CN2475917Y - 手动发电电容储能多用途照明灯 - Google Patents
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Abstract
手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：在外壳中装有手摇发电机和白色发光二极管，发光二极管前面有一个抛物反射面及凸透镜的聚光系统，在小型高效发电机M的输出端连接桥式整流器REC1－REC4的输入端，桥式整流器的输出端连接储能电容C2，桥式整流器REC1－REC4的输出端还顺次串联稳压电路触发器、电子模拟开关、电压提升电路、放电控制电路、脉冲控制电路，脉冲控制电路的输出端连接白色发光二极管D5。在该装置外壳1中，加入微型收音机和/或电子日历和闹钟和/或温度计和/或微型指南针和/或闪光报警用红色二极管。
Description
本实用新型涉及手动发电电容储能多用途照明灯。
目前已有的手动发电电筒有两个主要缺点。一是为保持光照，必须不停用力地转动发电机。很快就使得手酸疲乏。二是发电机产生的机械躁声很大。
而用发光二极管LED做手电筒近几年来已有几种简单电路发表Bedford，2000；Clarke2000，Walraven，2000其中有的提出了电容器储能方案。然而，这些设计电路利用能源的效率都很低。不适宜进一步商业开发和广泛使用。
参考资料：Bedford M.，2000，Cave electronics，Every Day PracticalElectronics，Vol2，Issue 8，pp610-617.Clarke，J.，2000，Build A Bright-White LEDTorch，Silicon Chip，Vol13，No12，pp14-21.Walraven K.，2000，White LED lamp，Elektop Electronics，Jul/Aug issue，p44.
本实用新型的目的是提供一种不依赖于电池、坚固耐用、便携式的手动发电电容储能多用途照明灯。在对亮度要求不很高的环境下，做到人工短时充电，长时照明。
本实用新型是采用以下五个方面的技术来实现的：
手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：在外壳中装有手摇发电机和白色发光二极管，发光二极管前面有一个抛物反射面及凸透镜的聚光系统，在小型高效发电机M的输出端连接桥式整流器REC1-REC4的输入端，桥式整流器的输出端连接储能电容C2，桥式整流器REC1-REC4的输出端还顺次串联稳压电路触发器、电子模拟开关、电压提升电路、放电控制电路、脉冲控制电路，脉冲控制电路的输出端连接白色发光二极管D5，电池连接电子模拟开关和电压提升电路。
1.高效手动机械式发电机
采用高磁多绕组的12V，200mA小型步进电机，它能在低转速下产生足够的电流与电压，也可节省掉造价昂贵的提速齿轮组，还能快速对电容充电并降低人工驱动发电机的劳动强度。
2.高亮度低能耗发光器
采用高亮度白色LED。这种LED的光强已接近手电灯泡，但耗电量仅为20至30mA，工作电压为3至3.8V；耗电量不到灯泡的十分之一。它基本上不发热，几乎将电能全部转为光能。而且LED被固结在坚固透明的环氧树脂体内十分牢固。其使用寿命目前为十万小时，是电筒灯泡的十倍以上。
3.大容量储能器
采用小型大容量(1F，5.5V)储能电容器。这种电容的漏电流非常低，充放电性能优异，特别适合于本照明灯的储能。电容器在充电后，其储存的电能可由以下关系确定
E＝CV2/2(J，焦尔) (1)其中C是电容量，以法拉(F)为单位，V表示电容器充电后的电压，以伏特(V)为单位。1焦尔的能量相当于1秒钟耗电1瓦特(W)。
如果使用两个这样的电容(2F)并将其充电到5V，则由(1)式电容器的储能为
E＝CV2/2＝2×52/2＝25焦尔。
然而，这25焦尔的能量在实际中不能全部被用于照明。这是因为由于电容器放电而使电容器的电压降低。当电压降到照明电压以下，照明灯就不能正常工作。为了尽量利用低电压下的储能，应对低电压进行提升。若当电容电压降低到0.7V以前，通过电压提升都能使照明灯正常工作，这样实际可用的能量为：E＝CV2/2＝2×(5-0.7)2/2＝18.49焦尔。
如果全部能用于一个普通手电灯泡照明的话，18.49焦尔的能量最多能保持连续照明20秒钟。然而，若采用白色LED，该能量可使其在最强光下连续照明约250秒。
4.发光强度及能耗控制
然而，在最强光下连续照明约250秒在实用中太短。在很多情况下，如夜间阅读和一般短距离照明，并不一定要用最强光。可根据实际要求选择用光强度。用光强度越低，消耗电容储能越少。这样可以大大延长照明时间。因此采用发光强度及能耗控制是使这种照明器成为实用的关键。
本实用新型采用了三种技术来延长照明时间。一是如上所述的高效使用储能，将低压提高到发光二极管LED(D5)的工作电压。二是用场效应管TR2控制电容C2初期的强放电，并增加了用光强度调节。三是利用了LED(D5)能经受无数次闪烁特点，将对其供电从连续式改为脉冲间断式。这是利用了人眼对光变化反映有迟后效应原理。如人们对于每秒放映24张电影画面就感受不出电影画面的间断。这种感觉对光照也是一样。如果每秒对LED(D5)供电200次，则其照明可以延长约20分钟。相比之下间隙式供电会稍为降低LED的照明强度。这些技术的采用明显地延长了每次充电的照明时间。
5.集光系统
为了尽量利用LED产生的光亮，本实用新型采用一抛物镜面将其散射光反射到照射区。在LED(D5)的前面配置了一个短焦距的凸透镜将LED的照射和反射光聚集起来照射出去。采用这种光的聚集明显提高了该照明灯的照明度达20％以上。照明灯的照射距离和范围由凸透镜的焦距以及其相对LED的距离
所决定。照射的距离越远，照射的范围越小。反之亦然。
附图说明：
图1：本实用新型的手动发电电容储能多用途照明灯原理框图。
图2：本实用新型的手动发电电容储能多用途照明灯电路原理图。
图1：本实用新型的手动发电电容储能多用途照明灯外壳图。
实施例：
本实用新型照明灯的工作原理及结构关系如图1所示。尽管该LED照明灯设计为采用机械发电。然而，其结构的后半部分同样可以使用电池T驱动。由于采用了电压提升手段，电池T的储能几乎全被使用。与普通手电筒相比，该照明灯利用电池T储能的效率极高，照明时间大大延长，约为其的10倍。
本实用新型装置的电路如图2所示。它包括：
手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：
桥式整流器包括：发电机M的输出端连接桥式整流器REC1-REC4的输入端，桥式整流器的输出端正极连接电容C1、二极管D1正极，二极管D1负极连接二极管D3负极、储能电容C2、开关1，桥式整流器REC1-REC4的输出端负极连接电容C1负极、发光二极管D2负极、储能电容C2负极；
稳压触发电路包括：开关K1的下端连接电容C7、电阻R8和集成电路IC1的5脚，电阻R6连接电位器VR2的定臂，电位器VR2的动臂连接集成电路IC1的3脚，电位器VR2下端定臂连接电阻R7，电容C8连接IC1的3脚，IC1的输出脚1脚连接IC2的输入1脚，电阻R7、电容C7、C8和IC1的2脚接地；集成电路IC2连接关系：IC2的3脚接地，IC2的4脚接开关K2和IC1的5脚，IC2的5脚接开关K1，IC2的6脚接电阻R2；
电压提升电路：集成电路IC3的1脚连接电阻R1，IC3的3脚连接电容C3，IC3的7脚接地，IC3的6脚接电容C4正极和二极管D4负极，IC3的8脚接电感L1和二极管D4正极，IC3的5脚接开K2，开关K2还连接电阻R1和电感L1，电容C3，C4的下端接地；
放电控制电路：集成电路IC2的6脚和二极管D4的负极连接电阻R2、电位器VR1的一个定臂和动臂以及场效应管TR2的漏极；三极管TR1的基极接电阻R2，极管TR1的发射极接地，三极管TR1的集电极接电阻R3和场效应管TR2的栅极，位器VR1的下端定臂接电阻R3，场效应管TR2的源极接电容C5，电容C5负极接地；
脉冲控制电路：场效应管TR2的源极接电阻R4，集成电路IC4的1脚接地，集成电路IC4的2、6脚接电容C6、电阻R5，集成电路IC4的7脚接电阻R4、R5，集成电路IC4的4、8脚接TR2的源极，集成电路IC4的3脚接发光LEP管D5，电容C6和发光管D5负极接地；
电池T正端连接开关K2，开关K2另一端连接电子模拟开关的IC2的4脚，电池T的负极接地；
集成电路的型号：IC1为MAX917，IC2为MAX4624，IC3为MAX756，IC4为ICM755IPA。工作原理：桥式整流器
发电机M产生的交流电经桥式整流(REC1-REC4)后被转变为直流电对储能电容C2充电。二极管D1的使用是防止C2向步进电机放电。C1用于平滑由于手摇发电不均产生的大幅度电压波动。乔纳二极管D3的穿透电压为5.1V。它用于对储能电容C2(2F，5.5V)的过压保护，使C2的最高充电电压不高于5.1V。在对C2充电时，开关K1和K2都处于断开状态。稳压电路触发器
当储能电容C2充足电后，接通K1，稳压电路触发器的IC1(电位比较器)和IC2(电子模拟开关)开始工作。触发器的触发电压可由电位器VR2设置。本照明器中设置为3V。当C2供电电压高于3V时，IC2的6脚被接通，4脚断开；低于3V时，4脚被接通而6脚断开。由于在最初接通C2时，供电电压高于3V。所以C2直接为放电控制电路(TR1，TR2)供电。电压提升电路(IC3)此时不工作。节约了用于电压提升的能耗。电压提升电路
当C2电压低于3V时，4脚被接通，电池T经开关K2向IC3供电，电压提升电路(IC3)开始工作。通过该电路0.7-3V的电压都被转换为5V电压。在此转换过程中，有约20％的电能要被消耗掉。然而，考虑到多利用了80％的0.7-3V电能，这种电压转换是非常必要和高效的。放电控制
无论是电容C2直接或经过电压提升电路供电，放电控制电路(TR1，TR2)都在工作。在电容C2直接供电时，电压从5.1V降到3V。若供电电压降低，三极管TR1的基极电流降低，导致集电极电位升高，场效应管TR2的电导也就随着增高。这样就会在一定程度上减少由于电压逐步降低所引起的LED二极管D5亮度的影响。电位器VR1的调整改变了场效应管TR2门电位的大小，从而改变了场效应管TR2输出电压的大小。以此调节了LED二极管D5的亮度。脉冲控制电路
放电控制电路为脉冲电路(IC4)提供了比较稳定的电源。脉冲的频宽比D可由电阻R4，R5和电容C6值的大小来确定。其电压的峰值与放电控制电路的输出电压一致。脉冲电路为白色LED(D5)进行间歇式供电，使其发出所要求的亮度。附加电池
该照明灯也可以结合电池使用。这时可以使照明灯全亮度长时间连续使用而不需要人工机械发电。由于采用了电压提升电路，1.5-3V的电池都能使照明灯正常工作。在使用电池时，开关K1断开而K2闭合。因此只有电压提升，放电控制及脉冲等电路被使用到。与普通电筒相比该灯使用电池照明的时间约是其的10倍。
多功能装置图3是本实用新型按电路图2制作的照明灯外形。其外壳1的长度，宽度和高度分别为8.5，3和5厘米。使用时可很方便地握在手中。在该装置外壳1中，加入微型收音机和/或电子日历和闹钟和/或温度计和/或微型指南针和/或闪光报警用红色二极管或其它功能部件，使本实用新型成为具有多种实用功能的照明器。外壳1上有充电开关及亮度调节旋钮2和电池开关K2，外壳1的尾部内安装手摇发电机M及其摇柄4，外壳1的前端侧壁安装抛物反射镜面5，外壳1内前端安装凸透聚光镜3。
根据对照明灯的测试结果表明，对2F电容器充足电约需3分钟。在充足电的前提下，照明灯在高亮度下可连续照明约20分钟，照距为20-30米。在阅读亮度下，连续照明可达60分钟。在短距离弱光照度下，可连续照明超过1.5小时；在漆黑夜晚该亮度的可视距离可达5米以上。一般对发电机摇动约半分钟，其产生的电能即可点亮LED。这时连续照明(一般亮度)可超过5分钟。足以满足短时间照明的要求。若采用电池供电，则该照明灯的照射时间相比一般手电长了许多倍。根据测试结果，一节1.5V的一号电池可以使照明灯全亮度连续使用超过一周的时间！
Claims (4)
1.手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：在外壳中装有手摇发电机和白色发光二极管，发光二极管前面有一个抛物反射面及凸透镜的聚光系统，在小型高效发电机M的输出端连接桥式整流器REC1-REC4的输入端，桥式整流器的输出端连接储能电容C2，桥式整流器REC1-REC4的输出端还顺次串联稳压电路触发器、电子模拟开关、电压提升电路、放电控制电路、脉冲控制电路，脉冲控制电路的输出端连接白色发光二极管D5，电池连接电子模拟开关和电压提升电路。
2.根据权利要求1所述的手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：桥式整流器包括：发电机M的输出端连接桥式整流器REC1-REC4的输入端，桥式整流器的输出端正极连接电容C1、二极管D1正极，二极管D1负极连接二极管D3负极、储能电容C2、开关1，桥式整流器REC1-REC4的输出端负极连接电容C1负极、发光二极管D2负极、储能电容C2负极；
稳压触发电路包括：开关K1的下端连接电容C7、电阻R8和集成电路IC1的5脚，电阻R6连接电位器VR2的定臂，电位器VR2的动臂连接集成电路IC1的3脚，电位器VR2下端定臂连接电阻R7，电容C8连接IC1的3脚，IC1的输出脚1脚连接IC2的输入1脚，电阻R7、电容C7、C8和IC1的2脚接地；集成电路IC2连接关系：IC2的3脚接地，IC2的4脚接开关K2和IC1的5脚，IC2的5脚接开关K1，IC2的6脚接电阻R2；电压提升电路：集成电路IC3的1脚连接电阻R1，IC3的3脚连接电容C3，IC3的7脚接地，IC3的6脚接电容C4E极和二极管D4负极，IC3的8脚接电感L1和二极管D4正极IC3的5脚接开K2，开关K2还连接电阻R1和电感L1，电容C3，C4的下端接地；放电控制电路：集成电路IC2的6脚和二极管D4的负极连接电阻R2、电位器VR1的一个定臂和动臂以及场效应管TR2的漏极；三极管TR1的基极接电阻R2，三极管TR1的发射极接地，三极管TR1的集电极接电阻R3和场效应管TR2的栅极，电器VR1的下端定臂接电阻R3，场效应管TR2的源极接电容C5，电容C5负极接地；脉冲控制电路：场效应管TR2的源极接电阻R4，集成电路IC4的1脚接地，集成电路IC4的2、6脚接电容C6、电阻R5，集成电路IC4的7脚接电阻R4、R5，集成电路IC4的4、8脚接TR2的源极，集成电路IC4的3脚接发光LEP管D5，电容C6和发光管D5负极接地；电池T正端连接开关K2，开关K2另一端连接电子模拟开关的IC2的4脚，电池T的负极接地；
集成电路的型号：IC1为MAX917，IC2为MAX4624，IC3为MAX756，IC4为ICM755IPA。
3.根据权利要求3所述的手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：在该装置外壳1中，加入微型收音机和/或电子日历和闹钟和/或温度计和/或微型指南针和/或闪光报警用红色二极管。
4.根据权利要求1或2或3所述的手动发电电容储能多用途照明灯，其特征在于：外壳1上有充电开关及亮度调节旋钮2和电池开关K2，外壳1的尾部内安装手摇发电机M及其摇柄4，外壳1的前端侧壁安装抛物反射镜面5，外壳1内前端安装凸透聚光镜3。
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|---|---|---|---|---|
| WO2010075700A1 (zh) * | 2008-12-31 | 2010-07-08 | 明高五金制品（深圳）有限公司 | 电子温度计 |
| WO2018138546A1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | Afinitica Technologies, S. L. | Article comprising a batteryless light source and a photocurable composition |
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- 2001-02-27 CN CN 01214291 patent/CN2475917Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| WO2018138546A1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | Afinitica Technologies, S. L. | Article comprising a batteryless light source and a photocurable composition |
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