CN210495239U - 一种发光玩具风车 - Google Patents

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王珏
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Abstract

本实用新型提供了一种发光玩具风车,涉及玩具风车技术领域,能够通过摩擦起电和静电感应原理完成自发电带动LED灯亮,在实现玩具风车的观赏娱乐作用的同时,实现了科普教育作用;该风车包括风车叶片、转轴和支撑杆,所述风车叶片可旋转地设置在所述转轴的一端,所述转轴的另一端与所述支撑杆连接,其特征在于,所述风车还包括发光部件,所述发光部件包括摩擦生电装置和LED灯,所述LED灯通过导线与所述发光固定片连接。本实用新型提供的技术方案适用于玩具风车制作的过程中。

Description

一种发光玩具风车
【技术领域】
本实用新型涉及玩具风车技术领域,尤其涉及一种发光玩具风车。
【背景技术】
风车是大朋友童年的记忆,也是现在小朋友喜爱的玩具,目前市场上的风车多种多样,但是到了晚上会影响观赏或者使用,并且市场上的风车多数都单一的强调娱乐性,忽略了在玩耍的过程中增加教育性。
市场上的发电风车用到的主要是电池或者电磁发电技术,例如,中国专利CN105749565A公开了一种发光玩具风车,该装置设有圆环电池和若干与圆环电池电气连接的LED灯,然而废弃的圆电池容易对环境造成污染;中国专利CN105903212A公开了一种自发电的闪光玩具风车,包括微型发电组件,该微型发电组件包括主要由线圈绕组组成的转子,和主要由永磁铁组成的定子,该装置采用的是用电磁发电技术,线圈和磁铁的存在导致风车的质量变重,转动的阻力变大。市场上的发电风车虽然可以发光,有利于晚上玩耍,但是结构复杂,增加了成本且影响风车的旋转,以及知识导入性和教育性不强。因此,如果能够实现一种结构简单、涵盖新型能源技术、节能环保,既具有欣赏娱乐价值又具有科普教育价值的发光风车,将具有非常重要的意义。
【实用新型内容】
有鉴于此,本实用新型提供了一种发光玩具风车,能够通过摩擦起电和静电感应原理完成自发电带动LED灯亮,在实现玩具风车的观赏娱乐作用的同时,实现了科普教育作用。
一方面,本实用新型提供一种发光玩具风车,包括风车叶片、转轴和支撑杆,所述风车叶片可旋转地设置在所述转轴的一端,所述转轴的另一端与所述支撑杆连接,其特征在于,所述风车还包括发光部件,所述发光部件包括发光转动片、发光固定片、隔膜和LED灯;
所述发光转动片设于所述风车叶片的背面,所述发光固定片固定设于所述转轴上,所述隔膜固定铺设在所述发光固定片的表面;所述隔膜与所述发光转动片表面相贴;所述风车叶片、所述发光转动片、所述发光固定片和所述转轴同轴;
所述LED灯通过导线与所述发光固定片连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述发光固定片包括支撑板、第一扇形电极和第二扇形电极;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极铺设于所述支撑板的表面;所述隔膜设于所述第一扇形电极和所述第二扇形电极的表面;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极分别与所述LED灯连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述发光转动片包括基底和若干扇形单元,所述扇形单元铺设在所述基底的表面,且所述扇形单元与所述隔膜表面相贴。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述扇形单元的圆心角和弧长均相等;所述扇形单元的圆心角与所述第一扇形电极或所述第二扇形电极的圆心角相等。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述第一扇形电极和所述第二扇形电极同圆心交叉间隔排列铺设在所述支撑板表面;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极的数量均为一个以上,且所述第一扇形电极和所述第二扇形电极之间相互不导通,若干所述第一扇形电极之间相互导通,若干所述第二扇形电极之间相互导通;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极的材料均为导电材料。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述扇形单元的材料为导电材料;所述隔膜为绝缘材料;所述扇形单元的材料和所述隔膜的材料为具有不同摩擦电极序的不同材料或为局部表曲率相差较大的具有相同摩擦电极序的同种材料。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述发光转动片、所述发光固定片和所述隔膜中至少一种的表面具有微米、纳米或次微结构的微观结构;所述微观结构为纳米线、纳米棒、纳米带、纳米颗粒、纳米晶、纳米管、纳米锥、纳米球、纳米阵列、微米球和自组装结构中的一种或多种。
与现有技术相比,本实用新型可以获得包括以下技术效果:通过摩擦起电和静电感应原理完成自发电带动LED灯亮,在实现玩具风车的观赏娱乐作用的同时,实现了科普教育作用;玩具风车结构简单,绿色环保,适用范围广。
当然,实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型一个实施例提供的发光玩具风车结构示意图;
图2是本实用新型一个实施例提供的玩具风车发光部件结构示意图;
图3是本实用新型一个实施例提供的发光玩具风车的电信号电流数据图;
图4是本实用新型一个实施例提供的发光玩具风车的电信号电压数据图;
图5是本实用新型一个实施例提供的发光转动片的结构示意图;
图6是本实用新型一个实施例提供的发光固定片的结构示意图。
其中,图中:
1、风车叶片;2、发光部件;21、发光转动片;22、隔膜;23、发光固定片;24、LED灯;25、第一扇形电极;26、第二扇形电极;27、扇形单元;3、转轴;4、支撑杆。
【具体实施方式】
为了更好的理解本实用新型的技术方案,下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
一种典型的发光玩具风车,如图1-图2所示,包括风车叶片1、转轴3、支撑杆4和发光部件2;其中,发光部件2包括发光转动片21、发光固定片23、隔膜22和LED灯24,风车叶片1与发光部件2同轴,风车叶片1旋转地设于转轴3上,转轴3可拆卸地固定在支撑杆4的上端;发光固定片23与转轴3同轴且固定在转轴3上不动,发光转动片21与风车叶片1同圆心且固定在风车叶片1的背面,与发光固定片23相对;发光固定片23表面铺设若干同圆心交叉排列的第一扇形电极25和第二扇形电极26,发光转动片21表面铺设若干同圆心等大小的扇形单元;隔膜22铺设在发光固定片23上,发光转动片21随着风车叶片1旋转时,发光转动片21与发光固定片23上的隔膜22发生摩擦生电;LED灯24的正负两极通过导线分别与发光固定片上的第一扇形电极25和第二扇形电极26相连接,如图1和图2所示。隔膜与发光固定片的固定方式可以为粘贴、蒸镀、气相沉积、溅射、电镀、焊接、吸附或可以将两个物体进行固定的其他方式。
当风车叶片1在转轴3上旋转时带动固定于其上的发光转动片21一起旋转,发光转动片21与位于发光固定片23上的隔膜22产生摩擦,根据摩擦起电和静电感应原理,发光固定片23上的第一扇形电极25和第二扇形电极26之间产生电势差,从而驱动电子在外电路中移动,驱动发光部件2中的LED灯24发光,本实施例中的发光玩具风车采用的是前沿的摩擦发电技术,无需外加电源即可以达到夜晚欣赏玩耍增加趣味性,又充满了前沿科学知识的导入且具有十足的科普教育意义。
支撑杆4为中空结构或实心结构,优选为中空结构。LED灯24固定在支撑杆4上,连接LED灯24的导线放置在中空支撑杆的内部或缠绕在支撑杆的外部,优选导线放置在支撑杆的内部,这样美观,安全。
风车叶片1可以设计为不同的形状,不同大小以及不同的风叶数量,增加玩具风车的趣味性。发光转动片21和发光固定片23的形状同为圆形、矩形或不规则形状,且发光转动片21和发光固定片23的中心留有圆孔,可以供转轴3自由穿过。发光固定片23与转轴3的一端固定,且支撑板4的方向朝向转轴3与支撑杆4固定的方向。
发光转动片21包括基底和扇形单元27,如图5所示,基底表面铺设若干个同圆心的扇形单元27,其中所有扇形单元27的圆心角和弧长相等;基底用于支撑铺设其上的扇形单元27。发光转动片上的扇形单元27的圆心角与第一扇形电极25或第二扇形电极26的圆心角相等。当发光转动片上的扇形单元27的圆心角与第一扇形电极25或第二扇形电极26的圆心角相等时,产生的电信号稳定,不会忽高忽低。因为,转动片和隔膜不断摩擦,因隔膜下面是固定片上的第一扇形电极和第二扇形电极,当圆心角相等时,转动片上的某一个扇形单元与固定片上的第一扇形电极或第二扇形电极交替接触和分离,这样在相邻的第一扇形电极和第二扇形电极之间因静电感应产生的电势差一样,因此输出的电信号稳定。基底可以为刚性材料或柔性材料,优选柔性材料,柔性材料为聚酰亚胺薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚氯乙烯或其他柔性薄膜材料。扇形单元的材料为导电的材料,选自金属导体、半导体、导电高分子或导电陶瓷材料中的一种或多种。当风车叶片转动时,发光转动片的扇形单元与隔膜进行摩擦。隔膜的材质为不导电的绝缘材料,隔膜材料与扇形单元材料具有不同的摩擦电极序,特定情况下也可以是局部表曲率相差较大的具有相同摩擦电极序的同种材料。局部表曲率是指材料局部表面的曲率,曲率越大,表示该表面的弯曲程度越大。
发光固定片23包括支撑板、若干第一扇形电极25和若干第二扇形电极26,如图6所示。若干第一扇形电极25和若干第二扇形电极26同圆心交叉间隔排列铺设在支撑板表面,第一扇形电极和第二扇形电极之间的间隔角度可以等于、小于或大于第一扇形电极或第二扇形电极的圆心角,所有第一扇形电极和第二扇形电极的圆心角度加上所有第一扇形电极和第二扇形电极之间的间隔角度的度数之和为360度;第一扇形电极25和第二扇形电极26的圆心角可以相等也可以不相等,优选第一扇形电极和第二扇形电极的圆心角相等。支撑板用于支撑第一扇形电极25和第二扇形电极26;支撑板为刚性材料,包括亚克力、聚丙烯板、环氧树脂、聚乙烯板、聚氯乙烯板、表面绝缘的金属板、表面绝缘的合金板、泡沫塑料板或其他刚性材料。第一扇形电极和第二扇形电极的数量均为一个以上,第一扇形电极和第二扇形电极之间相互不导通,若干第一扇形电极之间相互导通,若干第二扇形电极之间相互导通。第一扇形电极和第二扇形电极的材料为导电的材料,选自金属导体、半导体、导电高分子或导电陶瓷材料中的一种或多种。隔膜铺设在发光固定片23的表面,具体铺设在第一扇形电极25、第二扇形电极26和支撑板的表面。
当风车旋转时,固定在风车叶片背面的发光转动片随着风车叶片不停地旋转,此时发光转动片上的一个扇形单元和与该扇形单元接触的隔膜局部相互摩擦,因为摩擦起电现象,该扇形单元和隔膜局部分别带上等量异号的静电荷,因为该扇形单元围着转轴旋转时,该扇形单元与隔膜局部不断发生接触和分离过程,当该带电的扇形单元与隔膜局部分离时,因为静电感应原理,带电隔膜局部下方紧密接触的第一扇形电极和第二扇形电极之间产生电势差,电势差驱动电子在第一扇形电极和第二扇形电极之间流动,经过与第一扇形电极和第二扇形电极相连接的LED灯,从而灯发光。
其中,绝缘材料包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚薄膜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚氯丁二烯、聚酰亚胺薄膜、苯胺甲醛树脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纤维素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、酚醛树脂、氯丁橡胶、纤维素薄膜、天然橡胶、乙基纤维素、纤维素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚邻苯二甲酸二烯丙酯薄膜、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维薄膜、聚苯乙烯,聚甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯柔性海绵薄膜、聚双苯酚碳酸酯、聚氯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、木头和不具有导电性能的高分子聚合物;以上列举的材料均为常见的材料,因为绝缘的材料不胜枚举,故所列举的材料种类对本实用新型的权利要求不受限制。
金属导体包括金、银、铜、铁、铝、铂、钯、镍、钛、钒、铬、锰、硒、钼、钨、铝合金、铜合金、钛合金、镁合金、铍合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金、钽合金和铁合金;半导体包括金刚石、闪锌矿、方铅矿、氧化亚铜、锗、硅、酞菁、氮化镓、碳化硅、氧化锌、铟锡氧化物、离子掺杂的半导体;导电高分子包括聚吡咯、聚苯胺、聚丙烯腈、石墨烯及其衍生物、聚酞菁类化合物、聚氧化乙烯;以上列举的材料均为常见的材料,因为可以导电的材料不胜枚举,故所列举的材料种类对本实用新型的权利要求不受限制。
发光部件的发光转动片、发光固定片和隔膜,至少一种的表面具有微米、纳米或次微结构的微观结构,微观结构选自纳米线、纳米棒、纳米带、纳米颗粒、纳米晶、纳米管、纳米锥、纳米球、纳米阵列、微米球和自组装结构中的一种或多种。微观结构可以增加比表面积,从而增加摩擦起电的接触面积,接触面积越大则产生的电信号越强。
本实施例中,发光转动片21的基底为柔性材料聚酯,厚度为0.2 mm,表面的扇形单元的圆心角和弧长都相同。发光固定片23表面的第一扇形电极25和第二扇形电极26的圆心角相等,间隔交叉排列同圆心排列,间隔的圆心角大小为第一扇形电极25或第二扇形电极26圆心角的一半;支撑第一扇形电极25和第二扇形电极26的支撑板的材料选自刚性材料环氧树脂FR-4,厚度为0.5mm。发光转动片的扇形单元和发光固定片的第一扇形电极25和第二扇形电极26的材料选自金属铜,厚度为1oZ。隔膜22的材料选自聚偏二氟乙烯薄膜,厚度0.1mm,通过粘贴的方式固定在发光固定片23表面。
本实施例中一种发光玩具风车的风车叶片为4个扇叶片,对角线为27厘米,在风速6米每秒的情况下,输出的最大电流值为13微安,如图3所示,输出的电压为80伏特,如图4所示。本实施例中的发光玩具风车可以成功点亮LED灯。
与现有发光玩具风车相比,本实用新型的发光玩具风车具有以下有益效果:
1、本实用新型的一种发光玩具风车,包括风车叶片、转轴、支撑杆和发光部件,发光部件与风车叶片同轴置于转轴上,风车叶片在转轴上旋转时带动发光部件的发光转动片一起旋转,发光转动片与固定在发光固定片表面的隔膜产生相互摩擦,因为摩擦起电现象和静电感应原理的耦合作用,在发光固定片的第一扇形电极和第二扇形电极之间产生电势差,驱动电子在与第一扇形电极和第二扇形电极相连的LED灯中流动,从而LED灯发光,可见与现有的发光风车玩具相比,发光玩具风车具有结构简单,涵盖新型能源技术无需外加电源节能环保,既具有欣赏娱乐价值又具有科普教育价值。
2、本实用新型的发光玩具风车的发光技术可以将风车转动的机械能转化为电能,无需外加电源可以将玩具风车自身转动转化的电能用于驱动风车发光,其中发光转动片与风车叶片固定可以随着风车叶片一起在转轴上灵活旋转,发光转动片并与转轴上的发光固定片表面的隔膜局部之间不断发生接触和分离现象,发光玩具风车巧妙地收集风车转动的能量进行自发电,绿色环保,制备简单,外形美观,适用于娱乐,以及用于科普教学教具模型展示。
以上对本申请实施例所提供的一种发光玩具风车,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (7)

1.一种发光玩具风车,包括风车叶片、转轴和支撑杆,所述风车叶片可旋转地设置在所述转轴的一端,所述转轴的另一端与所述支撑杆连接,其特征在于,所述风车还包括发光部件,所述发光部件包括发光转动片、发光固定片、隔膜和LED灯;
所述发光转动片设于所述风车叶片的背面,所述发光固定片固定设于所述转轴上,所述隔膜固定铺设在所述发光固定片的表面;所述隔膜与所述发光转动片表面相贴;所述风车叶片、所述发光转动片、所述发光固定片和所述转轴同轴;
所述LED灯通过导线与所述发光固定片连接。
2.根据权利要求1所述的发光玩具风车,其特征在于,所述发光固定片包括支撑板、第一扇形电极和第二扇形电极;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极铺设于所述支撑板的表面;所述隔膜设于所述第一扇形电极和所述第二扇形电极的表面;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极分别与所述LED灯连接。
3.根据权利要求2所述的发光玩具风车,其特征在于,所述发光转动片包括基底和若干扇形单元,所述扇形单元铺设在所述基底的表面,且所述扇形单元与所述隔膜表面相贴。
4.根据权利要求3所述的发光玩具风车,其特征在于,所述扇形单元的圆心角和弧长均相等;所述扇形单元的圆心角与所述第一扇形电极或所述第二扇形电极的圆心角相等。
5.根据权利要求4所述的发光玩具风车,其特征在于,所述第一扇形电极和所述第二扇形电极同圆心交叉间隔排列铺设在所述支撑板表面;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极的数量均为一个以上,且所述第一扇形电极和所述第二扇形电极之间相互不导通,若干所述第一扇形电极之间相互导通,若干所述第二扇形电极之间相互导通;所述第一扇形电极和所述第二扇形电极的材料均为导电材料。
6.根据权利要求3所述的发光玩具风车,其特征在于,所述扇形单元的材料为导电材料;所述隔膜为绝缘材料;所述扇形单元的材料和所述隔膜的材料为具有不同摩擦电极序的不同材料。
7.根据权利要求2所述的发光玩具风车,其特征在于,所述发光转动片、所述发光固定片和所述隔膜中至少一种的表面具有微米、纳米或次微结构的微观结构;所述微观结构为纳米线、纳米棒、纳米带、纳米颗粒、纳米管、纳米锥、纳米球、纳米阵列、微米球和自组装结构中的一种或多种。
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