一种智能摆腿器

本发明属于运动器材与新能源，具体涉及一种智能摆腿器，具有自供电传感监测及语音播报功能落。

背景技术：

1、全民健身公共服务体系更加完善，人民群众体育健身更加便利，健身热情进一步提高，各运动项目参与人数持续提升，经常参加体育锻炼人数比例达到38.5%，实现县/市/区、乡镇/街道、行政村/社区三级公共健身设施和社区15分钟健身圈全覆盖。为实现这一目标，必须开发种类繁多、功能各异的新型健身器材。

2、摆腿器具有结构简单、使用便利、老少皆宜等特点，已成为目前社区健身活动不开或缺的运动器械。但现有摆腿器功能单一，不能实现运动强度、速度及时间等的监测或调整，未能充分调动民众健身的积极性。因此，急需开发出智能型摆腿器，将休闲娱乐与强身健体相结合，实现摆腿幅度、频率、时间及次数等的自动采集与播报等功能。

技术实现思路

1、本发明提出的一种智能摆腿器，包括支架、半轴、摆臂、踏板、扶手、发电机和测报单元；摆臂上端经半轴安装在支架上，摆臂下端安装有踏板，摆臂可绕半轴转动，踏板上装有发电机和测报单元，发电机和测报单元装在踏板的托架上。

2、测报单元包括传感器、计数器、计时器及播报系统等，传感器为速度加速度传感器和角度传感器；发电机包括护罩、上架、下架、导向器、线圈、动磁体和电路板，电路板上设有能量收集和管理单元及信息处理与发射单元。

3、护罩的罩底壁和罩筒壁围成端口朝上的罩腔，罩底壁的外缘上设有罩法兰；上架的上架顶壁和上架筒壁围成端口朝下的上架腔，上架筒壁外侧顶端设有上架法兰，上架法兰为上架顶壁的外侧延展；下架的下架顶壁和下架筒壁围成端口朝下的下架腔，下架腔为长方形结构，下架筒壁外侧顶端设有下架法兰，下架法兰为下架顶壁的外侧延展，下架法兰上设有导线孔。

4、护罩安装在踏板上，罩法兰经螺钉安装在踏板上；上架和下架自身而下依次安装在罩腔内，上架法兰经螺钉安装在罩筒壁的端部，上架筒壁将下架压接在罩腔内，上架筒壁的端部顶靠在下架法兰上，下架筒壁的端部顶靠在罩底壁上；电路板经螺钉安装在上架腔内；线圈套装下架筒壁的外侧，线圈的轴线与下架顶壁垂直，线圈为长方形结构且其长度方向为护罩和下架腔的前后方向，动磁体安装在下架腔内，动磁体可沿下架腔前后滚动，罩底壁将线圈顶靠在下架法兰上、将动磁体封在下架腔内，动磁体位于线圈内部，线圈与动磁体构成换能器，动磁体为球体或径向充磁的圆柱体，动磁体为圆柱体时其轴线与线圈的轴线垂直；

5、罩筒壁前后两侧分别安装有导向器，导向器为永磁体，两个导向器对称配置在护罩的前后两侧，两个导向器的同性磁极相对安装；动磁体靠近某一个导向器时其异性磁极相互靠近并相互吸引，动磁体在两个导向器之间往复运动时其磁极翻转。

6、动磁体只能沿线圈的长度方向滚动、不能沿线圈的宽度方向运动，动磁体在下架腔内沿线圈长度方向滚动时其磁极方向至少变化一次，下架腔长度l与动磁体的半径r的关系为l≥（2π+1）r/2；动磁体的几何中心不高于导向器的几何中心，动磁体位于线圈长度方向的中间位置且其磁极方向位于铅锤面内时，动磁体与两个导向器间的作用力相等、或动磁体与两个导向器间均无耦合力；动磁体位于下架腔的一端时，动磁体与其相邻导向器之间的吸引力最大，所述最大吸引力小于摆腿过程中产生的使动磁体沿下架腔向另一端滚动的惯性驱动力，所述惯性驱动力为由重力加速度和运动加速共同形成的惯性力，驱动力的大小为f=m(gsinq+s)，其中m、g、s分别为动磁体的质量、重力加速度和摆腿运动加速度，q为踏板的倾角。

7、本发明中，踏板、护罩、上架和下架均由非铁磁性材料制成，所述非铁磁性材料包括不锈钢、铝合金等金属或塑料。

8、利用摆腿器锻炼时，踏板带动发电机交替地前后运动，从而使动磁体在下架腔内交替地前后滚动且磁极翻转，穿过线圈的磁场强度交替地变化，线圈切割磁力线并发电，所生成的电能经导线输送到电路板，电能经转换处理后供给信息处理与发射单元，信息发射单元再将运动信息发射出去。

9、结合图7~图10，本发明中发电机中磁极翻转与发电过程如下。

10、向后摆腿结束、向前摆腿之初，动磁体靠近前方的导向器，动磁体的n极向前、即n极指向前方的导向器，动磁体与前方的导向器相互吸引、与后方的导向器之间无相互作用力；随着摆腿加速度向前运动，动磁体向后运动的惯性驱动力增加，动磁体向后滚动，动磁体与前方的导向器间的作用力逐渐减小；动磁体向后滚动通过线圈长度方向上的中点后，动磁体与前方的导向器无相互作用力、与后方的导向器间的相互吸引力逐渐增加，或动磁体与前方的导向器的吸引力小于与后方的导向器间吸引力；动磁体运动结束、顶靠在下架筒壁上时，动磁体与后方的导向器间的吸引力最大，动磁体的n极向后、n极指向后方的导向器；上述向前摆腿过程中，动磁体的n极由指向前方的导向器转向指向后方的导向器，动磁体磁极翻转，穿过线圈的磁场强度及磁力线方向发生变化，线圈切割磁力线发电。

11、向前摆腿结束、向后摆腿之初，动磁体靠近后方的导向器，动磁体与后方的导向器相互吸引、与前方的导向器之间无相关作用力，动磁体的n极指向后方的导向器；随着摆腿加速度的增加，动磁体向前运动的惯性驱动力增加，动磁体向前滚动，动磁体与后方的导向器间的作用力逐渐减小；动磁体向前滚动通过线圈长度方向上的中点后，动磁体与后方的导向器无相互作用力、与前方的导向器间的相互吸引力逐渐增加，或动磁体与后方的导向器间的作用力小于与前方的导向器间的相互作用力；动磁体运动结束、顶靠在下架筒壁上时，动磁体与前方的导向器间的吸引力最大，动磁体的n极指向前方的导向器，上述向前摆腿过程中，动磁体的n极由指向后方的导向器转向指向前方的导向器，动磁体磁极翻转，穿过线圈的磁场强度及磁力线方向发生变化，线圈切割磁力线发电。

12、连续摆腿时，上述两个磁极翻转过程交替进行，发电机持续发电。

13、现有电磁发电依靠位于线圈体外的磁体运动引起的磁场强度变化发电；与之不同，本发明中，利用线圈内部动磁体的磁极翻转改变磁场强度及磁力线方向，从而使线圈切割磁力线发电，导向器的功能是确保动磁体在线圈内部翻转磁极，磁极翻转引起的线圈内磁场变化梯度大、变化速度快，输出电压高、电量大。

14、优势与特色：具有摆腿幅度、频率及运动时间的测量与语音播报功能，便于健身者实时调整相关运动参数，将娱乐与健身运动有机结合；健身与发电功能相结合，实现测报单元的能量自给与免维护；利用摆腿运动驱动磁铁磁极翻转发电，发电机结构简单且可靠性高，线圈切割磁力线速度高、磁力线梯度变化快，发电量电量大、输出电压高。

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技术特征：

1.一种智能摆腿器，包括支架、半轴、摆臂、踏板、扶手、发电机和测报单元，测报单元包括传感器、计数器、计时器及播报系统，发电机包括护罩、上架、下架、导向器、线圈、动磁体和电路板，踏板、护罩、上架和下架均由非铁磁性材料制成；罩底壁和罩筒壁围成罩腔，上架顶壁和上架筒壁围成上架腔，下架顶壁和下架筒壁围成下架腔，下架腔为长方形结构；护罩装在踏板上，上架将下架压接在罩腔内，电路板装在上架腔内；线圈套装下架筒壁上，线圈的轴线与下架顶壁垂直，线圈为长方形结构且其长度方向为护罩和下架腔的前后方向；其特征在于：动磁体装在下架腔内并可沿下架腔前后滚动，罩底壁将线圈顶靠在下架法兰上、将动磁体封在下架腔内，动磁体位于线圈内，动磁体为球体或径向充磁的圆柱体，动磁体为圆柱体时其轴线与线圈的轴线垂直；罩筒壁前后两侧分别装有磁性导向器，两个导向器对称配置在护罩的前后两侧且同性磁极相对安装，动磁体在两个导向器之间往复运动时其磁极翻转；工作中，踏板带动发电机交替地前后运动，动磁体在下架腔内交替地前后运动且磁极翻转，线圈切割磁力线并发电，电能经转换处理后供给信息处理与发射单元。

技术总结本发明涉及一种智能摆腿器，属运动器材与新能源技术领域。包括支架、半轴、摆臂、踏板、扶手、发电机和测报单元，测报单元包括传感器、计数器、计时器及播报系统，发电机包括护罩、上架、下架、导向器、线圈、动磁体和电路板，护罩装在踏板上，上架将下架压接在罩腔内，线圈套装下架筒壁上；动磁体装在下架腔内并可沿下架腔前后滚动，动磁体位于线圈内，动磁体为球体或径向充磁的圆柱体；罩筒壁前后两侧分别装有磁性导向器，两个导向器对称配置在护罩的前后两侧且同性磁极相对安装；工作中，踏板带动发电机交替地前后运动，动磁体在下架腔内交替地前后运动且磁极翻转，线圈切割磁力线并发电，电能经转换处理后供给信息处理与发射单元。技术研发人员：孟凡许,曹梦琪,康鸾,张家祺,程光明,阚君武,吴鸣,曾平受保护的技术使用者：浙江师范大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17