一种人体运动发电机及其自供电健身器

1.本发明属于新能源与运动健身器材技术领域，具体涉及一种人体运动发电机及其自供电健身器，所形成的是自带发电机的具有自供电传感监测及语音播报功能的扭摆式大众运动健身器。


背景技术：

2.预计到2025年，全民健身公共服务体系更加完善，人民群众的体育健身活动更加便利、健身热情进一步提高，各运动项目参与人数持续地提升，经常参加体育锻炼人数比例达到38.5%，实现县/市/区、乡镇/街道、行政村/社区三级公共健身设施和社区15分钟健身圈全覆盖。为实现这一目标，必须开发种类繁多、功能各异的新型群众运动健身器材。
3.扭摆式运动健身器具有结构简单、使用便利、老少皆宜等特点，已成为目前社区大众健身活动不开或缺的运动器械。但现有扭摆运动健身器功能单一，不能实现扭摆角度、扭摆频率及时间等的监测或调整，运动效果不佳、未能充分调动民众健身的积极性。因此，急需开发出智能型扭摆运动健身器，将休闲娱乐与强身健体相结合，实现扭摆幅度、频率、时间及次数等的自动采集与播报等功能。


技术实现要素：

4.一种人体运动发电机及其自供电健身器，健身器由支架及其所安装的发电机构成，发电机由半轴、摆桶、筒框、电源板、轴承、销钉、内磁体、中间磁体、外磁体、线圈、轴套及传感器构成，轴承为端面轴承，传感器包括加速度传感器和角度传感器，电源板上设有能量转换、信息处理电路、语音播报单元。
5.支架由架座、架立柱、架托板及架横梁构成，架立柱垂直地固定在架座上，架托板和架横梁固定在架立柱上，架托板和架横梁与架立柱垂直、与架座平行，架横梁用于操作扶手；发电机安装在架托板上。
6.半轴由轴座和轴体构成，轴座为阶梯型结构，轴体与轴座垂直，轴体的圆周方向上均布有用于安装内磁体的轴槽；内磁体镶嵌在轴槽内，内磁体的磁极沿半轴的圆周方向或径向配置；轴座经螺钉固定在架托板上，轴座位于架托板的上表面上。
7.摆桶的桶顶壁与桶侧壁围成端口朝下的桶主腔，桶顶壁上设有桶顶腔，桶主腔与桶顶腔同轴，桶主腔与桶顶腔均位于桶顶壁的下方，桶主腔与桶顶腔连通并构成桶腔；桶侧壁内侧均布有外磁体，外磁体的磁极沿摆桶的圆周方向或径向配置。
8.筒框的框体中心处设有框主腔，框主腔为上小下大的阶梯腔，即框主腔上方的腔体直径小于下方的腔体直径，框主腔的横截面为圆形；框主腔的侧壁上均布有框副腔，框体上均布有框槽，框槽为圆形、方形或长方形的封闭环槽，框槽的轴线与框主腔的轴线垂直，框槽与框副腔的数量相等，框槽环绕在框副腔的外侧；框副腔与框槽经框隔板隔开。
9.中间磁体为可滚动的永磁体，中间磁体为内部含有永磁体的球体或圆柱体，中间磁体的磁极沿径向分布，具体地：中间磁体为球形或圆柱形的永磁体，或中间磁体由球形及
圆柱形壳体与其内部的方形或长方形永磁体构成。
10.轴套套在框主腔内并将中间磁体封装在框副腔内，轴套置于框主腔下端的大径部分，线圈安装在筒框的框槽内，线圈通过缠绕的方法安装在框槽内；中间磁体位于线圈的内部、线圈围绕在中间磁体的外侧，圆柱形的中间磁体的轴线与线圈的轴线垂直；线圈与其内部的中间磁体构成换能器；传感器和电源板安装在筒框上，传感器和电源板位于框体上。
11.筒框套在半轴上，筒框的框主腔套在半轴的轴体上，框主腔的上端小径部分及下端大径部分所安装的轴套套在轴体上；摆桶经轴承安装在半轴上，摆桶的桶顶壁将轴承压接在轴体的端部，轴承位于桶顶腔内，轴体和筒框位于桶主腔内。
12.内磁体、中间磁体及外磁体沿轴体轴向的几何中心位于轴体的同一横截面上，内磁体与外磁体沿轴体的同性磁极相对安装。
13.筒框与轴体上端和桶顶壁下表面之间设有密封圈，桶侧壁端部与轴座之间设有密封圈，各密封圈的功能是将筒框及其上所安装的相关器件与外部隔离。
14.摆桶与半轴之间经销钉限位，销钉的下端经桶顶壁上的通孔穿过并固定在轴体的端部，销钉的钉帽置于桶顶壁上方的沉孔内。
15.本发明中，筒框不同时与半轴和摆桶固定连接，筒框只能经螺钉与半轴和摆桶中的一个固定连接、与另一个不连接，如：筒框经内螺钉与半轴连接，或筒框经外螺钉与摆桶连接。
16.内磁体和外磁体与筒框固定连接时为复位器，内磁体和外磁体不与筒框固定连接时为激励器；激励器与中间磁体及复位器在正对时、即三者几何中心位于同一轴截面时，激励器对中间磁体的吸引力大于复位器对中间磁体的吸引力，中间磁体与激励器的异性磁极相对、与复位器的同性磁极相对；激励器沿圆周方向运动并偏离中间磁体时、尤其当中间磁体位于两个圆周方向上相邻的激励器中间时，复位器对中间磁体的吸引力大，中间磁体与复位器的异性磁极相对。
17.工作中，操作者双脚站在摆桶的桶顶壁上、双手握住架横梁并扭摆身体，此时筒框存在两种运动状态：
①
筒框与摆桶固定连接，筒框随摆桶相对半轴运动，内磁体为激励器、外磁体为复位器；
②
筒框与半轴固定连接，筒框随半轴保持静止、摆桶相对筒框和半轴运动，内磁体为复位器、外磁体为激励器；中间磁体随复位器相对激励器运动的同时还绕自身轴线往复滚动或摆动，原因在于：中间磁体靠近激励器时与激励器的同性磁极相对，中间磁体远离激励器时与复位器的同性磁极相对，又因复位器与激励器的磁极配置方向相反，故中间磁体在往复靠近-离开激励器的过程中绕自身轴线转动或摆动，从而使其磁极方向交替变化、即穿过线圈的中间磁体的磁力线方向交替变化，线圈切割磁力线发电；所生成电能经电源板上的电路转换处理后供给传感器、信号处理及语音播报单元，传感器获取包括频率与幅度等的运动参数，语音播报单元将相关信息播报出，语音播报单元还可播放音乐。
18.本发明中，半轴和摆桶可分别为机械系统的传动轴和轴承座，此时的半轴、摆桶及筒框构成旋转或摆动发电机。
19.优势与特色：具有扭摆运动幅度、频率及运动时间的测量与语音播报功能，便于健身者实时调整相关运动参数，将娱乐与健身运动有机结合；健身与发电功能相结合，实现测报单元的能量自给与免维护；利用扭摆运动驱动磁场方向翻转发电，发电机结构简单且可靠性高，线圈切割磁力线速度高、磁力线梯度变化快，发电量电量大、输出电压高；发电机还
可用于旋转及基于其他能源的摆振发电，如涡激、走路及振动等。
附图说明
20.图1是本发明一个较佳实施例中外磁体激励时发电机与健身器的系统构成简图；图2是图1的a-a剖视图；图3是图1的b-b剖视图；图4是本发明一个较佳实施例中半轴的结构示意图；图5是本发明一个较佳实施例中筒架的结构示意图；图6是图5的c-c剖视图；图7是本发明一个较佳实施例中内磁体激励时发电机与健身器的系统构成简图；图8是图7的d-d剖视图；图9是本发明一个较佳实施例中发电机用于旋转及摆振发电的安装结构示意图。
实施方式
21.一种人体运动发电机及其自供电健身器，健身器由支架a及其所安装的发电机g构成，发电机g由半轴b、摆桶c、筒框d、电源板e、轴承f、销钉g、内磁体h、中间磁体k、外磁体i、线圈j、轴套m及传感器s构成，轴承f为端面轴承，传感器s包括加速度传感器和角度传感器，电源板e上设有能量转换、信息处理电路、语音播报单元。
22.支架a由架座a1、架立柱a2、架托板a3及架横梁a4构成，架立柱a2垂直地固定在架座a1上，架托板a3和架横梁a4固定在架立柱a2上，架托板a3和架横梁a4与架立柱a2垂直、与架座a1平行，架横梁a4用于操作扶手；发电机g经螺钉安装在架托板a3上。
23.半轴b由轴座b1和轴体b2构成，轴座b1为阶梯型结构，轴体b2与轴座b1垂直，轴体b2的圆周方向上均布有用于安装内磁体h的轴槽b3；内磁体h镶嵌在轴槽b3内，内磁体h的磁极沿半轴b的圆周方向或径向配置；轴座b1经螺钉固定在架托板a3上，轴座b1位于架托板a3的上表面上。
24.摆桶c的桶顶壁c1与桶侧壁c2围成端口朝下的桶主腔c3，桶顶壁c1上设有桶顶腔c4，桶主腔c3与桶顶腔c4同轴，桶主腔c3与桶顶腔c4均位于桶顶壁c1的下方，桶主腔c3与桶顶腔c4连通并构成桶腔；桶侧壁c2内侧均布有外磁体i，外磁体i的磁极沿摆桶c的圆周方向或径向配置。
25.筒框d的框体d1中心处设有框主腔d2，框主腔d2为上小下大的阶梯腔，即框主腔d2上方的腔体直径小于下方的腔体直径，框主腔d2的横截面为圆形；框主腔d2的侧壁上均布有框副腔d3，框体d1上均布有框槽d4，框槽d4为圆形、方形或长方形的封闭环槽，框槽d4的轴线与框主腔d2的轴线垂直，框槽d4与框副腔d3的数量相等，框槽d4环绕在框副腔d3的外侧；框副腔d3与框槽d4经框隔板d5隔开。
26.中间磁体k为可滚动的永磁体，中间磁体k为内部含有永磁体的球体或圆柱体，中间磁体k的磁极沿径向分布，具体地：中间磁体k为球形或圆柱形的永磁体，或中间磁体k由球形及圆柱形壳体与其内部的方形或长方形永磁体构成。
27.轴套m套在框主腔d2内并将中间磁体k封装在框副腔d3内，轴套m置于框主腔d2下端的大径部分，线圈j安装在筒框d的框槽d4内，线圈j通过缠绕的方法安装在框槽d4内；中
间磁体k位于线圈j的内部、线圈j围绕在中间磁体k的外侧，圆柱形的中间磁体k的轴线与线圈j的轴线垂直；线圈j与其内部的中间磁体k构成换能器；传感器s和电源板e安装在筒框d上，传感器s和电源板e位于框体d1上。
28.筒框d套在半轴b上，筒框d的框主腔d2套在半轴b的轴体b2上，框主腔d2的上端小径部分及下端大径部分所安装的轴套m套在轴体b2上；摆桶c经轴承f安装在半轴b上，摆桶c的桶顶壁c1将轴承f压接在轴体b2的端部，轴承f位于桶顶腔c4内，轴体b2和筒框d位于桶主腔c3内。
29.内磁体h、中间磁体k及外磁体i沿轴体b2轴向的几何中心位于轴体b2的同一横截面上，内磁体h与外磁体i沿轴体b2的同性磁极相对安装。
30.筒框d与轴体b2上端和桶顶壁c1下表面之间设有密封圈，桶侧壁c2端部与轴座b1之间设有密封圈，各密封圈的功能是将筒框d及其上所安装的相关器件与外部隔离。
31.摆桶c与半轴b之间经销钉g限位，销钉g的下端经桶顶壁c1上的通孔穿过并固定在轴体b2的端部，销钉g的钉帽置于桶顶壁c1上方的沉孔内。
32.本发明中，筒框d不同时与半轴b和摆桶c固定连接，筒框d只能经螺钉与半轴b和摆桶c中的一个固定连接、与另一个不连接，如：筒框d经内螺钉p与半轴b连接，或筒框d经外螺钉q与摆桶c连接。
33.内磁体h和外磁体i与筒框d固定连接时为复位器，内磁体h和外磁体i不与筒框d固定连接时为激励器；激励器与中间磁体k及复位器在正对时、即三者几何中心位于图1、图2及图3所示的同一轴截面时，激励器对中间磁体k的吸引力大于复位器对中间磁体k的吸引力，中间磁体k与激励器的异性磁极相对、与复位器的同性磁极相对；激励器沿圆周方向运动并偏离中间磁体k时、尤其当中间磁体k位于两个圆周方向上相邻的激励器中间时，复位器对中间磁体k的吸引力大，中间磁体k与复位器的异性磁极相对。
34.工作中，操作者双脚站在摆桶c的桶顶壁c1上、双手握住架横梁a4并扭摆身体，此时筒框d存在两种运动状态：
①
筒框d与摆桶c固定连接，筒框d随摆桶c相对半轴b运动，内磁体h为激励器、外磁体i为复位器；
②
筒框d与半轴b固定连接，筒框d随半轴b保持静止、摆桶c相对筒框d和半轴b运动，内磁体h为复位器、外磁体i为激励器；中间磁体k随复位器相对激励器运动的同时还绕自身轴线往复滚动或摆动，原因在于：中间磁体k靠近激励器时与激励器的同性磁极相对，中间磁体k远离激励器时与复位器的同性磁极相对，又因复位器与激励器的磁极配置方向相反，故中间磁体k在往复靠近-离开激励器的过程中绕自身轴线转动或摆动，从而使其磁极方向交替变化、即穿过线圈j的中间磁体k的磁力线方向交替变化，线圈j切割磁力线发电；所生成电能经电源板e上的电路转换处理后供给传感器s、信号处理及语音播报单元，传感器s获取包括频率与幅度等的运动参数，语音播报单元将相关信息播报出，语音播报单元还可播放音乐。
35.本发明中，半轴b和摆桶c可分别为机械系统的传动轴和轴承座，此时的半轴b、摆桶c及筒框d构成旋转或摆动发电机，安装方式如图9所示。

技术特征：
1.一种人体运动发电机及其自供电健身器，由支架与发电机构成，发电机由半轴、摆桶、筒框、轴承、内磁体、中间磁体、外磁体、线圈、轴套、电源板及传感器构成，传感器和电源板装在筒框上；其特征在于：半轴的轴体上装有内磁体，半轴的轴座装在支架的架托板上；摆桶的桶顶壁与桶侧壁围成桶主腔，外磁体装在桶侧壁上；筒框的框体中心处设有框主腔、外缘上设有框槽，框主腔的内侧壁上设有框副腔，框槽轴线与框主腔轴线垂直，框槽环绕在框副腔外；中间磁体为磁极沿径向分布的滚动体；轴套套在框主腔内并将中间磁体封在框副腔内，线圈装在框槽内，中间磁体位于线圈内；筒框套在半轴上，摆桶经轴承装在半轴上，摆桶与半轴间经销钉限位，内磁体与外磁体的同性磁极相对安装；筒框不同时与半轴和摆桶固定连接，内磁体和外磁体与筒框固定连接时为复位器、不与筒框固定连接时为激励器；工作中，操作者站在摆桶上并扭摆身体，中间磁体相对激励器往复运动，中间磁体在复位器与激励器共同作用下绕自身轴线转动或摆动，穿过线圈的中间磁体的磁力线方向交替变化，线圈切割磁力线发电；所生成电能经电源板上的电路转换处理后供给传感器、信号处理及语音播报单元。2.根据权利要求1所述的一种人体运动发电机及其自供电健身器，其特征在于：中间磁体为球形或圆柱形永磁体，或中间磁体由球形及圆柱形壳体与其内部的永磁体构成，圆柱形的中间磁体的轴线与线圈的轴线垂直；内磁体与外磁体的磁极同时沿半轴的周向或径向配置。3.根据权利要求1所述的一种人体运动发电机及其自供电健身器，其特征在于：激励器与中间磁体及复位器在正对时时，激励器对中间磁体的吸引力大于复位器对中间磁体的吸引力，激励器沿圆周方向运动并偏离中间磁体时复位器对中间磁体的吸引力大。4.根据权利要求1所述的一种人体运动发电机及其自供电健身器，其特征在于：筒框存在两种运动状态：其一，筒框与摆桶固定连接，筒框随摆桶相对半轴运动，内磁体为激励器、外磁体为复位器；其二，筒框与半轴固定连接，筒框随半轴保持静止、摆桶相对筒框和半轴运动，内磁体为复位器、外磁体为激励器。5.根据权利要求1所述的一种人体运动发电机及其自供电健身器，其特征在于：半轴和摆桶可分别为机械系统的传动轴和轴承座，半轴、摆桶及筒框构成旋转或摆动发电机。

技术总结
本发明涉及一种人体运动发电机及其自供电健身器，属运动器材与新能源技术领域。由支架与所安装的发电机构成，发电机由半轴、摆桶、筒框、内磁体、中间磁体、外磁体、线圈、电源板及传感器构成；半轴上装有内磁体，摆桶的桶侧壁上装有外磁体；筒框的中心处设有框主腔、外缘上设有框槽，框主腔侧壁上设有框副腔；中间磁体的磁极径向分布；中间磁体装在框副腔内，线圈装在框槽内；筒框套和摆桶装在半轴上；筒框与半轴和摆桶之一固定连接，内磁体和外磁体与筒框固定连接时为复位器、否则为激励器；工作中操作者使摆桶转动，中间磁体在复位器与激励器作用下转动或摆动，穿过线圈的磁力线方向交替变化，线圈发电并供给传感器、信号处理及语音播报单元。音播报单元。音播报单元。


技术研发人员：张忠华 周积俊 顾思怡 陈贤卿 曾平 阚君武 程光明 吴鸣
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：2023.04.21
技术公布日：2023/10/6