端與發電機的勵磁端相連。
文檔編號A63B24/00GK102091393SQ20101060960
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者張興磊, 汪志成, 董曉峰, 陳煥文, 鮑廷義, 黃凡 申請人:東華理工大學