专利名称：一种多功能发电式踏步机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种体育锻炼的器械，尤其是涉及一种多功能发电式踏步机。
背景技术：
采用踏板上下运动方式的踏步机运动强度适中，不损伤跟腱，适合不同年龄段的 人群进行健身锻炼，同时，人在踏步机上运动时，身体重心左右移动，长期锻炼，可提高人体 的协调性。但现有采用踏板上下运动方式的踏步机功能单一，只能实现健身目的，不能有效 利用人体踏步运动时消耗的生物能，造成了能量的浪费，也不能随时监测人体的健康状况， 不便于锻炼者适时调整运动强度；另一方面，在哨所、塔站、野外作业、露营、救灾抢险等特 殊场合，及不便于架设电网的偏远地区，基本用电需求不能得到有效解决。在此背景下，本 发明在传统踏步机结构上进行改进，将踏步健身与发电及实用电子电器功能结合起来，提 出一种多功能发电式踏步机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、易拆装、可多种方式控制运动强度、可监测 发电状态、便携式新型多功能发电式踏步机。本发明是这样实现的；它包括踏步系统、机械传动系统、发电蓄能系统、集成式人 机界面四个部分，踏步系统中的踏板通过弧形连接块与机械传动系统中的输入端连接，机 械传动系统中的输出端与发电蓄能系统中的发电机的发电机主轴连接，发电机的输出端通 过充供电控制电路板上的电路与蓄电池连接，发电蓄能系统通过蓄电池经两路输出直流， 一路与踏步机机身上设有的直流用电器连接，另一路经逆变器变换为220V、50HZ交流电向 外供电；集成式人机界面设有踏步机机身上的直流用电器及开关、交流和直流充电器、发电 机输出电压指示电路的显示器和充供电控制电路板的调节器，发电机的励磁电流由蓄电池 提供，蓄电池通过充供电控制电路板上的总开关和励磁开关与调节器相连，调节器的输出 端与发电机的励磁端相连。优选充供电控制电路的充供电控制电路板包括总开关、励磁开关、逆变开关、 调节器、升压变压器、稳压管；总开关与励磁电路和逆变电路串联，励磁电路和逆变电路之 间并联；闭合总开关闭合时，启动励磁开关，励磁电路的一路通过蓄电池与调节器连通，调 节器的指示灯亮，调节器的输出端与发电机的励磁线圈连接，调节器设有可变电阻R2;励 磁电路的一路通过发电机输出的交流电经升压变压器输出给整流电路，整流电路由DfD6 组成，整流电路通过稳压管与蓄电池连通充电，发电机的输出电压与电压指示电路的八个 发光二极管连接；闭合总开关闭合时，启动逆变开关，蓄电池与逆变器连通，逆变器输出 220V，50HZ交流电向外供电。发电机输出电压指示电路采用比较器电路实时显示发电机输出电压，将12V直流 电压分为个等级，每一等级电压差为1. 5V，作为比较器的基准输入，将发电机输出的直流电 连接至比较器输入端。
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踏步机机身上的 直流用电器为收音机、MP3、温湿度计、电子时钟显示模块、心率测 试模块、和照明灯中的一种或多种。所述的踏步系统包括支撑底板、两个固定套筒、两个伸缩套筒扶手、一根连接横 梁、两个踏板、四个脚轮、两个插销、两个弧形连接块、两个连接杆、两个踏板支座和两根光 杆；两个固定套筒一端与支撑底板固连，另一端分别与两个伸缩套筒扶手过渡配合，横梁的 两端分别与两个伸缩套筒扶手的上部相连，伸缩套筒扶手与横梁为易拆卸结构，踏板一端 安装脚轮，另一端与支撑底板上的踏板支座转动连接，两个踏板通过连杆与齿条连接。踏板的另一端通过插销与弧形连接块一端连接，弧形连接块的另一端通过连接杆 与踏板支座相连，踏板支座固接于支撑底板上，弧形连接块的下部则通过光杆与齿条摆动 连接，光杆与齿条的竖槽滑动连接，齿条与支撑底板上的导槽滑动连接，弧形连接块的下方 连接复位弹簧。所述的机械传动系统包括两个齿条、两个一级小齿轮、两个二级增速大齿轮、两个 二级增速小齿轮、两个三级主动齿轮、两个连接曲杆、两个传动轴和一个三级从动齿轮；两 个齿条分别与两个一级小齿轮相啮合连接，两个一级小齿轮分别与两个二级增速大齿轮同 轴转动连接，两个二级增速大齿轮分别与两个二级增速小齿轮相啮合连接，两个二级增速 小齿轮分别通过两个传动轴与两个三级主动齿轮转动连接，两个二级增速大齿轮的传动轴 一端和两个传动轴分别与两个连接曲杆的一端两侧连接，两个连接曲杆的另一端与支撑底 板连接，两个三级主动齿轮与一个三级从动齿轮相啮合连接，三级从动齿轮与发电机的发 电机主轴连接。本发明可以有效地将人体生物能转化为电能储存起来，达到健身节能的双重功 效。新型多功能发电式踏步机新颖、环保，改变了传统踏步机单一的健身功能，实现了健身、 娱乐、发电的功能，适用于户内、户外等多种场合，提高人们生活的便利性，在健身锻炼，增 强身体素质的同时，产生更多的电能，促进新能源的开发和低碳经济的发展。本发明与背景技术相比，具有的有益效果是
1.本发明将上下运动的踏步方式与发电结合起来，能有效地将人体健身时消耗的生物 能转化为电能储存起来。输出交流电可供电热水器，电视机，风扇，冰箱等小功率家用电器 使用，锻炼的同时解决烧水，看电视，吹风扇等多种用电需求；
2.本发明集成了收音机、MP3、照明、充电、运动强度指示、心率测试等功能，使得人们在 健身锻炼时能享受娱乐的快乐，并能随时了解自身的健康状况；
3.本发明结构简单，易于拆卸，在有限的体积范围内集成了健身、发电、娱乐、心率测 试、照明等多项功能，可作为便携式发电器材应用于偏远地区、哨所、塔站、野外作业、救灾 抢险等特定场合，构建能源自给体系；
4.本发明通过调节发电机励磁电流控制踏步运动强度，且励磁电流由自身蓄能部件提 供，不增加系统的复杂性，方便实用；
5.本发明采用比较器电路实时显示发电机输出电压，便于使用者根据需要实时调节运 动速度。
图1、本发明实施例的总体主视结构示意图。
图2、本发明实施例的总体侧视结构示意图。图3、本发明实施例的机械传动系统结构示意图。图4、本发明实施例的踏板支座侧视结构示意图。
图5、踏板支座俯视结构示意图。图6、本发明实施例的充供电控制电路板电路示意图。图中支撑底板1，蓄电池2，电线3，两个固定套筒4，两个伸缩套筒扶手5，照明灯 6，横梁7，发电机输出电压指示电路8，控制板9，逆变器10充电供电控制电路板11，三级主 动大齿轮12，传动轴13，螺母14，发电机主轴15，三级从动齿轮16，发电机17，踏板18，支架 19，增速小齿轮20，一级增速小齿轮21，两个齿条22，一级增速大齿轮23，两个连接曲杆24， 脚轮25，插销26，弧形连接块27，连接杆28，踏板支座29，导向槽30，光杆31，总开关32，励 磁开关33，逆变开关34，调节器35，升压变压器36，稳压管37。
具体实施例方式本发明可以通过发明内容中说明的技术具体实施，通过对下面的实施例可以对本 发明进行进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。实施例1，如图1、2、3、4、5、6所示，本发明主要包括踏步系统、机械传动系统、发电 蓄能能量转换系统、集成式人机界面四个部分。人踏步时的动能经踏步系统传递给机械传 动系统，并输送给发电机转化为电能，蓄能系统将发电机输出的直流电以化学能的形式储 存在蓄电池中，再经两路输出直流，一路供收音机、MP3、充电器、发电机电压指示电路、温湿 度、电子时钟显示模块、心率测试模块、照明灯使用，另一路经逆变器变换为220V、50HZ交 流电，可带动小功率电器工作。如图1、2、4、5所示，所述的踏步系统包括支撑底板1、两个固定套筒4、两个伸缩 套筒扶手5、一根连接横梁7、两个踏板18、四个脚轮25、两个插销26、两个弧形连接块27、 两个连接杆28、两个踏板支座29和两根光杆31。两个固定套筒4 一端与支撑底板1固连， 另一端分别与两个伸缩套筒扶手5过渡配合，横梁7的两端分别与两个伸缩套筒扶手5的 上部相连，伸缩套筒扶手5与横梁7为易拆卸结构，两个踏板18 —端安装脚轮25以实现在 地面的滑动，另一端在支撑底板1上的支座上转动，同时驱动齿条22在固接于支撑底板1 上的踏板支座29上的导向槽30中直线运动，通过改变脚掌在踏板18上的踩踏位置即可调 整运动强度，脚掌位于踏板18前部踩踏时，运动强度大，脚掌位于踏板18后部踩踏时，运动 强度小。如图1、2所示，所述的机械传动系统包括两个齿条22、两个一级小齿轮21、两个 二级增速大齿轮23、两个二级增速小齿轮20、两个三级主动齿轮12、两个连接曲杆24、两个 传动轴13和一个三级从动齿轮16。两个齿条22分别与两个一级小齿轮21相啮合，两个 一级小齿轮21分别与两个二级增速大齿轮23同轴转动，分别连接于两个连接曲杆24的一 端，两个一级小齿轮21带动两个二级增速大齿轮23转动，两个二级增速大齿轮23分别与 两个二级增速小齿轮20相啮合，两个二级增速小齿轮20通过两个传动轴13带动两个三级 主动齿轮12转动，并分别与连接在电机轴上的一个三级从动齿轮16相啮合，驱动发电机17 发电。如图1、2所示，所述的发电蓄能能量转换系统包括蓄电池2、电线3、控制板9、逆变器10、充供电控制电路板11、发电机17。人体在踏步机上运动时，踩踏踏板18上下动作， 消耗的生物能转化为机械能经机械传动系统传输给发电机17，发电机17产生直流电，直流 电经充电供电控制电路板11对蓄电池2充电，转化为蓄电池2的化学能，蓄电池2经充供 电控制电路板11两路输出，一路经逆变器10转换为220V/50HZ交流电，可接使用工频电的 电器，另一路输出给控制板9上的电子设备包括MP3、收音机、充电器、温湿度显示器件、电 子时钟、发电机输出电压指示电路、照明灯、心率测试仪等及发电机，提供发电机励磁电流。如图6所示，所述的充供电控制电路板11 包括总开关32、励磁开关33、逆变开关 34、调节器35、升压变压器36、稳压管37。总开关32控制励磁电路和逆变电路的通断，在闭 合总开关32的情况下，启动励磁开关33，此时蓄电池2与调节器35连通，调节器35指示 灯亮，并给发电机的励磁线圈供电，通过调节可变电阻R2可改变励磁电流，从而达到调节 运动强度的目的。在励磁电流连通的情况下，踩踏踏板18，发电机17输出的交流电经升压 变压器36输出给整流电路，整流电路由DfD6组成，整流电路通过稳压管37对蓄电池2充 电。同时发电机17的输出电压可以通过电压指示电路8的八个发光二极管显示，每亮一个 灯，电压指示值增加1. 5V。在总开关32闭合的情况下，启动逆变开关34，蓄电池2给逆变 器10供电，逆变器10输出220V，50HZ的工频电以带动负载工作。如图1所示，所述的集成式人机界面包括照明灯6、发电机输出电压指示电路8、 控制板9上的电子设备包括MP3、收音机、充电器、发电机电压指示电路、心率测试仪等；控 制板9上的发电机输出电压指示电路8的点亮数可以显示出人运动时，踩踏踏板18的运动 强度，还可以通过控制板9上的心率测试仪对运动者的心率进行实时检测，以合理掌握运 动节奏，控制板9上附带的MP3和收音机可为锻炼者提供舒适轻松的运动环境，控制板9上 附带的充电接口还可实时为MP3或者手机进行充电，另外，经逆变器10转换为工频电可维 持适量功率的工频电器的正常使用，有效利用运动者产生的能量，最大限度的节能环保。如图6所示，所述的一种通过调节发电机励磁电流控制踏步运动强度的装置，其 特征在于，发电机17的励磁电流由蓄电池2经充供电控制电路板11上的调节器35提供， 通过改变调节器35上的电阻R2的阻值，可改变发电机17的励磁电流，即改变发电机17转 子所受的阻力，此阻力通过机械传动系统反映为人体踩踏踏板时所需施加的力，从而实现 控制人体踏步运动强度的目的。如图1、2所示，所述的一种采用比较器电路实时显示发电机输出电压的装置，将 12V直流电压分为8个等级，每一等级电压差为1. 5V，作为比较器的基准输入，将发电机17 输出的直流电连接至比较器输入端，根据人体踩踏踏板的速度变化，发电机输出电压发生 相应的变化，通过发电机输出电压指示电路8上8个指示灯的点亮数可反映出发电机的输 出电压，以便使用者实时了解发电机输出电压的强度，根据需要调节运动速度。人体在踏步机上运动时，踩踏踏板18，踏板18安装脚轮25的一端随着脚轮25沿 地面向后滑动，踏板18的另一端通过插销沈的力传递作用，使弧形连接块沈绕着连接杆 28向下转动，即弧形连接块沈在齿条22的竖直滑槽内向下移动，向下移动的同时通过光 杆31推动齿条22在踏板支座四的导向槽30内做直线运动，当脚离开踏板18时，弧形连 接块沈在其上的复位弹簧作用下反向转动，同时通过光杆31带动齿条22复位，进入下一 循环。齿条22的直线移动转变为一级小齿轮21的转动，小齿轮21带动二级增速大齿轮23 同轴转动，大齿轮23分别与两个二级增速小齿轮20相啮合，小齿轮20通过两个传动轴13带动两个三级主动齿轮12转动，齿轮12带动三级从动齿轮16转动，从 而将人体踏步运动 时的作用力传输给发电机17的主轴15，主轴15带动发电机17的转子转动，驱动发电机17 发电。
权利要求
1.一种多功能发电式踏步机，它包括踏步系统、机械传动系统、发电蓄能系统、集成式 人机界面四个部分，其特征是踏步系统中的踏板(18)与机械传动系统中的输入端连接， 机械传动系统中的输出端与发电蓄能系统中的发电机(17)的发电机主轴(15)连接，发电 机(17)的输出端通过充供电控制电路板(11)上的电路与蓄电池(2)连接，发电蓄能系统通 过蓄电池(2 )经两路输出直流，一路与踏步机机身上设有的直流用电器连接，另一路经逆变 器(10)变换为220V、50HZ交流电向外供电；集成式人机界面设有踏步机机身上的直流用电 器及开关、交流和直流充电器、发电机输出电压指示电路(8)的显示器和充供电控制电路板 (11)的调节器(35)，发电机(17)的励磁电流由蓄电池(2)提供，蓄电池(2)通过充供电控 制电路板(11)上的总开关(32)和励磁开关(33)与调节器(35)相连，调节器(35)的输出 端与发电机(17)的励磁端相连。
2.根据权利要求1所述的一种多功能发电式踏步机，其特征是充供电控制电路的充 供电控制电路板(11):包括总开关(32)、励磁开关(33)、逆变开关(34)、调节器(35)、升压 变压器(36)、稳压管(37)；总开关(32)与励磁电路和逆变电路串联，励磁电路和逆变电路 之间并联；闭合总开关(32)闭合时，启动励磁开关(33)，励磁电路的一路通过蓄电池(2)与 调节器(35)连通，调节器(35)的指示灯亮，调节器(35)的输出端与发电机的励磁线圈连 接，调节器(35)设有可变电阻R2 ；励磁电路的一路通过发电机(17)输出的交流电经升压 变压器(36)输出给整流电路，整流电路由DfD6组成，整流电路通过稳压管(37)与蓄电池 (2)连通充电，发电机(17)的输出电压与电压指示电路(8)的八个发光二极管连接；闭合 总开关(32)闭合时，启动逆变开关(34)，蓄电池(2)与逆变器(10)连通，逆变器(10)输出 220V，50HZ交流电向外供电。
3.根据权利要求2所述的一种多功能发电式踏步机，其特征是发电机输出电压指示 电路(8)采用比较器电路实时显示发电机输出电压，将12V直流电压分为8个等级，每一等 级电压差为1.5V，作为比较器的基准输入，将发电机(17)输出的直流电连接至比较器输入 端。
4.根据权利要求1或2所述的一种多功能发电式踏步机，其特征是踏步机机身上的 直流用电器为收音机、MP3、温湿度计、电子时钟显示模块、心率测试模块、和照明灯中的一 种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的一种多功能发电式踏步机，其特征是所述的踏步系统 包括支撑底板(1)、两个固定套筒(4)、两个伸缩套筒扶手(5)、一根连接横梁(7)、两个踏板 (18)、四个脚轮(25)、两个插销(26)、两个弧形连接块(27)、两个连接杆(28)、两个踏板支 座(29)和两根光杆(31);两个固定套筒(4) 一端与支撑底板(1)固连，另一端分别与两个 伸缩套筒扶手(5)过渡配合，横梁(7)的两端分别与两个伸缩套筒扶手(5)的上部相连，伸 缩套筒扶手(5)与横梁(7)为易拆卸结构，踏板(18)—端安装脚轮(25)，另一端与支撑底板 (1)上的踏板支座(29 )转动连接，两个踏板(18 )通过连杆与齿条(22 )连接。
6.根据权利要求5所述的一种多功能发电式踏步机，其特征是踏板(18)的另一端通 过插销(26 )与弧形连接块(27 ) —端连接，弧形连接块(27 )的另一端通过连接杆(28 )与踏 板支座(29 )相连，踏板支座(29 )固接于支撑底板(1)上，弧形连接块(26 )的下部则通过光 杆(31)与齿条(22)摆动连接，光杆(31)与齿条(22)的竖槽滑动连接，齿条(22)与支撑底 板(1)上的导槽滑动连接，弧形连接块(26)的下方连接复位弹簧。
7.根据权利要求1或2所述的一种多功能发电式踏步机，其特征是所述的机械传动系 统包括两个齿条(22)、两个一级小齿轮(21)、两个二级增速大齿轮(23)、两个二级增速小 齿轮(20)、两个三级主动齿轮(12)、两个连接曲杆(24)、两个传动轴(13)和一个三级从动 齿轮(16);两个齿条(22)分别与两个一级小齿轮(21)相啮合连接，两个一级小齿轮(21)分 别与两个二级增速大齿轮(23)同轴转动连接，两个二级增速大齿轮(23)分别与两个二级 增速小齿轮(20)相啮合连接，两个二级增速小齿轮(20)分别通过两个传动轴(13)与两个 三级主动齿轮(12)转动连接，两个二级增速大齿轮(23)的传动轴一端和两个传动轴(13) 分别与两个连接曲杆(24)的一端两侧连接，两个连接曲杆(24)的另一端与支撑底板(1)连 接，两个三级主动齿轮(12)与一个三级从动齿轮(16)相啮合连接，三级从动齿轮(16)与发 电机(17)的发电机主轴(15)连接。
全文摘要
本发明涉及一种体育锻炼的器械，尤其是涉及一种多功能发电式踏步机。包括踏步系统、机械传动系统、发电蓄能能量转换系统、集成式人机界面四个部分。人踏步时的动能经踏步系统传递给机械传动系统，并输送给发电机转化为电能，蓄能系统将发电机输出的直流电以化学能的形式储存在蓄电池中，再经两路输出直流，一路供MP3、充电器、发电机电压指示电路、心率测试模块、等使用，另一路经逆变器变换为220V、50Hz交流电，可带动小功率电器工作，发电机的励磁电流由蓄电池提供，蓄电池通过充供电控制电路板电路与调节器相连，调节器的输出端与发电机的励磁端相连。
文档编号A63B24/00GK102091393SQ20101060960
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者张兴磊, 汪志成, 董晓峰, 陈焕文, 鲍廷义, 黄凡 申请人:东华理工大学