一种利用运动能量的加热装置的制作方法

本实用新型涉及一种利用运动能量的加热装置，属于电磁感应加热设备领域。

背景技术：

随着社会生活水平的提升，人们对身体健康的关注也越来越高，在健身上花更多的时间。考虑到便利性、环境等多项因素，相当大一部分健身者选择了使用健身器械的室内健身。当健身者使用跑步机、运动单车等健身器械时，所消耗的能量只作为磨损热量散失，造成了一种能量的浪费。

同时，健身者需要在健身过程中和健身后补充水或饮料，如果饮品温度较低，不但饮用时舒适度较低，而且不利于身体健康；而在通常情况下对饮品加热需要另行耗费能源。

因此，设计一种能够利用运动能量为饮品加热的装置，是本领域技术人员亟待解决的问题。

现有技术中未发现有类似功能产品的报道。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的健身器械能量浪费和饮品加热耗费额外能源的问题，本实用新型提供一种利用运动能量的加热装置，采用下述技术方案：

一种利用运动能量的加热装置，其特征在于，包括：

带有金属底的保温容器，

设置于保温容器底部的金属圆环，

平置于保温容器下方的磁铁转盘，

带动磁铁转盘转动的传动机构，

向传动机构提供动力的运动器材，

用于承载保温容器、磁铁转盘、传动机构的支架；

其中，所述磁铁转盘设有2个以上竖置的磁铁，相邻磁铁间磁极方向交错分布；

所述金属圆环材质为钢或不锈钢。

优选的，所述保温容器的金属底为厚度大于等于1mm的平面结构304不锈钢；所述金属圆环为厚10mm、外径100mm、内径60mm的马氏体不锈钢圆环，焊接于保温容器底部下方；所述磁铁转盘与所述不锈钢圆环距离小于等于1mm。

或优选的，所述磁铁转盘为圆形，沿转盘同心圆均匀设有8个直径20mm、长度60mm的圆柱形钕铁硼磁铁，所述磁铁磁极中心的分布圆与所述金属圆环的中心圆相对应。

或优选的，所述磁铁转盘下表面，设有以两两一组的方式将相邻磁铁磁极连接的低碳钢连接片。

或优选的，所述运动器材为跑步机或运动单车。

或优选的，所述传动机构包括加速齿轮箱和将加速齿轮箱与运动器材连接的链传动副。进一步的，所述加速齿轮箱加速倍数为60倍。或进一步的，所述链传动副为变速式，传动比为1或2。

本实用新型具有以下的优点：

既可以对人体运动产生的机械能量进行利用，又可以解决运动饮品加热耗能的问题。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中磁铁转盘2俯视结构示意图；

图3是本实用新型实施例1中保温容器1仰视结构示意图；

图4是本实用新型实施例2中磁铁转盘2仰视结构示意图；

其中：1.保温容器；2.磁铁转盘；21.磁铁；3.运动器材；4.支架；5.不锈钢圆环；6.加速齿轮箱；7.从动链轮；8.主动链轮；

图2中的虚线圆为磁铁21磁极中心的分布圆；图3中的虚线圆为金属圆环的中心圆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实用新型实施例为一种利用运动能量的加热装置，包括：

带有金属底的保温容器1、平置于保温容器下方的磁铁转盘2、带动磁铁转盘转动的传动机构、向传动机构提供旋转动力的运动器材3；还包括用于承载保温容器1、磁铁转盘2、传动机构的支架4。

其中，所述保温容器1为圆桶形，金属底为厚度1mm的平面结构304不锈钢，下方焊接有1个厚度为10mm、外径100mm、内径60mm的马氏体材质的不锈钢圆环5（其作用为有效改善涡流运动方向，以提高效率）；保温容器1侧壁外设有保温层，口部设有保温盖；本实施例实验装置中保温容器1侧壁与底面为一体的不锈钢容器，采用外敷泡沫材料进行保温。

保温容器1外侧壁设有凸耳，与支架4相应的承载部位配合，从而保证磁铁转盘2与不锈钢圆环5距离小于等于1mm。目前的电机行业，通常也是按1mm的距离来控制定子、转子的间隙。

如图2、图3所示，所述磁铁转盘2为圆形，沿转盘同心圆均匀设有8个竖置的直径20mm、长度60mm的圆柱形钕铁硼磁铁21；

图2中的虚线圆为磁铁21磁极中心的分布圆；图3中的虚线圆为金属圆环的中心圆；

所述磁铁21磁极中心的分布圆与所述金属圆环的中心圆相对应，相邻磁铁21间磁极方向交错分布。为了减轻重量，磁铁转盘2材质采用工程塑料。

本实施例中所用的钕铁硼磁铁耐温不低于150℃。因为所述磁铁21距离不锈钢圆环5较近，在加热过程中受到升温的不锈钢圆环5影响，温度会升高；耐温不同的磁铁，在温度升高后磁性消退的特性不同。经实测，本实施例中所用的磁铁在达到120℃时磁性才开始降低，并且在温度降低后磁性会完全恢复；考虑到本实施例是用于对水加热，这一特性可满足设计所需。

所述传动机构包括60倍的加速齿轮箱6和传动比为2的链传动副，所述链传动副包括较大的主动链轮8和较小的从动链轮7。加速齿轮箱为目前市场通用产品，体积较小的即可实现60至300倍的加速。所述链传动副的应用，主要目的是使本实用新型的加热部分远离人体，增强安全性和卫生性。

所述运动器材3为跑步机或运动单车，本实施例采用运动单车；主动链轮8与运动单车脚踏轴同轴连接，与之配对的从动链轮7与加速齿轮箱6的输入轴同轴连接。目前市面常见的运动单车主要通过飞轮配重的调节来实现增加或降低运动负荷的功能，因此如果解除脚踏轴与飞轮的链传动，就可以解除原有的运动负荷，更有利于提升踏频。在本实施例中，我们先以解除运动负荷，只对加速齿轮箱6作功来计算。

以本实施例对本实用新型的理论进行验证：

单个磁铁21的体积为π*r²*h=3.14*0.01²*0.06=1.884*10^-5m³；查询可知，钕铁硼磁铁的密度约为7500㎏/m³；根据以上数据，每个磁铁21的重量为141.3g，8个磁铁21共重约1.13㎏。整个磁铁转盘2的重量可控制在2㎏内，轴承的负荷较小，对轴承的选用限制较小，能满足设计要求的轴承可常规选用。

从百度百科可知，大多数运动员骑行的踏频在90~110转/分之间，运动员骑行需要对抗的运动负荷包括车重和自身体重；本实施例在解除运动单车的运动负荷之后，需要对抗的负荷仅为系统内部摩擦和磁铁转盘2所受的阻力，该负荷远小于日常骑行的负荷，因此本实施例的实际踏频也远高于查询所得数据；对实验装置的验证发现，实际踏频很轻易可达到150转/分。为了计算方便及数据的可信度，仍取保守值100转/分来计算。

本实施例中选用三级齿轮加速的60倍加速齿轮箱，以降低运动负荷；配合2倍传动比的链传动副，其总传动比为120倍，磁铁转盘2的转速为12000转/分。在此转速下，不锈钢圆环5切割磁力线的频率为：12000×8/60=1600hz。

钕铁硼磁铁磁感应中心点强度实测值约为5330gs（高斯）；

不锈钢圆环5的质量计算公式为：=*v；

其中为密度，v为体积；

对本实施例来说，

=7930kg/m³；

v=*（-）*h=3.14*（0.05*0.05-0.03*0.03）*0.01=5.024*10^-5m³；

带入公式计算得到：=*v=7930*5.024*10^-5≈0.4kg。

本实用新型的原理是，利用电磁感应在不锈钢圆环5内部产生涡流，利用涡流生热，随后利用热传导通过金属底加热保温容器内的水；由于涡流损耗的能量可视为全部转化为热能，因此计算涡流损耗的功率即可视为计算加热功率。

涡流损耗的功率计算公式为，

其中，为磁场峰值强度，单位特斯拉（t）,1t=10000gs；

为金属厚度，单位m；

为磁场频率，单位hz；

为常系数，对金属体等于1，对电线等于2；

为电阻率，单位ω·m；

为材料密度，单位kg/m³；

为金属质量，单位kg；

本实施例中，=5330gs=0.53t；

=0.01m；

=1600hz；

=1；

=88*ω·m；

=7930kg/m³；

=0.4kg；

代入公式计算结果为：

本计算结果未考虑不锈钢圆环5中所产生涡流的集肤效应，主要用于发明方案可行性的定性判定。

本实施例中待加热的运动饮品为水，水的比热容约为4200j/㎏·℃，以保温容器内盛水200ml计算，水温由20℃升温至100℃需要热量q=cm△t=4200×0.2×80=67200j；如果不考虑传热及其他转化损失，以67.52w的转化功率计算，需要67200/67.52≈995秒≈16.58分钟；由此可知，可较为容易地实现使水升温的效果。

运动者可以增加水量，也可以增加运动单车的运动负荷、降低踏频，还可以在保温容器内水开之后断开链传动的连接，从而满足个性化的需求。

使用实验装置进行验证，解除运动单车的运动负荷，保温容器内倒入200ml的纯净水，实测初温为18℃；实验人员蹬车20分钟，期间平均踏频约为130转/分，20分钟后实测水温为81℃。

虽与计算结果存在差异，但考虑到传热及转化损失，仍足以证明本实用新型的方案符合设计意图，具有可行性。

实施例2：

本实施例与实施例1相比，整体结构相似，区别在于：

1.如图4所示，所述磁铁转盘2下表面，设有以两两一组的方式将相邻磁铁磁极连接的低碳钢连接片。连接后将相邻两个磁铁组成一个马蹄形磁铁，马蹄形磁铁两磁极周围磁力线更密、磁场强度更大，对于本实用新型的实施更有利。

2.所述传动机构包括60倍的加速齿轮箱6和具有变速功能的链传动副，所述链传动副包括主动链轮8和一大一小2个从动链轮7，还包括与常见的变速自行车类似的机械式变速机构；所述2个从动链轮7可在变速机构控制下切换，从而实现链传动副的传动比在1和2之间切换。所述变速机构属于已知的通用技术且不是本实用新型的核心发明点，不做过多限定。在进行加速时才用传动比为2的组合模式，当感觉阻力较大时可切换至传动比为1的组合模式以节省体力。

使用实验装置进行验证，解除运动单车的运动负荷，保温容器内倒入200ml的纯净水，实测初温为19℃；所述链传动副采用传动比为2的组合模式，与实施例1同一实验人员蹬车20分钟，期间平均踏频约为130转/分，20分钟后实测水温为89℃。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。