CN106051819A - 电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机及其工作方法，包括外壳，所述外壳内设有线圈；所述线圈通过电能存储电路与充电电池连接形成闭合回路Ⅰ；所述线圈内安装有能振动的磁铁；所述充电电池与电阻丝连接形成闭合回路Ⅱ；所述闭合回路Ⅱ上设有第一开关，所述第一开关与主控电路连接，所述主控电路与手机APP进行通信，通过手机APP对打火机进行监控。本发明的打火机利用振动自发电，无能源消耗。将生活中人体行走、汽车运动、机械振动环境中等等各种自然环境中的振动，将振动能转换为电能，将这些微弱的电能存储在打火机自身的电池中充分利用。

Description

电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机及其工作方法

技术领域

本发明涉及打火机技术领域，尤其涉及一种电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机及其工作方法。

背景技术

常用打火机的燃料主要是丁烷和煤油，丁烷这是一种碳氢化合物，丁烷燃烧时，与氧气结合后产生的是二氧化碳和水。据测算，一个普通的一次性打火机在燃烧时每分钟释放约237毫克二氧化碳。全国乃至全世界这么庞大的人口，如果每分钟全国十万个人同时点燃打火机，5分钟后共释放120公斤二氧化碳，那么一天，到一年，产生的二氧化碳量也是一个庞大的量。而煤油通对人体的危害有，煤油急性中毒，吸入高浓度煤油蒸气等等。而且煤油易挥发、易燃，与空气混合形成爆炸性气体，危险性极大。总之传统打火机仍然存在各种各样的不足。市场上迫切需要一种环保，无污染的且使用安全的打火机来替代现在的产品。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机及其工作方法，是一种基于电磁式振动能量采集的打火机，安全、无污染和节能减排，且具有智能化，能够与手机进行通信。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，包括外壳，所述外壳内设有线圈；所述线圈通过电能存储电路与充电电池连接形成闭合回路Ⅰ；所述线圈内安装有能振动的磁铁；所述充电电池与电阻丝连接形成闭合回路Ⅱ；所述闭合回路Ⅱ上设有第一开关，所述第一开关与主控电路连接，所述主控电路与手机APP进行通信，通过手机APP对打火机进行监控。

所述电能存储电路包括整流电路，所述整流电路的输入端连接所述线圈，输出端并联有储存电容和充电电池。

所述闭合回路Ⅱ上还安装有控制电阻丝工作的第二开关，所述第二开关与所述主控电路连接。

所述主控电路包括单片机，所述单片机的输出端连接电磁继电器，通过电磁继电器控制所述第一开关的开断；所述单片机与时钟模块连接，所述单片机还通过通信模块与手机APP进行通信。

所述通信模块为蓝牙模块。

所述单片机还与加速度计模块连接。

一种所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机的工作方法，包括，

磁铁在线圈内振动切割线圈产生电流，所产生的电流经过电能存储电路处理后存储在充电电池中；

闭合回路Ⅱ闭合后，电阻丝导通，大电流流过电阻丝，电阻丝产生大量的热；

手机APP通过主控电路对第一开关的开断进行控制，同时对打火机的使用情况进行监控。

手机APP对打火机的点燃次数进行统计并显示，通过手机APP设定每天打火机点燃的次数，超过设定次数后控制所述第一开关打开。

手机APP对充电电池的电量进行监控显示。

一种所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机的工作方法，包括，

磁铁在线圈内振动切割线圈产生电流，所产生的电流经过电能存储电路处理后存储在充电电池中；

闭合回路Ⅱ闭合后，电阻丝导通，大电流流过电阻丝，电阻丝产生大量的热；

手机APP通过主控电路对第一开关的开断进行控制，同时对打火机的点燃次数、电池电量、发电量以及行走步数进行监控。

本发明的有益效果：

本发明是一种电磁式无燃料节能环保智能打火机，通过设计磁铁和线圈，利用人体振动使磁铁相对线圈运动，从而产生感应电动势，将电能存储到充电电池中。

通过设计电阻丝，将充电电池的电能转化成热能进而点燃烟、纸等易燃物体。

本申请的打火机自身发电，替代了传统的气体和燃油能源，在点烟时没有火苗、不产生对人体有害的气体，具有安全、防风及防火的优点。

本申请通过主控电路与手机APP进行通信，实现了通过手机APP对打火机得使用情况进行监控，还能通过手机APP设定打火机的使用次数，为家人督促吸烟者戒烟起到了好的帮助。

本申请的主控电路中还设有加速度计模块，通过手机APP还能够显示使用者的行走步数，并通过行走步数得到打火机的发电量。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的发电的结构原理图；

图3为本发明的电能存储电路图；

图4为主控电路的电路图；

图5为电池充电过程；

其中，1.外壳，2.线圈，3.磁铁，4.充电电池，5.电阻丝，6.第二开关，7.保护帽，8.闭合回路Ⅰ，9.闭合回路Ⅱ，11.整流电路，12.储存电容。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

目前微电能还没有引起人们的太多关注，没有把它作为一种可再生能源来看待，但是微电能的确广泛分布在我们的周围，如果能将这些微电能收集存储起来并加以利用，那将是一种相当可观的新型可再生能源。振动式发电是利用电磁、静电、压电等效应，通过各种装置将外部的机械振动转换成电能，可以应用于各种存在微振动的环境中。

如图1，电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，包括外壳1，所述外壳1内设有线圈2；所述线圈2通过电能存储电路与充电电池4连接形成闭合回路Ⅰ8；所述闭合回路Ⅱ上还安装有控制电阻丝工作的第二开关6；所述线圈2内安装有能振动的磁铁3；所述充电电池4与电阻丝5连接形成闭合回路Ⅱ9；所述闭合回路Ⅱ上设有第一开关，所述第一开关与主控电路连接，所述主控电路与手机APP进行通信，通过手机APP对打火机进行监控。

外壳1上连接有保护帽7；保护帽7与外壳1转动连接。外壳1上还设计有图案，增加本申请打火机的美感。

总的来说打火机的整个结构可分为四大部分：振动发电部分、电能存储部分、电阻丝发热点烟部分以及智能物联部分。

振动发电部分

也即是所述的闭合回路Ⅰ8，如图2所示，本系统采用动铁型方式作为的发电源，即在人体运动时通过弹簧K使磁铁3上下振动切割线圈2来产生电流。磁铁的质量大，惯性大，在人运动的时候，更容易产生电量，而且动铁型的制作生产成本较低，制作难度较小。为了提高发电量还可以采取相应的措施，比如线圈内加入导磁物质体、多次测试设置适当的线圈匝数或增强磁铁的磁性。

电能存储部分

由上面振动发电部分将人体的振动能转换为电能，输出为微小的交流电压，微小交流电压的正负半轴交替完成电能的存储。产生的电流经过如图3所示的电能存储电路进行转换处理后存储在充电电池4中。电能存储电路包括整流电路11，所述整流电路11的输入端连接所述线圈2，输出端并联有储存电容12和充电电池4。

线圈2产生的交流电压经过整流电路11的整流滤波电路之后，存储到储存电容12里，进行电能的积聚，当电量充满储存电容12时，储存电容12就放电，把电冲进充电电池4中。

本发明储存电容12采用容量为100mf的超级电容，超级电容器容量超大、功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽。本发明采用锂电池作为存储电能的充电电池4。锂电池体积小，容量大，电压稳定，可以循环使用，安全性强，减少污染，有利于可持续发展。

电阻丝发热部分

电热丝发热是利用电流的热效应。如果闭合回路I闭合，那么电阻丝5就会导通，就会有大电流流过电阻丝5，电阻丝5就会产生大量的热，在短时间内就可以达到点燃烟、纸张等易燃物的燃点。

本实施例中，电阻丝5有两个开关控制，一个开关是打火机的点烟的按键开关第二开关6，另一个是主控电路控制的第一开关。

如图4所示，主控电路包括单片机U1，所述单片机U1的输出端连接电磁继电器LS1，通过电磁继电器LS1控制所述第一开关S1的开断；所述单片机U1与时钟模块连接，所述单片机U1还通过通信模块P2与手机APP进行通信，通信模块P2为蓝牙模块。所述单片机U1还与加速度计模块P1连接。时钟模块包括C1、C2和X1，C1和C2为陶瓷电容，X1为晶体振荡器，他们共同形成单片机的时钟。加速度计模块P1可以测出人行走步数；单片机可以通过蓝牙模块P2把数据无线发送到手机，与手机实现通信。第一开关S1是手机控制的开关。实现了双开关，双保险。且第一开关S1是可以在戒烟计划中设定，来帮助烟民尽早戒烟。

本发明的电阻丝5使用陶瓷结构底座，镍铬合金发热丝，使用寿命长。点烟或纸张时将其靠近电热丝，电热丝发的热就足够点燃了。

智能物联部分

主控电路集成了单片机、加速度计模块以及蓝牙模块。加速度计模块可以检测人们行走的步数从而获得发电量，单片机通过检测打火机的开关次数得到点烟次数。蓝牙模块与手机互相通信，可在手机APP显示每天行走步数、发电量、抽烟次数等信息。手机APP还可以智能提醒烟民抽烟次数、设定每天最大点烟量、将数据传至亲友等来督促烟民戒烟。

单片机采用Msp430单片机，Msp430单片机是一款超低功耗主控芯片，待机电流1.1μA，驱动电流5mA，功耗非常小。该单片机内部自带高精度模拟数字转换功能，可以方便实现对电池电量的检测。加速度计模块，是通过人运动时产生加速度变化来实现的，利用具有体积小，功耗低，三轴加速度传感器来实现，采集到的加速度数据通过简单的处理就可以实现计步功能，而人行走的步数和发电量存在一定的线性关系得到人行走的步数就得到了发电量。检测点烟次数是单片机连接到点烟的开关第二开关上，每当点烟时，单片机就会记录下点烟的次数。蓝牙模块采集蓝牙4.0模块，同样具有超功耗的特点，手机和蓝牙模块连接后，单片机就会将此时自己记录的数据发给手机，最后将这些数据在手机APP显示。

当手机和蓝牙模块配对连接之后，手机APP就会更新打火机传来的数据，包括点烟次数、行走步数、发电量、电池电量等。另外手机APP可以设定戒烟计划，设定未来一个月内每天的抽烟次数，每天当抽烟的次数达到设定的抽烟次数的时候，单片机就会控制和点烟开关第二开关6串联的另一个开关第一开关断开，这时候再推动打火机也不会使电路导通，使烟民无法抽烟。与此同时，手机APP通过语音播报以及消息提示烟民，今天抽烟已达设定上限。等到第二天，新的数据产生，打火机又可以正常使用。

一种所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机的工作方法，包括，

磁铁在线圈内振动切割线圈产生电流，所产生的电流经过电能存储电路处理后存储在充电电池中；

闭合回路Ⅱ闭合后，电阻丝导通，大电流流过电阻丝，电阻丝产生大量的热；

手机APP通过主控电路对第一开关的开断进行控制，同时对打火机的点燃次数、电池电量、发电量以及行走步数进行监控。

原理分析

1、人体运动模型分析

人体在各种运动过程中，一部分机械能完成对外做功，而另一部分机械能以各种方式消耗掉。若将这些能量收集利用起来，将是一种相当可观的资源。

人走路的频率一般为0.5秒/步，假设人的腿长为h＝1m，迈步的角度α＝40°，则走路过程中脚前行时产生的高度差可表示为

实验所用的磁铁横截面积为：

$S={\mathrm{\πR}}^2=\mathrm{\π}{\left(\frac{5cm}{2}\right)}^2=19.625\×{10}^{-4}{m}^2$

磁体质量m＝10g,将前面的式子代入可计算出磁体上下运动产生的重力势能为W＝mgΔh＝0.023J

相应功率P为P＝W/t＝W/0.5＝46mW

设磁场强度B＝1T，线圈匝数N＝3000，则可计算出平均交流电压U为:

$U=\frac{NS\mathrm{\Δ}B}{\mathrm{\Δ}T}=\frac{3000\×19.625\×{10}^{-4}\×1}{0.25}=23.55V$

对于截面直径为0.1mm的铜丝，其电阻为182Ω，设外电阻为1kΩ，则平均交流电流为

于是，所产生的功率W＝UI＝23.55×0.02＝0.47W

经上述所知，人体运动产生的能量如果能够被收集利用起来将会有点燃打火机所需的能量。

2、储能设计的基本理论

电路设计重点在于：整个电路系统不借助外部能源供电，只依靠前面产电装置所产生的电量来驱动电路正常工作，并最终实现将微电能存储在蓄电池中。由电磁式振动能量采集装置将人体的振动能转换为电能，输出为交流电压。

线圈2产生的交流电压经过整流电路11的整流滤波电路之后，存储到储存电容12里，进行电能的积聚，当电量充满储存电容12时，储存电容12就放电，把电冲进充电电池4中。

通过收集振动产生的微电能从而大大利用了身边我们无意之中产生的能量，进而用于我们随身携带的点燃设备之中，实现了节能减排的目的。

实际测试当中产生的电压平均为2V多，当振动比较剧烈或摇晃比较快的时候，最大瞬时电压也已达到5V左右。经上述所知，人体运动产生的能量稳压后输出为4.2V、355mA将电能最终存储在各种蓄电池中。

传统打火机会产生多少二氧化碳？如果每分钟全国一万个人同时点燃打火机，5分钟后共释放120公斤二氧化碳，按一天十小时来计算，也就是600分钟，则一天释放120120＝14400公斤二氧化碳，则一年释放1440360＝5184000公斤二氧化碳，显然这个是按最低量来计算的，数值也是庞大的。而用电能来引燃的打火机就可以规避这一问题。

本发明提供的打火机一年可以储存的电量总和是多少呢？只算点燃香烟的打火机，中国现在一共有3亿多烟民，则全国现在有的打火机数量必然超过3亿，就按3亿来算，本发明的打火机的功率是0.47W，按平均每个打火机有两个小时在震动，一年360天，则一共可以收集电能，显然这个数量也是非常庞大的。

关于寿命问题，一般传统的打火机对于经常吸烟的人来说最多使用不超过3个月，多数便会随外壳一起扔掉，而中国每年废弃打火机多达上亿支，因此造成了比较严重的环境污染。而对于基于此种原理研发出来的打火机寿命会变得很长，据保守估计，在没有人为损坏的前提下，可以使用大致3到5年，从经济性方面考虑也是相当好的。

本发明的打火机利用振动自发电，无能源消耗。将生活中人体行走、汽车运动、机械振动环境中等等各种自然环境中的振动，将振动能转换为电能，将这些微弱的电能存储在打火机自身的电池中充分利用。

本发明将自己发的电用来转化为热能，无气，无油，环保。替代了传统的气体和燃油能源，在点烟时不再产生对人体有害的气体。

利用物联网技术，巧妙地增加了打火机的智能化功能，即打火机同时具有计步器功能，可以在手机上显示定量化步数与振动收集能量的关系和记录点烟的数量、次数提醒，对于人们的健康也是很大的帮助，对于有健身需求的人来说也会提供更多功能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，其特征是，包括外壳，所述外壳内设有线圈；所述线圈通过电能存储电路与充电电池连接形成闭合回路Ⅰ；所述线圈内安装有能振动的磁铁；所述充电电池与电阻丝连接形成闭合回路Ⅱ；所述闭合回路Ⅱ上设有第一开关，所述第一开关与主控电路连接，所述主控电路与手机APP进行通信，通过手机APP对打火机进行监控。

2.如权利要求1所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，其特征是，所述电能存储电路包括整流电路，所述整流电路的输入端连接所述线圈，输出端并联有储存电容和充电电池。

3.如权利要求1所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，其特征是，所述闭合回路Ⅱ上还安装有控制电阻丝工作的第二开关，所述第二开关与所述主控电路连接。

4.如权利要求1所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，其特征是，所述主控电路包括单片机，所述单片机的输出端连接电磁继电器，通过电磁继电器控制所述第一开关的开断；所述单片机与时钟模块连接，所述单片机还通过通信模块与手机APP进行通信。

5.如权利要求4所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，其特征是，所述通信模块为蓝牙模块。

6.如权利要求4所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机，其特征是，所述单片机还与加速度计模块连接。

7.一种如权利要求1所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机的工作方法，其特征是，包括，

磁铁在线圈内振动切割线圈产生电流，所产生的电流经过电能存储电路处理后存储在充电电池中；

闭合回路Ⅱ闭合后，电阻丝导通，大电流流过电阻丝，电阻丝产生大量的热；

手机APP通过主控电路对第一开关的开断进行控制，同时对打火机的使用情况进行监控。

8.如权利要求7所述的工作方法，其特征是，手机APP对打火机的点燃次数进行统计并显示，通过手机APP设定每天打火机点燃的次数，超过设定次数后控制所述第一开关打开。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是，手机APP对充电电池的电量进行监控显示。

10.一种如权利要求6所述电磁式自发电无燃料节能环保型智能打火机的工作方法，其特征是，包括，

磁铁在线圈内振动切割线圈产生电流，所产生的电流经过电能存储电路处理后存储在充电电池中；

闭合回路Ⅱ闭合后，电阻丝导通，大电流流过电阻丝，电阻丝产生大量的热；

手机APP通过主控电路对第一开关的开断进行控制，同时对打火机的点燃次数、电池电量、发电量以及行走步数进行监控。