用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器的制造方法
【專利摘要】用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器，涉及能源回收和空氣凈化領域。解決了現有健身器無法進行能量回收和對空氣進行凈化的問題。它包括健身車，還包括發電裝置和空氣凈化裝置；發電裝置包括從動輪和發電機；空氣凈化裝置包括穩壓器、DC?DC變換器、風機、負離子發生器、二極管D1、二極管D2和保護電阻R；健身者蹬腳踏板進行健身時，主動輪帶動從動齒輪轉動，從動齒輪增速后帶動同軸發電機輸入軸轉動，進而將人健身時消耗的能量轉化成電能。發電機產生的不穩定的電能通過整流與濾波電路趨于穩定，并為風機和負離子發生器供電。它主要用于健身。
【專利說明】
用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器
技術領域
[0001 ]本發明涉及能源回收和空氣凈化領域。
【背景技術】
[0002] 在國人身體素質日益下降的今天，健身鍛煉顯得尤為重要。傳統健身裝置未能將 人體鍛煉時燃燒的生物質能加以轉化利用，且人在健身時，呼吸量增大，使人較平時吸入更 多的有害氣體，因而對人體造成更大的傷害。
[0003] 而具有一種可以將健身能量進行回收、并利用這部分能量凈化周圍空氣的綠色健 身器，可以讓人在健身的同時，呼吸到新鮮的空氣。
[0004] 因此，亟需一種將能源回收與空氣凈化相結合的健身器，實現真正的快樂健身、綠 色健身和健康健身。

【發明內容】

[0005] 本發明是為了解決現有健身器無法進行能量回收和對空氣進行凈化的問題，本發 明提供了一種用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器。
[0006] 用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器，它包括健身車，還包括發電裝置和空 氣凈化裝置；
[0007] 發電裝置包括從動輪和發電機；
[0008] 空氣凈化裝置包括穩壓器、DC-DC變換器、風機、負離子發生器、二極管D1、二極管 D2和保護電阻R;
[0009] 所述的健身車的主動輪通過同步帶帶動從動齒輪轉動，從動齒輪的輸出軸帶動發 電機的轉動輸入軸轉動，
[00?0]發電機電信號輸出端同時與二極管D1的陽極和穩壓器的電信號輸入端連接，二極 管D1的陰極與DC-DC變換器的正極輸入端連接，DC-DC變換器的正極輸出端與二極管D2的陽 極連接，二極管D2的陰極與保護電阻R的一端連接，保護電阻R的另一端同時與風機的電源 正極輸入端和負離子發生器的電源正極輸入端連接，
[0011]穩壓器的電信號輸出端與DC-DC變換器的負極輸入端連接，DC-DC變換器的負極輸 出端同時與風機的電源負極輸入端和負離子發生器的電源負極輸入端連接，
[0012] 負離子發生器的負離子釋放端的朝向與風機的風向相反。
[0013] 所述的濾網為HEPA濾網。
[0014]所述的同步帶的齒形為圓弧齒。
[0015]原理分析:健身者蹬腳踏板進行健身時，主動輪帶動從動齒輪轉動，從動齒輪增速 后帶動同軸發電機輸入軸轉動，進而將人健身時消耗的能量轉化成電能。發電機產生的不 穩定的電能通過整流與濾波電路趨于穩定，并為小型風機和負離子發生器供電。負離子發 生器不斷產生負離子，經負離子凈化后的空氣在風機的作用下通過HEPA濾網釋放到周圍環 境中，使人在健身的同時呼吸到新鮮的空氣。
[0016] 本發明帶來的有益效果是，本發明主要由健身發電裝置和空氣凈化裝置兩大部分 組成。一方面，通過健身車腳踏板帶動發電機從而產生電能。另一方面，發電裝置產生的電 能為空氣凈化裝置供能。
[0017] 1、本發明提出將健身能量回收進行空氣凈化。在人健身的同時，對其周圍空氣進 行凈化，使人在健身的同時呼吸到新鮮的空氣。
[0018] 2.將健身車通過機械能將其巧妙轉化為電能。完成能量的多級利用。
[0019] 3.空氣凈化裝置中HEPA濾網與負離子凈化技術相結合，可實現空氣深度凈化，且 凈化過程中不會產生二次污染。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明所述的用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器的原理示意圖；附 圖標記1-2表不健身車腳踏板輸出軸；
[0021] 圖2為空氣凈化裝置的內部結構示意圖；
[0022] 圖3表示PM10濃度變化曲線圖，附圖標記4表示煙霧自然沉降曲線，附圖標記5表示 負離子凈化煙霧曲線；
[0023] 圖4表示PM2.5濃度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0024]【具體實施方式】一：參見圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的用于回收健 身能量進行空氣凈化的健身器，它包括健身車1，還包括發電裝置2和空氣凈化裝置3;
[0025]發電裝置2包括從動輪2-1和發電機2-2;
[0026] 空氣凈化裝置3包括穩壓器3-1、DC-DC變換器3-2、風機3-3、負離子發生器3-4、二 極管D1、二極管D2和保護電阻R;
[0027] 所述的健身車1的主動輪1-1通過同步帶帶動從動齒輪2-1轉動，從動齒輪2-1的輸 出軸帶動發電機2-2的轉動輸入軸轉動，
[0028] 發電機2-2電信號輸出端同時與二極管D1的陽極和穩壓器3-1的電信號輸入端連 接，二極管D1的陰極與DC-DC變換器3-2的正極輸入端連接，DC-DC變換器3-2的正極輸出端 與二極管D2的陽極連接，二極管D2的陰極與保護電阻R的一端連接，保護電阻R的另一端同 時與風機3-3的電源正極輸入端和負離子發生器3-4的電源正極輸入端連接，
[0029] 穩壓器3-1的電信號輸出端與DC-DC變換器3-2的負極輸入端連接，DC-DC變換器3-2的負極輸出端同時與風機3-3的電源負極輸入端和負離子發生器3-4的電源負極輸入端連 接，
[0030] 負離子發生器3-4的負離子釋放端的朝向與風機3-3的風向相反。
[0031] 本實施方式，健身者蹬腳踏板進行健身時，健身車1的主動輪1-1通過同步帶帶動 從動齒輪2-1轉動，從動齒輪2-1增速后帶動同軸發電機輸入軸轉動，進而將人健身時消耗 的能量轉化成電能。發電機產生的不穩定的電能通過整流與濾波電路趨于穩定，并為風機 和負離子發生器供電。
[0032] 風機用于將空氣吹送至負離子發生器3-4的負離子釋放出口，對其流經的空氣進 行凈化，增加凈化空氣的速度。
[0033] 本發明中的風機為小型風機。
[0034] 負離子發生器的碳刷頭為負離子釋放端，碳刷頭指向與風扇風向相反，凈化器工 作時碳刷頭處會產生一定強度的離子風，利用離子風加速負離子與空氣的混合，提高降塵 效率。
[0035]負離子發生器工作原理來源于電暈放電。
[0036]電暈放電是氣體自持放電的一種形式，它不需要外加電離源來引發和維持放電。 為了使發生器能正常工作，必須在電極間加以一定的電壓，使之形成電暈放電。當空氣和其 它特定環境中存在能發射負離子條件的地方就會使大氣中（〇2、犯、0) 2、502、!120)中的電子€ 釋放出來，它與C〇2、H2〇反應如下，從而產生負尚子。
[0037 ] Η2Ο+Θ ->02(1120)111
[0038] C〇2+e--C〇4(H2〇)m
[0039] C〇4+ ( H20 ) 2+H24〇2 ( H20 )m+C〇2
[0040] 常見負離子發生器分為單電極放電型負離子發生器與雙電極放電型負離子發生 器兩種。相比于雙電極放電型負離子發生器，單電極放電型負離子發生器功率約為0.5W，僅 為雙電型負離子發生器的0.1倍，且單電極負離子發生器產生的負離子濃度更高。因此本組 項目選用的負離子發生模塊采用單電極放電原理。
【具體實施方式】 [0041] 二:本實施方式與一所述的用于回收健身能量進行空 氣凈化的健身器的區別在于，所述的它還包括濾網，濾網設置在負離子發生器3-4的負離子 釋放端，用于對空氣進行過濾。
[0042] 本實施方式，負離子發生器3-4位于風機的下方，在風機的作用下，負離子發生器 3-4產生的負離子形成了一股穩定的離子風，經濾網涌入到空氣中，使空氣清新。
[0043]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】二所述的用于回收健身能量進行空 氣凈化的健身器的區別在于，所述的濾網為HEPA濾網。
[0044] 本實施方式，負離子發生器3-4不斷產生負離子，經負離子凈化后的空氣在風機的 作用下通過HEPA濾網釋放到周圍環境中，使人在健身的同時呼吸到新鮮的空氣。
[0045] HEPA(High efficiency particulate air Filter)，中文意思為高效空氣過濾 器，即達到HEPA標準的過濾網。HEPA網的特點是空氣可以通過，但細小的微粒卻無法通過。 它對直徑為0.3微米(頭發直徑的1/200)以上的微粒去除效率可達到99.97%以上，是煙霧、 灰塵以及細菌等污染物最有效的過濾媒介。
[0046] HEPA分PP濾紙、玻璃纖維、復合PP/PET濾紙、熔噴滌綸無紡布和熔噴玻璃纖維五種 材質。其特點為風阻小，容塵量大，過濾精度高，易加工，適合不同的機型使用。
【具體實施方式】 [0047] 四：本實施方式與一所述的用于回收健身能量進行空 氣凈化的健身器的區別在于，所述的同步帶的齒形為圓弧齒。
[0048] 本實施方式，同步帶齒形主要分為梯形齒和圓弧齒，影響同步帶傳動精度的主要 因素是同步帶多邊形的邊長。由于梯形齒同步帶傳動中齒頂不與帶輪槽接觸，帶齒構成直 邊產生多邊形效應，而圓弧齒同步帶齒頂與齒槽接觸，部分減少圓弧齒步帶帶齒形成的多 邊形邊長，大大降低了多邊形效應，使圓弧齒同步帶傳動精度、傳動噪聲、沖擊振動小于梯 形齒同步帶。
[0049] (1)健身車發電效率性能評估：
[0050] 本組成員利用萬用電表以及速度傳感器分別計算與測量出發電機的發電功率與 發電機轉速，數據如下表。在人正常健身的時候，發電機的平均轉速約為180r/min，發電功 率可達到27.82W。由瓦特表可知負離子模塊正常工作時的功率為2.4W;風扇額定電壓為 12V，工作電流0.6A，由電功率計算公式P = UI可知，風扇正常工作時的電功率約為7.2W;電 路損耗約為0.7W，綜上，電路總功率約為9.3W。剩余電能可儲存在電池中以備使用。在測量 下列數據時，以健身車腳踏板的轉速為自變量，其他參數為因變量進行測量。
[0051] 人體功率可根據計算公式:Pi = FXv;
[0052] 發電機轉速通過健身車傳動比可計算求得；
[0053] 發電機電壓山和電源干路電流I可通過萬用電表測得；
[0054] 發電機功率P2 = U1XI;
[0055] 凈化裝置功率P3由風扇和負離子發生器兩端電壓U2,和電流I乘積得到；
[0056]表1發電機性能檢測數據記錄表
[0057]
[0058] 凈化裝置的健身能量利用總效率為η=Ρ3Μχ 100%。
[0059] 由上表1可以看出，當健身車轉速達到56r/min時，裝置能量的利用效率的達到了 18.84%。實際人體健身時的輸出功率更高，能達到更好的效果。此數據表明，健身發電與空 氣凈化的結合是完全可行的。
[0060] (2)煙霧凈化實驗
[0061 ]本組成員首先進行了煙霧的凈化實驗。在0.5立方米的密封透明罩內，點燃1片發 煙片（空氣凈化器專用），讓發煙片燃燒一段時間后，此時濃煙已經充滿整個透明罩，肉眼已 經看不到擺放在透明罩內的負離子發生器。接下來，健身開始，負離子發生器亦隨之工作， 開始4分鐘的極限凈化，并且全程記錄透明罩內的煙霧由濃變淡的過程，每隔18-28秒隨機 拍攝煙霧?/L降情況。
[0062]由于負離子與煙霧顆粒會產生凝聚效應，凝聚后的顆粒絕大多數附著在玻璃壁的 表面，影響人對負離子技術沉降煙霧的結果的判斷，故本組成員利用了空氣質量檢測儀測 定了負離子降解實驗中PM2.5、PM1.0的含量變化。
[0063] 從圖3和圖4中不難看出在負離子發生器開始工作后，PM2.5與PM10的濃度迅速下 降，3分鐘后幾乎和初始時濃度相同。因此以健身能量為能量來源的負離子凈化技術基本可 為室內健身提供一個清新的環境。
【主權項】
1. 用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器，它包括健身車（I)，其特征在于，還包括 發電裝置(2)和空氣凈化裝置(3); 發電裝置(2)包括從動輪(2-1)和發電機(2-2); 空氣凈化裝置(3)包括穩壓器(3-l)、DC-DC變換器(3-2)、風機(3-3)、負離子發生器(3-4)、二極管Dl、二極管D2和保護電阻R; 所述的健身車（1)的主動輪(1-1)通過同步帶帶動從動齒輪(2-1)轉動，從動齒輪(2-1) 的輸出軸帶動發電機(2-2)的轉動輸入軸轉動， 發電機(2-2)電信號輸出端同時與二極管D1的陽極和穩壓器(3-1)的電信號輸入端連 接，二極管Dl的陰極與DC-DC變換器(3-2)的正極輸入端連接，DC-DC變換器(3-2)的正極輸 出端與二極管D2的陽極連接，二極管D2的陰極與保護電阻R的一端連接，保護電阻R的另一 端同時與風機(3-3)的電源正極輸入端和負離子發生器(3-4)的電源正極輸入端連接， 穩壓器（3-1)的電信號輸出端與DC-DC變換器（3-2)的負極輸入端連接，DC-DC變換器 (3-2)的負極輸出端同時與風機(3-3)的電源負極輸入端和負離子發生器(3-4)的電源負極 輸入端連接， 負離子發生器(3-4)的負離子釋放端的朝向與風機(3-3)的風向相反。2. 根據權利要求1所述的用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器，其特征在于，所述 的它還包括濾網，濾網設置在負離子發生器(3-4)的負離子釋放端，用于對空氣進行過濾。3. 根據權利要求2所述的用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器，其特征在于，所述 的濾網為HEPA濾網。4. 根據權利要求1所述的用于回收健身能量進行空氣凈化的健身器，其特征在于，所述 的同步帶的齒形為圓弧齒。
【文檔編號】F24F3/16GK105952593SQ201610356423
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】于楨, 張 浩, 羅昭君, 張念
【申請人】哈爾濱工業大學