专利名称：背包式脚动照明发电盘的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用人脚动时产生的力来发电。该发电盘适合农村缺电地区的照明，是一种随身携带的节能照明工具。
目前，市场上销售的电池手电，其缺点是普通电池和铬镍电池的容量均小，不宜作长时间连续照明的电源。
本实用新型的目的是提供一种随身携带的照明工具——背包式发电盘。它不用电池作电源，用人脚动时产生的力转化为电能，照明用的电源由发电盘供给。为了实现这个目的，需要解决三个主要技术问题1、脚动与发电机转动协调地配合。2、要求发电机的结构是平面积大、厚度薄、转子单向转动惯性大。3、发电机的转子和定子用高性能材料按配方合金制成。
本实用新型的目的是这样实现的在一个340×260×30(毫米)8透明塑料外壳内装有两块支架板(上支架板和下支架板)，每块用1毫米厚的环氧板制做，两块板相互平行，间距为26毫米，在两块板的间距内，平面设置两套完全相同的发电组件(两个同轴动力轮、两个同轴变速轮、两个发电机)，这样就制成了发电盘。我们知道，人在走路、骑车和坐着脚动时，腿的伸展和弯曲使脚与大腿根部之间的距离(距离是指两点间的直线)发生变化。腿的伸展和弯曲使脚动产生间隔性向下的力。把薄形发电盘悬挂在人背的上部，用一根(直径为3毫米，长度根据人的身高而定)强弹性胶带穿入一根(直径为5毫米)软质空芯塑料管中，胶带的下端与一只脚连接，上端与背上发电盘中的动力轮(指动力轮上的内小轮，直径为130毫米)连接，在胶带全长的中间设有“伸缩夹”(伸缩夹的作用是调整胶带的长度)，胶带在塑料管中可来回滑动(胶带与塑料管的磨擦力很小)。塑料管的下端空着不接，上端与发电盘外壳上部的出口处连接，通过人左肩或右肩悬挂在人的正面。用一根环形胶带，将动力轮上的外大轮(直径为180毫米)与变速轮上的内小轮相连；再用一根环形胶带，将变速轮上的外大轮与发电机的转子轮相连。在转子轮上设有使发电机转子单向转动的装置(简称为“单向卡”)。这就将脚动产生的力，通过弹性胶带和环形胶带传递给发电机，这个力相对于动力轮是个向下的拉力。这个拉力作为发电盘发电时所需的动力。
当腿伸展时，脚与动力轮之间的距离大于胶带的长度，该拉力通过胶带传递使动力轮顺时针转动小半周(120度)，同时，动力轮上的复位弹簧被拉长。(注发电机在发电时需要的动力14-19牛顿和复位弹簧被拉长需要5牛顿的力，二者之和小于弹性胶带被拉长需要的力。)当腿弯曲时，脚与动力轮之间的距离小于胶带的长度，此时的拉力为零。动力轮上复位弹簧所储存的反向拉力使动力轮逆时针转动半周(返回到0度)，动力轮已复位。动力轮顺时针转动会驱动发电机发电，动力轮逆时针转动会使动力轮复位。所以，当人腿的伸展和弯曲周而复始地动作时，动力轮顺时针转动和逆时针转动也在不停地反复变化。脚动产生的力，通过弹性胶带传递给动力轮，动力轮驱动变速轮，变速轮驱动发电机的转子轮，又因发电机的转子单向转动惯性很大，因此，发电机在脚动产生间隔性向下拉力的作用下，会单向连续转动发电。人脚动产生向下的力会有大有小，腿的伸展程度使脚与动力轮之间的距离会有长有短。当这个距离适中时，施于发电机上的动力适中，发电机正常转动发电，弹性胶带保持原来的长度。当这个距离过大时，动力轮顺时针转到120度时，被“阻转卡”阻止，弹性胶带被拉长。施于发电机上的动力仍然适中，发电机正常转动发电。因此，选取合适的弹性胶带和用“伸缩夹”合理地调整胶带的长度，就能使脚动与发电机转动协调地配合。大约每间隔5秒以内需一只脚动一次，此时，发电机转速为8-13转/秒，输出交流电压5.3-6伏，电流0.25-0.3安。在一个发电盘中设置两套完全相同的发电组件，两只脚分别带动两个发电机，两个发电机合供一个双灯丝的灯泡发光。一只脚动使一组灯丝发光，两只脚动使两组灯丝同时发光。为了使每组灯丝两端电压稳定，盘内设有过压稳压电路。人脚动产生间隔性向下的力，远大于该发电盘发电时所需的动力(拉力)。故，发电盘发电时所需的动力对人体的感觉甚微。这就达到了脚动发电之目的。
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型实施例的主视图。
图2是本实用新型实施例的左视图。
在
图1和图2中1、左脚2、弹性胶带3、空心塑料管4、伸缩夹5、动力轮(上、下)6、复位弹簧7、阻转卡8、变速轮(上、下)9、环形胶带10、发电机11、转子轮12、外壳13、轴15、上支架板16、下支架板21、空心轴27、反光灯28、右脚。
在
图1和图2所示实施例中，左脚(1)接一根弹性胶带(2)的下端，上端通过“伸缩卡”(4)穿入塑料管(3)中与动力轮(5)的内小轮相接。动力轮(5)的外大轮通过环形胶带(9)与变速轮(8)的内小轮相连；变速轮(8)的外大轮通过环形胶带(9)与发电机的转子轮(11)相连。这就将左脚(1)动产生的力，通过弹性胶带(2)和环形胶带(9)传递给发电机的转子轮(11)，这个力作为发电盘发电时所需的动力。当腿伸展时，动力轮(5)顺转120度，本轮上的复位弹簧(6)被拉长。当腿弯曲时，复位弹簧(6)所储存的力使动力轮(5)逆转返回到0度。若左脚(1)动产生连续间隔性的力，驱动发电机的转子轮(11)时，因发电机(10)的转子单向转动惯性大，故，发电机会单向连续转动发电。两只脚分别带动两个发电机(10)，两个发电机(10)合供一个反光灯(27)发光。当脚动产生的力过大时，动力轮(5)顺转到120度时受到“阻转卡”(7)的阻止，弹性胶带(2)被拉长，施于发电机(10)上的力仍然适中。合理地调整弹性胶带(2)的长度，就能适应人在走路、骑车和坐着脚动时的照明。
发电机结构的设计发电机定子的铁芯是固定的，转子是永磁体。将永磁体转动相对切割磁力线，可使铁芯上绕的线圈引出头与灯泡连接方便。转子由永磁体、上下铁环片、飞轮、转子轮、空心轴五部分组成。永磁体制成小圆柱形，飞轮制成大扁圆形。圆柱形永磁体的两个平面是磁体的两个极(S极和N极)，在圆柱形永磁体的上下两个平面上，各放置一个铁环片(上下铁环片的直径均为45毫米，永磁体的直径为27毫米)，其作用是使磁力线集中通过铁芯。在空心轴的两头安装两块公钻石(一般钟表的钻石)，对应的两块母钻石分别装在上、下两块支架板上。将永磁体、上下铁环片、飞轮、轴四者制成一体。飞轮的直径为80毫米，厚度为5毫米，在飞轮直径60毫米处挖去一个厚4毫米的扁圆体，又在飞轮内圆周的边上，制成18个斜齿。转子轮上装有3个活动的“单向卡”(3个单向卡呈等边三角形)，若转子轮顺时针转动时，3个活动“单向卡”与飞轮上的斜齿相吻接，可驱动飞轮顺时针转动；若转子轮逆时针转动时，3个活动“单向卡”与飞轮上的斜齿不接触，此时的驱动力为零，飞轮不会逆时针转动。因飞轮转动时的离心力大，轴的磨擦力小，所以，发电机转子在外力的作用下，单向转动惯性很大。
定子由两个半圆环形铁芯和绕在两个半圆环形铁芯上的两个线圈组成。每个半圆环形铁芯的厚度(10毫米)是由9层半圆环形片叠合成一体。两个半圆环形铁芯组成一个不闭合的圆环(两个半圆环形铁芯气隙的长度是6毫米)。圆环铁芯的孔中套入转子的圆柱形永磁体，它们在一个平面内是以轴为圆心的同心体，彼此间隙为2毫米。用直径为0.6毫米的两根漆包线，分别在两个半圆环形铁芯上各绕33匝，两组线圈绕向相反，把1根漆包线的末端与另1根漆包线的末端串接，另两个始端接灯泡中的一组灯丝。然后，将这个不闭合的圆环铁芯固定在上支架板上。
发电机材料的选取转子——永磁体的材料用配方合金制成。稀土永磁材料的特点是高剩磁、高矫顽力、高磁能积。用稀土材料制成的合金永磁体，具有体积小、重量轻、效能高，是目前最好的永磁体。用高矫顽力钕铁硼(Nd15B8Fe77)材料制成合金永磁体的特性数据为剩磁(Br):1.23特斯拉(12.3×108高斯)矫顽力(Hc):880.1×108安培/米(11.06×108奥斯特)最大磁能积(BH)m:2.90×106特斯拉·安培/米(36.5×106高斯·奥斯特)(以上数据由高等学校教材，赵凯华、陈熙谋编写的《电磁学》下册第二版603页上提供。书编号是ISBN7-04-001308-8/0458)定子——铁芯的材料用配方合金制成。铁芯的作用是增大线圈中的磁通量。要求铁芯材料的最大磁导率μm高，矫顽力Hc小，饱和磁化强度M8大。用78.5％镍与21.5％铁制成合金片。其特性数据为最大磁导率(μm):100000矫顽力(Hc):4.0安培/米(0.05奥斯特)饱和磁化强度(μ0Ms):1.0特斯拉(10000高斯)(以上数据由高等学校教材，赵凯华、陈熙谋编写的《电磁学》下册第二版601页上提供)。
铁芯厚度为10毫米，由9层合金片叠合成一体。
飞轮的材料用90％铝与5％铜和5％锡制成合金扁圆环体。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图3是本实用新型实施例的纵剖面图图4是本实用新型实施例的俯视图图5是本实用新型实施例的仰视图在图3、图4和图5中11、转子轮15、上支架板16、下支架板17、永磁体18、铁环片(上)19、铁环片(下)20、飞轮21、空心轴22、轴钻石(上)23、轴钻石(下)24、半圆环形铁芯25、线圈26、单向卡在图3、图4和图5所示实施例中，把永磁体(17)、上下铁环片(18、19)、飞轮(20)、空心轴(21)、和轴的上下公钻石(22、23)制成一体，称为转子。在圆柱形永磁体(17)的上下两个平面上各放置一个大铁环片(18、19)，使磁力线向圆周外延伸集中通过铁芯(24)。转子轮(11)套在空心轴(21)上，置于飞轮(20)的下面。转子轮(11)上的三个“单向卡”(26)与飞轮(20)上的斜齿对应吻接。每个半圆环形铁芯(24)上各绕一组线圈(25)，两个半圆环形铁芯(24)组成一个不闭合的圆环，称为定子。将圆环铁芯(24)固定在上支架板(15)上，孔中套入圆柱形永磁体(17)。这样就制成了平面大、厚度薄、单向转动惯性大的发电机(10)。
本实用新型的特点1、选用稀土永磁材料制成的合金永磁体和铁、镍材料制成的合金铁芯，使发电机的效能大为提高。
2、转子由圆柱形永磁体、上下铁环片、大扁圆形飞轮和空心轴制成一体，在轴的两头安装两付钻石轴承，使轴的磨擦力减小，使用寿命长。飞轮的直径(80毫米)远大于永磁体的直轻(27毫米)，转子单向转动惯性大，可使人脚动的频率降低。
3、在小圆柱形永磁体的上下两个平面上，各放置一个大铁环片，使磁力线集中通过铁芯。
4、动力轮与变速轮，变速轮与转子轮之间的相连，均用环形胶带作力的传递，使发电时无噪音。
5、采用长度可调的弹性胶带，把人脚动时产生的力传递给发电机发电，就能适应人在走路、骑车和坐着脚动时的照明。
发电盘的主要技术性能1、一个发电机所需的脚动力19-24牛顿(其中包括复位弹簧被拉长需5牛顿的力)2、一个发电机输出交流电压5.3-6伏特输出交流电流0.25-0.3安培3、发电时发电机的转速8-13转/秒4、发电时一只脚动的频率5秒内需脚动一次5、发电盘外壳体积340×260×30(毫米)86、总重量600克
权利要求1．一种背包式脚动照明发电盘，用透明塑料制成平面大、厚度薄的发电盘外壳，盘内装有两套相同的发电装置，将盘悬挂在人背的上部，用两根长度可调的弹性胶带，胶带的两个上端分别于盘中的两个动力轮对应连接，胶带的两个下端分别于两只脚对应连接，每只脚动均可驱动盘中的一个发电机发电，两个发电机合供一个双灯丝的灯泡发光，本实用新型的特征是(1)用长度可调的弹性胶带，把人脚动产生间隔性的力，传递给发电机发电，(2)发电机的定子由两个半圆环形铁芯组成一个不闭合的圆环，每个半圆环形铁芯上各绕一组线圈，铁芯选用78.5％镍和21.5％铁制成合金片，转子由圆柱形永磁体、上下铁环片、大扁圆形飞轮和空心轴制成一体，永磁体选用稀土永磁体。
2．按权利要求书1所述的背包式发电盘，其特征是用长度可调的弹性胶带，把人脚动产生的力，传递给发电机发电。
3．按权利要求书1所述的背包式发电盘，其发电机的结构特征是两个半圆环形铁芯组成一个不闭合的圆环。
4．按权利要求书1所述的背包式发电盘，其发电机的结构特征是两组线圈绕向相反，两个末端互串接，两个始端接灯丝。
5．按权利要求书1所述的背包式发电盘，其发电机的结构特征是永磁体、上下铁环片、飞轮三者的组合呈“工”字形。
专利摘要本实用新型提供一种随身携带的照明工具——背包式脚动照明发电盘。用人脚动时产生的力转化为电能,照明用的电源由发电盘供给。发电盘外壳平面大、厚度薄、重量轻,适合人对背包发电盘的外观和重量的要求。发电机的转子单向转动惯性大,使人脚动的频率降低。转子和定子均用高性能材料的合金制成,使发电机的效能提高。使用时,只要合理地调整胶带有长度就能适应人走路、骑车和坐着脚动时的照明。该发电盘适合农村缺电地区的照明。
文档编号F03G5/00GK2313068SQ9621550
公开日1999年4月7日 申请日期1996年7月12日 优先权日1996年7月12日
发明者韩玉阳 申请人:韩玉阳