一种跑步机能量收集系统

摘要

本发明涉及一种能量收集系统，特别涉及一种跑步机能量收集系统。一种跑步机能量收集系统，该系统包括：能量获取装置、整流滤波模块、DC-DC转换器和能量储存及使用装置，其中，能量获取装置与整流滤波模块、DC-DC转换器和能量储存及使用装置依次相连。能量获取装置由能量前端收集器、第三单向阀、第四单向阀、第一个油箱、第二个油箱、溢流阀、恒力储油箱、顺序阀、液压马达和发电机组成；能量前端收集器由橡胶凸起、活塞连杆、活塞缸、弹簧、第一单向阀和第二单向阀组成；本发明投资少，运行费用低，与传统的购买热水或者是用市电加热相比，起一次性投资可以节省费用35%左右。并且可以扩展使用，比如用在学校、宾馆等地。

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量收集系统，特别涉及一种跑步机能量收集系统。

背景技术

现如今，人们的生活水平越来越高，生活节奏越来越快，工作压力越来越 大，在这种情况下，人们的身体状况需要更多的关注。于是，健身运动开始被 越来越多的人认识并接受。在众多健身方式中，健身房成为了人们的首选，因 为在那里可以得到健身教练的专业指导以及各种健身器材的辅助训练。

在健身房得到人们认可的同时，健身房的能源消耗也大大增加，比如用电 量等等。健身运动中，尤其是跑步机上可以产生很多能量，这些能量最终都以 热能形式散发到空气当中，然而目前对这种清洁能源的利用国内外研究较少， 没有产品投入使用。

直流电（Direct Current，DC）是指大小和方向不随时间变化而变化,又称恒 定电流。

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调 制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

发明内容

本发明针对目前对跑步机上可以产生很多能量国内外研究较少的不足，提 出了一种跑步机能量收集系统。

一种跑步机能量收集系统，该系统包括：能量获取装置、整流滤波模块、 DC-DC转换器和能量储存及使用装置，其中，

能量获取装置，用于将动能转化为电能；

整流滤波模块，用于将发电机产生的交流电转换为直流电，并进行整流滤 波；

DC-DC转换器，用于将直流电压升压后输出给能量储存及使用装置使用；

能量储存及使用装置，用于储存收集到的能量，并为用电设备提供电能；

能量获取装置与整流滤波模块、DC-DC转换器和能量储存及使用装置依次 相连。

所述能量获取装置由能量前端收集器1、第三单向阀2、第四单向阀3、第 一个油箱4、第二个油箱5、溢流阀6、恒力储油箱7、顺序阀8、液压马达9和 发电机10组成；其中，

设定数目的能量前端收集器1通过油路管并联后，一端通过油路管与第三 单向阀2连接；另一端通过油路管与第四单向阀3连接；

溢流阀6通过油路管分别与其上部的第三单向阀2、下部的恒力储油箱7以 及右侧的第一个油箱4连接；

恒力储油箱7与液压马达9之间的油路管上设置有顺序阀8；

第二个油箱5通过油路管与左上方的第四单向阀3以及右下方的液压马达9 连接；

发电机10与液压马达9连接。

所述能量前端收集器1由橡胶凸起11、活塞连杆12、活塞缸13、弹簧14、 第一单向阀15和第二单向阀16组成；其中，

活塞缸13是一个顶端带有一个小圆孔的圆柱体；圆柱体的底部与圆心对称 开两个通孔；

活塞连杆12的上端与橡胶凸起11相连，下端带有一个活塞，活塞嵌套到 活塞缸13内，且能沿活塞缸13内壁上下移动；

弹簧14的上端固定安装在活塞连杆12下端活塞的底部，弹簧14的下端固 定安装在活塞缸13底部的内壁上；

左侧油路管经第一单向阀15后深入到内筒内部左侧；

右侧油路管经第二单向阀16后深入到内筒内部右侧；

第一单向阀15经油路管与第三单向阀2相连；

第二单向阀16经油路管与第四单向阀3相连。

所述整流滤波模块由滤波模块和一次整流模块相连组成；其中，发电机10 与滤波电路连接。

所述DC-DC转换器由PWM变换器、二次整流模块、占空比控制模块、放 大电路模块和比较电路模块、第一个电阻器和第二个电阻器组成；其中，

PWM变换器分别与一次整流模块、二次整流模块和占空比控制模块相连；

放大电路模块分别与占空比控制模块和比较电路模块相连；

比较电路模块分别与第一电阻器和第二电阻器相连；

第一电阻器与二次整流模块相连。

所述能量储存及使用装置由充放电路模块与脉冲产生电路模块组成；其中，

充放电路模块分别与二次整流模块和第一电阻器相连。

本发明的有益效果：1.投资少，运行费用低，与传统的购买热水或者是用市 电加热相比，起一次性投资可以节省费用35%左右。2.此装置可以扩展使用，比 如用在学校、宾馆等地。3．装置紧凑，维护费用低。

附图说明

图1为本发明一种跑步机能量收集系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例能量获取装置的整体结构示意图；

图3为本发明能量前端收集器的结构示意图；

图4为本发明能量储存及使用装置的电路图；

其中，1-能量前端收集器、2-第三单向阀、3-第四单向阀、4-第一个油箱、 5-第二个油箱、6-溢流阀、7-恒力储油箱、8-顺序阀、9-液压马达、10-发电机、 11-橡胶凸起、12-活塞连杆、13-活塞缸、14-弹簧、15-第一单向阀、16-第二单 向阀。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种跑步机能量收集系统，该系统包括：能量获取装置、整 流滤波模块、DC-DC转换器和能量储存及使用装置，整流滤波模块由滤波模块 和一次整流模块相连组成；其中，发电机10与滤波电路连接。DC-DC转换器由 PWM变换器、二次整流模块、占空比控制模块、放大电路模块和比较电路模块、 第一个电阻器和第二个电阻器组成；其中，PWM变换器分别与一次整流模块、 二次整流模块和占空比控制模块相连；放大电路模块分别与占空比控制模块和 比较电路模块相连；比较电路模块分别与第一电阻器和第二电阻器相连；第一 电阻器与二次整流模块相连。能量储存及使用装置由充放电路模块与脉冲产生 电路模块组成；其中，

充放电路模块分别与二次整流模块和第一电阻器相连。如图2所示，本发 明一个实施例的能量获取装置的整体结构示意图，能量获取装置由能量前端收 集器1、第三单向阀2、第四单向阀3、第一个油箱4、第二个油箱5、溢流阀6、 恒力储油箱7、顺序阀8、液压马达9和发电机10组成；其中，设定数目的能 量前端收集器1通过油路管并联后，一端通过油路管与第三单向阀2连接；另 一端通过油路管与第四单向阀3连接；溢流阀6通过油路管分别与其上部的第 三单向阀2、下部的恒力储油箱7以及右侧的第一个油箱4连接；恒力储油箱7 与液压马达9之间的油路管上设置有顺序阀8；第二个油箱5通过油路管与左上 方的第四单向阀3以及右下方的液压马达9连接；发电机10与液压马达9连接。 这里，第三单向阀2和第四单向阀3以及必要的连接管道组成液压控制回路； 溢流阀6和第一油箱4组成稳压装置；由恒力储油箱7构成储油蓄压装置；液 压马达9和发电机10构成发电装置。

如图3所示，能量前端收集器1由橡胶凸起11、活塞连杆12、活塞缸13、 弹簧14、第一单向阀15和第二单向阀16组成；其中，活塞缸13是一个顶端带 有一个小圆孔的圆柱体；圆柱体的底部与圆心对称开两个通孔；活塞连杆12的 上端与橡胶凸起11相连，下端带有一个活塞，活塞嵌套到活塞缸13内，且能 沿活塞缸13内壁上下移动；弹簧14的上端固定安装在活塞连杆12下端活塞的 底部，弹簧14的下端固定安装在活塞缸13底部的内壁上；左侧油路管经第一 单向阀15后深入到内筒内部左侧；右侧油路管经第二单向阀16后深入到内筒 内部右侧；第一单向阀15经油路管与第三单向阀2相连；第二单向阀16经油 路管与第四单向阀3相连。

设定数目的能量前端收集器1并联安装在跑步机的面板下面，解决了由能 量前端收集器1收集能量微弱的问题，这样设计在增加发电量的同时，降低了 成本，且易于实现。当人们在跑步机上运动时，脚踏在面板上时，每个能量前 端收集器1的橡胶凸起11接收到脚在面板上的压力后产生向下的位移，活塞连 杆12的下端活塞在橡胶凸起11的带动下，沿活塞缸13的内壁向下，弹簧14 被压缩，活塞缸13内的油液途经第一单向阀15和第三单向阀2后，油液暂时 存储在恒力储油箱7中，当恒力储油箱7中的油液达到预设的容量时，压力达 到设定的压力值时，顺序阀8便会打开，进而推动液压马达9运转，带动发电 机10发电，从液压马达9中排出的油液再途经油箱9、第四单向阀3和第二单 向阀16，回到活塞缸13中，同时随着人脚离开面板，弹簧14恢复原长带动上 面的活塞连杆12向上运动，完成一次循环，如此，反复循环，实现对能量的收 集，从而将人的动能转换为电能。其中，溢流阀6是防止油路堵塞或压强过大 而导致管路损坏。第二个油箱5是对油路中的油液进行及时的补充与更换，可 在其中加上过滤装置，清洁油液，防止堵塞油路。

由于从发电机中输出电能是交流电，并且脉动较大，幅值不同，且不能存 储，所以先经过整流滤波模块的滤波模块进行滤波处理，再经过整流滤波模块 的一次整流模块进行整流，得到直流电送DC-DC转换器进行升压和进一步处理。

DC-DC转换器的占空比控制模输出电压振荡占空比因数给PWM变换器，使 PWM变换器输出能够为能量储存及使用装置使用的电压信号；第一电阻器和第二 电阻器组成分压器分压，PWM变换器输出的电压信号经第一电阻器和第二电阻器 组成分压器分压后，通过比较电路模块计算得到PWM变换器实际输出的电压值， 实际的电压值经放大电路模块放大后，反馈到占空比控制模块，占空比控制模 块根据反馈来的实际的电压值调整电压振荡占空比因数，并将调整后的电压振 荡占空比因数再次输出给控制PWM变换器，从而使PWM变换器输出电压保持不 变。如图4所示，为本发明能量储存及使用装置的电路图。由555时基电路组 成的多谐振荡器的脚3输出一脉冲方波送到CC4017的脚14，CC4017的十个输 出端将轮流输出高电平。当脚1至脚5输出高电平时，Q4导通，Q5也导通， 直流电压通过Q5与R充电对电池进行大电流充电（充电电流的大小可通过调节 R充电值的大小而决定）。当脚6与脚7输出高电平时，Q5与Q6因没有驱动电 平而截止，电池两端电压通过R7、R9构成的分压回送到LM358组成的比较器 的反相端（同相端固定在某一基准电压上），对电池电压进行比较。当脚9输出 高电平，使Q6导通，电池电压通过R放电进行放电，放电电流的大小由R放 电的值决定。当脚10与脚11输出高电平时，进行电池电压检测控制，检测过 程中Q3截止，运放反相端电压与电池电压相等进行检测，在充放电过程中， Q3导通，使在反相输入端电压为零，输出高电平，Q1、Q2导通，给4017与 555供电。当电池电压充至额定值时，比较器输出低电平，Q1、Q2截止，充电 过程完毕。充电时LE1点亮，充电完毕时LE1熄灭。本电路的充放电时间比为 5：1。

以上所述，仅为本发明的一个实施例而已，并非用来限定本发明的保护范 围。