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1、(10)申请公布号 CN 103615361 A (43)申请公布日 2014.03.05 CN 103615361 A (21)申请号 201310517464.5 (22)申请日 2013.10.28 F03G 5/00(2006.01) H02J 7/00(2006.01) H02K 7/18(2006.01) (71)申请人 华北电力大学 ( 保定 ) 地址 071003 河北省保定市永华北大街 619 号 (72)发明人 翟永杰 于金生 李哲 孙晓茹 高成彬 伍洋 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 黄家俊 (54) 发明名称 一种跑步机能量。
2、收集系统 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103615361 A CN 103615361 A 1/2 页 2 1. 一种跑步机能量收集系统， 其特征在于， 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。
4、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。 2. 根据权利要求 1 所述一种跑步机能量收集系统， 其特征在于， 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，。
5、 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。 3. 根据权利要求 2 所述一种跑步机能量收集系统， 其特征在于， 所述能量前端收集器 （。
6、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。
7、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。 4. 根据权利要求 1 所述一种跑步机能量收集系统， 其特征在于， 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。 5. 根据权利要求 1 所述一种跑步机能量收集系统， 其特征在于， 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。
8、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 ； 权 利 要 求 书 CN 103615361 A 2 2/2 页 3 第一电阻器与二次整流模块相连。 6. 根据权利要求 1 所述一种跑步机能量收集系统， 其特征在于， 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。 权 利 要 求 书 CN 103615361 A 3 1/4 页 4 一种跑步机能量收集系统 技术领域 0001 本发明涉及一种能量收集系统， 特别。
9、涉及一种跑步机能量收集系统。 背景技术 0002 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。 0003 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。 0004 直流。
10、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。 0005 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 0006 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。 0007 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， 0008 能量获取装置， 用于将动能转化为电能 ； 0。
11、009 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 ； 0010 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 ； 0011 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 ； 0012 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。 0013 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， 0014 设定数目的能量前端收集器 1 通。
12、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 ； 0015 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 ； 0016 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 ； 0017 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 ； 0018 发电机 10 与液压马达 9 连接。 说 明 书 CN 103615361 A 4 2/4 页 5 0019 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 。
13、14、 第一单向 阀 15 和第二单向阀 16 组成 ； 其中， 0020 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 ； 0021 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 ； 0022 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 ； 0023 左侧油路管经第一单向阀 15 后深入到内筒内部左侧 ； 0024 右侧油路管经第二单向阀 16 后深入到内筒内部右侧 ； 0025 第一单向阀 15 经。
14、油路管与第三单向阀 2 相连 ； 0026 第二单向阀 16 经油路管与第四单向阀 3 相连。 0027 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。 0028 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， 0029 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 ； 0030 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 ； 0031 比较电路模块分别与第一电阻器和第二电阻器相连 ； 0032 第一电阻器与。
15、二次整流模块相连。 0033 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， 0034 充放电路模块分别与二次整流模块和第一电阻器相连。 0035 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 0036 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 ； 0037 图 2 为本发明实施例能量获取装置的整体结构示意图 ； 0038 图 3 为本发明能量前端收集器的结构示意图 ； 003。
16、9 图 4 为本发明能量储存及使用装置的电路图 ； 0040 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 0041 下面结合附图及具体实例对本发明作进一步说明。 0042 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。
17、流滤波模块由滤波模块和一次整流模块相连组 说 明 书 CN 103615361 A 5 3/4 页 6 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， 0043 充放电路模块。
18、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。
19、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。 0044 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 ； 。
20、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。 0045 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。
21、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。
22、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。 0046 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。
23、到直流电送 DC-DC 转换器进行升压和进一步处理。 说 明 书 CN 103615361 A 6 4/4 页 7 0047 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。
24、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 （。
25、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。 0048 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。 说 明 书 CN 103615361 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103615361 A 8 2/2 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103615361 A 9 。