CN202033848U

CN202033848U - 自发电门铃

Info

Publication number: CN202033848U
Application number: CN2011201449221U
Authority: CN
Inventors: 方超; 邵云龙; 幸权; 苏跃明; 刘欣; 徐英杰; 胡泽龙
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种自发电门铃，由外壳、手动发电单元和发声单元组成，所述手动发电单元包括按钮、机械传动装置和发电机；所述按钮上部与外壳铰接，且在按钮下部和外壳间设有复位弹簧；所述机械传动装置由设置在按钮背部的齿条、安装在外壳内的棘轮机构、齿轮机构以及设置在发电机轴上的发电机转子小齿轮构成，所述齿条与棘轮机构小齿轮相啮合，棘轮机构大齿轮与齿轮机构小齿轮相啮合，齿轮机构大齿轮与发电机转子小齿轮相啮合；所述发声单元包括整流电路、滤波电路、稳压电路、脉冲生成电路以及扬声器；本实用新型完全取代了电池，具有节能的效果，实现了低碳的理念，用可降解的材料代替了以往使用的聚氯乙烯等材料，更加环保，制作成本低廉。

Description

自发电门铃

技术领域

本实用新型涉及一种门铃，尤其是一种自发电门铃。

背景技术

随着城市化进程的加快，门铃也渐渐走进了人们的生活当中。在为人们带来便利的同时，也产生了许多问题（例如对电池的消耗量比较大，电池的污染问题，更换电池不方便等等）。在调查走访了学校附近的林湾小区的几十户居民后，我们小组发现平均每户人家每年大约更换2~3次电池，每次更换三节。经估算，目前门铃的电池用量约为7.896亿节。根据分析可以明显发现，门铃的电池用量是一笔很大开支，同时对环境的危害也较大。本申请人从节能减排的角度出发对门铃电路的工作原理及功率等进行了详细的分析，发现门铃电路的功率不是很大，这就是说可以通过将其他形式能量经过转化变成电能来驱动门铃工作。带着这个思路，本申请人想到了将人们按门铃时的机械能用来发电进而驱动门铃，达到门铃发声的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种不需要电池具有自发电功能的门铃，为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种自发电门铃，由外壳、手动发电单元和发声单元组成，所述手动发电单元包括按钮、机械传动装置和发电机；所述按钮上部与外壳铰接，且在按钮下部和外壳间设有复位弹簧；所述机械传动装置由设置在按钮背部的齿条、安装在外壳内的棘轮机构、齿轮机构以及设置在发电机轴上的发电机转子小齿轮构成，所述齿条与棘轮机构小齿轮相啮合，棘轮机构大齿轮与齿轮机构小齿轮相啮合，齿轮机构大齿轮与发电机转子小齿轮相啮合；手动发电单元的主要功能是将人们按门铃所产生的机械能转换通过机械传动装置传给发电机最终将其转换为供门铃使用的电能，在设计时主要需要考虑使发电机的输出功率能够使门铃正常工作、按下门铃所需的力在人们能够接受的范围内、按钮在弹回时按钮应与其后的机构脱离等问题。发电机输出功率与按门铃所需的力是相关联的，可由机械传动装置确定，因此这两个问题也可归结为传动比的确定问题。由门铃工作功率及电路部分可确定发电机的输出功率，从而确定通过传动部分需要给发电机的最小转速，人们按下门铃所能接受的最大力可以通过体验实验获得，按下按钮时按钮转动的距离一定，知道这三个条件后可通过一系列计算和优化得到最优传动比。

要使按钮的弹回时与其后的机构脱离，即需要实现一个间歇运动过程，通过查阅资料并结合本实用新型的整体设计，我们选择了棘轮机构来实现这个间歇运动过程，并将其安放在按钮与齿轮机构之间。当按钮被按下时，其下边的齿条带动棘轮机构，进而将运动传递给齿轮机构，通过齿轮机构的加速后，带动发电机转子转动最终将机械能转换成电能；松开按钮，按钮被复位弹簧弹起，由于棘轮机构作用按钮不会带动其后的齿轮机构及发电机转动，再次按下按钮时将会重复以上过程，这就是整手动发电单元的工作过程。

所述发声单元包括整流电路、滤波电路、稳压电路、脉冲生成电路以及扬声器。所述发电机通过导线与扬声器连接。

本实用新型中，手动发电单元是利用手按门铃的动作经机械传动组带动线圈在磁场中旋转从而切割磁感线发电，所发电量基本满足门铃发声的要求。然后通过整流、滤波及稳压电路将交流电转换成5V恒压直流电驱动门铃电路与扬声器发声。

最优的，所述棘轮机构小齿轮、齿轮机构小齿轮和发电机转子小齿轮的齿数均为10，与之配合的棘轮机构大齿轮和齿轮机构大齿轮齿数均为32。

在本实用新型中，棘轮机构、齿轮机构以及发电机转子小齿轮采用渐开线圆柱直齿轮（在此将棘轮机构小齿轮当作与大齿轮同轴的小齿轮计算），为低速传动，查阅资料得在此情况下小齿轮齿数

取值范围为

，若采用变位齿轮则可减少为

，通过对整个机构进行分析优化，选定小齿轮齿数10。齿轮模数必须符合国家标准的规定，GB 1357—1987规定如表1

表1 标准模数系列（单位：mm）

由于采用多级传动，且传动受力较小，所以为了简化工艺，取各级模数均相等，可按照结构条件确定模数，有公式

其中

表示中心距，

表示模数，

表示小齿轮齿数，

表示

对齿轮组的传动比，由于

、

均未知，无法确定计算模数，综合考虑强度条件并结合类似结构产品设计选取模数

。

由之前的推算确定传动比第一级约为10，后两级传动比共为10。一般情况可以将后两级的传动比平均分配，查询常用齿轮齿数，最终确定传动比为3.2，由于小齿轮齿数确定为10，因此与之配合的大齿轮齿数确定为32。

因此总的传动比分配为：

发电机转轴为传动部分的输出轴，在电路部分已经得到它的工作功率它工作时的功率为P₀=0.455w，则在输入轴上驱动电机所需功率

为

其中，为传动部分的总效率，查阅资料知：一对齿轮的啮合效率，此机构中传动级数为3，由此得到输入轴功率：

在设计按钮时，按钮长度设计为50mm，转动角度为15°，因此行程距离为：

而一般人按动按钮的时间啊估算为0.5s，由此可以算出人按动按钮时所需的力：

一般人可接受的按动压力范围为20N以下，而理论计算出的力在此范围内。因此本实用新型可以实现所需功能。

所述外壳材料为聚碳酸酯/ 聚乳酸复合材料。根据市场调查，现有门外壳基本全由非可降解塑料制成（市场上大部分为聚氯乙烯塑料PVC），在制造、使用及废弃处理时，都会产生大量的二恶英、卤氢酸、铅等有害物质；焚烧使产生有毒气体，污染大气，随降雨沉降污染水源。掩埋会影响土壤内的物、热的传递和微生物生长，改变土壤的特质，影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产。而且冲击强度低，性脆，耐用性能差，热稳定性较差，较高温度（50°）或阳光暴晒会导致分解，放出HCL气体,污染环境，对人体产生危害。

本门铃出于节能减排的设计理念，决定选用可降解高分子塑料作为门铃外壳的材料。其中现有的可降解塑料分为：光降解塑料，生物降解塑料，化学降解塑料三类。而光降解和化学降解不能满足门岭外壳工作环境的要求，做本组选择了生物降解塑料做门铃外壳。根据对门铃外壳力学性能的要求，通过对各种生物降解塑料的对比，本组最终选定聚碳酸酯/ 聚乳酸（PC/ PLA）复合材料为门铃外壳的最终材料。这种材料在手机外壳，键盘，等方面都得到了很大的应用。其耐疲劳性能要比常用的材料PC/ ABS 好，抗冲击性能、硬度和耐候性都较好，所以是本门铃外壳材料的上乘之选。

所述机械传动装置材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物。机械传动装置作为本门铃关键部分，需要材料具有良好的机械性能和耐用性。通过材料的对比，本门铃选定ABS树脂(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)作为制备材料。它是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳和齿轮。本材料化学性能稳定、无毒、无味使用温度范围大:其使用的温度范围为-2O℃～+70℃。使用寿命长:本产品在室内一般可用50年之久，充分显示了其强大的耐用性。

本实用新型的优点在于：

a) 完全取代了电池，具有节能的效果，实现了低碳的理念；

b) 减少了电池的排放量，具有减排的意义；

c) 用可降解的材料代替了以往使用的聚氯乙烯等材料，更加环保；

d) 制作成本低廉（我们实际制作费用不超过10元），适合大规模推广使用；

e) 长远经济效益显著；

f) 是建立资源集约型和环境友好型社会的必然要求，结构灵活，功能还可延伸至可对讲门铃。

附图说明

图1本实用新型结构示意图。

图2本实用新型机械传动装置和发电机结构示意图一。

图3本实用新型机械传动装置和发电机结构示意图二。

图4具体实施方式中发电机俯视示意图图。

图5具体实施方式中发电机的定转子切断展开图。

图6具体实施方式中整流、滤波、稳压电路图。

图7具体实施方式中发声电路图。

图中：1.外壳； 2.按钮； 3.发电机； 4.复位弹簧； 5.齿条；6.棘轮机构； 6.1.棘轮机构小齿轮； 6.2.棘轮机构大齿轮； 7.齿轮机构； 7.1.齿轮机构小齿轮； 7.2.齿轮机构大齿轮； 8.发电机转子小齿轮； 9.扬声器。

具体实施方式

下面我们将结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。

结合图1、图2和图3所示，一种自发电门铃，由外壳1、手动发电单元和发声单元组成，手动发电单元包括按钮2、机械传动装置和发电机3；所述按钮2上部与外壳1铰接，且在按钮2下部和外壳1间设有复位弹簧4。

机械传动装置由设置在按钮背部的齿条5、安装在外壳1内的棘轮机构、齿轮机构7以及设置在发电机轴上的发电机转子小齿轮8构成，所述齿条5与棘轮机构小齿轮6.1相啮合，棘轮机构大齿轮6.2与齿轮机构小齿轮7.1相啮合，齿轮机构大齿轮7.2与发电机转子小齿轮8相啮合。

本实施例中发电机3采用外转子结构。转子由外壳、永磁环和轴组成。永磁环采用稀土永磁材料（钕铁硼Nd2Fe14B）,塑造成圆形注入外壳内，工艺简单而且成本较低经济实惠。内圆充磁12个极,表面磁场可达0. 2 T以上。铁心为9槽结构,采用熔槽绝缘或绝缘片均可, 如图4所示。齿上绕制三相集中绕组,采用人型接法。铁心内孔压入含油轴承。将发电机的定转子切断展开如图5所示。从图中可以看出,定子的齿数1、4、7(A相)与转子的N极相对应,在齿数1、4、7上同方向绕制线圈并串联起来就构成了A相绕组。B相和C相绕组以同样的方法绕制,然后将三相绕组末端联接成人型,始端作为三相输出端。

本实施例中发电机3需要将发出的三相交流电通过全波整流变为直流电,其整流、滤波、稳压电路图如图6所示。图6中二极管D采用IN4001。电解电容器采用47μF/25 V、4.7μF/25 V。

发声单元包括整流电路、滤波电路、稳压电路、脉冲生成电路以及扬声器9；

发电机3通过导线与扬声器9连接。

目前市场上门铃发声芯片种类颇多，有TQ系类的TQ33、TQ59、TQ10等；RT系类的RT0301、RT0302等；KD系列的KD-153、KD-482；HY系列的等等。综合考虑到功耗及使用效果等多方面问题，我们决定采用TQ10E作为芯片。晶体管VT采用集电极耗散功率大于300mW的硅NPN型中功率三极管，如9013、8050、3DG12、3DK4和3DX201型等，本实施例选用8050作为放大三极管。扬声器可选用8Ω、0.25W小口径动圈式扬声器或蜂鸣器。发声电路图如图7所示。

本实施例中，棘轮机构小齿轮6.1、齿轮机构小齿轮7.1和发电机转子小齿轮8的齿数均为10，与之配合的棘轮机构大齿轮6.2和齿轮机构大齿轮7.2齿数均为32。外壳1材料为聚碳酸酯/ 聚乳酸复合材料。机械传动装置材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物。

通过示波器检测对本实施例进行检测，发电机3通过整流、滤波、稳压后其输出电压基本能达到5v，完全能够满足门铃发声电路所需的电压。此外通过样品试验利用万用表测得电路电流大概维持在55-85mA，根据功率计算公式求得实际样品发声时发电机产生的功率为0.275w-0.425w。实际电路中扬声器功率为0.25w，事实证明手动发电门铃切实可行，也就是本实用新型完全可实现。

Claims

1.一种自发电门铃，由外壳（1）、手动发电单元和发声单元组成，其特征在于：

所述手动发电单元包括按钮（2）、机械传动装置和发电机（3）；所述按钮（2）上部与外壳（1）铰接，且在按钮（2）下部和外壳（1）间设有复位弹簧（4）；

所述机械传动装置由设置在按钮背部的齿条（5）、安装在外壳内的棘轮机构（6）、齿轮机构（7）以及设置在发电机轴上的发电机转子小齿轮（8）构成，所述齿条（5）与棘轮机构小齿轮（6.1）相啮合，棘轮机构大齿轮（6.2）与齿轮机构小齿轮（7.1）相啮合，齿轮机构大齿轮（7.2）与发电机转子小齿轮（8）相啮合；

所述发声单元包括整流电路、滤波电路、稳压电路、脉冲生成电路以及扬声器（9）；

所述发电机通过导线与扬声器（9）连接。

2.根据权利要求1所述的一种自发电门铃，其特征在于：所述棘轮机构小齿轮（6.1）、齿轮机构小齿轮（7.1）和发电机转子小齿轮（8）的齿数均为10，与之配合的棘轮机构大齿轮（6.2）和齿轮机构大齿轮（7.2）齿数均为32。

3.根据权利要求1所述的一种自发电门铃，其特征在于：所述外壳材料为聚碳酸酯/ 聚乳酸复合材料。

4.根据权利要求1所述的一种自发电门铃，其特征在于：所述机械传动装置材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物。