吳劍?高宏

一、設(shè)計(jì)緣由

我校近年來實(shí)行準(zhǔn)軍事化管理，因考慮用電安全問題，寢室內(nèi)未安裝 220V電源插座。學(xué)生中潘俊波同學(xué)喜歡動(dòng)手制作，一直想制作一款手搖式發(fā)電機(jī)解決手機(jī)臨時(shí)充電問題。

在我們教師的指導(dǎo)下，花了一個(gè)星期找配件買外殼試制成功，使用效果達(dá)到預(yù)期。本作品參加2017年十堰市中職學(xué)?！拔拿黠L(fēng)采”大賽職業(yè)規(guī)劃與創(chuàng)新設(shè)計(jì)類“一等獎(jiǎng)”。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

本產(chǎn)品可解決學(xué)校寢室、長(zhǎng)途出差、野外探險(xiǎn)或考察等用電應(yīng)急。如下是典型場(chǎng)景：

1.火車上長(zhǎng)途客車上，手機(jī)沒有電 ，充電寶也沒有電了怎么辦？如果帶上這個(gè)手搖發(fā)電機(jī)（體積不大，總量輕），就不用害怕沒有電。

經(jīng)測(cè)試：智能手機(jī)完全沒電的情況下手搖 1 分鐘電量指示到 1%，手搖 2 分鐘手機(jī)電量升到 2%，3-5 分鐘電量能到 3%左右。智能機(jī)在開機(jī)狀態(tài)下，電量在 50%左右，手搖 2-3 分鐘，電量可增至 51%。

建議手搖給充電寶充電，智能機(jī)開機(jī)狀態(tài)下各種應(yīng)用較耗電。本人曾在火車上手搖 30分鐘左右，小容量充電寶能充好電。

2.在無人區(qū)汽車電瓶沒有電了又著急趕路的時(shí)候，可以用接線端子接上汽車電瓶，通過手搖產(chǎn)生 12V 給汽車電瓶充電（手搖時(shí)間與電瓶大小有關(guān)），充上少量電汽車能正常點(diǎn)火啟動(dòng)。此 12V 電也可供給 12V 電器儀表使用。

3.野外探險(xiǎn)或考察，通過手搖發(fā)電可給 220V 節(jié)能燈提供應(yīng)急照明，也可給小功率的儀器儀表供電。

4.接上汽車電瓶做輸入后，可以讓臺(tái)式電腦、筆記本電腦、衛(wèi)星接收器等正常工作。

三、主要材料及參數(shù)

1.外殼：200 mm× 130 mm×75 mm。

2.減速電機(jī)：額定電壓 24V，手搖轉(zhuǎn)速 80 轉(zhuǎn)/分左右。

3.穩(wěn)壓芯片：三端穩(wěn)壓芯片 7812（金屬大功率）。

4.電容組：16 個(gè) 10F 2.7V 電容，通過串并聯(lián)合成一個(gè)耐壓 21.6V，容量 20F電容組。

5.智能儀表：測(cè)量電壓 8-100V，測(cè)量電流<100A ，外型尺寸：80×44mm，準(zhǔn)確度：± 0.2%。

6.逆變板：輸入 10.3-14V，輸出電壓 220v，功率 150W，輸出帶短路保護(hù)。

7.插座（帶 USB 接口）： 220V、5V 供用電器使用接口。

8.紅黑接線柱：手搖發(fā)電 12V 輸出或 12V 外部電源（汽車電瓶）輸入。

9.鈕子開關(guān)：3 個(gè)，左 1 為逆變開關(guān)。右邊兩個(gè)無功能，為擴(kuò)展預(yù)留。

10.散熱風(fēng)扇：12v 0.1A 風(fēng)扇為發(fā)電機(jī)工作時(shí)散熱。

11.小搖把：長(zhǎng)約 150mm，手搖繞線器上拆下來的。

12.2 個(gè) USB 接口：發(fā)電機(jī)側(cè)面的 USB 接口無功能，為擴(kuò)展預(yù)留。

13.逆變指示燈：綠色發(fā)光二極管，發(fā)電機(jī)處于逆變時(shí)亮。

四、工作原理

手搖減速電機(jī)產(chǎn)生 24V 左右的直流電，經(jīng)大功率穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓至 12V，給電容組充電。此時(shí) 12V 輸出到紅黑端子上，同時(shí)智能儀表監(jiān)測(cè)電容組狀態(tài)（測(cè)用電實(shí)時(shí)狀態(tài)）。電容組上的電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為 220V 交流電供插座使用（小功率）。外接 12V 電源（汽車電瓶）輸入到紅黑端子，給電容組充電，智能儀表監(jiān)測(cè)電容組狀態(tài)（測(cè)用電實(shí)時(shí)狀態(tài)）。電容組上的電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為 220V 交流電供插座使用（大功率）。

五、特點(diǎn)

1.便攜與安全

本產(chǎn)品充電儲(chǔ)能采用電容組，未采用常見的鋰電池組。減輕了重量，攜帶更安全。本產(chǎn)品總重量為 1.5kg，可放背包和行李箱，方便戶外工作、旅游、考察、探險(xiǎn)用電應(yīng)急。

2.多種輸出（多功能）

（1）接線柱輸出 12VDC 最大 30W，可給汽車電瓶充電，也可支持 12V 用電設(shè)備。

（2）USB 5VDC 2.5W 輸出，可給 MP3、MP5、手機(jī)，充電寶充電。

（3）220VAC 150W 輸出，可使用 150W 以下用電設(shè)備，例如筆記本電腦，電風(fēng)扇。

3.功能擴(kuò)展（預(yù)留）

發(fā)電機(jī)左側(cè)預(yù)留有兩個(gè) USB 接口，另接穩(wěn)壓模塊可擴(kuò)展 USB1 5VDC 5W 輸出，可以支持無人機(jī)充電；另接穩(wěn)壓模塊擴(kuò)展 USB2 5VDC 15W 輸出，支持 2.1A 快充、平板電腦充電。

六、使用方法

產(chǎn)品每次使用后，產(chǎn)品會(huì)釋放掉所有儲(chǔ)存的電能，智能儀表沒有任何顯示。遇此情況，關(guān)掉逆變開關(guān)（左邊第一個(gè)開關(guān)，方向向上為關(guān)，右邊兩個(gè)紐子開關(guān)為預(yù)留開關(guān)，沒有設(shè)置功能），只需搖動(dòng)搖柄，開始會(huì)有點(diǎn)吃力，因?yàn)樵诮o電容充電。等到儀表顯示 8V 的時(shí)候，屏幕開始顯示電容組狀態(tài)。到達(dá) 11.50 左右時(shí)，搖把轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)很輕松，此時(shí)打開逆變開關(guān)（左邊第一個(gè)開關(guān)向下?lián)軇?dòng)），即可產(chǎn)能生 220V 交流電，可帶小功率負(fù)載。打開插座面板開關(guān)，面板上的 USB 接口就可輸出 5V 直流電可給手機(jī)充電寶充電。發(fā)電機(jī)左上角接線柱可輸出穩(wěn)定的 12V 直 流電，可給 12V 用電設(shè)備供電。

大功率輸出方法是，接線柱接上汽車 12V 電瓶或 12V 電源，就可輸出 220V AC 150W 的功率供筆記本電腦，電風(fēng)扇等交流 220V 電器設(shè)備使用。儀表顯示屏閃爍，長(zhǎng)亮、長(zhǎng)滅可按顯示屏右側(cè)的調(diào)整開關(guān)切換。儀表上顯示4 個(gè)參數(shù)：實(shí)時(shí)電壓（左上），實(shí)時(shí)電流（右上）、實(shí)時(shí)功率（左下）、累計(jì)電能（右、下）。其中累計(jì)電能要清零通過長(zhǎng)按調(diào)整開關(guān)進(jìn)入智能儀表菜單設(shè)置。