專利名稱：一種腳踏發(fā)電車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于健身的腳踏發(fā)電車。
背景技術(shù)：
腳踏發(fā)電車是一種自行車運(yùn)動(dòng)健身器材，采用類似自行車的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和外形，使人們可以足不出戶的進(jìn)行自行車健身訓(xùn)練。腳踏發(fā)電車本身具有直流發(fā)電機(jī)和蓄電池，腳踏發(fā)電車的運(yùn)動(dòng)輸入部分傳動(dòng)連接直流發(fā)電機(jī)輸入軸，直流發(fā)電機(jī)輸出為蓄電池充電，能夠?qū)⑦\(yùn)動(dòng)者提供的能量存儲(chǔ)在蓄電池中以進(jìn)行照明、音響等二次利用?，F(xiàn)有的有些腳踏發(fā)電車還帶有阻力改變功能，比如通過(guò)加入摩擦皮套方式增加阻力的方式設(shè)定不同的檔位，不同的檔位對(duì)應(yīng)不同的阻力，人們?cè)谟?xùn)練時(shí)可以選擇適合自己力量的檔位。另外，還可以采用外接阻力發(fā)生裝置的方式以調(diào)節(jié)阻力。 上述兩種方式，用于改變阻力的摩擦皮套將一部分運(yùn)動(dòng)者提供的能夠轉(zhuǎn)化為摩擦的熱能，白白消耗掉了。阻力發(fā)生裝置，如電扭矩發(fā)生裝置由蓄電池供電，本身也會(huì)產(chǎn)生能量的消耗，使發(fā)電車的發(fā)電效率大大降低，而且還會(huì)增加成本。另外，腳踏發(fā)電車采用摩擦制動(dòng)，同樣將車輪的動(dòng)能消耗在摩擦熱上，并不能很好地被發(fā)電機(jī)利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于健身的腳踏發(fā)電車，用以解決現(xiàn)有腳踏發(fā)電車在改變阻力和制動(dòng)方面能量損失大的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是一種腳踏發(fā)電車，包括運(yùn)動(dòng)輸入部分、直流發(fā)電機(jī)和蓄電池，運(yùn)動(dòng)輸入部分與發(fā)電機(jī)輸入軸傳動(dòng)連接，直流發(fā)電機(jī)通過(guò)充電電路連接蓄電池，所述蓄電池通過(guò)一個(gè)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路連接所述直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈，所述勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路包括調(diào)壓電路和放電電阻(R)。所述調(diào)壓電路為Boost升壓電路，Boost升壓電路輸出連接所述放電電阻；腳踏發(fā)電車還包括控制電路，控制電路通過(guò)PWM方式控制所述Boost升壓電路中的升壓開關(guān)管(VT22)。所述充電電路為Buck降壓電路，所述控制電路通過(guò)PWM方式控制所述Buck降壓電路中的降壓開關(guān)管(VT11)。所述充電電路中設(shè)有一個(gè)用于投切充電電路的充電投切開關(guān)管(VT1)，所述勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路中設(shè)有一個(gè)用于控制該電路通斷的勵(lì)磁調(diào)節(jié)投切開關(guān)管(VT2)。所述控制電路包括CPU，CPU通過(guò)驅(qū)動(dòng)及電平轉(zhuǎn)換電路為所述升壓開關(guān)管(VT22)和降壓開關(guān)管(VTll)提供觸發(fā)脈沖，CPU通過(guò)驅(qū)動(dòng)及隔離電路連接所述充電投切開關(guān)管(VTI)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)投切開關(guān)管(VT2 );CPU輸入連接直流發(fā)電機(jī)充電電壓信號(hào)、直流發(fā)電機(jī)輸出電流信號(hào)、蓄電池電壓信號(hào)、蓄電池充電電流信號(hào)、蓄電池放電電流信號(hào)、Boost升壓電路輸出電壓信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)；CPU通過(guò)輸入設(shè)備連接外部輸入的用于設(shè)定阻力的模擬坡度信號(hào)。
所述腳踏發(fā)電車的運(yùn)動(dòng)輸入部分包括腳踏板(6)，腳踏板(6)通過(guò)二級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)和超越離合器(5)與直流發(fā)電機(jī)的輸入軸傳動(dòng)連接。本發(fā)明的腳踏發(fā)電車，通過(guò)改變直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的方式改變電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)腳踏車的阻力，沒有摩擦和其他設(shè)備的能量浪費(fèi)和消耗，能量利用率大大提高。而且，這種調(diào)節(jié)方式不僅能夠提供固定的檔位，還能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)，使阻力實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，健身的適應(yīng)性和舒適性大大提高。本發(fā)明具有健身和發(fā)電儲(chǔ)能再利用的雙重價(jià)值，市場(chǎng)前景廣闊。


圖I是本發(fā)明的使用示意 圖2是腳踏發(fā)電車機(jī)械傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu) 圖3是腳踏發(fā)電車電氣部分框圖；
圖4是腳踏發(fā)電車電氣部分原理 圖5是腳踏發(fā)電車控制電路輸入輸出信號(hào)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖I所示為本發(fā)明的健身腳踏發(fā)電車，包括運(yùn)動(dòng)輸入部分、直流發(fā)電機(jī)和蓄電池，運(yùn)動(dòng)輸入部分與發(fā)電機(jī)輸入軸傳動(dòng)連接，直流發(fā)電機(jī)通過(guò)充電電路連接蓄電池。如圖3，本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)在于，蓄電池通過(guò)一個(gè)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路連接直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路包括調(diào)壓電路和放電電阻R，其作用是通過(guò)調(diào)壓電路改變直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩以調(diào)節(jié)腳踏車的阻力。調(diào)壓電路可以采用多種形式，本發(fā)明提供了一種Boost升壓電路作為調(diào)壓電路，Boost升壓電路如圖4所示，Boost升壓電路輸出連接放電電阻和勵(lì)磁線圈。腳踏發(fā)電車還包括控制電路，控制電路通過(guò)PWM方式控制Boost升壓電路中的升壓開關(guān)管VT22。通過(guò)控制Boost升壓電路中開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而控制輸入直流電機(jī)的勵(lì)磁電流，控制其產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)以及電磁轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)相同轉(zhuǎn)速下，勵(lì)磁電流增大，氣隙磁通變大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，根據(jù)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速平衡方程式，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也增大，迫使運(yùn)動(dòng)者增大出力，產(chǎn)生上坡的效果；反之，使勵(lì)磁電流減小，運(yùn)動(dòng)者可以減小出力，產(chǎn)生下坡的效果。Boost電路調(diào)壓效果好、諧波量少、控制可靠穩(wěn)定。另外，通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)進(jìn)行制動(dòng)，能夠進(jìn)一步節(jié)約能量。進(jìn)一步的，為了優(yōu)化性能，完整的電氣部分電路和控制電路如圖4、圖5所示，充電電路為Buck降壓電路，控制電路通過(guò)PWM方式控制Buck降壓電路中的降壓開關(guān)管VTlI。采用Buck充電電路，充電控制效果好，利于蓄電池壽命提高。充電電路中設(shè)有一個(gè)用于投切充電電路的充電投切開關(guān)管VT1，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路中設(shè)有一個(gè)用于控制該電路通斷的勵(lì)磁調(diào)節(jié)投切開關(guān)管VT2。控制電路包括CPU，CPU通過(guò)驅(qū)動(dòng)及電平轉(zhuǎn)換電路為升壓開關(guān)管VT22和降壓開關(guān)管VTll提供觸發(fā)脈沖，CPU通過(guò)驅(qū)動(dòng)及隔離電路連接充電投切開關(guān)管VTl和勵(lì)磁調(diào)節(jié)投切開關(guān)管VT2 ；CPU輸入連接直流發(fā)電機(jī)充電電壓信號(hào)Udcl、直流發(fā)電機(jī)輸出電流信號(hào)II、蓄電池電壓信號(hào)Udc2、蓄電池充電電流信號(hào)12、Boost升壓電路輸出電壓信號(hào)Udc3、蓄電池放電電流信號(hào)13、勵(lì)磁電流信號(hào)14 ;CPU通過(guò)輸入設(shè)備連接外部輸入的用于設(shè)定阻力的模擬坡度信號(hào)，如圖5中第一坡度信號(hào)、第二坡度信號(hào)、第三坡度信號(hào)、第四坡度信號(hào)，能夠提供四檔阻力，使運(yùn)動(dòng)者體驗(yàn)阻力在四檔之間的變化，當(dāng)由阻力小的檔位調(diào)至阻力較大的檔位時(shí)運(yùn)動(dòng)者會(huì)有爬坡感覺，反之，則會(huì)有下坡感覺。作為其他實(shí)施方式，模擬坡度信號(hào)也可以采用連續(xù)調(diào)節(jié)輸入的方式，例如用電位器產(chǎn)生連續(xù)輸入信號(hào)，CPU控制PWM脈沖使勵(lì)磁電流連續(xù)變化，產(chǎn)生逐漸變化的阻力。本實(shí)施例中DSP采用DSP芯片TMS320F28027。如圖1、2為一種腳踏發(fā)電車的，其運(yùn)動(dòng)輸入部分包括腳踏板6，腳踏板6通過(guò)二級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)和超越離合器5與發(fā)電機(jī)I的輸入軸傳動(dòng)連接。二級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)包括一級(jí)主動(dòng)輪2、二級(jí)主動(dòng)輪3、二級(jí)從動(dòng)輪4、一級(jí)鏈條11、二級(jí)鏈條12、一級(jí)從動(dòng)輪13。腳踏發(fā)電車還包括電控箱7、把手8、控制面板9、電纜10、座椅14等。腳踏發(fā)電車由人力驅(qū)動(dòng)，人力作用腳踏板6，帶動(dòng)一級(jí)和二級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，增速后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。發(fā)出的電通過(guò)封裝在電控箱內(nèi)的充電電路，在DSP控制電路的控制下，儲(chǔ)存到蓄電池中。當(dāng)人停止運(yùn)動(dòng)，腳踏板停轉(zhuǎn)時(shí)，由于超越離合器的作用，一級(jí)主動(dòng)輪2仍繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，將自身慣性能量全部輸送給蓄
電池，保證能量的充分利用也避免使用剎車阻力裝置，降低了成本。本實(shí)施例中，腳踏健身車發(fā)電機(jī)I為直流電機(jī)，額定電壓48V，額定轉(zhuǎn)速480r/min，輸出功率750W，額定電流21A，絕緣等級(jí)F，防護(hù)等級(jí)IP33 ;采用它勵(lì)方式，其勵(lì)磁電流從蓄電池側(cè)引入，由DSP控制。主動(dòng)輪的半徑為226. 5mm,從動(dòng)輪的小輪半經(jīng)為93. 6mm,大輪半徑為226. 5mm,從動(dòng)輪4的半徑為93. 6mm,主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的半徑比為2. 4 :1，大從動(dòng)輪和小從動(dòng)輪的半徑比為2. 4 :1，最后，主動(dòng)輪和直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速比為I :5. 76，可以看出兩級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)可將較低的腳踏車驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速升至普通直流發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，避免了使用特制的低速發(fā)電機(jī)，降低了成本；同時(shí)可充分利用腳踏車自身的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將發(fā)電機(jī)置于后座，結(jié)構(gòu)更緊湊，所占空間更小，適合家庭使用。鍛煉者的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘48至83圈時(shí)，發(fā)電機(jī)就可達(dá)到額定轉(zhuǎn)速 280r/min-480r/min。以上所述為本發(fā)明的實(shí)施舉例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理范圍內(nèi)進(jìn)行的修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種腳踏發(fā)電車，包括運(yùn)動(dòng)輸入部分、直流發(fā)電機(jī)和蓄電池，運(yùn)動(dòng)輸入部分與發(fā)電機(jī)輸入軸傳動(dòng)連接，直流發(fā)電機(jī)通過(guò)充電電路連接蓄電池，其特征在于，所述蓄電池通過(guò)一個(gè)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路連接所述直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈，所述勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路包括調(diào)壓電路和放電電阻(R)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種腳踏發(fā)電車，其特征在于，所述調(diào)壓電路為Boost升壓電路，Boost升壓電路輸出連接所述放電電阻；腳踏發(fā)電車還包括控制電路，控制電路通過(guò)PWM方式控制所述Boost升壓電路中的升壓開關(guān)管(VT22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腳踏發(fā)電車，其特征在于，所述充電電路為Buck降壓電路，所述控制電路通過(guò)PWM方式控制所述Buck降壓電路中的降壓開關(guān)管(VT11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種腳踏發(fā)電車，其特征在于，所述充電電路中設(shè)有一個(gè)用于投切充電電路的充電投切開關(guān)管(VT1)，所述勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路中設(shè)有一個(gè)用于控制該電路通斷的勵(lì)磁調(diào)節(jié)投切開關(guān)管(VT2 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種腳踏發(fā)電車，其特征在于，所述控制電路包括CPU，CPU通過(guò)驅(qū)動(dòng)及電平轉(zhuǎn)換電路為所述升壓開關(guān)管(VT22 )和降壓開關(guān)管(VT11)提供觸發(fā)脈沖，CPU通過(guò)驅(qū)動(dòng)及隔離電路連接所述充電投切開關(guān)管(VTl)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)投切開關(guān)管(VT2);CPU輸入連接直流發(fā)電機(jī)充電電壓信號(hào)、直流發(fā)電機(jī)輸出電流信號(hào)、蓄電池電壓信號(hào)、蓄電池充電電流信號(hào)、蓄電池放電電流信號(hào)、Boost升壓電路輸出電壓信號(hào)、勵(lì)磁電流信號(hào)；CPU通過(guò)輸入設(shè)備連接外部輸入的用于設(shè)定阻力的模擬坡度信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種腳踏發(fā)電車，其特征在于，所述腳踏發(fā)電車的運(yùn)動(dòng)輸入部分包括腳踏板(6)，腳踏板(6)通過(guò)二級(jí)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)和超越離合器(5)與直流發(fā)電機(jī)的輸入軸傳動(dòng)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種腳踏發(fā)電車，用以解決現(xiàn)有腳踏發(fā)電車在改變阻力和制動(dòng)方面能量損失大的問題。本發(fā)明的腳踏發(fā)電車，包括運(yùn)動(dòng)輸入部分、直流發(fā)電機(jī)和蓄電池，運(yùn)動(dòng)輸入部分與發(fā)電機(jī)輸入軸傳動(dòng)連接，直流發(fā)電機(jī)通過(guò)充電電路連接蓄電池，蓄電池通過(guò)一個(gè)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路連接所述直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)電路包括調(diào)壓電路和放電電阻。本發(fā)明的腳踏發(fā)電車能量利用率高。而且能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)極調(diào)節(jié)，使阻力實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，健身的適應(yīng)性和舒適性大大提高。本發(fā)明具有健身和發(fā)電儲(chǔ)能再利用的雙重價(jià)值，市場(chǎng)前景廣闊。
文檔編號(hào)H02P9/14GK102868202SQ20121039713
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者寇薇, 鄧喬, 成航 申請(qǐng)人:寇薇, 鄧喬, 成航