基于永磁发电机的回力机构及其控制方法与控制电路与流程

本发明涉及基于永磁发电机的回力机构及其控制方法与控制电路。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，健身器材和康复器材逐渐普及在人们的生活的各个方面，以锻炼用户的心肺功能和核心力量或者帮助用户恢复身体机能，保持用户身体健康。

在现实生活中，常用的健身器材主要包括划船器、健美车、健步机、美腰机等，康复器材主要包括下肢关节康复器、踝关节康复器、手指关节康复器、上肢关节康复器等。

健身器材和康复器材的工作原理大致相同，用户拉动配重块动作产生回力以利用回力带动用户的躯干等部位运动，以达到锻炼身体和加速身体恢复的目的，由于回力大小由配重块的数量和质量决定，所以回力大小只能处于一个较窄的调节范围，档位细分种类较少，不能同时满足多种不同年龄段和不同身体状态的用户的使用需求；配重块产生回力的方式安全性较低，容易造成用户的受伤。

技术实现要素：

本发明实施例提供了基于永磁发电机的回力机构及其控制方法与控制电路，结构和方法设计合理，采用电动组件产生回力的形式代替现有的配重块，能够根据用户的实际需要随时调节档位的级别，回力调节范围大，为用户提供一个适宜锻炼或者康复的回力，提升健身器材和康复器材的安全性；同时，对于健身器材或者康复器材，用户可以拉动器材利用电磁感应原理产生电能，以供回力机构和控制电路使用，并且可以将电能进行存储，为室外的健身器材提供照明和屏幕显示示数，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

基于永磁发电机的回力机构，包括器材组件，在器材组件上连接有电动组件，所述电动组件用于产生供所述器材组件使用的回力，在电动组件上连接有控制组件，所述控制组件用于调节所述电动组件产生的回力大小，所述控制组件包括调档模块，所述调档模块用于调节所述主控芯片输出电流的数值以改变所述电动组件的转矩大小，所述控制组件包括互锁模块，所述互锁模块用于提升所述控制组件的稳定性，所述控制组件包括散热模块，所述散热模块用于降低所述控制组件和所述电动组件的温度，在主控芯片上还包括整流稳压模块，所述整流稳压模块用于为所述控制组件提供稳定的电源。

基于永磁发电机的回力控制电路，包括主控芯片，在主控芯片上连接有调档模块，在调档模块上连接电动机，所述调档模块用于调节所述主控芯片控制电流的数值以改变所述电动机的转矩大小，在主控芯片上连接有互锁模块，所述互锁模块用于增加主控芯片的稳定性，在主控芯片上连接有散热模块，所述散热模块用于降低所述主控芯片的温度，在主控芯片上还连接整流稳压模块，所述整流稳压模块用于为所述主控芯片提供稳定的电源。

所述主控芯片上还连接有充电模块，所述充电模块用于储存电能。

所述主控芯片的型号为pic30f2010，在主控芯片上设有28个引脚，所述主控芯片的一号引脚连接第一电阻，第一电阻连接电源；所述主控芯片的二号引脚连接第二电阻，第二电阻连接电流检测引脚，二号引脚连接第一电容，第一电容接地设置；所述主控芯片的三号引脚连接电压检测引脚；所述主控芯片的四号引脚连接温度检测引脚，所述温度检测引脚用于检测散热器的温度；所述主控芯片的九号引脚和十号引脚上连接有晶振装置；所述主控芯片的十一号引脚连接第三电阻，第三电阻连接第一三极管的基极；所述主控芯片的十二号引脚连接第四电阻，第四电阻连接第一发光二极管，第一发光二极管接地设置；所述主控芯片的十四号引脚连接第五电阻，第五电阻连接正调档引脚；所述主控芯片的十五号引脚连接第六电阻，第六电阻连接散热风扇引脚，所述散热风扇引脚用于控制散热风扇的开启和关断；所述主控芯片的十六号引脚连接第七电阻，第七电阻连接负调档引脚；所述主控芯片的十九号引脚和二十七号引脚短接，所述主控芯片的二十号引脚和二十八号引脚短接；所述主控芯片通过二十七号引脚和二十八号引脚连接有互锁模块；所述主控芯片的二十三号引脚连接第八电阻，第八电阻连接第二发光二极管，第二发光二极管接地设置；所述主控芯片的二十四号引脚连接第九电阻，第九电阻连接第三发光二极管，第三发光二极管接地设置；所述主控芯片的二十六号引脚连接热敏电阻检测引脚；所述主控芯片通过一号引脚、十七号引脚和十八号引脚连接有插针；所述主控芯片的五号引脚、六号引脚、七号引脚、八号引脚、十三号引脚、二十一号引脚、二十二号引脚和二十五号引脚均为空脚。

所述插针为五引脚插针，所述插针用于向所述主控芯片内烧写程序；所述插针的一号引脚与所述主控芯片的一号引脚相连，所述插针的二号引脚连接电源，所述插针的三号引脚接地设置，所述插针的四号引脚与所述主控芯片的十七号引脚相连，所述插针的五号引脚与所述主控芯片的十八号引脚相连。

所述互锁模块包括与所述主控芯片的二十八号引脚相连的第二电容，第二电容接地设置，第二电容连接第三电容，第三电容连接所述主控芯片的二十七号引脚；在第三电容上连接有第十电阻，第十电阻连接第四发光二极管，第四发光二极管接地设置；第十电阻与第二三极管的集电极相连，所述第二三极管的集电极和发射极之间连接有第一开关，所述第二三极管的发射极连接电源，所述第二三极管的基极和所述第一三极管的集电极之间连接有第十一电阻、第二开关和第十二电阻，所述第一三极管的发射极接地设置。

所述调档模块包括电源，所述电源上并联有第三开关和第四开关，在第三开关上并联有第四电容，在第四开关上并联有第五电容，在第三开关和第四开关之间连接有第十三电阻和第十四电阻，在第三开关和第十三电阻之间连接正调档引脚，在第四开关和第十四电阻之间连接负调档引脚。

所述散热模块包括散热控制芯片，所述散热控制芯片用于控制散热风扇的开启和关断；所述散热控制芯片的型号为tc4427，在散热控制芯片上设有8个引脚，所述散热控制芯片的一号引脚和八号引脚为空脚；所述散热控制芯片的二号引脚连接第十五电阻，第十五电阻连接热敏电阻检测引脚；所述散热控制芯片的三号引脚接地设置；所述散热控制芯片的四号引脚连接散热风扇引脚；所述散热控制芯片的五号引脚连接第十六电阻，第十六电阻连接第十七电阻，第十七电阻接地设置，第十六电阻连接第一mos管，第一mos管连接散热风扇；所述主控芯片的六号引脚并联有第六电容和第七电容；所述散热控制芯片的七号引脚连接第十八电阻。

所述整流稳压模块包括三相电源，在三相电源上连接有整流桥模块，在整流桥模块上依次连接第一稳压模块和第二稳压模块，所述第一稳压模块为lm317稳压模块，所述第二稳压模块为第二稳压模块为lm7805稳压模块，在整流桥模块上还连接电流检测模块，所述电流检测模块为acs713电流检测模块。

基于永磁发电机的回力控制方法，包括以下步骤：

控制组件通过器材组件动作产生感应电动势，从而产生感应电流；

通过正调档引脚和负调档引脚，调节感应电流的大小；其中，所述正调档引脚与第三开关相连，在第三开关上并联有第四电容，所述负调档引脚与第四开关相连，在第四开关上并联有第五电容；

向电动组件输出调节完毕的感应电流，以使所述电动组件产生供所述器材组件回到初始位置的回力。

本发明采用上述结构，用户拉动器材组件动作，通过电磁感应原理产生感应电动势，继而产生供电动组件转换成回力的感应电流；通过主控芯片上的正调档引脚和负调档引脚来调节输出电流的大小以改变电动组件的回力大小，使器材可以满足多种不同年龄段和不同身体状态的用户的使用需求；通过主控芯片上的整流稳压模块为主控芯片提供稳定的供电电源，保证主控芯片处于良好的工作状态；通过主控芯片上的散热模块使控制组件处于适宜的工作温度环境下，防止出现因温度过高而损坏主控芯片的现象，保持整个回力机构的稳定性；充电模块可以储存多余的电能，以供室外的健身器材照明或者健身器材屏幕示数显示，具有响应速度快、调节范围宽、安全性高的优点。

附图说明：

图1为本发明的回力机构的结构示意图。

图2为本发明的电气原理图。

图3为本发明的调档模块的电气原理图。

图4为本发明的散热模块的电气原理图。

图5为本发明的整流稳压模块的电气框图。

图中，1、第一电阻，2、第二电阻，3、第三电阻，4、第四电阻，5、第五电阻，6、第六电阻，7、第七电阻，8、第八电阻，9、第九电阻，10、第十电阻，11、第十一电阻，12、第十二电阻，13、第十三电阻，14、第十四电阻，15、第十五电阻，16、第十六电阻，17、第十七电阻，18、第十八电阻，19、插针。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

图1为本发明的回力机构的结构示意图。

该回力机构包括器材组件，所述器材组件包括健身器材或康复器材，在器材组件上连接有电动组件，所述电动组件用于产生供所述器材组件使用的回力，在电动组件上连接有控制组件，所述控制组件用于调节所述电动组件产生的回力大小，所述控制组件包括主控芯片，在主控芯片上连接调档模块，所述调档模块用于调节所述主控芯片输出电流的数值以改变所述电动组件的转矩大小，在主控芯片上连接互锁模块，所述互锁模块用于提升所述主控芯片控制电源的稳定性，在主控芯片上连接有散热模块，所述散热模块用于降低所述主控芯片和所述电动机的温度，在主控芯片上还连接有整流稳压模块，所述整流稳压模块用于为所述主控芯片提供稳定的电源。

图2为本发明的电气原理图。

该电路包括主控芯片，在主控芯片上连接有调档模块，在调档模块上连接电动机，所述调档模块用于调节所述主控芯片输出电流的数值以改变所述电动机的转矩大小，在主控芯片上连接有互锁模块，所述互锁模块用于增加主控芯片的稳定性，在主控芯片上连接有散热模块，所述散热模块用于降低所述主控芯片和功率电阻的温度，在主控芯片上还连接整流稳压模块，所述整流稳压模块用于为所述主控芯片提供稳定的电源。

其中，所述主控芯片的型号为pic30f2010，在主控芯片上设有28个引脚，所述主控芯片的一号引脚连接第一电阻1，第一电阻1连接电源；所述主控芯片的二号引脚连接第二电阻2，第二电阻2连接电流检测引脚，二号引脚连接第一电容，第一电容接地设置；所述主控芯片的三号引脚连接电压检测引脚；所述主控芯片的四号引脚连接温度检测引脚，所述温度检测引脚用于检测散热器的温度；所述主控芯片的九号引脚和十号引脚上连接有晶振装置；所述主控芯片的十一号引脚连接第三电阻3，第三电阻3连接第一三极管的基极；所述主控芯片的十二号引脚连接第四电阻4，第四电阻4连接第一发光二极管，第一发光二极管接地设置；所述主控芯片的十四号引脚连接第五电阻5，第五电阻5连接正调档引脚；所述主控芯片的十五号引脚连接第六电阻6，第六电阻6连接散热风扇引脚，所述散热风扇引脚用于控制散热风扇的开启和关断；所述主控芯片的十六号引脚连接第七电阻7，第七电阻7连接负调档引脚；所述主控芯片的十九号引脚和二十七号引脚短接，所述主控芯片的二十号引脚和二十八号引脚短接；所述主控芯片通过二十七号引脚和二十八号引脚连接有互锁模块；所述主控芯片的二十三号引脚连接第八电阻8，第八电阻8连接第二发光二极管，第二发光二极管接地设置；所述主控芯片的二十四号引脚连接第九电阻9，第九电阻9连接第三发光二极管，第三发光二极管接地设置；所述主控芯片的二十六号引脚连接热敏电阻检测引脚；所述主控芯片通过一号引脚、十七号引脚和十八号引脚连接有插针；所述主控芯片的五号引脚、六号引脚、七号引脚、八号引脚、十三号引脚、二十一号引脚、二十二号引脚和二十五号引脚均为空脚；所述插针为五引脚插针，所述插针用于向所述主控芯片内烧写程序；所述插针的一号引脚与所述主控芯片的一号引脚相连，所述插针的二号引脚连接电源，所述插针的三号引脚接地设置，所述插针的四号引脚与所述主控芯片的十七号引脚相连，所述插针的五号引脚与所述主控芯片的十八号引脚相连；在主控芯片上还连接互锁模块，所述互锁模块用于提升整个电路的稳定性，该电路包括与所述主控芯片的二十八号引脚相连的第二电容，第二电容接地设置，第二电容连接第三电容，第三电容连接所述主控芯片的二十七号引脚；在第三电容上连接有第十电阻10，第十电阻10连接第四发光二极管，第四发光二极管接地设置；第十电阻10与第二三极管的集电极相连，所述第二三极管的集电极和发射极之间连接有第一开关，所述第二三极管的发射极连接电源，所述第二三极管的基极和所述第一三极管的集电极之间连接有第十一电阻11、第二开关和第十二电阻12，所述第一三极管的发射极接地设置。

图3为本发明的调档模块的电气原理图。

该电路包括电源，所述电源上并联有第三开关和第四开关，在第三开关上并联有第四电容，在第四开关上并联有第五电容，在第三开关和第四开关之间连接有第十三电阻13和第十四电阻14，在第三开关和第十三电阻13之间连接正调档引脚，在第四开关和第十四电阻14之间连接负调档引脚；每接通正调档引脚一次，主控芯片加一档，当加到最高档14档时，主控芯片点亮最高指示灯，再接通正调档引脚，档位将维持在14档不再增加；每接通负调档引脚一次，主控芯片减一档，当减到最低档1档时，主控芯片点亮最低档指示灯，再接通负调档引脚，档位将维持在1档不再减小；档位的数量可以根据用户的需求进行相应的调整和选择，在实际的使用过程中，可以通过按钮或者触点开关进行负调档引脚和正调档引脚的接通和断开。

图4为本发明的散热模块的电气原理图。

该电路包括散热控制芯片，所述散热控制芯片用于控制散热风扇的开启和关断；所述散热控制芯片的型号为tc4427，在散热控制芯片上设有8个引脚，所述散热控制芯片的一号引脚和八号引脚为空脚；所述散热控制芯片的二号引脚连接第十五电阻15，第十五电阻15连接热敏电阻检测引脚；所述散热控制芯片的三号引脚接地设置；所述散热控制芯片的四号引脚连接散热风扇引脚；所述散热控制芯片的五号引脚连接第十六电阻16，第十六电阻16连接第十七电阻17，第十七电阻17接地设置，第十六电阻16连接第一mos管，第一mos管连接散热风扇；所述主控芯片的六号引脚并联有第六电容和第七电容；所述散热控制芯片的七号引脚连接第十八电阻18；通过主控芯片上的温度检测引脚对主控芯片内部的温度参数进行检测，温度检测引脚可以为热敏电阻检测引脚或者热电偶检测引脚，可以适用于不同的应用环境和场景；当主控芯片及其外围电路内部散热温度升高到55℃时，散热风扇启动，开始进行降温，当温度下降到50℃以下时，散热风扇停止转动；在散热模块中还设有功率电阻以提升散热效果，进一步保证主控芯片在工作过程中处于合适的温度条件。

图5为本发明的整流稳压模块的电气框图。

该模块包括三相电源，在三相电源上连接有整流桥模块，在整流桥模块上依次连接第一稳压模块和第二稳压模块，所述第一稳压模块为lm317稳压模块，所述第二稳压模块为lm7805稳压模块，在整流桥模块上还连接电流检测模块，所述电流检测模块为acs713电流检测模块；在第一稳压模块和第二稳压模块的共同作用下，为主控芯片提供一个稳定的电源电压信号，保持主控芯片处于正常的工作状态，使程序正常运行；通过电流检测模块和电压检测引脚对输入电流或输入电压进行检测来确认器材组件是否处于使用状态；例如，当主控芯片检测到输入电压小于3v时，单片机内定时器开始计时，连续计时达到5分钟时，主控芯片关闭，当输入电压高于3v时，定时器清零，重新进行计时；在主控芯片上还连接有充电模块，可以将多余的电能进行储存，以供室外的健身器材进行照明供电或者器材显示屏显示示数。

综上所述，基于永磁发电机的回力产生方法，包括以下步骤：

控制组件启动；

通过器材组件动作产生感应电动势，从而产生感应电流；

通过正调档引脚和负调档引脚，调节感应电流的大小；

向电动组件输出调节完毕的感应电流，以使所述电动组件产生供所述器材组件回到初始位置的回力。

使用时，用户通过正调档引脚和负调档引脚选择一个合适的档位，通过改变输出电流的大小来改变电动机的输出转矩，从而调节回力的大小；回力的大小可以分为10-16个档位，能够满足不同年龄段和不同身体状态的用户群；本发明可以适用于健身器材和身体康复器材，通过主控芯片对输出电流、整流输出的电压和散热器的温度等参数进行实时检测，保证器材在使用过程中不出现波动，增加器材使用过程中的安全性；通过主控芯片和互锁模块、调档模块、散热模块分别相连，使整个控制电路处于一个稳定的状态，减少数据传输和数据检测上的误差；散热模块通过散热控制芯片和散热风扇的共同作用，在主控芯片的控制下，对电动机进行散热处理，保持电动机处于良好的工作环境下，不会出现过热的现象，使电动机根据选取的档位进行相应的动作，进一步提升安全性；通过插针19可以向主控芯片内烧写程序，方便用户根据实际需求来调整控制程序。其中，温度、输入电压和输入电流的预警值可以通过主控芯片内的程序可以进行相应的调节，使回力机构可以适用于不同的环境和场景；一般情况下，在主控芯片上共有1到14个档位，每个档位对应不同的力，从1到14档对应的力依次增加，主控芯片上共有4个按键，分别是：“开”“关”“+”“-”，按下“开”主控芯片开始工作，对应指示灯亮起，默认初始档位为1档，最低档指示灯亮起；按下“关”主控芯片停止工作，对应指示灯关闭：每按下“+”，主控芯片加一档，当加到最高档14档时，最高档指示灯亮起，再按“+”档位将维持在14档不再增加；每按下“-”主控芯片减一档，当减到最低档1档时，最低档指示灯亮起，再按“-”档位维持在1档不再减小。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。