CN111578317B - 一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶 - Google Patents

一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，包括燃气旋钮和打火针，还包括储能装置以及发电装置；逆时针扭动燃气旋钮，将会产生机械动能从而存储在储能装置中；当燃气旋钮复位后，顺时针扭动燃气旋钮并释放燃气，同时储能装置转动释放动能从而驱动发电装置输出电压，通过升压电路后进而使得打火针得电打火。本发明通过利用机械储能装置来驱动发电装置产生电压输出，以击穿打火针打火从而可以有效的点燃燃气。同时可以多余的电能回收存储在充电电池中，以便为其它的电子元件供能，实现了无需燃气灶频繁更换一次性电池的目的，从而解决了电池电量耗尽无法打火的不良体验和大量一次性电池带来的负面环境污染问题。

Description

一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶
技术领域
本发明涉及电气技术领域，特别涉及一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶。
背景技术
燃气灶作为一种广泛使用的厨房用具，具有巨大的社会市场。目前普遍使用的燃气灶基本通过一次性电池来供电，依据使用频率往往3～6个月便需要更换一次电池。由于一次性电池需要专业的渠道才能回收处置，然而日常生活中人们往往将替换下的一次性电池当作普通垃圾处置，甚至随意丢弃，加之燃气灶的巨大使用数量，由此带来了一系列负面和不可忽视的环境问题。
现有技术中，中国发明专利(CN108980905A)提出了一种自发电环保燃气灶，通过利用温差发电装置(热电材料发电)收集燃气燃烧时的热量产生电能，并存储在电池中从而为打火装置供电，从而提供了一种解决燃气灶电池需要更换的方法。然而，温差发电装置昂贵的成本和较低的转化效率增加了燃气灶的成本，不利于推广和替换使用一次电池的燃气灶。为此，仍然需要一种低成本和环保的燃气灶来解决上述问题，从而改善由此带来的燃气灶电池没电的负面体验和随意丢弃一次性电池造成的环境污染问题。
发明内容
针对现有技术中燃气灶一次性电池更换处置不方便的问题，本发明提出一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，通过利用机械储能装置来驱动摩擦或电磁发电机产生电压输出，再结合第一升压电路得到高电压，以击穿打火针打火从而可以有效的点燃燃气。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，包括燃气旋钮和打火针，还包括储能装置以及发电装置；
所述燃气旋钮与所述储能装置连接，所述储能装置的输出端与发电装置的输入端连接，发电装置的输出端与打火针连接；
逆时针扭动燃气旋钮时，将会产生机械动能从而存储在储能装置中；当燃气旋钮复位后，顺时针扭动燃气旋钮并释放燃气，同时储能装置转动释放动能从而驱动发电装置输出电压，进而使得打火针得电打火。
优选的,所述发电装置为摩擦发电机、电磁发电机、摩擦或电磁发电机的任意一种。
优选的,还包括传动放大装置；所述传动放大装置包括齿轮组合或者皮带及皮带轮组合，用于将储能装置中的转动动能进行放大，以驱动发电机进行发电。
优选的,包括电源管理模块，用于将发电装置产生的电能转换后存储在充电电池中。
优选的,储能装置包括螺旋发条、转动杆、固定柱、第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；
所述第一齿轮位于转动杆的顶部；所述螺旋发条与固定柱连接，用于存储动能；所述第二齿轮位于转动杆的中部，并与传动放大装置连接以将动能传递到发电装置；所述第三齿轮位于转动杆的底部，并与燃气旋钮连接。
优选的,所述第一齿轮还与拉线盘连接；拉动拉线盘使得第一齿轮和转动杆转动，从而带动螺旋发条转动进行动能存储。
优选的,所述摩擦发电机包括接触分离式摩擦发电机和转动式摩擦发电机；
所述接触分离式摩擦发电机的结构为电极-摩擦层-电极或者电极-摩擦层-摩擦层-电极；所述转动式摩擦发电机的结构为摩擦层-摩擦层-电极或摩擦层-电极。
优选的,所述转动式摩擦发电机包括定子和转子；定子包括上基板和摩擦层；转子包括绝缘摩擦层、电极和下基板。
优选的,当发电装置为电磁发电机时，电磁发电机输出的电压需通过第一升压电路进行升压，再连接到打火针上实现放电打火，所述第一升压电路包括变压器、电容和二极管；当发电装置为摩擦发电机时，摩擦发电机直接输出或通过第二升压电路输出电压，从而击穿打火针打火，所述第二升压电路包括二极管和电容。这样更便于发电装置输出电压到打火针打火。
优选的,所述电源管理模块上设置有安卓或者Type-C充电接口。作用是以便从外部通过充电宝或者充电器给充电电池来补充电能，以避免充电电池无电的极端情况
综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过利用机械储能装置来驱动摩擦或电磁发电机产生电压输出，再结合第一升压电路得到高电压，以击穿打火针打火从而可以有效的点燃燃气。同时可以多余的电能回收存储在充电电池中，以便为其它的电子元件供能，实现了无需燃气灶频繁更换一次性电池的目的，从而解决了电池电量耗尽无法打火的不良体验和大量一次性电池带来的负面环境污染问题；且本发明设计新颖合理，成本低廉，绿色环保。
附图说明：
图1为根据本发明示例性实施例的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶示意图。
图2a为根据本发明示例性实施例的储能装置的俯视示意图。
图2b为根据本发明示例性实施例的储能装置的剖视示意图。
图3为根据本发明示例性实施例1的转动式摩擦发电机示意图。
图4为根据本发明示例性实施例2的转动式摩擦发电机示意图。
图5为根据本发明示例性实施例的第一升压电路示意图。
图6为根据本发明示例性实施例的第二升压电路示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明提供一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，包括燃气旋钮1、储能装置2、传动放大装置3、发电装置4以及打火针5。
燃气灶一般都具有燃气旋钮，是通过按压扭动燃气旋钮进行点火。本实施例中，当逆时针扭动燃气旋钮1时，将会产生机械动能从而存储在储能装置2中，此过程完成储能装置2中动能的存储。当燃气旋钮1复位后(可通过单向轴承进行复位)，需要燃气灶打火时，顺时针扭动燃气旋钮1并释放燃气，同时储能装置2转动释放动能并通过传动放大装置3转为高速转动，从而驱动发电装置4产生电压输出，S1、S2闭合，进而使得打火针5得电打火。因此本发明实现了燃气灶的自供电打火。
本实施例中，传动放大装置3是现有的装置，主要由齿轮组合或者皮带及皮带轮组合等具有传输动力和增大传动转速的元件组成，用于将储能装置中的转动动能进行放大，以便驱动发电装置4进行发电。优选的转动动能放大比区间为1：10-1：500。
本实施例中，发电装置4为摩擦发电机、电磁发电机或者摩擦发电机和电磁发电机的结合体中的任一种。
摩擦发电机能高效的收集环境低频能量，具有成本低，易制造和结构简单的特点，同时其输出具有大电压、小电流性质，是一种理想的高电压发生器；电磁发电机在高频段具有优异的输出性质，其输出具有小电压、大电流性质，是一种优异的电流发生器；摩擦发电机和电磁发电机的结合体通过整合集成摩擦发电机和电磁发电机于一体，形成一个低高频互补的杂化发电机，则能在低高频范围下都有一个优异的输出性能。
当发电装置4为摩擦发电机时，因摩擦发电机可直接输出大电压，因此可连接到打火针5上放电打火。
当发电装置4为电磁发电机或摩擦发电机和电磁发电机的结合体时，因电磁发电机输出的电压较小，因此还需通过第一升压电路6来产生直流高电压，再连接打火针5上实现放电打火。电磁发电机可为永磁发电机结构，通过用永磁铁改变电磁线圈的磁通量产生电能输出。
本实施例中，还包括电源管理模块7，发电机产生的多余能量可通过电源管理模块7存储在充电电池中以供应其它电子元件工作。同时可设置外接安卓或者Type-C充电口，以便从外部通过充电宝或者充电器给充电电池来补充电能，以避免充电电池无电的极端情况。当发电装置4是摩擦发电机时，电源管理模块7为降压型，由整流桥、开关、变压器、电容、电感和二极管及稳压二极管组成；当发电装置4是电磁发电机或摩擦发电机和电磁发电机的结合体时，电源管理模块7为稳压型，由整流桥、电感、二极管和稳压二极管组成。
如图2a、图2b所示，储能装置2包括螺旋发条210、转动杆220、固定柱230、第一齿轮240、第二齿轮250和第三齿轮260。
本实施例中，第一齿轮240为单向齿轮或皮带轮，位于转动杆220的顶部，且第一齿轮240与拉线盘270机械连接，即可通过拉动拉线盘270带动螺旋发条210转动从而为储能装置2存储上动能。
螺旋发条210与固定柱230连接，固定柱230的作用是将螺旋发条210位置固定，避免转动时脱离转动杆220。
第二齿轮250为单向齿轮或皮带轮，位于转动杆220的中部，且与传动放大装置3进行连接，用于将动能通过传动放大装置3传递到发电机4上，以驱动发电装置4发电。
第三齿轮260为单向齿轮或皮带轮，位于转动杆220的下部，且与燃气旋钮1进行连接，当燃气旋钮1逆时针扭动过程中，带动第三齿轮260转动产生机械动能从而存储在储能装置2中。
当燃气旋钮1逆时针扭动或拉动拉线盘270后，储能装置2上存储有机械动能；当按压燃气旋钮1进行顺时针旋动时，螺旋发条210将会解除锁定进行转动，螺旋发条210转动时带动转动杆220转动，从而带动第二齿轮250转动，进而又带动传动放大装置3转动，因此提高了传输到发电装置4的转动动能进行更好的发电。
当发电装置4为接触分离式摩擦发电机时，其结构是电极-摩擦层-电极3层结构，或者电极-摩擦层-摩擦层-电极4层结构。当发电装置4为转动式摩擦发电机，其结构可以是摩擦层-摩擦层-电极3层结构或者摩擦层-电极2层结构。
实施例1，如图3所示，转动式摩擦发电机结构是摩擦层-摩擦层-电极3层结构，包括定子和转子；定子包括上基板411和摩擦层42；转子包括绝缘摩擦层43、电极44和下基板412。转动式摩擦发电机的转子和定子可以接触转动，或者在定子和转子间隔一层具有润滑作用的绝缘介质(比如：液体油、空气、固体润滑剂等)以降低摩擦阻力。
转动式摩擦发电机直径处于6-30cm，并且定子上电极44对数处于1-8对，可直接产生5-20KV的大电压。当电极44对数大于8对时，需结合由电容和二极管组成的第二升压电路8(多级倍压整流电路)来产生高电压输出到打火针放电打火。
摩擦层42的材料可为尼龙(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚氨酯(PU)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、透明导电电极(ITO)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺薄膜等可摩擦材料。电极44的材料可为铜、铁、钢、导电石墨、金、银、导电聚合物等导电材料。
实施例2，如图4所示，为转动式摩擦发电机的另一种实施例；其结构为摩擦层-电极2层结构，包括定子和转子；定子包括上基板411和导电摩擦层45；转子包括电极44和下基板412。
当按压燃气旋钮1并顺时针扭动时，打火针5得电打火；当燃气旋钮1停止按压并被释放时，发电装置4将与打火针5断开，但发电装置4在螺旋发条210带动下继续转动，产生的电能通过电源管理模块7降压后充入充电电池中存储起来，为燃气灶的其它电子元件比如热电偶等供能。
当发电装置4为电磁发电机，因电磁发电机输出的电压较小，因此还需通过第一升压电路6来产生直流高电压，再连接打火针5上实现放电打火。如图5所示，第一升压电路6为现有的三倍压整流电路，包括变压器N1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一二极管D1、第二二极管D2以及第三二极管D3，电磁发电机与第一升压电路6连接进行电压放大，之后第一升压电路6输出的电压传输到打火针5进行放电打火。
电磁发电机的输出正极与变压器N1的初级线圈的一端连接，电磁发电机的输出负极与变压器N1的初级线圈的另一端连接；变压器N1的次级线圈的一端与第一电容C1的一端和负载(即打火针5)的负极连接，第一电容C1的另一端分别与第一二极管D1的负极、第二二极管D2的正极以及第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端分别与第三二极管D3的负极以及负载(即打火针5)的正极连接，第三二极管D3的正极与第二二极管D2的负极并联后与第二电容C2的一端连接；变压器N1的次级线圈的另一端分别与第二电容C2的另一端和第一二极管D1的正极连接。
本实施例中，第一升压电路6的二极管和电容的数量可根据电压需求放大倍数进行调整。完成打火后，电磁发电机将与第一升压电路6断开(S1断开)，储能装置2将继续驱动电磁发电机运行产生电能并稳压后将电能存储在充电电池中(S2继续闭合)。
当发电装置4为摩擦发电机和电磁发电机的结合体时，摩擦发电机通过第二升压电路8输出大电压，从而击穿打火针5放电打火点燃燃气，同时电磁发电机输出低压通过电源管理模块升压或者稳压后为充电电池充电。如图6所示，第二升压电路8为现有的三倍压整流电路，包括第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第四二极管D4、第五二极管D5以及第六二极管D6，摩擦发电机与第二升压电路8连接进行电压放大，第二升压电路8输出的电压传输到打火针5进行放电打火。当燃气旋钮1停止按压时，摩擦发电机开路(S1断开)，电磁发电机将继续工作输出稳压后为充电电池充电(S2继续闭合)。第二升压电路8与第一升压电路6的区别是是否有变压器N1(第二升压电路8无变压器N1)，其它元器件连接线路相同。第二升压电路8中的二极管和电容的数量也可根据电压需求放大倍数进行调整。
当发电装置4为接触分离式摩擦发电机时，接触分离式摩擦发电机发出的电能需通过现有的半波整流电路进行整流后输出至打火针5放电打火从而点燃燃气。当燃气旋钮1停止按压时，接触分离式摩擦发电机将与打火针断开(S1断开)，并继续发电并通过电源管理模块7充入充电电池中存储起来(S2继续闭合)，为燃气灶的其它电子元件比如热电偶等供能。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，包括燃气旋钮和打火针，其特征在于,还包括储能装置以及发电装置；
所述燃气旋钮与所述储能装置连接，所述储能装置的输出端与发电装置的输入端连接，发电装置的输出端与打火针连接；
储能装置包括螺旋发条、转动杆、固定柱、第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；
所述第一齿轮位于转动杆的顶部；所述螺旋发条与固定柱连接，用于存储动能；所述第二齿轮位于转动杆的中部，并与传动放大装置连接以将动能传递到发电装置；所述第三齿轮位于转动杆的底部，并与燃气旋钮连接；
扭动燃气旋钮，产生机械动能从而存储在储能装置中；再反向扭动燃气旋钮以释放燃气，同时储能装置转动释放动能从而驱动发电装置输出电压，进而使得打火针得电打火。
2.如权利要求1所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,所述发电装置为摩擦发电机、电磁发电机之一或组合。
3.如权利要求1所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,还包括传动放大装置；所述传动放大装置包括齿轮组合或者皮带及皮带轮组合，用于将储能装置中的转动动能进行放大，以驱动发电机进行发电。
4.如权利要求1所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,包括电源管理模块，用于将发电装置产生的电能转换后存储在充电电池中。
5.如权利要求1所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,所述第一齿轮还与拉线盘连接；拉动拉线盘使得第一齿轮和转动杆转动，从而带动螺旋发条转动进行动能存储。
6.如权利要求2所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,所述摩擦发电机包括接触分离式摩擦发电机和转动式摩擦发电机；
所述接触分离式摩擦发电机的结构为电极-摩擦层-电极或者电极-摩擦层-摩擦层-电极；所述转动式摩擦发电机的结构为摩擦层-摩擦层-电极或摩擦层-电极。
7.如权利要求6所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,所述转动式摩擦发电机包括定子和转子；定子包括上基板(411)和摩擦层(42)；转子包括绝缘摩擦层(43)、电极(44)和下基板(412)。
8.如权利要求2所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,当发电装置为电磁发电机时，电磁发电机输出的电压需通过第一升压电路进行升压，再连接到打火针上实现放电打火，所述第一升压电路包括变压器、电容和二极管；当发电装置为摩擦发电机时，摩擦发电机直接输出或通过第二升压电路输出电压，从而击穿打火针打火，所述第二升压电路包括二极管和电容。
9.如权利要求4所述的一种基于摩擦或电磁发电的自供电燃气灶，其特征在于,所述电源管理模块上设置有安卓或者Type-C充电接口。
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