CN102465851B - 便携式发电机 - Google Patents

Abstract

一种便携式发电机以标准的交流电电压并用标准的交流电连接器提供使用的高电压直流电。由于切换充电器立即可整流120-240伏单相交流电输出，120-240伏的直流电源可被接受用来驱动这些充电器。一种方法是高频率转换到交流电和升压变压器，而第二种方法是在一个升压电路中采用电感器。在机械上是使用一个由手动曲柄和踏板供给动力的机构。在第一种实施方式中，一种一个发电机10瓦手动曲柄模式可以驱动用于除了笔记本电脑外的全部范围的便携式装置的充电器。在第二种实施方式中，用踏板操作的两个发电机模式可以驱动一个小的20瓦笔记本电脑。本发明构思是使用一个发电机或以并联或串联的两个发电机中的任一个方案，而超出两个的增加的发电机也可被采用。

Description

便携式发电机

技术领域

本发明有关一种便携式发电机(portable power generator)。

背景技术

便携式电源需要重量轻、容易使用并且以有用的形式产生足够的电力。在过去的二十年中，许多移动装置包括手机、智能电话、笔记本电脑、全球定位系统（GPS）导航、mp3播放器、数码相机、摄录像机已全部被开发出来。它们全部都被其电池寿命所限制，因而将会从便携式电源获益。

存在一些较大尺寸的发电机装置，它们的尺寸妨碍了它们可便于携带或具有小型的尺寸。它们还比较贵。其中一些装置具有低电压直流电接口而存在数个问题。它们必须直接通过其接口与众多机械的和电的接口例如不同形式的接插头直接连接。如果功率不足，它们虽可以慢慢地充电但这要延长充电时间。一些装置具有一个交流电接口。这只能采用较贵的电子设备和/或大而重的组件例如变压器或较大的发电机并以较低的转换效率来实现。

“微型发电机”的电输出由于其小尺寸因而功率小和电压低。现存的一些装置已经采用微型发电机以产生低电压的直流电直接对闪光灯和一些手机的电池进行慢慢充电。如上所述，低电压直流电的益处是该直流电接口可允许功率不足的电源慢慢地充电。它们的两个缺点是：(1)它们的功率不足的发电机延长了充电所需的转动曲柄的时间；(2)该低电压直流接口必须支持许多的直流电接口。这就限制这些装置的实用性，即限制这些装置应用于专门用途或者这些装置由于用于各接口的连接件而限制其数目。相反，本发明使用一个或一个以上的发电机并克服在转换低功率交流电源以驱动用于全部应用范围的充电器中所包含的各种困难。

申请人是从以下的现有技术中获得启示：

颁发给You的第6,522,040号美国专利揭示一种用于将人力输入转变到一个发电机的转动的机构，该机构包括提高转速的多个传动齿轮。由You的专利文件的图11明显看出，由于输出是直接与一个手机连接器连接，You的专利是产生低电平的直流电电压。

Vasilovich等人为申请人的已公布的美国专利申请第2005/0200221A1号揭示一种用于将人力转换成电力的装置。Vasilovich等人揭示110伏交流电电源以及110-120交流电/直流电变换器输出的产生。然而，在其说明书第[0069]段中具体说明该变换器27是将直流电电能转变为交流电电能。

颁发给Vanderkolk的第6,788,504号美国专利，如在其图2中所显示，揭示将直流电电源转变为单相电源以及通常的家用电输出。Vanderkolk是教示一种110伏交流电的输出。

颁发给Takakura的第5,949,215号美国专利揭示一种通过一个手柄转动来工作的小尺寸的电池充电器。Takakura未教示或建议高直流电电压如何产生。

颁发给Hartman等人的第6,930,403号美国专利揭示一种包括被转动以产生电力的一个曲柄组件的移动电源。Hartman等人并未教示或建议高直流电电压的产生。

颁发给Yetter的第7,129,592号美国专利在数个实施例中教示一种用人力驱动的电源的另一个例子。Yetter揭示直流电电压的产生也揭示交流电的产生。该交流电电源可以是单相或者三相的（见说明书第4栏，第62行开头）。

在颁发给Terbrack等人的第4,412,355号美国专利、颁发给Sarich的第6,281,594号、颁发给Hobbs的第6,963,186号、颁发给Horiuchi的第7,292,006号、颁发给Biamonte的第7,327,046号、颁发给Hobbs的第7,411,371号美国专利中，以及申请人为Noguchi等人的已公布的第2007/0285053A1号美国专利申请和申请人为Bulthaup等人的第2008/0157536A1号美国专利申请中揭示了另外的一些便携式电源。

本发明由于提供了一种由人力驱动的单个或多个发电机组成的、便携式的、结构紧凑的、高效率和低成本的电源而与以上所列和讨论的现有技术的教示不同；本发明提供120-240伏直流电的输出并包括一种家用型电插座，以使与便携式装置一起使用的通常的充电器可容易被插入和被使用。

发明内容

本发明有关一种便携式发电机。本发明用一种以标准的交流电电压并用标准的交流电连接器提供使用的高电压直流电的新颖方法而解决了现有技术中的这些问题。由于切换充电器立即可整流120-240伏单相交流电输出，120-240伏的直流电源可被接受用来驱动这些充电器。这就允许一种更有效率的直流电至直流电变换器被使用。两种电的和两种机械的方法被采用。一种方法是高频率转换到交流电和升压变压器，而第二种方法是在一个升压电路中采用电感器。在机械上是使用一个手动曲柄和踏板供给动力的机构。

两个实施例已被开发。第一个实施例，一个发电机10瓦手动曲柄模式可以驱动用于除了笔记本电脑外的全部范围的便携式装置的充电器。第二个实施例，两个发电机模式可以驱动一个小的20瓦笔记本电脑。该机械的接口需要被容易使用和可舒适工作。两种方法被使用。对于较小的装置，是将一个手动曲柄与该发电机连接。该手动曲柄的手握柄，即旋转把手可折叠以便容易工作而不必就紧凑的尺寸妥协。对于第二中模式，两个踏板类似三轮车那样驱动一根内置轴。该第二种模式可使操作者驱动更大的动力并且可在坐着、不用两手时使用该装置。该第二种模式的一个创新特点是以支撑与两个踏板连接的轴的两个腿将两个发电机结合在一起。

因此，本发明的第一目的是提供一种便携式发电机。

本发明的另一个目的是提供这样一种装置，在该装置中将人力转变为具有120-240伏范围的一个电压的直流电电源。

本发明的又一个目的是提供这样一种装置，在该装置中可结合一个标准的家用电插座，以便使伴随低功率直流电装置的充电器的通常的120伏交流电双片抽头或240伏交流电双接脚插头可以容易地插入本发明的发电机装置。

本发明的再一目的是提供这样一种装置，该装置可以或者通过转动一个手动曲柄或者以不用手的方式脚踏两个踏板来提供电源。

当结合附图阅读时可从以下对较佳实施例的详细说明中更清楚理解本发明的上述和其他的目的、各个方面和特征。

附图说明

图1是本发明第一实施例的前侧视立体图；

图2是图1所示实施例的侧视图；

图3是本发明第一实施例的分解立体图；

图4是本发明第二实施例的前侧视立体图；

图5是该第二实施例的侧视立体图；

图6是该第二实施例的后视立体图；

图7是该第二实施例的分解立体图；

图8是该第二实施例的端视图，其中为显示细节而移走了一些零件；

图9是该第二实施例的侧视图，其中为显示细节而移走了一些零件；

图10a是根据本发明教示第一实施例所采用的电路系统的示意图；

图10b是根据本发明教示第二实施例所采用的电路系统的示意图；

图10c是电路系统的第一个供替代的选择实例的示意图，其中采用了多个协同配合的发电机；

图10d是电路系统的第二个供替代的选择实例的示意图，其中采用了多个协同配合的发电机；

图11-图17是本发明第一实施例的操作方式的顺序说明示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

首先参看图1-图3，在图中本发明第一实施例的装置总的用附图标记10表示，该装置包括一个壳体11和一个驱动机构13。该壳体11具有一个布置传动装置17的内室15（见图3），该传动装置17包括多个传动齿轮19、21和23。较佳地，该传动比设定成曲柄13一秒转动两次而使传动装置17的输出轴以每分钟2,800转(rpm)的转速旋转。传动装置17与一个发电机装置22相连接，该发电机装置22包括一个发电机以及图10示意描绘的该电路系统。该电路系统的输出与包括有两个连接器端口的一个插座20的连接头24和26相耦接，该插座20是具有通常家用的120或240V的交流电（VAC）输出的接线盒。

如图3所示，该壳体11包括两个半壳12和14。该驱动机构13包括一个通过连接机构29与一个扁平的曲柄臂27连接的手握柄25。该连接机构29借助支承在该曲柄臂27的开孔33上的完全相对布置的两个支柱31被可枢转地安装到该手握柄上。该连接机构29具有一个支柱35被支承在该手握柄25上形成的一个凹槽37中。如图1所示，当该装置10处于未使用状态时，该曲柄臂27和手握柄25是处于该图示位置。当要转动曲柄臂27以产生电时，首先使曲柄臂27在图1所示的位置与该手握柄25一起略微转动。随后使手握柄25与该连接机构29一起枢转直到曲柄臂采取图13和图16-图17所示的位置为止，于是曲柄臂可以如图17所示那样转动以使电流产生。再参看图3，该曲柄臂27包括一个止挡34，该止挡可以进入在连接机构29上的两个凹槽36，38的任一个中，以便可释放地将手握柄锁定在其两个交替方位的任一个上。

现参看图4-图9，本发明的第二实施例的装置总的用附图标记40表示，该装置包括一个壳体41以及一个支撑架，该支撑架包括展开的腿部43和脚部45、47、49和51，它们较佳是将发明的装置支撑在地面上。

一对曲柄53和55包括各自的踏板57和59，两个踏板相互相对地偏置180度，并可较佳与被使用者的脚结合使与传动装置60（见图8和图9）连接的该曲柄53和55转动，以将踏板的运动转变成较高的转速，例如将每秒1.5转的转动转变成在传动装置60的输出轴上的2,800rpm。该传动装置60与相应于如图3所示的发电机装置22的两个发电机装置61和63相连接。这些发电机装置的每一个包括一个发电机和如图10示意描绘的电路系统。装置包括有一个电插座65（见图4和5），该电插座包括相应于通常家用120或240V交流电插座开孔的两个开孔67和69。

现参看图11-图17，现说明图1-图3中图示的第一实施例的操作过程。图11显示装置10被握持在使用者手1的手掌中。一根弹性带12张开扣套在壳体11和手握柄25上，以将它们保持在图中所示的位置。如图12所示，移走该弹性带12，然后参看图13，使手握柄25环绕连接机构29枢转，于是可将用于电动装置的充电器的插头和变压器4插入插座20（见图14）。此后，该弹性带12这时便恢复扣套在充电器4和壳体11的周围（见图15）。在该时刻，在握持手握柄25的同时使扁平的曲柄臂27转动（见图16和图17），以使该装置10工作。

现参看图10a-图10d，将提供对该电路系统的说明。

参看图10a，图中示出直流电（DC）至直流电的变换器电路的示意图。三相交流电（AC）输入电源被桥式整流器D1和D6整流。电容C1减小脉动。二极管D3、电阻R1、二极管D8、电容C2和C1提供用于CD40106Hex Schmidt变流器芯片的调整电源。该变压器的初级是以完全的桥式结构配置。场效应管Q1和Q2在产生交流电的交变方向上轮流导通和拉引到初级线圈的接地一侧。该线圈的中央抽头与直流电供电正极相连接。该两个场效应管的栅极被连接在一个并联的稳定的振荡器上。该振荡频率是由电阻R6、R4和电容C4以及电阻R7、R5和电容C5的RC时间常数设定。当变流器接脚1、3、5的输入电压高，则输出电压2、4、6低。该接脚9、11、13输入现要通过电阻R4和R6高充电至一个高压状态而使接脚8、10、12的电压变低，并且通过电阻R5、R7和电容C5使接脚1、3、5输入充电到高压的过程开始。这将以一种自由运行的方式继续振荡。Schmidt触发器确保清晰的转变和可靠振荡工作。该高频率的工作通过减少变压器铁芯损失而获得较高效率的工作。一种较小的比较便宜的变压器相对于50-60Hz变压器在尺寸和重量方面也得益。变压器的次级电压通过改变匝数比提高并随后被整流器D7整流和被电容C6过滤。这就可以高到93％的效率提供110-120伏的输出直流电电压。当然，如本领域普通技术人员所能理解到的那样可将该电路简单地改变即可提供240伏直流输出。

在图10b所显示的电路示意图中另一种方法是一种电感升压电路。三相电流由桥式整流器D1和D2整流并由电容器C1过滤。电阻R1、二极管D3和电容器C2提供给555计时器芯片的调整电源。电阻R2、R3和电容器C3对555计时器芯片设定工作频率。当场效应管Q2导通，电流流经电感器L1和场效应管Q2。当场效应管Q2断开，在该电感器中的电流仍要保持其流动因而在场效应管Q2的接脚3上的电压被升高，从而使磁能储存在该电感器上。该电压将继续升高直到电压超过被两个齐纳（稳压）二极管D4和D5所设定的电压，直到大约120伏直流电（DC）为止。当然，如本领域普通技术人员所能理解到的那样可将该电路简单地改变即可提供240伏直流输出。电流现将流入将导通的场效应管Q1的基极并将使555计时器的重新设置接脚的电流变小而直到电压下将到该调整点以下时使场效应管Q1断开。以这种方法，该升压电路将可调整到设定电压。输出通过二极管D6被整流并被电容C4过滤。这种电路根据所采用的电感器的质量可达到83％和93％之间的效率。

为用于两个电机，除了在该升压电路中的整流器D1和D2和在类型2中的D1和D6外可以采用第三桥式整流器。这些桥式整流器的六个输入与两个发电机的三相输出连接。在全部的桥式整流器在以相同电压导致双重的电流和电源之后该电源即可被组合进直流电源。

或者，该两个发电机和电路可保持隔离或将它们的输出组合，即通常是一个输出被连接到另一个输出的高压端。这就可获得双重电压并保持电流相同。

用同样的方法可以组合两个以上的发电机。与一个大的发电机和一个大的单个电源相比较，采用多个复制（同样的发电机和电路系统）组合的优点在于尺寸、电源和成本上有利。

在采用两个发电机的该方案中，图10c和10d描绘两个用于实现本发明的教示方案的分别可被选择的电路图。

参看图10c，一个第二发电机输入将J3与桥式整流器D2的接脚4和D7的接脚2和4相连接。该电源通过与桥式整流器D1和D2的接脚1和3连接的该桥式整流器D7的接脚1和3被组合。这就组合了来自该两个发电机的电流并用一个电路将输出电压提高到120伏或经调整的输出电压。这就要求电路的电源的元件按比例增加以操纵额外的电流。在参照图10c说明的该方案中，分别由一个发电机和其关联的电路组合构成的多个子系统是以并联的方式连接。

在图10d中示出一个第二个选择方案。在这个选择方案中，该第二发电机J3与两个桥式整流器D7和D8相连接。这个独立的分离的发电机的直流电源输出是采用与如图示用于第一发电机J1的电路相同的一个复制的分离的电路。其高电压直流输出是在接线板J4上显示。该接线板J2和J4如图10d所示那样组合以增加它们的电压，而两个发电机J1和J3的和相关联的电路的新的组合后的额外电压是在该接线板J5输出。在参照图10d所说明的该方案中，分别由一个发电机和其关联的电路组合构成的多个子系统是以串联的方式连接。

与采用一个大的发电机的相反，由于采用多个较小的发电机和复制的电路板可以满足尺寸小的要求和成本的节省。

采用本发明所获得的测试结果如下列出－全部类型均已被制成样品并且该升压电路以生产的形式被实施。

生产的升压电路首先采用变阻器和变压器电源进行测试。

负载（千欧）	功率（瓦）	电压（伏）	电流（毫安）
				7.5	1.8	116.4	16.2
5	2.7	116.3	24.1
				2.5	5.2	113.4	46.2
1	10.4	100.4	104.4
				手机	4.2	117	36.1

该单个发电机下一步用带有摩托罗拉、LG和三星手机充电器以及手机、佳能和尼康的摄像机、索尼摄录像机、苹果音乐播放器（iPod）、苹果平板电脑（iPad）的发电机进行了测试。在全部的情况中，供给该充电器的电源由标准交流电输出进行了测量，然后由手动曲柄式发电机进行了测量，结果是该电源测量值是相同的。经测量的电压在交流电和直流电的情况中是117V。在两种情况中电源是相同的，手机的功率是4.2瓦、佳能摄像机是6.4瓦、尼康摄像机是8.2瓦、苹果音乐播放器是2.5瓦、苹果平板电脑是10瓦。

然后进行了扩展的测试。将一个手机用作负载，将它完全放电（用完电），然后用墙上插座进行充电。充电时间是100分钟。然后再完全放电并手摇曲柄30分钟。手机所指示充电状态是显示四条状态条中的两条。再采用额定输出功率13W的60W荧光灯泡进行测试，并在用单个发电机正常进行工作。用于带有数个堆叠电路的20瓦自行车模式，电压是237伏，而供给笔记本电脑的功率是19.92瓦。

测试的结论是这些装置的充电速率是被它们的充电器限制，并且手摇曲柄装置和自行车装置提供的电源与由墙上插座的电源是相同的。本发明仅仅受到在发电机的功率范围内正在充电的装置的限制。如在生产单位中目前所设计的，这里包括全部已知的装置。

这样，发明已按照其多个较佳实施例进行了揭示，这些实施例实现了上述每个发明目的并提供了一种具有重大的新颖性和实用性的便携式发电机的多个新的有用的实施例。

当然，本领域的技术人员根据本发明的教示可在不违背本发明精神的情况下并在本发明范围内构思出种种的改变、变型和替代的方案。

因此，本发明仅仅是由所附权利要求的术语和范围所限定。

Claims (22)

1.一种便携式发电机，其特征在于，包括：

a.一个壳体，容纳有一个包括至少一个发电机的发电机装置；

b.一个伸出所述壳体外的驱动所述发电机装置的驱动机构，所述驱动机构将人力输入转变为所述的至少一个发电机的转动；

c.所述发电机装置的电源输出，所述电源输出与在所述壳体内的一个电路相连接，所述电路将所述发电机装置的所述电源输出转变为以大约120或240伏直流电输出的插座电源；以及

d.一个安装在所述壳体上并与所述插座电源连接的电插座。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述的发电机装置包括多个发电机。

3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于所述的多个发电机包括两个发电机。

4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于所述的发电机是并联连接。

5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述的驱动机构包括一个手动曲柄。

6.根据权利要求5所述的发电机，其特征在于所述手动曲柄包括一个曲柄臂和一个可枢转地连接于所述曲柄臂的手握柄。

7.根据权利要求6所述的发电机，其特征在于所述的手握柄可从在与所述的壳体的一端邻近的一个第一位置通过所述的曲柄臂枢转到所述的手握柄与所述壳体分开的第二位置。

8.根据权利要求7所述的发电机，其特征在于所述的手握柄是通过一个连接机构与所述的曲柄臂相连接，所述连接机构包括一个具有相对布置的两个凹槽的扁平体，所述的曲柄臂包括一个止挡，所述止挡可与所述两个凹槽的任一个结合，以便将所述的手握柄可释放地锁定在所述第一位置或第二位置。

9.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述的插座电源是以大约120伏直流电输出。

10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于所述的电插座包括具有两个连接器端口的插座。

11.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述的插座电源是以大约240伏直流电输出。

12.根据权利要求11所述的发电机，其特征在于所述的电插座包括具有两个连接器端口的插座。

13.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于所述的驱动机构包括一对相对布置的曲柄。

14.根据权利要求13所述的发电机，其特征在于所述的发电机装置包括两个发电机。

15.根据权利要求14所述的发电机，其特征在于所述的相对布置的曲柄的每一个包括一个安装其上的脚踏板。

16.根据权利要求15所述的发电机，其特征在于所述的脚踏板相互相对地成180度偏置。

17.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于所述的多个发电机的每一个与其自有的电路相连接，发电机和电路的组合是相互间以串联互相连接。

18.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于所述的多个发电机的每一个与其自有的电路相连接，发电机和电路的组合是相互间以并联互相连接。

19.一种便携式发电机，其特征在于，包括：

a.一个壳体，容纳有一个包括一个发电机的发电机装置；

b.一个伸出所述壳体外的驱动所述发电机装置的驱动机构，所述驱动机构将人力输入转变为所述发电机的转动，所述的驱动机构包括一个手动曲柄，所述手动曲柄包括一个曲柄臂和一个可枢转地连接于所述曲柄臂的手握柄，所述的手握柄可从在与所述的壳体的一端邻近的一个第一位置通过所述的曲柄臂枢转到所述的手握柄与所述壳体分开的第二位置；

c.所述发电机装置的电源输出，所述电源输出与在所述壳体内的一个电路相连接，所述电路将所述发电机装置的所述电源输出转变为以大约120或240伏直流电输出的插座电源；以及

d.一个安装在所述壳体上并与所述插座电源连接的电插座。

20.根据权利要求19所述的发电机，其特征在于，所述的手握柄是通过一个连接机构与所述的曲柄臂相连接，所述连接机构包括一个具有相对布置的两个凹槽的扁平体，所述的曲柄臂包括一个止挡，所述止挡可与所述两个凹槽的任一个结合以便将所述的手握柄可释放地锁定在所述第一位置或第二位置。

21.根据权利要求19所述的发电机，其特征在于所述的插座电源是以大约120伏直流电输出。

22.根据权利要求21所述的发电机，其特征在于所述的电插座包括具有两个连接器端口的插座。