手摇健身发电装置设计.docx

华 北 电 力 大 学

毕业设计（论文）文献综述

学生姓名：刘东圆 班级：机械1003所在院系：能源动力与机械工程学院 所在专业：机械设

计及自动化

设计（论文）题目：手摇健身发电机的装置设计指导教师：杨晓红

2014年 5 月 2日

前言：

随着生活水平的不断提高及民众自身健身意识的不断增强，各种各样的健身形式也不断的出现在我们的视野中。健身形式主要有户外健身和室内健身两种形式，户外健身易受到室外条件的限制（如雨、雪、大风、扬尘等），室内健身相对来说适应性更强。健身运动原理就是将人体自身的能量以运动的形式消耗掉一部分，从而达到锻炼身体保持体形的目的。本毕业设计内容就是要求完成手摇健身发电装置设计，达到多梯度锻炼，使用者利用该系统进行健身锻炼的同时达到将多余的部分能量转换为电能储存起来进行再利用的目的。通过翻阅文献和参考资料，深入了解手摇发电机和健身发电装置设计要素和造型技术，通过网络上查阅和咨询各种成品，将手摇发电机中加入健身要素，达到手摇健身发电装置设计目的。

主题部分：

经了解市面上手摇发电机采用外转子结构形式，转子由机壳、磁环、和轴组成。磁环采用磁性较强的粘结钕铁硼（NdFeB）材料，注塑成型，工艺简单而

简单便宜。内圆充磁12个极，表面磁场可达0.9T以上。定子铁心为9槽结构，采用熔槽绝缘或绝缘片均可。齿上绕制三相集中绕组，采用人型接法。铁心孔

内压入含有轴承。这种稀土永磁式发电机磁性能优异、发电性能出色、应用范围广泛。典型的永磁交流发电机数据：额定电压7V，额定频率300Hz，输出电流300mA，额定转速3000r/min，外形尺寸 29*106mm。本装置需设计为适合手摇的速度需要增加调速装置，初定为二级增速齿轮。轴齿轮技术参数初定为Z=10,m=0.6，两个增速齿轮为Z=45，m=0.6，增速比为t=20.25，手摇转速为

148r/min=2.5r/s，通过齿轮将手摇的速度降低，适合手部锻炼。

市面上健身发电器材原理是把阻力调节轮换成惯性数码发电机，把锻炼所需要的阻力通过发电的原理代替，让使用者的无形体力消耗转变成清洁可再次利用的电能。装置的阻力分①、手动（人为调节阻力大小）；②自动（转速加功率变化调节阻力大小）；③智能（通过设置运行模式电脑调节阻力大小）；具体分为普通型健身发电器材、力量型健身发电器材及交通型健身发电电动车三大系列。健身装置采用10公斤、20公斤、30公斤、40公斤及50公斤的惯性飞轮，利用使惯性飞轮旋转的阻力提供健身过程中所需的能量消耗，达到锻炼目的。其中10公斤及20公斤的适合健身车、椭圆机、跑步机及踏步机等组

装发电健身器材配套；20公斤到50公斤的适合动感单车、力量型健身器及户外健身器组装健身发电器材。最主要的是惯性飞轮越重，发电量越大。将装置的各种需求综合如下：

1、装置需求功能功能：(1)固定、携带方便，单人使用，单手操作；(2)轻便灵活，体积、重量小型化；

2、装置需求性能指标：(1)额定电压：DC19V+0．5V；(2)额定电流：lA；

(3)电压变化率：≤10％；(4)纹波电压：≤10mV；

(5)手摇转速：(75—85)r／min；(6)全机效率：≥45％；

(7)噪声：67dB；(8)过电流：1．5A；

(9)过电流保护：(1．6—2．1)A；(10)过电压保护：不间断输出；(11)逆向放电：≤lmA；

(12)环境温度：工作温度—40℃～55。C；

(13)贮存温度一55℃～70℃。3、外形尺寸及重量：

外形尺寸：长×宽×高≤145mmx88mmx80mm。(2)重量：≤lkg。

综合上述需求，将健身发电器材的原理同手摇发电机结合起来，我们首先需要解决在健身器材上加装发电机，并调节不同的运动强度对应的发电量和系统强度。运动强度的调节我们可以主动调节阻力大小：例如使用不同的惯性飞

轮、利用测量元件得到不同转速和外部阻力综合调节、或者利用程序控制转速决定不同训练强度。在解决了发电装置后，仍然存在如下几个问题：由于在锻炼过程中，不可能一开始就达到额定电压所需的转速，要保证电压上升到设定值时才开始工作；在使用过程中也有可能由于转速变化导致电压波动过大，为此我们需要电压变化电路防止发电机产生的电压波动过大对后续电路的冲击；在达到设定转速后，如果用户加快转速将导致超出额定电压，为此需要过电流、电压保护；

对于发电装置整体的设计，考虑到产品是运用到室内健身，产品不宜过大。并且所发电源适用的用电器应考虑到室内电器，如手机、室内照明、移动电源、蓄电池。保证产品是多方面使用。

结束语

通过以上对手摇发电机各部件的分析及设计，保障了手摇发电机的可靠性，以及环境适应性，