跑步機的多功能性及其應用

黃麗彤+徐井華+李想+李東陽+呂超

摘要：跑步機現在已經成為一種大眾化的健身工具，其調速范圍大，工作機構類型是帶傳動。帶傳動結構簡單，能緩和載荷沖擊，運行平穩，無噪聲，這都是傳統跑步機給人們帶來的直觀感受。但是，隨著科技的進步，多樣化跑步機橫空出世，跑步機能夠發電的優點拓展了跑步機在各個領域的用途。本文針對跑步機發電闡述跑步機的多功能化及其拓展性應用。

關鍵詞：跑步機；多功能；電能；機械能

一、基本功能

傳統跑步機構建在一條運動的跑道（跑步帶）上，跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反，但速度必須基本保持一致，這樣才能使運動者在原地進行跑步鍛煉，其避免了由于夏天或冬天室外溫度過高或過低，人們不愛運動的這一弊端。

本文所說的新型發電式跑步機，顧名思義，這個跑步機有發電的功能，但是其并沒有摒棄傳統跑步機的基本裝置，而是在原有的基礎上做了更加環保的改進。發電式跑步機能夠將人運動的動能轉化為日常所需的能源，這樣不僅能讓喜愛運動的人鍛煉身體，還符合當下大力提倡的節能環保理念。

二、構造設計

這種發電式跑步機又叫電動節能跑步機，那什么是電動節能跑步機呢？大家都知道市場上普及的跑步機主要有兩類，一類是電動跑步機，一類是機械跑步機。機械跑步機完全取決于運動者，運動者跑步的快慢直接決定了跑步機跑道運轉的快慢，表面上看起來能達到運動的效果，會對人的體能產生很大的消耗，但實際上會對人體造成一定程度上的傷害。而電動跑步機類似于人工智能機器人，接通電源后，運動者可以通過智能調節跑步機的速度，實現不同強度的鍛煉。本文要說的跑步機的多功能化當然不能止于此。

本文研究的電動節能跑步機又叫作發電式跑步機，那人們是如何運動轉化為電力，轉化出來的電力又有何應用之處呢？將跑步機的前滾軸通過加工后安裝上皮帶，皮帶外連入發電機的輸入端。這樣當人們在跑步時，正常情況下前滾軸旋轉帶動后安裝的皮帶，皮帶將會傳動到發電機的輸入端，發電機轉子轉動，開始工作。本文針對發電機正常工作后所產生的電能，主要談兩方面的應用，一是直接通過蓄電池儲存；二是直接連到需要用電力維持的用電器上。

本文之所以選擇蓄電池，是因為蓄電池作為一種能源變換器可以方便地存儲與提供電能，可逆性好、適用范圍廣、原材料豐富且可再生，這使蓄電池具有更加廣闊的發展前景。以小風扇為例，風扇是夏天必不可少的一件家庭電器。將跑步機產生的機械能傳送給發電機，發電機再將所提供的電能傳輸給小風扇，可以使小風扇轉動。這樣不僅不會耗費能源，還給人們的生活帶來了很大便利。

三、工作原理

本文所要闡述的重點是，一般的發電式跑步機的工作原理是當運動者在跑步機上運動時，動力通過皮帶傳動到發電機輸入端，發動機轉子旋轉，定子線圈在旋轉的磁場內運動產生電流，電流的輸出由動力的輸入決定。也就是說，運動者運動的速度越快，產生的電流就越多，儲存起來的電能就越多，帶動的電器的功率就越大。

四、實用價值

總結來看，這種發電式跑步機就是在傳統電動跑步機的基礎之上加上發電機、蓄電池等裝置，能夠讓運動者在運動的同時節約能源，充分發掘能利用人們健身運動所產生的綠色能源。

這種可發電式跑步機通過運動者產生的運動能量帶動發電機轉動，進而產生電能，將機械能轉化為電能。我們可以將該跑步機看作是一個供電裝置，這樣一來可以帶動家庭中的用電器，實現了能源的有效利用。如果這種技術能夠被廣泛應用，那么能源短缺的問題也將會得到解決。

曾有過一種類似的發電式跑步機，通過改變跑步機的滾筒結構使其變為一臺發電式跑步機，并將上肢運動和下肢運動通過手臂搖動裝置有機聯系在一起，實現健康與發電兩大功能。下面筆者通過數據向大家說明，發電式跑步機會實實在在地為人們節約能源。據測試，在這種跑步機上運動5～10分鐘，產生的電能足夠一個家庭四個房間的LED燈工作3～4個小時；跑步半小時，可以供50個左右的LED燈工作4個小時，亮度相當于30瓦白熾燈；如果一個中等規模的健身房里有15個發電式跑步機，每天不同的運動者持續運動6小時，所提供的電能足夠這個健身房一天的照明供給，這不僅能為健身房節省一筆開銷，還實實在在地做到了低碳環保。

還有一項實例，早在2012年，華盛頓州伍丁維爾市的健身器械制造商SportArt Fitness發明了一種器械，這種器械可以把大部分能量直接接入電網，這樣一來就可以幫助健身房節省電費。SportArt高級產品經理米勒說，其公司的綠色系列橢圓機和自行車可以捕捉到72%左右在鍛煉過程中產生的能量，并將它直接接入電氣系統。其他類似的設備是在原有器械的基礎上進行改進，捕捉到的能量不超過30%，但是的確做到了節能環保。使用綠色系統最主要的好處是降低了發電成本，不僅做到了節省電費，最重要的是做到了節能環保。

筆者曾看到過這樣一個有趣的故事，在愛爾蘭北部的一個農場里，奶牛不再在綠色草地上放養，而是在一個由柵欄圍起來的踏車上制造綠色能源。為了降低對燃料發電的依賴，這位農民發明了牲畜發電磨坊，這種磨坊的神奇之處就是當奶牛在上面行走的時候能夠產生電能。奶牛在這個圍欄里，站在一個沒有通電的傾斜傳輸帶上，前面放一個喂料箱，想要吃到食料，奶牛就要在傳輸帶上運動，這樣傳輸帶被啟動，帶動齒輪變速器旋轉，最終為發電機提供能量。這樣不僅能夠提供能量，還保證了奶牛心情愉悅，產奶效果就會更好。

由此可見，發電式跑步機或者改良的應用跑步機原理的器械應該得到普及。

五、結論

基于低碳這一背景，出于節約能源的目的，應有效使用人們身邊可以使用的資源。采用發電式跑步機不僅可以實現室內運動，還是一種十分節能的生活方式。節能低碳的生活方式成為一種時尚，讓人們在運動健身的同時，還能節能環保。這正是人們當下應該追求的生活方式。只有將人們的日常生活與科學聯系在一起，才能不斷改善生活，讓能源短缺的問題盡快得到解決。

參考文獻：

[1]孟令達，張延義，楊洪剛.一種可以發電的跑步機[J].學園，2015（4）.

[2]魏瑤，孟令達，王帥，等.發電式跑步機的實用設計[J].機械工程師，2015（2）.

[3]王舉.智能蓄電池充/放電測控系統[D].沈陽：沈陽工業大學，2005.

[4]劉成建，蔡龍斌.室內運動方式與節能設計探討[J].科技風，2011（20）.