健身房动感单车发电系统 |
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| 申请号 | CN201710632143.8 | 申请日 | 2017-07-28 | 公开(公告)号 | CN107257157A | 公开(公告)日 | 2017-10-17 |
| 申请人 | 上海应用技术大学; | 发明人 | 宗剑; 丰飞; 卢聪聪; 闫娜云; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种健身房动感单车发电系统，包括动感单车、传动装置、永磁发 电机 、整流滤波 电路 、直流稳压斩波电路、第一PWM 控制器 、第二PWM控制器、检测 电压 模 块 、 蓄 电池 和逆变电路。动感单车通过传动装置带动永磁发电机发电，产生的三相交流电经过整流滤波电路后 输出电压 脉动的直流电，电压脉动的直流电经过直流稳压斩波电路输出幅值稳定的直流电压，幅值稳定的直流电压经过逆变电路后输出电压、 频率 稳定的交流电，而第一PWM控制器用于控制直流稳压斩波电路的输出，第二PWM控制器用于控制逆变电路的输出,检测电压模块用于检测直流稳压斩波电路的输出并据此来控制 蓄电池 的充放电。本发明结构合理，实用性强，具有广泛的应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种健身房动感单车发电系统，其特征在于，包括动感单车、传动装置、永磁发电机、整流滤波电路、直流稳压斩波电路、第一PWM控制器、第二PWM控制器、检测电压模块、蓄电池和逆变电路；所述动感单车通过所述传动装置带动所述永磁发电机的转子转动，所述永磁发电机的定子输出电压、频率脉动的三相交流电给所述整流滤波电路，经所述整流滤波电路后变为电压脉动的直流电；所述蓄电池为所述第一PWM控制器供电，所述第一PWM控制器用以控制所述直流稳压电路的开关器件的占空比，使电压脉动的直流电经过所述直流稳压斩波电路后输出幅值稳定的直流电压；所述蓄电池为所述第二PWM控制器供电，所述第二PWM控制器用以控制所述逆变电路的开关器件的占空比，使幅值稳定的直流电压经过所述逆变电路后输出电压、频率稳定的交流电； |
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| 说明书全文 | 健身房动感单车发电系统技术领域[0001] 本发明涉及节能产品，尤其涉及一种健身房动感单车发电系统。 背景技术[0002] 在新能源日新月异的今天，节能产品层出不穷，而健身房发电产品无疑是具有规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。普通民众也可以广泛参与，通过锻炼身体和发电进行巧妙结合，从而获得“绿色能源”。在举国上下为构建节约型社会而不懈奋斗的今天，健身房发电以降低运营成本为根本保障，开发新能源为最终目标，具有广阔的市场空间和深远的推广意义。 发明内容[0003] 为了将锻炼身体与发电结合起来，使能源获得有效利用，本发明提出一种健身房动感单车发电系统。 [0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是： [0005] 一种健身房动感单车发电系统，包括动感单车、传动装置、永磁发电机、整流滤波电路、直流稳压斩波电路、第一PWM控制器、第二PWM控制器、检测电压模块、蓄电池和逆变电路；所述动感单车通过所述传动装置带动所述永磁发电机的转子转动，所述永磁发电机的定子输出电压、频率脉动的三相交流电给所述整流滤波电路，经所述整流滤波电路后变为电压脉动的直流电；所述蓄电池为所述第一PWM控制器供电，所述第一PWM控制器用以控制所述直流稳压电路的开关器件的占空比，使电压脉动的直流电经过所述直流稳压斩波电路后输出幅值稳定的直流电压；所述蓄电池为所述第二PWM控制器供电，所述第二PWM控制器用以控制所述逆变电路的开关器件的占空比，使幅值稳定的直流电压经过所述逆变电路后输出电压、频率稳定的交流电； [0006] 所述直流稳压斩波电路输出的直流电压用于向第一外围用电设备供电，所述逆变电路输出的交流电用于向第二外围用电设备供电； [0007] 所述直流稳压斩波电路通过所述电压检测模块与所述蓄电池电连接，当所述电压检测模块检测到所述直流稳压斩波电路输出的直流电压正常时，所述直流稳压斩波电路向所述蓄电池充电；当所述电压检测模块检测到所述直流稳压斩波电路输出的直流电压不正常时，所述蓄电池向所述第一外围用电设备供电以及通过第二PWM控制器和逆变器向第二外围设备供电。 [0008] 较佳的，所述传动装置为皮带传动的塔轮结构，所述塔轮结构用以提高转速来带动所述永磁发电机的转子转动。 [0009] 较佳的，所述整流滤波电路采用单相桥式整流滤波电路。 [0010] 较佳的，所述直流稳压斩波电路包括第一电感、开关管、二极管和第二电容，所述整流滤波电路向所述直流稳压斩波电路提供第一直流电压源，所述第一电感的一端连接所述第一直流电压源的正极，另一端分别连接所述二极管的阳极和所述开关管的集电极，所述开关管的发射极连接所述第一直流电压源的负极，所述第一PWM控制器与所述开关管的基极连接，用以控制所述开关管的导通和截止；所述二极管的阴极分别连接所述第二电容的一端和所述第一外围用电设备的一端，所述第二电容的另一端和所述第一外围用电设备的另一端均连接直流电压源的负极。 [0011] 较佳的，所述逆变电路包括第三电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第二电感，所述直流稳压斩波电路向所述逆变电路提供第二直流电压源，所述第三电容的一端、第一开关管的集电极、第三开关管的集电极分别连接所述第二直流电压源的正极，所述第一开关管的发射极分别连接所述第二开关管的集电极，所述第二外围用电设备的一端，所述第二外围用电设备的另一端连接所述第二电感的一端，所述第二电感的另一端分别连接所述第三开关管的发射极和所述第四开关管的集电极，所述第三电容的另一端、第二开关管的发射极和第四开关管的发射极分别连接所述第二直流电压源的负极，所述第二PWM控制器分别与所述第一开关管的基极、第二开关管的基极、第三开关管的基极和第四开关管的基极连接，用以控制所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的导通和截止。 [0012] 较佳的，所述逆变电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管分别反向并联在所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的集电极和发射极之间。 [0013] 与现有技术相比，本发明的技术方案带来的有益技术效果是： [0015] 本发明的永磁发电机采用自启动式稳压器无需外加励磁电源，在传动装置的驱动下即可发电，特别适合在潮湿或灰尘多的恶劣环境下工作； [0016] 本发明的蓄电池用于储存多余的发电量，同时，当动感单车转动的时候，蓄电池为PWM控制器提供电能，PWM控制器控制直流稳压斩波电路输出幅值稳定的直流电压以及控制逆变电路输出电压、频率稳定的交流电，从而为第一外围设备提供直流电和为第二外围设备提供交流电；当动感单车停止转动的时候，蓄电池可以直接为第一外围设备提供直流电以及通过PWM控制器和逆变电路为第二外围设备提供交流电； [0018] 图1为本发明的健身动感单车发电系统的结构示意图； [0019] 图2为本发明的传动装置的结构示意图； [0020] 图3为本发明的整流滤波电路的原理图； [0021] 图4为本发明的直流稳压斩波电路的原理图； [0022] 图5为本发明的逆变电路的原理图。 具体实施方式[0023] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。 [0024] 如图1所示，由于永磁发电机提供的电源并不是理想的正弦波，电压波动、频率波动、波形畸变和瞬时停电等情况都可能使敏感设备停止运行，甚至损坏设备中的元器件，因此本发明提供了一种健身房动感单车发电系统。本发电系统中，动感单车通过传动装置带动永磁发电机的转子转动，永磁发电机的定子输出电压、频率脉动的三相交流电给整流滤波电路，经整流滤波电路后变为电压脉动的直流电；所述蓄电池为第一PWM控制器供电，第一PWM控制器用以控制直流稳压电路的开关器件的占空比，使电压脉动的直流电经过直流稳压斩波电路后输出幅值稳定的直流电压；所述蓄电池为第二PWM控制器供电，第二PWM控制器用以控制逆变电路的开关器件的占空比，使幅值稳定的直流电压经过逆变电路后输出电压、频率稳定的交流电； [0025] 直流稳压斩波电路输出的直流电压用于向第一外围用电设备供电，逆变电路输出的交流电用于向第二外围用电设备供电； [0026] 直流稳压斩波电路通过电压检测模块与蓄电池电连接，当电压检测模块检测到直流稳压斩波电路输出的直流电压正常时，直流稳压斩波电路向蓄电池充电；当电压检测模块检测到直流稳压斩波电路输出的直流电压不正常时，蓄电池向第一外围用电设备以及通过第二PWM控制器和逆变器向第二外围用电设备供电。该设计中，电压检测模块用于控制蓄电池的充放电，起到保护蓄电池的作用。 [0027] 如图2所示，传动装置采用塔轮结构来实现转速可调功能。塔轮结构通过皮带传动，而皮带具有噪声小、效率高、弹性好、弹性好、传动平稳等优点。该设计可以根据普通成年人骑车的转速和发电机的转速来确定塔轮结构的传动比范围，根据动感单车后轮的轮胎宽度和发电机的转子的宽度来确定皮带轮的直径。 [0028] 如图3所示，整流滤波电路采用单相桥式整流滤波电路，用于将永磁发电机提供的三相交流电变成电压脉动的直流电。单相桥式整流滤波器包括变压器Tr、整流电桥、第一电容C1和第一电阻R1，第一电阻R1是直流供电的负载电阻，四个整流二极管D1-D4接成电桥的形式，第一电容C1起到平波的作用。当变压器次级线圈的电压ν2的正半周(设a端为正，b端为负时是正半周)经过整流电桥时，第一整流二极管D1和第三整流二极管D3导通，电压ν2通过第一整流二极管D1和第三整流二极管D3向第一电容C1充电；负半周经过整流电桥时，第二整流二极管D2和第四整流二极管D4导通，第一电容C1又经第一电阻R1放电。第一电容C1如此周而复始地进行充放电，从而在第一电阻R1上得到一个近似锯齿波的电压。该负载电压的波动大为减小，从而能够向直流稳压斩波电路提供电压脉动的直流电。 [0029] 如图4所示，直流稳压斩波电路中，整流滤波电路向直流稳压斩波电路提供第一直流电压源E，第一电感L1的一端连接第一直流电压源E的正极，另一端分别连接二极管VD的阳极和开关管V的集电极，开关管V的发射极连接第一直流电压源E的负极，第一PWM控制器与开关管V的基极连接，用以控制开关管V的导通和截止；二极管VD的阴极分别连接第二电容C2的一端和第二电阻R2的一端，第二电容C2的另一端和第二电阻R2的另一端均连接第一直流电压源E的负极。 [0030] 当开关管V导通时，第一直流电压源E向第一电感L1充电，充电电流i1基本恒定，同时第二电容C2向第二电阻R2放电，第二电容C2的电容量足够大的情况下，输出电压ν0保持恒定，此时第一电感L1存储电能；当开关管V截止时，第一直流电压源E和第一电感L1共同向第二电容C2充电，并向第二电阻R2提供电能。 [0031] PWM控制器用以控制开关管V的导通和截止，也就是控制开关管V的升压比(T/toff)。根据直流稳压斩波电路输出电压ν0＝(T/toff)E，当T/toff＞1时，输出电压高于输入电压。 [0032] 在一个工作周期中，第一电感L1存储的电能与释放的电能是相等的。 [0033] 第二电阻R2相当于第一外围用电设备，可以看作是用于动感单车的音乐播放、LED闪光或者为手机等电子设备充电。 [0034] 如图5所示，两个半桥电路构成一个全桥逆变电路，电路有四个桥臂，两两一组，每个桥臂由一个可控器件和一个反向并联二极管组成。输入端有较大的电容，负载联结在四个桥臂之间。将永磁发电机经整流的直流电压或蓄电池的电压转换成正弦脉宽调制的220V交流电，供第二外围用电设备使用，第二外围用电设备包括照明设备、淋浴设备等。 [0035] 具体地，直流稳压斩波电路向逆变电路提供第二直流电压源Ud，第三电容C3的一端、第一开关管V1的集电极、第三开关管V3的集电极分别连接第二直流电压源Ud的正极，第一开关管V1的发射极分别连接第二开关管V2的集电极，第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端分别连接第三开关管V3的发射极和第四开关管V4的集电极，第三电容C3的另一端、第二开关管V2的发射极和第四开关管V4的发射极分别连接第二直流电压源Ud的负极，第二PWM控制器分别与第一开关管V1的基极、第二开关管V2的基极、第三开关管V3的基极和第四开关管V4的基极连接，用以控制第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3和第四开关管V4的导通和截止；第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3和第四二极管VD4分别反向并联在第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3和第四开关管V4的集电极和发射极之间。其中第三电阻R3相当于第二外围用电设备。 [0036] 第二PWM控制器对第一开关管V1、第二开关管V2、第三开关管V3和第四开关管V4的导通和截止进行控制，从而保证输出的电压是一个交流电压。 [0037] 当t1时刻时，第三开关管V3和第四开关管V4的基极信号反向，此时第四开关管V4截止，因第二电感L2中的电流i0不能突变，第三开关管V3不能立刻导通，第三二极管VD3导通续流，因为第一开关管V1和第三二极管VD3同时导通，所以输出电压为零； [0038] 到t2时刻时，第一开关管V1和第二开关管V2的基极信号反向，第一开关管V1截止，而第二开关管V2不能立刻导通，第二二极管VD2导通续流，和第三二极管VD3构成电流通道，输出电压u0等于Ud；到第三电阻R3的电流反向时，第二二极管VD2和第三二极管VD3截止，第二开关管V2和第三开关管V3导通，输出电压仍为Ud； [0039] 到t3时刻时，第三开关管V3和第四开关V4的基极信号反向，第三开关管V3截止，第四开关管V4不能立刻导通，第四二极管VD4导通续流，输出电压u0再次为0。 [0040] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 |
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