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发电式跑步机的研究

蒋凌  
【摘要】:随着人们生活水平的提高,参与健身的积极性越来越强,而由于室外环境的不断恶化,越来越多的人选择在室内进行锻炼,这也使得健身房的数量大大增加,健身器械的使用数量逐步变得庞大。室内健身器械的种类多种多样,按照运行方式的不同可以分为电动式和机械式两大类,其中电动式健身器械由于适用人群广、运动伤害低等优点而逐渐普及。由于室内电动式健身器械的使用数量急剧增加,其所消耗的电能也越来越大。随着国际能源形势的日益严峻,节能环保的理念已经扩展到健身器械领域,可发电健身单车早在上个世纪九十年代就已经开始出现。如果将健身房的健身器材进行可发电改造,将人体运动产生的机械能转化为电能,实现能源的回收与利用,将明显减少健身房对能源的消耗,有利于国家节能减排战略的实施。针对这一问题,本文设计一款集健身与发电为一体的新型跑步机,既可以健身又能节约能源。首先,论文详细介绍了发电式跑步机的工作原理,根据跑步机的运动特点,同时结合电动式跑步机以及发电机的工作原理,在电动式跑步机的基础上对跑步机进行发电改造,将原来的电动机用永磁同步发电机代替,跑步带通过传动轮和齿轮箱驱动发电机发电;结构上参考市场上成熟的电动式跑步机的结构布置,将发电机的控制系统、系统储能以及齿轮箱一起布置在跑步机前方的暗盒内。其次,本文根据跑步机的运行特点和功能,提出了发电式跑步机的技术指标和设计原则,并由此确定了发电机的类型和输出参数。根据跑步机的结构空间、运行特点和技术指标,发电式跑步机上的发电机采用体积小、转速范围宽、维护简单的永磁同步发电机。简单介绍了永磁同步发电机的工作原理、结构特点,详细介绍了跑步机用永磁同步发电机的设计过程。再次,论文对发电系统的电能存储提出了明确要求。发电式跑步机发出的电能除直接供给负载外,多余的电能应该被储存起来应急使用。论文根据健身者运动特点的差异研究出了能对健身者运动产生的零散的、大小不稳足的电能进行高效收集、储存的电能存储装置。通过对发电式跑步机的设计研究,掌握了发电式跑步机的工作原理和设计方法,同时对跑步机的工作特点有了进一步的认识,为发电系统的优化改进指明了方向。


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