DE202013010116U1 - Fitness device or retrofit kit for a fitness device for professional power generation - Google Patents
Fitness device or retrofit kit for a fitness device for professional power generation Download PDFInfo
- Publication number
- DE202013010116U1 DE202013010116U1 DE202013010116U DE202013010116U DE202013010116U1 DE 202013010116 U1 DE202013010116 U1 DE 202013010116U1 DE 202013010116 U DE202013010116 U DE 202013010116U DE 202013010116 U DE202013010116 U DE 202013010116U DE 202013010116 U1 DE202013010116 U1 DE 202013010116U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- exercise
- fitness equipment
- generator
- output
- fitness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
- A63B21/0053—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using alternators or dynamos
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/005—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters
- A63B21/0053—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using alternators or dynamos
- A63B21/0055—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using electromagnetic or electric force-resisters using alternators or dynamos the produced electric power used as a source for other equipment, e.g. for TVs
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B22/00—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements
- A63B22/06—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement
- A63B22/0605—Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with support elements performing a rotating cycling movement, i.e. a closed path movement performing a circular movement, e.g. ergometers
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
- H02J3/381—Dispersed generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
- H02J7/1407—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle on vehicles not being driven by a motor, e.g. bicycles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1861—Rotary generators driven by animals or vehicles
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
- A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
- A63B21/22—Resisting devices with rotary bodies
- A63B21/225—Resisting devices with rotary bodies with flywheels
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
- H02J2300/10—The dispersed energy generation being of fossil origin, e.g. diesel generators
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Physical Education & Sports Medicine (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Trainings- oder Fitnessgerät (1), beispielsweise in Form eines Heimtrainers, mit einem Energiewandler zur Umwandlung der aufgewandten Energie in Strom, beispielsweise einem Generator (21) oder Dynamo, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energiewandler ausgangsseitig eine Einrichtung (3) zur Einspeisung des Stroms in ein öffentliches Stromversorgungsnetz (4) nachgeschalten ist.Training or fitness device (1), for example in the form of a home trainer, with an energy converter for converting the energy spent in electricity, such as a generator (21) or dynamo, characterized in that the energy converter on the output side, a device (3) for feeding the current in a public power grid (4) is connected downstream.
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Fitnessgerät, beispielsweise in Form eines Heimtrainers, mit einem Energiewandler zur Umwandlung der aufgewandten Energie in Strom, beispielsweise einem Dynamo oder Generator. Ein erfindungsgemäß weitergbildeter Heimtrainer wird vom Erfinder als Stromtrainer bezeichnet.The invention is directed to a fitness device, for example in the form of a home trainer, with an energy converter for converting the energy consumed into electricity, for example a dynamo or generator. An invented further home exercise bike is referred to by the inventor as a current trainer.
Handelsübliche Heimtriner dienen ausschließlich zur Körperertüchtigung, d. h., ihr einziger Zweck ist die Gesundheit oder Fitness der trainierenden Person. Weitere, damit nicht direkt zusammenhängende Aspekte gibt es nicht.Commercially available home drinkers are exclusively for physical exercise, d. that is, their sole purpose is the health or fitness of the exercising person. There are no further directly related aspects.
Nun rückt jedoch aufgrund eines steigenden Umweltbewusstseins die Nutzung regenerativer Energien immer weiter in den Mittelpunkt. Andererseits wird bei Heimtrainern die von der trainierenden Person aufgewandte Muskelkraft bzw. -energie bislang keiner weiteren Nutzung zugeführt, sondern auf sinnlose Weise vergeudet, beispielsweise an Bremswiderständen oder sonstigen Bremseinrichtungen in Wärme umgewandelt und damit einer weiteren Nutzung entzogen.However, due to increasing environmental awareness, the use of renewable energy is becoming increasingly important. On the other hand, in home exercisers the muscle power or energy expended by the exercising person has so far not been used further, but wasted in a meaningless way, for example, converted to braking resistors or other braking devices into heat and thus withdrawn from further use.
Aus den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert das die Erfindung initiierende Problem, einen gattungsgemäßen Heimtrainer derart weiterzubilden, dass die bei der Nutzung eines Heimtrainers aufgewandte Muskelkraft bzw. -energie einer sinnvollen Nutzung zugeführt wird.From the disadvantages of the prior art described results in the invention initiating problem to develop a generic exercise bike such that the spent in the use of a home gym muscle power or energy is fed to a meaningful use.
Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass dem Energiewandler ausgangsseitig eine Einrichtung zur Einspeisung des Stroms in ein öffentliches Stromversorgungsnetz nachgeschalten ist.The solution to this problem succeeds in that the energy converter downstream of a device for feeding the electricity into a public power grid is connected.
Erst durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die eingesetzte Energie in eine dem allgemeinen Stromnetz einspeisbare Form umzuwandeln, wird eine universale Energieform gefunden, die tatsächlich nutzbar gemacht werden kann. Denn andere Versuche, mit der gewonnenen Energie beispielsweise einen Bordcomputer oder eine Beleuchtung zu speisen, führen zwar zu einer teilweisen Nutzung dieser Energie; diese wird dabei jedoch nicht wirklich sinnvoll genutzt, sondern nur für einen naheliegenden Zweck eingesetzt. Eine allgemeine Nutzung erfolgt auf diesem Wege nicht.Only by the measure according to the invention to convert the energy used into a form which can be fed into the general power grid is found a universal form of energy which can actually be utilized. Because other attempts to feed the energy gained, for example, an on-board computer or lighting, while leading to a partial use of this energy; However, this is not really meaningfully used, but used only for a obvious purpose. A general use does not take place in this way.
Erst die Einspeisung in ein Stromversorgungsnetz macht diese Energie wirklich nutzbar, denn der in das Stromnetz eingespeiste Strom wird augenblicklich von daran angeschlossenen Verbrauchern aufgezehrt. Eine Vergeudung findet dabei nicht statt.Only feeding into a power grid makes this energy really useful, because the electricity fed into the grid is immediately consumed by connected consumers. A waste does not take place.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass die Einrichtung zur Stromeinspeisung einen Wechselstrom-Ausgang aufweist, vorzugsweise einen ein- oder dreiphasigen Wechselstrom-Ausgang. Im Normalfall, also wenn die von einer Person erbrachte Leistung in eine Netz eingespeist wird, sollte dazu natürlich ein einphasiger Wechselstromausgang genügen, also die Spannung einer Phase gegenüber dem Nullleiter eines Drehstromnetzes. Allerdings existiert erfindungsgemäß auch die Möglichkeit – beispielsweise in einem Fitnesscenter od. dgl. – eine größere Leistung, nämlich die gesammelte Leistung aller dort gerade Fitness treibenden Personen, gemeinsam in ein öffentliches Stromnetz einzuspeisen. Sofern hierfür eine einzige, gemeinsame Einspeiseeinrichtung vorgesehen wird, dem die Leistungen aller soeben trainierenden Personen eingangsseitig zugeführt wird, ist es auch denkbar, für die Einspeisung eine Einrichtung mit einem dreihphasigen Drehstromausgang zu verwenden.It has proved to be advantageous that the device for power supply has an AC output, preferably a single- or three-phase AC output. In the normal case, ie when the power provided by a person is fed into a network, a single-phase AC output should of course be sufficient, ie the voltage of one phase with respect to the neutral of a three-phase network. However, according to the invention, there is also the possibility - for example in a fitness center or the like - of providing greater power, namely the collected power of all persons driving there fitness, to feed them together into a public power grid. If a single, common feed device is provided for this purpose, to which the power of all the persons just trained are supplied on the input side, it is also conceivable to use a device with a three-phase three-phase output for the feed.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Einrichtung zur Stromeinspeisung eine Einrichtung zur Synchronisierung der Ausgangs-Wechselspannung mit der Wechselspannung des öffentlichen Stromversorgungsnetzes aufweist. Infolge verschiedener, in den Leitungen und Transformatoren, etc. vorhandenen Induktivitäten ist ein Wechselstrom- oder Drehstromnetz nur in der Lage, eine Wirkleistung aufzunehmen, wenn ihm diese nicht nur synchron, sondern in Phase, also ohne Phasenverschiebung, angeboten wird. Andere Wellenformen können allenfalls als Blindleistung aufgenommen werden, wenn sie zumindest synchronisiert sind, jedoch eine andere Phasenlage aufweisen; ansonsten werden sie wohl reflektiert wie Wellen einer anderen Frequenz oder überhaupt nicht akzeptiert wie Gleichstrom. Um also eine kontinuierliche Einspeisung zu erreichen, ist eine Synchronisierung mit dem öffentlichen Stromnetz unumgänglich.It is within the scope of the invention that the device for power supply has a device for synchronizing the output AC voltage with the AC voltage of the public power grid. As a result of various, in the lines and transformers, etc. existing inductors an AC or three-phase network is only able to take an active power, if this is not only synchronously, but in phase, that is offered without phase shift. At most, other waveforms may be included as reactive power if they are at least synchronized, but have a different phase position; otherwise they will probably be reflected like waves of another frequency or not accepted at all like DC. So in order to achieve a continuous feed, a synchronization with the public power grid is inevitable.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der Wechselstrom-Ausgang direkt oder über eine Reaktanz mit dem öffentlichen Stromversorgungsnetz gekoppelt ist, insbesondere über eine ein- oder dreiphasige Reaktanz. Eine direkte Ankopplung mag zwar auf den ersten Blick die preiswertere sein, da zusätzliche Reaktanzen vermieden werden; jedoch könnte solchenfalls die Phase der Synchronisierung beim Einschalten der erfindungsgemäßen Einrichtung solchenfalls zu vergleichsweise starken Ausgleichsströmen führen, welche ohne geeignete Gegenmaßnahmen bedrohliche Höhen erreichen könnten. Wird dagegen in jeder Phase beispielsweise eine Drosselspule vorgesehen, so werden Einschaltstromspitzen begrenzt, und außerdem kann eventuell die Regelung vereinfacht werden.The invention can be further developed in that the AC output is coupled directly or via a reactance with the public power grid, in particular via a single- or three-phase reactance. Although direct coupling may at first glance be cheaper, additional reactances are avoided; However, the phase of the synchronization when switching on the device according to the invention could in such case lead to comparatively strong equalizing currents, which could reach threatening heights without suitable countermeasures. If, on the other hand, a choke coil is provided in each phase, for example, inrush current peaks are limited and, in addition, the regulation may possibly be simplified.
Die Erfindung bevorzugt eine Anordnung, wobei an dem öffentlichen Stromversorgungsnetz und/oder an dem Wechselstrom-Ausgang der Einrichtung zur Stromeinspeisung ein Spannungswandler und/oder -sensor angekoppelt ist. Ein solcher Wandler oder Sensor an dem öffentlichen Stromversorgungsnetz dient zur Beobachtung des öffentlichen Netzes und damit zur Schaffung einer Referenz für die Einspeisefrequenz und -phasenlage. Sofern zwischen der Einspeiseeinrichtung und dem öffentlichen Netz eine Koppelreaktanz Z vorgesehen ist, gibt es für die direkte Ankopplung eines solchen Wandlers oder Sensors an eben dieses öffentliche Netz kaum eine Alternative, da solchenfalls der Wechselstromausgang der Einspeiseeinrichtung nicht stets in Phase mit dem öffentlichen Netz ist. Ist dagegen keine Koppelreaktanz vorgesehen, so ist natürlich die Ankopplung an den Wechselstromausgang der Einspeiseeinrichtung zu einer Ankopplung an das öffentliche Stromnetz äquivalent. Bei Verwendung einer Koppelreaktanz Z besteht zudem die Möglichkeit, ein- und ausgangsseitig der Koppelreaktanz Z je einen Spannungswandler oder -sensor vorzusehen und anhand der Formel ΔU = U E – U S = Z·I den Strom I durch die Recktanz zu ermitteln, wobei U E die Spannung am Ausgang der Einspeiseeinrichtung und U S die Spannung des öffentlichen Stromnetzes ist. Das komplexe Produkt P = P + jQ = U S·I ist die eingespeiste Leistung in komplexen Komponenten, wobei der Zeiger I parallel zu der Spannung ΔU = U E – U S gezählt wird, also uplinkseitig zu zählen ist. Wenn U S und I in Phase schwingen, gilt vereinfachend P = |U S|·|I| für die eingespeiste Wirkleistung P. Falls die Phasenlage dagegen nicht 0 bzw. cosφ ≠ 1 ist, so wäre die Blindleistung Q nicht gleich 0. Erfolgt dagegen die Ankopplung der Einspeiseeinrichtung unmittelbar, also ohne eingeschleifte Koppelreaktanz Z, so muss der Einspeisungsstrom I zur Ermittlung der eingespeisten Leistung P direkt erfasst werden, vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Stromwandler oder -sensoren in den Ausgängen der Einspeiseeinrichtung.The invention prefers an arrangement wherein on the public power grid and / or or at the AC output of the device for power supply, a voltage converter and / or sensor is coupled. Such a converter or sensor on the public power grid serves to observe the public network and thus to provide a reference for the feed frequency and phase position. If a coupling reactance Z is provided between the feed-in device and the public network, there is hardly any alternative for the direct coupling of such a converter or sensor to precisely this public network, since in such cases the AC output of the feed device is not always in phase with the public network. If, on the other hand, no coupling reactance is provided, the coupling to the AC output of the feed device is of course equivalent to a coupling to the public power grid. When using a Koppelreaktanz Z it is also possible, input and output side of the Koppelreaktanz Z provide each a voltage converter or sensor and .DELTA.U = U E using the formula - U S = Z · I to determine the current I through the reactance, where U E is the voltage at the output of the power supply and U S is the voltage of the public power grid. The complex product P = P + jQ = U S · I is the supplied power in complex components, with the pointer I parallel to the voltage .DELTA.U = U E - U S is counted, and is therefore uplink side to count. If U S and I oscillate in phase, P = | U S | · | I | for the fed active power P. However, if the phase position is not 0 or cosφ ≠ 1, the reactive power Q would not be equal to 0. However, if the coupling of the supply device directly, ie without looped coupling reactance Z , the feed current I to determine the fed power P are detected directly, preferably by means of one or more current transformers or sensors in the outputs of the feed device.
Wenn der Spannungswandler an dem Wechselstrom-Ausgang der Einrichtung zur Stromeinspeisung eine etwas stärkere Untersetzung 1/kE = u e/U E aufweist als die Untersetzung 1/kS = u s/U S der Spannungswandler an dem öffentlichen Stromversorgungsnetz, wobei gilt:
Die Erfindung empfiehlt weiterhin, dass das Signal u s wenigstens eines Spannungswandlers und/oder -sensors am öffentlichen Stromversorgungsnetz als Sollwert für eine Synchronisations- und/oder Regelschaltung dient. Wie oben ausgeführt, muss der Einspeisungsstrom I mit der Spannung U S des öffentlichen Stromnetzes nicht nur synchron sein, sondern auch in Phase. Dies bedeutet, abgesehen von einem ggf. abweichenden Proportionalitätsfaktor muß zwischen diesen beiden Größen Identität bestehen, also Gleichheit der beiden Frequenzen ω und Phasenlagen φ:
Hierzu genügt z. B. die Bedingung u e – u s = 0, wenn die Proportionalitätsfaktoren kE, kS beide real sind, also weder imaginär noch komplex.For this purpose, z. For example, the condition u e - u s = 0 , if the proportionality factors k E , k S are both real, that is neither imaginary nor complex.
Eine besonders einfache Regelschaltung ergibt sich, wenn man das Signal wenigstens eines Spannungswandlers und/oder -sensors an dem Wechselstrom-Ausgang der Einrichtung zur Stromeinspeisung als Istwert für eine Synchronisations- und/oder Regelschaltung verwendet. Wie oben angedeutet, genügt bei Verwendung einer Koppelreaktanz Z zwischen dem Ausgang der Einspeiseeinrichtung und dem öffentlichen Stromnetz sowie bei Verwendung von Wandlern oder Sensoren mit unterschiedlichen Untersetzungen kE > kS die Bedingung u e = u s, wenn die Proportionalitätsfaktoren kE, kS beide real sind, um eine endliche, eingespeiste Wirkleistung P = |U S|·|I| sicherzustellen.A particularly simple control circuit results when the signal of at least one voltage transformer and / or sensor is used at the AC output of the device for current injection as an actual value for a synchronization and / or control circuit. As indicated above, when using a coupling reactance Z between the output of the feed device and the public power grid and when using converters or sensors with different ratios k E > k S, the condition u e = u s is sufficient if the proportionality factors k E , k S both are real, a finite, injected active power P = | U S | · | I | sure.
Falls eine Koppelreaktanz Z nicht vorhanden ist, d. h. Z = 0, so kann stattdessen das Signal i eines Stromwandlers und/oder -sensors an dem Wechselstrom-Ausgang der Einrichtung zur Stromeinspeisung als Istwert für eine Synchronisations- und/oder Regelschaltung dienen. Auch solchenfalls ist sicherzustellen, dass gilt:
In diesem Fall wäre die Regelgröße nicht die Ausgangsspannung U E der Einspeisungseinrichtung, sondern deren Ausgangsstrom I unmittelbar.In this case, the controlled variable would not be the output voltage U E of the feed device, but its output current I directly.
Im Zuge der erfindungsgemäßen Regelung sollte die Differenz zwischen Soll- und Istwert als aktuelle Regelabweichung Δa gebildet werden. Je nach der verwendeten Regelgröße beideutet dies:
Anhand dieser Differenz zwischen Soll- und Istwert sollte die Ausgangsspannung an dem Wechselstrom-Ausgang der Einrichtung zur Stromeinspeisung geregelt werden, um optimale Einspeisebedingungen zu erzielen, d. h.:
Im Rahmen einer besonders einfachen Ausführungsform ist der dazu verwendete Regler ein Zweipunktregler. Dieser sollte so ausgebildet sein, dass er jeweils bei Δa = ±ε jeweils eine Umsteuerung der Einspeiseeinrichtung bewirkt, so dass die davon beeinflusste Regelgröße stets in einer entsprechend engen Umgebung des aktuellen Sollwertes bleibt. Solche Zweipunktregler können sehr einfach aufgebaut werden, beispielsweise mittels Komparatoren, und arbeiten äußerst stabil, denn da die beiden Umsschaltpegel ±ε um einen Wert von 2ε auseinander liegen, ergibt sich nahezu von selbst eine Schalthysterese, welche ein unkontrolliertes Schwingen eines solchen Reglers nicht zulässt.Within the scope of a particularly simple embodiment, the controller used for this purpose is a two-position controller. This should be designed such that it causes in each case at Δa = ± ε each a reversal of the feed device , so that the controlled variable influenced by it always remains in a correspondingly narrow environment of the current setpoint. Such two-position controllers can be constructed very simply, for example by means of comparators, and operate extremely stable, since the two switching levels ± ε are apart by a value of 2ε, a switching hysteresis arises almost automatically, which does not allow an uncontrolled oscillation of such a controller.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform kann der Regler ein Proportionalregler sein oder eine Proportionalkomponente aufweisen. Ein solcher Regelbaustein lässt sich beispielsweise mittels eines gegengekoppelten Operationsverstärkers aufbauen und ist daher im Grunde auch nicht sehr aufwändig. Jedoch setzt die Regelung hier früher ein als bei einem Zweipunktregler, welcher erst eingreift, wenn der Offset zwischen Soll- und Istwert eine vorgegebene Grenze erreicht hat. Mit einem solchen Proportionalregler kann daher eine genauere und/oder geschmeidigere Regelung erreicht werden, insbesondere wenn dieser zusätzlich zu einem P- oder Proportionalanteil auch noch andere Komponenten aufweist, beispielsweise einen I- oder Integralanteil und/oder einen D- oder Differentialanteil.In another embodiment, the controller may be a proportional controller or have a proportional component. Such a control module can be constructed, for example, by means of a negative feedback operational amplifier and is therefore not very complicated. However, the regulation starts earlier here than in the case of a two-position controller, which only intervenes when the offset between setpoint and actual value has reached a predetermined limit. With such a proportional controller, therefore, a more accurate and / or more supple control can be achieved, in particular if it also has other components in addition to a P or proportional component, for example an I or integral component and / or a D or differential component.
Als Stellglied dient im Allgemeinen der Leistungsteil bzw. Ausgangsverstärker eines Wechselrichters oder einer Wechselrichterbaugruppe. Ein solcher Leistungsteil bzw. Ausgangsverstärker weist üblicherweie für jede Phase einen zwischen zwei Anschlüsse eines Gleichspannungs- oder Gleichstrom-Zwischenkreises geschalteten Zweig mit zwei in Reihe geschalteten Leistungsstellgliedern, insbesondere Leistungstransistoren oder -thyristoren, auf, wobei die betreffende Phase an dem Knoten zwischen beiden Leistungsstellgliedern angeschlossen ist und von dort abzweigt. Der betreffende Phasenausgang kann zusammen mit dem die beiden Leistungsstellglieder verbindenden Knoten daher je nach Schaltzustand beider Leistungsstellglieder an den positiven oder negativen Gleichspannungs- oder Gleichstrom-Zwischenkreis angeschalten werden und damit die Ausgangspannung zwischen diesen beiden Potentialen verstellt werden bzw. der Ausgangsstrom erhöht oder verringert werden.The power element or output amplifier of an inverter or an inverter module is generally used as the actuator. Such a power amplifier or output amplifier usually has for each phase a branch connected between two terminals of a DC or DC intermediate circuit with two series-connected power actuators, in particular power transistors or thyristors, the respective phase being connected at the node between both power actuators is and branches off from there. Depending on the switching state of the two power actuators, the relevant phase output can therefore be connected to the positive or negative DC or DC intermediate circuit together with the node connecting the two power actuators and thus the output voltage can be adjusted between these two potentials or the output current can be increased or decreased.
Ein solcher Leistungsteil eines Wechselrichters wird daher während des Betriebes geschalteten oder getaktet. Dabei kann die Schalt- oder Taktfrequenz konstant vorgegeben werden, beispielsweise bei Verwendung eines Pulsweitenmodulators, oder sie kann sich von selbst und variabel einstellen, wie beispielsweise bei Verwendung eines Zweipunktreglers.Such a power section of an inverter is therefore switched or clocked during operation. In this case, the switching or clock frequency can be set constant, for example, when using a pulse width modulator, or it can be adjusted by itself and variable, such as when using a two-point controller.
Wenn der Generator zur Speisung der Wechselrichterbaugruppe weder eine Gleichspannung noch einen Gleichstrom liefert, sollte die Wechselrichterbaugruppe Bestandteil eines Umrichters sein, welcher aus einer Dreh- oder Wechselspannung zunächst in einem Zwischenkreis eine Gleichspannung und/oder einen Gleichstrom erzeugt. Im Rahmen eines solchen Zwischenkreises besteht zudem die Möglichkeit, mit einfachen Mitteln den Energiefluss zu glätten, indem dort bei einem Gleichspannungs-Zwischenkreis ein Glättungskondensator parallel an den Zwischenkreis angeschalten wird, während bei einem Gleichstrom-Zwischenkreis eine Drosselspule in Reihe eingeschleift werden sollte.If the generator for supplying the inverter module supplies neither a DC voltage nor a DC current, the inverter module should be part of an inverter, which initially generates a DC voltage and / or a DC current from a rotational or AC voltage in a DC link. In the context of such a link, there is also the possibility to smooth the flow of energy by simple means by a smoothing capacitor is connected in parallel to the DC link in a DC link, while in a DC link an inductor should be looped in series.
Als Energiewandler ist ein Generator, insbesondere ein Gleichstromgenerator oder Wechselstromgenerator oder Drehstromgenerator, vorgesehen. Da nicht davon auszugehen ist, dass die von einem Generator erzeugte Wechselfrequenz mit einem öffentlichen Stromnetz synchron wäre, hat ein Wechselstromgenerator keine funktionellen Vorteile, weil dessen Wechselspannung ohnehin gleichgerichtet und dann zur Einspeisung wieder in eine synchrone und phasenrichtige Wechselspannung umgewandelt werden muss. Allerdings hat ein Wechsel- oder Drehspannungsgenerator eventuell einen einfacheren Aufbau, weil dort keine mechanischen Kommutierungshilfsmittel erforderlich sind. Die Induktionsspulen können fest verdrahtet sein und wenn diese in den Stator eingebaut werden, sind selbst Schleifringe nicht erforderlich.As energy converter, a generator, in particular a DC generator or alternator or alternator, is provided. Since it is unlikely that the frequency of alternation generated by a generator would be synchronous with a public power grid, an alternator has no functional advantages, because the AC voltage must be rectified anyway and then converted back to a synchronous and in-phase AC voltage for feeding. However, a variable or three-phase voltage generator may have a simpler structure, because there are no mechanical Kommutierungshilfsmittel required. The induction coils may be hardwired and when incorporated into the stator, even slip rings are not required.
Bevorzugt ist der Energiewandler ein mehrpoliger Wechselstrom- oder Drehstromgenerator. Solche Generatoren liefern höhere Frequenzen als einpolige Generatoren, weil pro Umdrehung des Rotors eine der Polzahl entsprechende Mehrzahl von Spannungswellen induziert wird. Zwar ist die Frequenz als solche im Fall einer anschließenden Gleichrichtung nicht von großer Bedeutung; jedoch hat solchenfalls eine gleichgerichtete Spannung weniger niederfrequente Oberwellen und ist also leichter zu glätten – insbesondere in einem Zwischenkreis – als eine nach Gleichrichtung stark oberwellenbehaftete Spannung. Außerdem sind solche mehrpoligen Generatoren eher in der Lage, bereits ab geringen Drehzahlen eine verwertbare Ausgangsspannung zu erzeugen, als einpolige Generatoren. Preferably, the energy converter is a multi-pole AC or three-phase generator. Such generators deliver higher frequencies than single-pole generators, because per revolution of the rotor one of the number of poles corresponding plurality of voltage waves is induced. Although the frequency is not as such in the case of a subsequent rectification of great importance; However, in such cases a rectified voltage has less low frequency harmonics and is therefore easier to smooth - especially in a DC link - than a strong harmonic after rectification voltage. In addition, such multi-pole generators are more likely to produce a usable output voltage from low speeds, as single-pole generators.
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass der Durchmesser des Energiewandlers größer ist als dessen Länge. Dadurch steht im Bereich des peripheren Umfangs eines solchen Energiewandlers ein größerer Raum zur Verfügung, um dort eine Vielzahl von Induktionsspulen anzuordnen.The invention can be further developed such that the diameter of the energy converter is greater than its length. As a result, a larger space is available in the region of the peripheral circumference of such an energy converter in order to arrange a multiplicity of induction coils there.
Das Prinzip eines großen Durchmessers bei kurzer Länge gipfelt in einer Anordnung, wobei der Rotor des Generators die Gestalt einer Scheibe aufweist. Damit kann bei ansonsten kompakter Bauweise eine maximale Polzahl der Wicklung realisiert werden.The principle of a large diameter at a short length culminates in an arrangement wherein the rotor of the generator has the shape of a disc. This can be realized with otherwise compact design, a maximum number of poles of the winding.
Die Erfindung empfiehlt, dass der Rotor des Generators ein oder vorzugsweise mehrere Magnete, vorzugsweise hartmagnetische Permanentmagnete, insbesondere Neodymmagnete aufweist. Diese erzeugen ein mit dem bewegten Rotor mit rotierendes Magnetfeld, dessen wechselnde Verkettung mit den statorseitigen Induktionsspulen dort jeweils eine Wechselspannung induziert. Ein solches rotierendes Magnetfeld ließe sich zwar auch mittels eines oder mehrerer Elektromagnete erzeugen; dafür wären jedoch wiederum verschleißbehaftete Schleifringe erforderlich, um einen oder mehrere rotierende Elektromagnete mit Strom zu versorgen. Ein oder mehrere Permanentmagnete machen solches jedoch überflüssig und erzielen dasselbe Ergebnis. Sofern hartmagnetische Permanentmagnete verwendet werden, ist eine Entmagnetisierung nicht zu befürchten.The invention recommends that the rotor of the generator has one or preferably a plurality of magnets, preferably hard magnetic permanent magnets, in particular neodymium magnets. These generate a with the moving rotor with rotating magnetic field, whose alternating concatenation with the stator-side induction coils there each induces an AC voltage. Although such a rotating magnetic field could also be generated by means of one or more electromagnets; again, however, weary slip rings would be required to power one or more rotating solenoids. One or more permanent magnets, however, make this unnecessary and achieve the same result. If hard magnetic permanent magnets are used, demagnetization is not to be feared.
Demnach ergibt sich die konstruktiv einfachste Anordnung, wenn der Stator des Generators ein oder vorzugsweise mehrere Spulen aufweist, während im oder am Rotor Magnete angeordnet sind. Die Relativverdrehung zwischen den beiden Baugruppen sorgt dafür, dass in den Spulen jeweils ein Wechselfeld erzeugt wird.Accordingly, the structurally simplest arrangement results if the stator of the generator has one or preferably a plurality of coils, while magnets are arranged in or on the rotor. The relative rotation between the two modules ensures that an alternating field is generated in the coils.
Eine besonders günstige Anordnung besteht darin, dass zu beiden Seiten des scheibenförmigen Rotors Statorspulen angeordnet sind. Wenn – wie die Erfindung weiterhin vorsieht – die (Permanent-)Magnete in dem scheibenförmigen Rotor derart angeordnet sind, dass sich die beiden entgegengesetzten Magnetpole eines Magneten an den beiden Seiten des Rotors befinden, so hat das dadurch erzeugte Magnetfeld eine Feldrichtung lotrecht zu der Grundebene der Rotorscheibe. Um eine maximale Feldverkettung mit einer Spule zu erreichen, sollte deren Längsachse daher lotrecht zu der Rotorscheiben-Grundebene orientiert sein. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten: Die Spulen können auf einer Seite der Rotorscheibe angeordnet sein oder auf der anderen, gegenüber liegenden Rotorseite oder eben an beiden Rotorseiten. Die letztere Variante hat den Vorteil, dass bei nur unwesenticih vergrößertem Bauraum die Anzahl der Spulen verdoppelt werden kann, mithin die erzeugbare Leistung verdoppelt wird.A particularly advantageous arrangement is that stator coils are arranged on both sides of the disk-shaped rotor. If, as the invention further provides, the (permanent) magnets are arranged in the disk-shaped rotor such that the two opposite magnetic poles of a magnet are located on both sides of the rotor, then the magnetic field generated thereby has a field direction perpendicular to the ground plane the rotor disk. In order to achieve maximum field linkage with a coil, its longitudinal axis should therefore be oriented perpendicular to the rotor disk ground plane. There are two possibilities for this: The coils can be arranged on one side of the rotor disk or on the other, opposite rotor side or just on both rotor sides. The latter variant has the advantage that with only unesenticih increased space, the number of coils can be doubled, thus doubling the power that can be generated.
Indem die Spulen in oder an dem Stator nach Art einer vorzugsweise mehrpoligen Drehstromwicklung angeordnet sind, ist der Leistungsfluss maximal geglättet, d. h., eine trainierende Person wird einen annähernd konstanten Widerstand verspüren, ohne jegliche pürbaren Oberwellen.By the coils are arranged in or on the stator in the manner of a preferably multi-pole three-phase winding, the power flow is maximally smoothed, d. h., a person exercising will feel an almost constant resistance, without any puncturable harmonics.
Falls ein Dreh- oder Wechselstromgenerator Verwendung findet, sollte ein Gleichrichter nachgeschaltet sein. Damit wird die Drehgeschwindigkeit des mechanisch an das Fitnessgeräts angekoppelten Generators von der Frequenz des zu speisenden Netzes vollkommen entkoppelt. Bei niedrigerer Drehzahl des Fitnessgeräts wird zwar die einzuspeisende Leistung reduziert; die dann noch erzeugte Leistung kann dennoch eingespeist werden.If a rotary or alternator is used, a rectifier should be connected downstream. Thus, the rotational speed of the mechanically coupled to the fitness device generator is completely decoupled from the frequency of the network to be fed. At lower speed of the fitness device while the power to be fed is reduced; the power still generated can still be fed in.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass der Gleichstromausgang des Gleichrichters herausgeführt und/oder mit einem Steckanschluss versehen ist, so dass die Gleichrichter mehrerer Fitnessgeräte parallegeschalten werden können. Dadurch lassen sich beispielsweise in Fitnesszentren Synergieeffekte erzielen, indem solchenfalls nur ein einziger Wechselrichterbaustein vorgesehen ist. Dadurch wird einerseits der Aufwand verringert; andererseits neigt ein einziger Wechselrichter erheblich weniger zum Schwingen als mehrere, parallelgeschaltene Wechselrichter, die sich gegenseitig aufschaukeln können, wenn die mehreren Einspeiseregler weder koordiniert noch aufeinander abgestimmt sind.The invention further provides that the DC output of the rectifier is led out and / or provided with a plug connection, so that the rectifier of several fitness devices can be connected in parallel. As a result, for example, can be achieved in fitness centers synergy effects by such case, only a single inverter module is provided. As a result, on the one hand the effort is reduced; On the other hand, a single inverter tends to oscillate significantly less than multiple parallel-connected inverters that can swell each other if the multiple feeders are neither coordinated nor matched.
Am Gleichstromausgang des Gleichrichters kann ein Akkumulator angeschlossen oder anschließbar sein. Damit lassen sich mehrere Ziele verfolgen: Einerseits hat ein Akkumulator einen nicht unerheblichen Glättungseffekt, da seine Spannung sich über einen weiten Ladebereich von ca. 20% bis 80% nur unwesentlich ändert; ferner kann ein Akkumulator Energie speichern und ist damit in der Lage, im Fitnesscenter zufällig auftretende Trainingsspitzen vorübergehend aufzunehmen, wie auch kurzzeitige Trainingsunterbrechungen abzufedern, ohne dass dies auf die Einspeiseleistung zunächst einen gravierenden Einfluss hat; schließlich kann ein solcher Akkumulator auch dazu dienen, um Gleichspannungverbraucher zu treiben, beispielsweise eine Digitalanzeige, Gleichstrom-Lichtquellen wie Glühbirnen oder Leuchtdioden oder gar eine Reglerplatine der Einspeisungseinrichtung, etc.At the DC output of the rectifier, an accumulator can be connected or connectable. Thus, several goals can be pursued: On the one hand, a battery has a not insignificant smoothing effect, since its voltage changes only insignificantly over a wide charging range of about 20% to 80%; Furthermore, an accumulator can store energy and is thus able to temporarily absorb in the fitness center random training peaks, as well as short-term To cushion training interruptions without this initially having a serious impact on the feed-in performance; Finally, such an accumulator can also serve to drive DC voltage consumers, such as a digital display, DC light sources such as light bulbs or LEDs or even a regulator board of the feed device, etc.
Wie oben bereits angedeutet, kann eine erfindungsgemäße Anordnung auch zur Speisung lokaler Verbraucher herangezogen werden. Dies kann wahlweise mittels Gleichspannung erfolgen, die einem Gleichrichter oder einem daran gekoppelten Akkumulator entnommen werden kann, oder – beispielsweise nach Art eines Inselnetzes – mit Wechselstrom, welcher von dem Einspeisegerät, insbesondere von dessen Wechselrichter, abgegriffen werden kann.As already indicated above, an arrangement according to the invention can also be used to supply local consumers. This can be done either by means of direct voltage, which can be taken from a rectifier or a battery coupled thereto, or - for example, in the manner of an island grid - with alternating current, which can be tapped from the supply device, in particular from its inverter.
Da bei Wegfall einer Netzspannung eine Synchronisierung auf ein externes Stromnetz nicht möglich ist, sollte die Einspeiseeinrichtung für diesen Zweck in der Lage sein, aus einem integrierten Frequenzgenerator die ortsübliche Spannungsfrequenz von 50 Hz (Europa) oder 60 Hz (USA) selbst vorzugeben und eine entsprechende Wechselspannung zu erzeugen.Since the loss of a mains voltage synchronization to an external power grid is not possible, the feed device for this purpose should be able to specify from an integrated frequency generator, the local voltage frequency of 50 Hz (Europe) or 60 Hz (USA) and a corresponding To generate AC voltage.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung lässt sich daher wenigstens ein lokaler Verbraucher speisen, wahlweise von dem Generator selbst und/oder von einer daraus generierten Gleich-, Wechsel- oder Drehstromspannung. Hierfür eignen sich besonders Verbraucher in Form von Lichtquellen, weil beispielsweise Glühbirnen mit jegliche Art von Strom betrieben werden können – sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom; selbst die Frequenz und Oberwellenhaltigkeit ist dabei nebensächlich. Andererseits haben Leuchtdioden einen weitaus besseren Wirkungsgrad als Glühlampen und sollten daher unter energetischen Gesichtspunkten vorgezogen werden; diese benötigen jedoch eine Gleichspannung.With the device according to the invention, therefore, at least one local consumer can be fed, optionally by the generator itself and / or by a DC, AC or three-phase voltage generated therefrom. Consumers in the form of light sources are particularly suitable for this because, for example, light bulbs can be operated with any type of current - both with direct current and with alternating current; even the frequency and harmonic content is irrelevant. On the other hand, LEDs have a much better efficiency than incandescent lamps and should therefore be preferred from an energy point of view; However, these require a DC voltage.
Ein vorzugsweise von dem Generator und/oder von einem davon aufgeladenen Akkumulator gespeistes Anzeigeelement kann zur Anzeige der in das öffentliche Stromnetz aktuell eingespeisten Leistung und/oder zur Anzeige des Ladezustands eines Akkumulators und/oder zur Anzeige weiterer Informationen dienen. Damit kann eine trainierende Person jederzeit überprüfen, wie viel sie bereits geleistet und damit in das Stromnetz eingespeist hat.A preferably fed by the generator and / or by one of them charged accumulator display element can be used to display the currently fed into the public grid power and / or display the state of charge of an accumulator and / or display more information. This allows a person exercising at any time to check how much they have already done and thus fed into the power grid.
Ein Fitnessgerät in Form eines mittels Pedalen antreibbaren Heimtrainers zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass der Generator auf einer von der Tretkurbelachse lotrecht durchsetzten Ebene, welche zu beiden Pedalen etwa gleiche Abstände aufweist, angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung gestaltet sich einerseits der Antrieb des Generators sehr einfach; außerdem wird eine auf dem Heimtrainer sitzende Person durch einen solchermaßen platzierten Generator beim Treten der Pedale am wenigsten gestört.A fitness device in the form of a home exerciser drivable by means of pedals is preferably characterized in that the generator is arranged on a plane perpendicularly penetrated by the pedal crank axle, which has approximately equal distances to both pedals. In such an arrangement, on the one hand, the drive of the generator is very simple; In addition, a person sitting on the exercise bike is disturbed by a thus placed generator when pedaling the least.
Bei einem Fitnessgerät in Form eines mittels Pedalen antreibbaren Heimtrainers kann der Generator anstelle einer Schwung- und/oder Bremsscheibe eingebaut oder mit einer solchen integriert sein. Dadurch muss die grundsätzliche Anordnung des Heimtrainers kaum modifiziert werden, d. h., es können ansonsten Standardbauteile zum Einsatz kommen.In a fitness device in the form of a drivable by means of pedals home exercise bike, the generator can be installed instead of a flywheel and / or brake disc or integrated with such. As a result, the basic arrangement of the home trainer hardly needs to be modified, d. h., otherwise standard components can be used.
Es ist durchaus empfehlenswert, dass der Generator mittels einer Kette angetrieben wird, vorzugsweise mittels einer in eine Verzahnung an einem rundumlaufenden Bereich des Generators, insbesondere an dem Außenumfang des Rotors, kraftschlüssig eingreifenden Kette. Ein solches Koppelmittel ist vergleichsweise einfach zu realisieren und erfordert lediglich rundumlaufende Verzahnungen an dem Generator sowie an einem mit der Tretkurbel drehfest verbundenen Rad.It is quite advisable that the generator is driven by means of a chain, preferably by means of a chain engaging in a toothing on a circumferential region of the generator, in particular on the outer circumference of the rotor, frictionally engaging. Such a coupling means is relatively easy to implement and only requires all-round gear teeth on the generator and on a non-rotatably connected to the pedal wheel.
Andererseits wird vom Erfinder empfohlen, dass der Rotor des Generators auf einer Freilaufnabe montiert ist. Der Freilauf sollte derart orientiert sein, dass bei einer Unterbrechung der Tretbewegung der Rotor von selbst noch weiterlaufen kann, solange der ihm innewohnende Schwung noch ausreicht.On the other hand, it is recommended by the inventor that the rotor of the generator is mounted on a freewheel hub. The freewheel should be oriented in such a way that, in the event of an interruption of the pedaling movement, the rotor can continue to run by itself, as long as its inherent momentum is still sufficient.
Um eine besonders hohe Drehzahl des Generators zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass eine Kette anstelle mit einer Verzahnung am Außenumfang des Rotors selbst nur in ein Kettenritzel eingreift, welches seinerseits drehfest mit dem Rotor gekoppelt ist. Wenn ein solches Kettenritzel einen vergleichsweise kleinen Durchmesser d2 aufweist und dementsprechend eine kleiner Zähnezahl z2, insbesondere im Verhältnis zu dem Durchmesser d1 und der Zähnezahl z1 eines mit der Tretkurbel verbundenen Kettenrades oder -blattes, so kann eine Drehzahl-Übersetzung erreicht werden, d. h., der Rotor des Generators läuft mit einer größeren Drehzahl nG um als die Drehzahl nT der Tretkurbel selbst. Eine Übersetzung ü = nG:nT = 20:1 lässt sich beispielsweise erreichen, wenn gilt: ü = z1:z2 = 20:1 bzw. ü = d1:d2 = 20:1. Bei einer Umdrehungszahl nT an der Tretkurbel von 1 Umdrehung pro Sekunde würde demnach der Generator mit einer Drehzahl nG von 20 Umdrehungen pro Sekunde umlaufen, so dass bei einer über 180° gewickelten Wiccklung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 20 Hz induziert würde. Bei einem beispielsweise dreipoligen Generator, wobei sich eine Wicklung nur über einen Zentrumswinkel von 60° erstreckt, wäre die induzierte Frequenz bereits 60 Hz.In order to achieve a particularly high speed of the generator, it can be provided that a chain engages only in a chain sprocket instead of a toothing on the outer circumference of the rotor itself, which in turn is non-rotatably coupled to the rotor. If such a sprocket has a relatively small diameter d 2 and, accordingly, a small number of teeth z 2 , in particular in relation to the diameter d 1 and the number of teeth z 1 connected to the crank sprocket or blade, so a speed-translation can be achieved ie, the rotor of the generator runs at a higher rotational speed n G than the rotational speed n T of the crankset itself. For example, a translation u = n G : n T = 20: 1 can be achieved if: ü = z 1 : z 2 = 20: 1 or ü = d 1 : d 2 = 20: 1. Accordingly, with a rotation speed n T on the pedal crank of 1 revolution per second, the generator would revolve at a speed n G of 20 revolutions per second, so that an alternating voltage with a frequency of 20 Hz would be induced in the case of a winding wound over 180 °. For example, in the case of a three-pole generator, where one winding extends only over a center angle of 60 °, the induced frequency would already be 60 Hz.
Die Erfindung erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, dass die Einrichtung zur Einspeisung des Stroms in ein öffentliches Stromversorgungsnetz ggf. zusammen mit dem Energiewandler an dem Fitnessgerät nachrüstbar ist. Eine solche Nachrüstmöglichkeit der erfindungsgemäßen Einspeiseeinrichtung für handelsübliche Heimtrainer oder sonstige Fitnessgeräte senkt die mit der Installation einer Einspeiseeinrichtung verbundenen Investitionskosten substantiell, indem bereist vorhandene Heimtrainer, Fitnessgeräte und Trainingsmaschinen weiter verwendet werden können. Lediglich an einem bewegten Teil, vorzugsweise an einem Drehanschluss, wird die dortige Bewegung abgegriffen und zum Antrieb eines Generators verwendet, dessen erzeugter Strom sodann in ein öffentliches Netz eingespeist wird. Oftmals ist an einem Heimtrainer, sonstigen Fitnessgerät oder einer Trainingsmaschine eine Schwung- und/oder Bremsscheibe od dgl. vorgesehen. Diese kann dann ggf. ausgebaut und durch einen bspw. scheibenförmigen Generator ersetzt werden.The invention allows a development in that the device for feeding the current into a public power grid, if necessary can be retrofitted to the fitness device together with the energy converter. Such a retrofit option of the feed device according to the invention for commercial exercise bikes or other fitness equipment substantially reduces the investment costs associated with the installation of a feed device by already existing existing exercise bikes, fitness equipment and exercise machines can be used. Only at a moving part, preferably at a rotary connection, the local movement is tapped and used to drive a generator whose generated power is then fed into a public network. Often, a flywheel and / or brake disc or the like is provided on an exercise bike, other fitness equipment or a training machine. This can then be removed if necessary and replaced by an example. Disk-shaped generator.
Dementsprechend zeichnet sich die Erfindung ferner aus durch einen Nachrüstsatz für ein Fitnessgerät, beispielsweise in Form eines Heimtrainers, mit einer Einrichtung zur Einspeisung von mit dem Fitnessgerät erzeugter Energie in Form von Strom in ein öffentliches Stromversorgungsnetz. Diese Einspeiseeinrichtung hat eine Art Adapterfunktion: Sie muss in der Lage sein, die Energie eines Generators, welche ihr in Form eines Gleich-, Wechsel- oder Drehstroms angeboten wird, aufzunehmen und in eine für die Einspeisung in ein öffentliches Stromnetz geeignete Form umzuwandeln.Accordingly, the invention is further characterized by a retrofit kit for a fitness device, for example in the form of a home trainer, with a device for feeding energy generated by the fitness device in the form of electricity in a public power grid. This feed-in device has a kind of adapter function: it must be able to absorb the energy of a generator, which is offered in the form of a direct, alternating or three-phase current, and convert it into a form suitable for being fed into a public power grid.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass der Nachrüstsatz einen Energiewandler aufweist zur Umwandlung der aufgewandten, mechanischen Energie in Strom, beispielsweise einen Generator oder Dynamo, welchem die Einrichtung zur Einspeisung der mit dem Fitnessgerät erzeugten Energie in ein öffentliches Stromversorgungsnetz nachgeschalten ist. Wie oben bereits ausgeführt, hat eine erfindunggemäße Einspeisungseinrichtung die Struktur eines Adapters mit zwei Schnittstellen – einer für einen speisenden Generator, Dynamo od. dgl., die andere für die Ankopplung an das zu speisende Netz – wobei die Ankopplung an ein öffentliches Stromnetz vergleichsweise einfach ist, weil es nur zwei Parameter gibt, welche einzuhalten sind, nämlich die Spannungsamplitude (beispielsweise 230 V) und die Frequenz (beispielsweise 50 Hz), und weil diese Parameter innerhalb jedes Landes genormt sind, so dass eine werksseitige Einstellung unbedenklich ist. Dagegen gibt es eine vielzahl von Generatoren, Dynamos, etc., deren Nennspannung, -leistung und vor allem die Art der Ausgangsspannung-Gleich-Wechsel- oder Drehstrom in weiten Bereichen streuen können. Daher ist es eine wichtige Maßnahme, die Art des im Rahmen eines Nachrüstsatzes anzukoppelnden Generators nicht dem Zufall zu überlassen, sondern diesen mit dem Nachrüstsatz selbst zu liefern, so dass bei der Auswahl der Komponenten auf eine optimale Harmonie zwischen Generator und Einspeisungseinrichtung geachtet werden kann. Die mechanische Ankopplung des Generators an das jeweilige Fitnessgerät oder die jeweilige Trainingsmaschine ist dagegen im Allgemeinen weniger kritisch und kann mit handwerklichem Geschick von jedermann bewerkstelligt werden.Finally, it is the teaching of the invention that the retrofit kit has an energy converter for converting the spent mechanical energy into electricity, such as a generator or dynamo, which is followed by the device for feeding the energy generated by the fitness device in a public power grid. As already stated above, an inventive feeding device has the structure of an adapter with two interfaces - one for a feeding generator, dynamo od. Like., The other for coupling to the power supply network - the coupling to a public power grid is relatively simple because there are only two parameters to be kept, namely the voltage amplitude (for example 230 V) and the frequency (for example 50 Hz), and because these parameters are standardized within each country, so that a factory setting is harmless. In contrast, there are a variety of generators, dynamos, etc., whose rated voltage, power and especially the nature of the output voltage DC alternating or three-phase current can scatter in a wide range. Therefore, it is an important measure not to leave the nature of the generator to be coupled in the context of a retrofit kit to chance, but to supply it with the retrofit kit itself, so that an optimum balance between the generator and the feed device can be ensured when selecting the components. The mechanical coupling of the generator to the respective fitness device or the respective exercise machine, however, is generally less critical and can be accomplished by skilled craftsmanship of anyone.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:Further features, details, advantages and effects on the basis of the invention will become apparent from the following description of some preferred embodiment of the invention and from the drawing. Hereby shows:
Von einem Fitnessgerät
Dieser Aspekt des Muskelaufbaus bzw. der Gesundheit steht dabei völlig im Vordergrund; die von der Person aufgewandte Energie wird zumeist sinnlos vergeudet, beispielsweise von einer Schwung- und/oder Bremsscheibe mit einem Reibmechanismus in Wärme umgewandelt. Zwar mag die Wärmeerzeugung im Winter noch einen gewissen Sinn machen; im Sommer ist dies jedoch nicht der Fall, und außerdem ist die zur Verfügung stehende Bewegungsenergie eigentlich viel zu schade, um sie nur in Wärme umzuwandeln.This aspect of muscle building or health is in the foreground; the energy expended by the person is mostly wasted senseless, for example, converted by a flywheel and / or brake disc with a friction mechanism into heat. Although the heat generation in the winter still makes a certain sense; However, in the summer this is not the case, and moreover, the available kinetic energy is actually too good a deal to convert only to heat.
Eben diese der trainierenden Person abverlangte Energie kann mittels eines an das Fitnessgerät
Bei dem repräsentativ für ein Fitnessgerät
Auf dem Längshom
Normalerweise befindet sich in dem Getriebekasten
Zum Anbau des Nachrüstsatzes
Als nächstes wird am Umfang des Getriebekastens
Tritt nun eine Person in die Pedale
Bei dem in
Ferner dient die Zwischenkreisspannung uZ als Eingangsspannung für einen Wechselrichter
Die Netzspannung uN wird ebenso gemessen wie der in das Netz eingespeiste Strom iE. Hierzu dient ein Spannungswandler
Ein Operationsverstärker oder Subtrahierer
Dieses Signal Δu kann als Regelabweichung eines Regelkreises
Sofern dies ständig gewährleistet ist, schwingt der einspeisestrom iE in Phase mit der Netzspannung uN, und es wird eine reine Wirkleistung PE ins Netz eingespeist, wobei gilt:
Die Einspeiseleistung PE ist demnach abhängig von dem eingestellten Quotienten ku/ki.The feed-in power P E is therefore dependent on the set quotient k u / k i .
Für den Regler
Zur Kopplung mit dem Stromversorgungsnetz
Wenn die Netzspannung UN als Referenzwert nicht zur Verfügung steht, muss dann die Einspeiseeinrichtung
Auch das Fitnessgerät
Hier wird die Schwung- und/oder Bremsscheibe komplett entfernt und stattdessen der Generator
Der Generator
Es ist darauf zu achten, dass sich die Magnetfeldlinien der Permanentmagnete im oder am Rotor
Eine abgewandelte Generatorbauform
Eben diese scheibenförmige Statorkomponente
Gemäß
Wie man der Zeichnung entnehmen kann, ist der Nabenkörper
Die ringförmige Statorscheibe
Hier kann die Anordnung gemäß dem Schaltbild nach
Die gerätespezifische Teile
Da die Gleichrichter
Diese gesamte Leistung kann von dem entsprechend dimensionierten gemeinsamen Teil
Der
Wie
Die Spannungsmessung könnte einfach mittels Spannungsteilern
Genauso wird mit den drei Ausgangsspannungen des Drehstrom-Wechselrichters
Der durch Differenzbildung ermittelte Spannung ΔU = U W – U N fällt über den als Drosselspulen mit der komplexen Reaktanz L ausgebildeten Koppelreaktanzen
Damit lässt sich also der komplexe Spannungszeiger des Einspeisungsstroms I E ermitteln, und mit diesem schließlich die ins Netz eingespeiste Wirkleistung:
Diese Wirkleistung PE kann sodann durch geeignete Verstellung des komplexen Spannungszeigers U W am Ausgang des Drehstrom-Wechselrichters
Solange die Induktivität L der Drosselspulen
Sodann wird die Regelung durch Beeinflussung des Leistungsteils des Drehstrom-Wechselrichters
Sofern dies durch eine geeignete Konzeption des Reglers
Sofern kN > kW gilt, ist die Wechselrichterausgangsspannung U W in Phase mit der Netzspannung UN, hat jedoch eine höhere Amplitude, so dass sie einen Einspeisungsstrom I E = (U W – U N)/L = (kN/kW – 1)·U N./L in das Stromnetz
Die Erfindung wurde anhand eines Heimtrainers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fitnessgerätfitness device
- 22
- Nachrüstsatzretrofit kit
- 33
- Einspeiseeinrichtungfeed device
- 44
- Stromnetzpower grid
- 55
- Heimtrainerexercise bike
- 66
- Rahmenframe
- 77
- Längsholmlongeron
- 88th
- Auslegerboom
- 99
- GummifußGummifuß
- 1010
- SattelrohrstützeSeat tube support
- 1111
- Sattelsaddle
- 1212
- Säulepillar
- 1313
- Gabelfork
- 1414
- EndeThe End
- 1515
- Getriebekastengearbox
- 1616
- Tretkurbelcrank
- 1717
- Drehwellerotary shaft
- 1818
- Kurbelarmcrank
- 1919
- Fußpedalpedal
- 2020
- Radwheel
- 2121
- Generatorgenerator
- 2222
- KetteChain
- 2323
- Gleichrichterrectifier
- 2424
- ZwischenkreisDC
- 2525
- Kondensatorcapacitor
- 2626
- Akkumulatoraccumulator
- 2727
- Verbraucherconsumer
- 2828
- Anzeigedisplaydisplay display
- 2929
- Wechselrichterinverter
- 3030
- Ausgangoutput
- 3131
- SpannungswandlerDC converter
- 3232
- Stromsensorcurrent sensor
- 3333
- Subtrahierersubtractor
- 3434
- Regelkreisloop
- 3535
- Reglerregulator
- 3636
- Steckdosesocket
- 3737
- Oszillatoroscillator
- 3838
- Umschalterswitch
- 3939
- Rotorrotor
- 4040
- Statorstator
- 4141
- SpuleKitchen sink
- 4242
- Nabenkörperhub body
- 4343
- Aufnahmeadmission
- 4444
- Verzahnunggearing
- 4545
- Haltekreuzholding cross
- 4646
- Drehwellerotary shaft
- 4747
- gerätespezifischer Teildevice-specific part
- 4848
- gemeinsamer Teilcommon part
- 4949
- positive Spannungsschienepositive voltage rail
- 5050
- negative Spannungsschienenegative voltage rail
- 5151
- Drosselspuleinductor
- 5252
- Phasenspannungphase voltage
- 5353
- MittelpunktsleiterNeutral conductor
- 5454
- Berechnungsstufecalculation stage
- 5555
- Spannungsteilervoltage divider
- 5656
- virtueller Sterpunktvirtual starpoint
- 5757
- Spannungsteilervoltage divider
- 5858
- Berechnungsstufecalculation stage
Claims (37)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202013010116U DE202013010116U1 (en) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Fitness device or retrofit kit for a fitness device for professional power generation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202013010116U DE202013010116U1 (en) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Fitness device or retrofit kit for a fitness device for professional power generation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202013010116U1 true DE202013010116U1 (en) | 2013-12-12 |
Family
ID=49944342
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202013010116U Expired - Lifetime DE202013010116U1 (en) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Fitness device or retrofit kit for a fitness device for professional power generation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE202013010116U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015176790A1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG | System for feeding electricity to an electrical grid |
DE102015004782A1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-10-20 | Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH | System comprising a household appliance |
CN106787062A (en) * | 2016-11-22 | 2017-05-31 | 深圳伊艾克斯信息技术有限公司 | A kind of spontaneous electric control system of cycling |
DE102020115986B3 (en) | 2020-06-17 | 2021-12-09 | Christoph Vad | fitness device |
-
2013
- 2013-11-08 DE DE202013010116U patent/DE202013010116U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015176790A1 (en) * | 2014-05-22 | 2015-11-26 | AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG | System for feeding electricity to an electrical grid |
DE102015004782A1 (en) * | 2015-04-15 | 2016-10-20 | Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH | System comprising a household appliance |
CN106787062A (en) * | 2016-11-22 | 2017-05-31 | 深圳伊艾克斯信息技术有限公司 | A kind of spontaneous electric control system of cycling |
CN106787062B (en) * | 2016-11-22 | 2019-04-23 | 深圳伊艾克斯信息技术有限公司 | A kind of spontaneous electric control system of cycling |
DE102020115986B3 (en) | 2020-06-17 | 2021-12-09 | Christoph Vad | fitness device |
WO2021255686A1 (en) | 2020-06-17 | 2021-12-23 | Christoph Vad | Fitness apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102012024071B4 (en) | Bicycle generator and / or switching device | |
DE102013018716B4 (en) | Fitness machine or retrofit kit for a fitness machine for professional power generation | |
DE60021744T3 (en) | WIND TURBINE | |
DE2436748A1 (en) | ENERGY-ABSORBING DEVICE FOR TRAINING EQUIPMENT | |
DE202013010116U1 (en) | Fitness device or retrofit kit for a fitness device for professional power generation | |
CN201239468Y (en) | Sport body-building device for two-player | |
DE102018203566B4 (en) | Electromechanical energy converter with an inner and an outer energy converter | |
DE102011116619A1 (en) | Generator with ironless rotor and inner and outer stator | |
DE69500812T2 (en) | Power supply device for an exercise bike | |
DE4317817C1 (en) | Three phase AC generator with permanent magnetic rotor for bicycle with AC output - converted by six DC rectifier diodes with low forward voltage to DC and stator consists of 3 identically designed induction coils with soft iron pole finger cages | |
DE1268262B (en) | Single-phase AC motor, especially for higher frequency operating currents | |
DE167844C (en) | ||
DE102012013818A1 (en) | Device or arrangement of a plurality of such device for generating a training load in cardio equipment, is generated with the electric power and processed so that it can be fed into a power grid | |
WO2019150320A1 (en) | Generator and method for generating electrical current | |
DE230392C (en) | ||
DE933040C (en) | Small power generator built into a wheel hub, especially for bicycles and motorcycles | |
DE2108670C3 (en) | Device for inductive detection of the excitation current of a synchronous generator | |
CH396196A (en) | Electric motor | |
WO2016030098A1 (en) | Electric drive | |
DE29923096U1 (en) | Mechanical to electrical energy converter | |
DE202009008946U1 (en) | Design of a passenger flight screw and dynamics generator | |
DE223928C (en) | ||
DE417427C (en) | Magnetic electric gear | |
DE1538339C (en) | Drive system for generating a constant output speed from a variable input speed | |
DE155283C (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: KUECHLER, STEFAN T., DIPL.-ING. (UNIV.), DE |
|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20140206 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R157 | Lapse of ip right after 6 years |