基本信息
- 项目名称：
- 便携式充电打气筒
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 这是一款便携式的多功能打气筒。针对传统打气筒做功效率较低、功能单一的缺点，设计者设计了一种结构合理，做功效率高，且操作方便的发电打气筒。 设计者通过对传统打气筒进行改造，在其把手中安装有牵拉式做功发电装置、储能装置、电能输出装置和LED照明装置，在保证传统打气筒功能的前提下，使其具有“打气”“发电”“储能”“照明”等四项功能。
- 详细介绍：
- 一 作品内容简介 这是一款便携式的多功能打气筒。针对传统打气筒做功效率较低、功能单一的缺点，设计者设计了一种结构合理，做功效率高，且操作方便的发电打气筒。 设计者通过对传统打气筒进行改造，在其把手中安装有牵拉式做功发电装置、储能装置、电能输出装置和LED照明装置，在保证传统打气筒功能的前提下，使其具有“打气”“发电”“储能”“照明”等四项功能。 二 研制背景及意义 随着科技的发展，人们日常生活中的用电设备越来越多，人们对于电的依赖性也越来越强。尤其是现在旅游产业蓬勃发展，当人们在户外旅行的时候，给用电设备充电是一大难题。 这款便携式充电打气筒，在考虑了便携的基础上，通过对传统打气筒进行改造，附加了“发电”这一功能。通过USB接口可以为手机、MP3等多种用电器充电。发出的电能还可以用来照明。 目前国内没有类似的产品，只有国外设计师Formpasch设计了一款打气筒手电，但这款产品实用性不高，有诸多缺陷。例如该款打气筒照明系统使用的电源只能靠打气产生，而且发出的多余电源不能输出利用。而我设计的这款的打气筒，在综合考虑了以上几个问题的基础上，进行了独创的设计。 三 主要功能和性能指标 1、打气功能：当该产品作为打气筒使用的时候，跟普通打气筒并无差异，可以给美式气门芯和英式气门芯的自行车打气，也可以给篮球、气球等充气，有三种气嘴可供替换。 2、发电功能：在打气筒推拉杆向下运动的过程中，完成打气的作用，在打气筒推拉杆向上运动的过程中，完成发电作用。 3、储电功能：发电机发出的电能储存在锂电池中。储存的电能除给LED灯供电外，多余的电能可以给手机、MP3等小型用电器充电。锂电池也可以接受220V家用电源的充电，电池充满后可以作为移动电源使用。 4、照明功能：打气筒上端安装有LDE照明装置，由蓄电池提供电能。 四 设计方案 该打气筒下端的气筒部分与传统打气筒结构一样，主要创新设计在于打气筒的把手上。发电机系统、变压电路、LED照明灯、USB接口、二相插头等装置都装配在打气筒的把手中。 为了便于装配，首先把零部件装配在一个芯子（即支撑架）上，然后把芯子装入把手内。 4.1 发电机系统 当打气筒推杆向上拉动时，拉动拉线，拉线带动齿轮和单向棘轮，然后带动发动机转子转动。当推杆向下推动的时候，与拉线相连的回位弹簧（发条）将拉线收回。发出的电能经过一个电压放大电路储存在蓄电池中。 发电机参数： 永磁铁：厚度：4mm 直径：16mm 磁感应强度：0.4T (1T＝1N/A*m ) 钕铁硼材料 线圈匝数N: 150匝 有效磁通面积：0.64*10^(-4)㎡ 根据公式： 感应电动势峰值：Em＝nBSω 计算可知，当发电机转速达到 8.3转/秒时，就可以达到5V的充电电压。 4.2 储能系统 由可多次充放电的小型锂电池、通用二相插头和220V转5V变压电路三部分组成。锂电池既可以存储发电机发出的电能，又可接受220V家用电源的充电。 锂电池容量：880mAh 电压：3.7V 4.3 LED照明系统 在打气筒末端安装有LED灯，由蓄电池为其供电。 LED工作电压: 2.0V -3.6V 工作电流: 20-30mA 4.4 电能输出系统 由升压板和通用USB接口组成。可以通过蓄电池向外输出能量，当蓄电池在接受外部电源充电的时候，也可以直接用外部电源给用电器充电。 手机和MP3电池的电压一般为3.7V，所以蓄电池需要先通过一个3.7V升5V的升压电路，升到5V后再向外输出。 DC-DC升压模块： 工作电压:1.0V-5V 输出电压:5.2-5.5V 输出电流:<=500mA 输出方式:标准USB 五 工作原理及理论设计计算 法拉第电磁感应定律： E＝n*dΦ/dt（普适公式）｛法拉第电磁感应定律，E：感应电动势(V)，n：感应线圈匝数，dΦ/dt:磁通量的变化率｝ Em＝nBSω（交流发电机最大的感应电动势）｛Em:感应电动势峰值｝ 利用晶体管的放大作用组成电压放大电路： 六 创新点及应用 传统打气筒推拉杆向下移动时对筒体内气体做功，完成打气作用，做功效率较高，但推拉杆向上移动时只是使推拉杆复位，做功效率较低，且传统打气筒只具有打气功能，功能单一，不能满足人们多种需求的需要。而这款新型打气筒，在保证打气这一基本作用的前提下，当推拉杆向上移动时，能顺带完成发电过程，提高了做功效率。 本结构的发电打气筒是通过内置牵拉式做功发电结构来实现发电功能的，具有做功效率高，操作方便的优点，在结构的设计上具有独创性。 2011年国内旅游人数预计将达到23亿人次，这款设计新颖、集多种功能于一身的便携式充电打气筒将会成为众多“驴友”的选择。而且手动发电的设计既能为用户提供更方便又顺应当前低碳环保的环境友好理念。 参考文献 [1] 秦增煌 电工学（第七版下册）电子技术 高等教育出版社2009.6 [2] 范顺成 机械设计基础（多学时）第四版 机械工业出版社2007.8 [3] 唐增宝 常建娥 机械设计课程设计第三版 华中科技大学出版社2006.9 [4] 刘小年 郭克希 机械制图（机械类、近机类）第一版 机械工业出版社 2008.4
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计思路: 随着科技的发展，人们日常生活中的用电设备越来越多，人们对于电的依赖性也越来越大。尤其是在户外的时候，给用电设备充电是一大难题。我设计的这款便携式充电打气筒，在考虑了便携的基础上，通过对传统打气筒进行改造，附加了“发电”这一功能。通过USB接口可以为手机、MP3等多种用电器充电。发出的电能还可以用来照明。 创新点： 针对传统打气筒做功效率较低、功能单一的缺点，设计了一种结构合理，做功效率高，具有“发电”“照明”“储能”功能，且操作方便的发电打气筒。 技术关键： 对传统打气筒进行改造，在传统打气筒把手中安装有牵拉式做功发电装置、储能装置、电能输出装置和LED照明装置，在保证传统打气筒功能的前提下，使其具有“打气”“发电”“照明”“储能”等多项功能。
科学性、先进性
- 项目背景： 打气筒是日常生活中的常用工具，可是长期以来固守着传统的结构和式样，存在做功效率较低、功能单一等缺陷。针对这一不足，设计者设计了这款可以发电的多功能打气筒。目前国内没有类似的产品。 技术对比： 传统打气筒推拉杆向下移动时对筒体内气体做功，完成打气作用，做功效率较高，但推拉杆向上移动时只是使推拉杆复位，做功效率较低，且传统打气筒只具有打气功能，功能单一，不能满足人们多种需求的需要。 而这款新型打气筒，在保证打气这一基本作用的前提下，当推拉杆向上移动时，能顺带完成发电过程，提高了做功效率。 本结构的发电打气筒是通过内置牵拉式做功发电结构来实现发电功能的，具有做功效率高，操作方便的优点。发出的电能除给打气筒的照明装置供电外，多余的电能可以输出利用。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品为2011年度潍坊学院大学生研究训练计划（SRTP）科研立项项目，并获得资金支持。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 实物、图纸、图片、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点： 1、在结构的设计上具有独创性，能够使用户在进行打气过程时，同时完成发电过程。上拉发电，下推打气。 2、发出的电能储存在蓄电池中，一部分给LED灯供电，多余电能可以升压后输出，给手机、MP3等小型用电器供电。 3、蓄电池可以接受家用220V电源充电，电池充满后可作为移动电源使用。 推广前景： 1、这款产品设计时尚美观，集多种功能于一身，彰显个性，兼具多种流行元素。 2、手动发电的设计既能为用户提供更方便又能顺应当前低碳环保的环境友好理念。
同类课题研究水平概述
- 目前人们对于多功能方面的研究较少，国内没有类似产品。国外设计师Formpasch曾设计了一款打气筒手电，但这款产品实用性不高，有诸多缺陷。例如该款打气筒照明系统使用的电源只能靠打气产生，而且发出的多余电源不能输出利用。而我设计的这款的打气筒，在综合考虑了以上几个问题的基础上，进行了独创的设计。当打气筒推杆向上拉动时，拉动拉线，拉线带动齿轮和单向棘轮，然后带动发动机转子转动。当推杆向下推动的时候，与拉线相连的回位弹簧（发条）将拉线收回。发出的电能经过一个电压放大电路储存在蓄电池中。
