脚踏式发电装置机械结构设计
脚踏式发电装置机械结构设计
目录1 绪论 (2)2 脚踏式发电装置的设计要求 (2)3 脚踏式发电装置系统结构 (3)3.1 总体外观的设计 (3)3.2各主要部分设计 (4)3.2.1 脚踏式发电装置车座的设计 (4)3.2.2 脚踏式发电装置车把的设计 (5)3.2.3 脚踏式发电装置大梁的设计 (5)3.2.4 脚踏式发电装置支架的设计 (7)3.2.5 脚踏式发电装置脚踏板的设计 (8)3.2.6 脚踏式发电装置传送轮以及V带的设计及其计算 (9)3.3 发电机型号的选择 (15)3.4 蓄电池型号的选择 (15)4 脚踏式发电装置控制系统结构方案设计 (16)4.1 脚踏式发电装置设计要求的方案分析 (16)4.2 系统配置说明 (16)4.2.1 健身发电系统 (16)4.2.2 蓄电及逆变系统 (17)4.3 应用说明 (17)5 结束语 (17)致谢 (18)参考文献 (19)附录1整体装配俯视图 (20)附录2整体装配的正视图 (20)附录3发电机与外壳的配合视图 (21)1绪论随着社会的发展，能源问题逐渐成为人们关注的问题，要实现可持续性发展必须节省、或找到替代性能源。
随着人们生活水平的提高，人们越来越注重健身。
各种健身器具开始进入家庭，逐渐成为热销商品。
但美中不足的是，现有的健身器具大都忽略了对人体能的利用，致使大量人体能被白白消耗掉（尤其在运动员训练基地），这是一种容易被人视而不见的巨大而无形的浪费！正因如此，有必要设法将其收集利用起来，以物尽其用，造福社会。
脚踏式发电装置把发电机和健身器材结合起来，成为有益健康的健身器，集健身、发电、储电、应急及平时用电、环保于一体的多益器具，是在健身器中装入一般的发电装置，使健身时的运动力和发电时的阻力融为一起，达到既健身又能发电，有与其它健身器不可比拟的效果，真正地实现把每个人的力转化为光和热。
当健身力作用在发电装置上所发出的电经储备，后逆变成标准电源，基本能满足家庭看电视、电风扇、照明的使用，不论是在城市、乡村或是野外都可使用，可起到良好的节能效果。
脚踏式地板发电机的设计与分析研究
脚踏式地板发电机的设计与分析研究摘要：脚踏式地板发电机是一种地板式人体重力发电装置，今天发电的方法多种多样，主要有火力、水力、原子能以及小规模太阳能和风力。
其中，水力、风力、太阳能受自然因素的影响较大，火力发电和核能不仅需要大量消耗非再生能源，还会带来一定的环境问题。
每天面对严重的能源问题，出现了多种节能及环保设备。
脚踏形态的地板发电机将人的体重在行走过程中产生的小能量收集起来，转换成电能，用于日常生活。
具有结构简单，设计合理，无污染，有效减少电能消耗等优点。
关键词：发电机；压力能；能量转换；0 引言随着社会的发展和人类的进步，国际竞争日趋激烈。
解决能源问题是可持续发展的基本前提。
结果，寻找新事物变得越来越重要。
对能源的需求也慢慢地考虑到环境的变化，能源的清洁度成为能源可利用性的大的指标。
与传统的发电形式相比，脚踏式地板发电机更环保、更清洁，获得到能源的方法也更简单，符合当下时代的环保主题。
一种地板向四种压力发展，但仍有丰富的地板弹性，安装在气缸和地板上的气缸装置，推气罐和气阀布出口，由伸缩装置提供提供压缩空气发电机，连接连接地板、地板和燃气缸的装置。
人体在行走时，可以有效地收集体重并转换成电能，供日常生活使用。
具有结构简单、设计合理、无污染、有效减少电能消耗等优点。
在人堆的世界里，人每隔一段距离就要行走，在行走的过程中，地面无法有效地再现巨大的重力位置。
我的创新是，有效利用人在地面行走时产生的重力势能，将其转换为电能。
有效适用于人员流动量大的场所(楼梯、道路)，通过连接道路可以减少长距离传输带来的烦扰。
1.脚踏式地板发电机的图形设计本论文研究了人体踩在发电板上产生的振动，通过步进装置的设计，使振动以最大的效率转换成机械能量，这取决于发电板的表面组成设计。
基本设计创意的思想上多数图像(方形、三角形等,分别为微观因素)组成的,能源转换装置(机械装置)为了自己能源转换成几何图形的安排各折旧下面图1脚踏式地板发电机系统的整体设计的图表设计的。
一种踩踏发电装置的设计
一
种踩踏发电装置的设计
贾 乃 平
（ 山西省广播电视局七 四零二 台， 山西昔 阳 ０ ４ ５ ３ ０ ０ ）
【 摘 要】 提 出了一种踩踏发 电装 置的设计 方案， 该方案利 用踩 踏产 生的压力带动 水流推 动水轮机发 电， 可 以利 用人 经过 时对地 面的踩踏作 用力
进行 发 电， 从 而向人 流 密集 区域的其 他设备 供 电。 【 关键 词 ｌ 踩踏 发 电 液压
踩踏发 电是将人类活动所产生的动 能收集起来 并转换为 电能， 能量来源无穷 无尽 ， 如 果这些 能量 能够充分 利用 ， 将 会在一定 程 度上 减缓 能源 危机 所 带来 的一 系列 困扰 ， 是 今后 能源 发展 的方 向之一 。 现有 的踩 踏发 电技术存在 着装置庞 大 ， 结构复杂 ， 组合不 巧妙 ， 操 作不方便等 问题 ， 踩踏发 电并没有很好的利用人类活动产 生的能量 。 世界上利用人流踩踏发电技术的国家不多 ， 图为 日本某地铁站 刷卡处踩踏发 电的应用 。 在国内， 新能源起 步晚， 踩踏发电这种新技 术也较少人关注 ， 踩踏 发电系统 的应用实例更是鲜有耳 闻。
过程如下： 当第一水囊９ 、 第二水囊１ ０ 受到挤压力时 ， 由于第一单向阀 ５ 、 第二单 向阀６ 、 第三单向阀７ 、 第四单向阀８ 限制了水的流动方向， 所 以部 分水水流进入稳压罐 １ ， 平衡 管道 ｌ ４ 与稳压罐 １ 的压力 ， 同时有 部分水流过水轮机３ ， 带动水轮机３ 转动 。 当第一水囊９ 、 第二水囊 １ ０ 没 有承压 时， 由于稳压罐 １ 中空气受到压缩压力较大所 以其又将稳压 罐１ 中的水向外压 ， 这时也就 带动 了水轮机３ 的旋转 ， 功率的大小可 以根 据压力体（ 人、 车或者其他压力 体） 重力的大小 ， 以及 稳压 罐１ 的 体积 、 水轮机３ 的额定功率来改变 。 顺时针单项流动是 通过第一单 向阀５ 、 第二单向阀６ 、 第三单 向 阀７ 、 第 四单 向阀８ 控制 ， 在该液压系统 中防止水反向流动 。 稳压 罐１ 由罐体、 气囊 、 接水 口及排气 口四部份组成 。 用于 闭式 水循环系统 中， 起到 了平衡水量及压 力的作用 ， 避免安全阀频繁开 启和 自动补水 阀频繁补 水 ， 当外界有压力的 水进 入膨胀罐气囊 内 时， 密封在罐内的空气被压 缩， 根据波义耳气体定律， 气体受到压 缩 后体积变小压力升高 ， 直到膨胀罐内气体压力与水 的压力达到一致
一种脚踏式发电机构
（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号CN106988974A（43）申请公布日 2017.07.28（21）申请号CN201710235196.6（22）申请日2017.04.12（71）申请人邓龙斌地址110145 辽宁省沈阳市于洪区马三家镇农商银行宿舍楼111（72）发明人邓龙斌（74）专利代理机构沈阳利泰专利商标代理有限公司代理人吴维敬（51）Int.CI权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称一种脚踏式发电机构（57）摘要通过人们在地板上行走时地板产生的微小的势能的改变，设计出一种脚踏式发电机构。
它的工作原理是：当人们踩踏地板时，地板将有一个沉降。
地板的沉降带动下面设置的齿条向下移动，同时带动齿轮转动，齿轮的转动通过轴、传动皮带、传动皮带轮、传动组件将动力传递给动力接受组件。
动力接受组件带动内置的发电机转动发电。
动力接受组件具有单向旋转时被驱动发电的功能，反转时空转。
当成对设置动力接受组件，让其中之一发电时，另一个不发电。
当地板上的脚踏力消失时，弹簧带动机构反转，在前述运行状态不发电的发电机发电，发电的发动机不发电。
本发明的优点是在人们不经意的活动中，让所设置的机构发电供使用。
法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2017-07-28公开公开2017-07-28公开公开2019-05-24实质审查的生效实质审查的生效权利要求说明书一种脚踏式发电机构的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书一种脚踏式发电机构的说明书内容是....请下载后查看。
一种踩踏式发电实验模型的设计
一种踩踏式发电实验模型的设计提出了由盘式发电机和TL494组成PWM开关稳压电源构成的踩踏式发电实验模型设计方案。
给出盘式发电的缠绕方法，设计了系统原理图，并附带各器件的参数。
标签：盘式发电机；桥式整流；踩踏发电火力，水力，核能，太阳能，风力都可以进行发电[1-3]。
另外，还有一些新型发电方法，如用地热发电、生物质等新能源发电[4-5]。
本项目另辟溪径，在辽宁省大学生创新项目的支持下，以提高大学生的创新能力为宗旨，探索一种踩踏式发电方法，设计一种踩踏式发电实验模型。
踩踏式发电机通过踩踏或碾压产生交变电流，经桥式整流和控制器对畜电池进行充电。
控制器控制着蓄电池输出直流给负载，同时还控制着逆变器给交流负载。
1 发电部分的设计采用自制盘式发电机发电。
发电机中采用了两个半圆形的磁铁，在磁铁内表面分别是N极和S极，将15个线圈附在一根轴的表面，并将轴用一个大的螺栓固定在箱体上，用作电机定子，轴的另一端连接一根轴承。
盘式发电机外壳的内表面附着两个磁钢，并且外壳与定子的轴承相连接，在外壳上固定一根轴，把齿轮用键固定在齿轮上，外壳轴的末端安装一个小轴承，并用轴端盖把轴固定在箱体的内板上。
装置的踏板的四角用螺栓固定4根钢柱，4根钢柱被套在箱体内4根钢管上，钢管内有4个弹簧，当踏板被压下后4个弹簧会将其弹起。
踏板的中间连接一个轨道齿，轨道齿下方套在一个空管内，与其对应的另一方也有一根轨道齿，这根轨道齿上下两方被套在两个空管内，在空管内都按有弹簧，方便其上下运动。
装置内的两根轨道齿与盘式发电机的齿轮相互啮合，当踏板被踩下去后，一根轨道齿向下移动带动齿轮转动，齿轮转动带动转子转动，盘式发电机中的两个磁刚转动，定子上的线圈切割磁力线产生感应电流。
这种轨道式的连接不仅成本低而且具备齿轮传动的优点。
盘式发电机一般线圈3个一组。
第一组线圈首端相连，尾端依次连在下一组的首端，下面的几组线圈依次类推，最后会甩出3根线。
线圈的连接按照星形方法连接。
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目录1 绪论 (2)2 脚踏式发电装置的设计要求 (2)3 脚踏式发电装置系统结构 (3)3.1 总体外观的设计 (3)3.2各主要部分设计 (4)3.2.1 脚踏式发电装置车座的设计 (4)3.2.2 脚踏式发电装置车把的设计 (5)3.2.3 脚踏式发电装置大梁的设计 (5)3.2.4 脚踏式发电装置支架的设计 (7)3.2.5 脚踏式发电装置脚踏板的设计 (8)3.2.6 脚踏式发电装置传送轮以及V带的设计及其计算 (9)3.3 发电机型号的选择 (15)3.4 蓄电池型号的选择 (15)4 脚踏式发电装置控制系统结构方案设计 (16)4.1 脚踏式发电装置设计要求的方案分析 (16)4.2 系统配置说明 (16)4.2.1 健身发电系统 (16)4.2.2 蓄电及逆变系统 (17)4.3 应用说明 (17)5 结束语 (17)致谢 (18)参考文献 (19)附录1整体装配俯视图 (20)附录2整体装配的正视图 (20)附录3发电机与外壳的配合视图 (21)1绪论随着社会的发展，能源问题逐渐成为人们关注的问题，要实现可持续性发展必须节省、或找到替代性能源。
随着人们生活水平的提高，人们越来越注重健身。
各种健身器具开始进入家庭，逐渐成为热销商品。
但美中不足的是，现有的健身器具大都忽略了对人体能的利用，致使大量人体能被白白消耗掉（尤其在运动员训练基地），这是一种容易被人视而不见的巨大而无形的浪费！正因如此，有必要设法将其收集利用起来，以物尽其用，造福社会。
脚踏式发电装置把发电机和健身器材结合起来，成为有益健康的健身器，集健身、发电、储电、应急及平时用电、环保于一体的多益器具，是在健身器中装入一般的发电装置，使健身时的运动力和发电时的阻力融为一起，达到既健身又能发电，有与其它健身器不可比拟的效果，真正地实现把每个人的力转化为光和热。
当健身力作用在发电装置上所发出的电经储备，后逆变成标准电源，基本能满足家庭看电视、电风扇、照明的使用，不论是在城市、乡村或是野外都可使用，可起到良好的节能效果。
目前国内对于此类节能健身器材还没有相当成熟的技术，投入研究的单位和个人也比较少；市场上仅有些为数不多的同类产品，还处在仿制生产阶段，产品研发和技术创新能力不足，无论是在电瓶均匀充电还是逆变电路方面都不是很理想。
从国内外同类健身器材现状的研究分析，它具有较大的前景和发展空间，为此，本课题将在参考国内外同类装置技术的基础上，加以更新改进设计，新设计的装置将会解决健身器材均匀充电和能量逆变的问题，缓解当今社会能源紧缺的现状，相信它会很快得到推广和利用。
本设计采用人体仿生学对整体进行系统分析设计，通过对若干方案的比较，最终评选出比较合适的方案。
针对整体外观的设计、V型带的选择计算和设计、传动比的选定、及各个零件的具体设计、最终确定设计方案。
2 脚踏式发电装置的设计要求装置的具体设计要求为：（1）整体外观大小设计。
（2）各零件的设计。
（3）V带传送的设计。
（4）发电机的型号选择。
（5）蓄电池的型号选择。
基于以上的要求，所设计的系统必须有以下结构模块：脚踏式发电装置的车座部分、扶手部分、支撑结构部分、发电机传动结构部分、蓄电池部分。
先进行各个零件的设计，最后进行装配。
3 脚踏式发电装置系统结构3.1 总体外观的设计本实用新型涉及一种机械装置，即一种发电装置。
这种装置的主体也是有机架、皮带轮、皮带环、等构成，其特征在于：这种装置还设有发电机，皮带轮通过传动机构与发电机相联系，当人在跑步机上进行跑步锻炼时，通过传动机构带动发电机发电，并将电能储存在蓄电池种，为人们提供生活用电，既节约了能源，又提高了健身运动的游戏性和趣味性，一举多得，且具有结构简单，造价低廉，无任何污染等特点，对于健身器材及健身运动的普及以及提高具有重要意义[3]。
本脚踏式发电装置主要是以自行车为雏形，在其基础上进行改装与改进，具体的部分有：车座部分和电动自行车的一样，采用宽大柔软，质量较好的皮质车座，以增加健身时的舒适度和健身器的耐久度。
并且装有升降装置，可根据不同的身高调整高度，满足不同年龄，不同身高人的要求。
扶手部分也和自行车的类似，主要是两个手握的地方采用一些柔软舒适的材料。
也装有升降装置，来满足不同的需要。
支架部分则把自行车的两个轮子去掉，换成两个支架，直接放到地上，非常牢固。
车梁部分则采用三角形结构设计，非常的坚固耐用，并且具有很好的稳定性和安全性。
发电机装在后支架上，发电机的转轮与皮带轮相联系。
发电机的转轮与踏板连接，通过与v带的摩擦传动。
蓄电池和充电部分则独自成为以体放在车子的后方，与发电机通过接口连接，还装有电量显示设备和插座。
采用上述方案的发电跑步机，可以在健身的同时把人的体能转化为电能，为人们提供生活用电，既节约了能源，又提高了健身运动的游戏性和趣味性，一举多得，且具有结构简单，造价低廉，无任何污染等特点，对于健身器材及健身运动的普及提高具有重要意义。
下面配合附图具体完成设计：具体实施方式：图中所示为本实用新型所用的实施例。
本实用型脚踏式发电装置包含有一车座，一扶手，一车梁，两个支架，一副脚蹬，一个发电机，一个V带和一个蓄电池及其电路部分组成[14]。
图1整体三维视图车架等主体部分考虑到车的经济性和稳定性，最终采用碳合金钢管连接，参考实用五金手册最终确定钢管的厚度为2mm，这样既能保证车的坚固，又能兼顾到整体造价，比较合适。
该装置两个支架分别向上延伸，一个连接车座，而另一个连接车把。
车把和车座之间采用三角形加固，既坚固有稳定。
后支架的下面还装有以发电机，通过V带与脚蹬上的V带轮相连接，由人力驱动发电机产生电能，进而储存在蓄电池中，再通过逆变电路输出AC－220V，50HZ的电压也可通过48VDC输出接口，直接接入48V直流负载，例如照明灯具，或直接驱动汽车启动等以上是该发电装置的整体外观[4]，下面就各个主要部分进行详细具体的设计，及具体的尺寸和参数。
3.2各主要部分设计3.2.1脚踏式发电装置车座的设计车座表面采用传统的设计即可，材料柔软，有弹性。
具体尺寸参考自行车手册的即可，车座下面还装有2个减震弹簧，更加增加了健身者健身时的舒适度，减轻了疲劳[13]。
车座底架采用直径为29mm、厚度为2mm、长度为250mm的空心管设计。
与大梁的孔进行连接。
如图2是车座的三维立体图。
图2车座的三维立体图3.2.2 脚踏式发电装置车把的设计车把部分也不需要做太大的改动，只要增加它手握时的舒适度就可以了，也是参考自行车手册的设计参数，具体的尺寸如下：车把下面支架长度为245mm；支架为直接时25mm，厚度为2mm的钢管；车扶手的长度为100mm；车扶手采用直径为30mm的皮质管套；车扶手连接的钢管直径为22mm。
扶手两侧采用一定的曲度连接，增加美观和舒适度。
车扶手和支架连接的地方采用套管活动连接，并且配有螺纹孔，可以根据个人喜好来改变车扶手的角度，非常的方便，如图3是车把的三维立体图。
3.2.3脚踏式发电装置大梁的设计该脚踏式发电装置的大梁是力的主要承担部分，因此设计的时候对其结构的牢固性做了专门的设计，最后选择为最为牢固的三角形结构设计。
如图4是车大梁的三维立体图。
整个大梁采用三角形结构设计，众所周知，三角形是最为稳定的结构，所以就设计采用了此结构，并在此结构上增加了以些曲线，使得结构不那么单调，增加了美观性。
并且与车座连接的地方还装有升降控制装置，可以根据不同的身高来调节，满足各种人群的需要。
具体的参数如下：与车座连接的钢管为直径32mm厚度为2mm，长度为500mm；与车把连接的钢管为外径为45mm，内径为34mm，长度为390mm；两个钢管之间的距离为555mm；与皮带轮连接的钢管的外径为40mm，内径为30mm，长度100mm。
图3车把的三维立体图图4车大梁的三维立体图3.2.4 脚踏式发电装置支架的设计为了支撑脚踏式装置，在大梁下面分别安装了支架，支架下面加装了以横轴，因此设计出了前支架的具体参数：与车座连接的钢管为直径32mm厚度为2mm，长度为500mm；与车把连接的钢管为外径为45mm，内径为34mm，长度为390mm；两个钢管之间的距离为555mm；与皮带轮连接的钢管的外径为40mm，内径为30mm，长度100mm。
图5前支架的三维立体图脚踏式发电装置的大梁已经设计好了，结构的牢固性已经可以放心，接下来就是来设计大梁的支架，使其能够承受健身者的重量以及各种运动时产生的冲击[5]。
这是后支架的零件图，采用两跟钢管的T字型连接，结构简单稳定，前后两个支架水平放在地上，绝对牢固。
并且钢管的两端还加装了塑料护套，增加美观的同时，还增加了与地面之间的摩擦，使整个脚踏式发电装置更加的安全可靠。
前后2个支架直接与大梁相连接，具体的连接位置参考总的装配图，如图6所示发电装置支架的三维立体图。
考虑到车稳定性和震动性等方面设计了具体的尺寸：底面的钢管长度为500mm，直径为30mm；塑料套管的长度为50mm，直径为40mm另一根钢管的的长度为300，直径为30mm。
图6发电装置支架的三维立体图3.2.5 脚踏式发电装置脚踏板的设计关于脚踏式发电装置脚踏板的设计也是参考自行车的脚踏板设计就可以，不需要作什么大的改动。
但设计时需要注意左右踏板的区别。
也是参考自行车手册进行尺寸的设计。
脚踏板的长为95mm，宽为70mm；凹槽深度为3mm，长为70mm，宽为50mm；臂长170mm；后面配合孔直径为25mm。
当自行车脚踏板转到什么位置时,用力蹬下的效果最好?根据调查水平方向并准备向下运动的时候。
因为这个时候用力下蹬，作用力沿切线方向的，这样子用力蹬下的效果是最好的。
踏板通过轴与臂相连接。
臂通过孔与孔上面的键槽与皮带轮连接。
如图7是脚踏板的三维立体图图7脚踏板的三维立体图3.2.6脚踏式发电装置传送轮以及V带的设计及其计算图8发电装置的三维立体图由于自行车的都是采用齿轮传动，虽说比较可靠，但容易震动，运动时阻力也比较大，所以对此部分进行改进，选用传动平稳的V带传动，结构也简单紧凑了许多。
脚踏式发电装置外观的主要设计部分就是发电机与踏板连接，以及V 带的设计及其计算[7]。
皮带轮的尺寸则是根据脚踏板臂的孔和V带的规格及车梁上的孔进行配合设计的，具体尺寸如下：皮带轮槽底面宽5.75mm；顶面宽7.78mm;槽深5mm；轮厚10mm；左半部分直径为40mm的配合体的长度为90mm；直径为20mm的配合体的长度为15mm；右半部分直径为40mm的配合体的长度为10mm；直径为20mm的配合体的长度为15mm；如图9是皮带轮的三维立体图图8图9皮带轮的三维立体图V带的设计及其计算由于带传动是利用具有挠性的传动带作为中间物，并通擦力来传动，且V 带传动能缓和载荷冲击，运动平稳无噪构简单，成本低，制造和安装容易，能实图10皮带的三维立体图现过载保护，所以应用很广泛。