便攜式手機(jī)充電器的設(shè)計(jì)

隨著人們生活方式的不斷多元化，在某些特殊情況下，人們會面臨對電能的暫時(shí)性短缺。尤其在出差時(shí)斷失聯(lián)系或某些危機(jī)情況下，對手機(jī)等電能的需求更為緊迫。

如何利用需電者身邊可用的動(dòng)力進(jìn)行發(fā)電，便成為使用者最為急需的問題。

本文對目前充電器進(jìn)行分析，找出它的不足，通過改進(jìn)從而設(shè)計(jì)出更好的充電方法。

一、傳統(tǒng)機(jī)械表帶來的靈感

在通常情況下，我們有能力用手對其他物體進(jìn)行施力，而如果此時(shí)，我們擁有一個(gè)類似于機(jī)械表結(jié)構(gòu)的發(fā)電裝置，就可以用手對其上發(fā)條，而不需尋求其他能量，便可以獲得穩(wěn)定的長時(shí)間的電能，對需電電器進(jìn)行充電。從而解決在急需電能情況下的電能供應(yīng)問題。

雖然，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了多種便攜式發(fā)電裝置，但都有一定缺點(diǎn)。

如市面上比較盛行的充電煲，它是先將電能充在一個(gè)蓄電裝置中，而需要用時(shí)再將電能輸送給手機(jī)，一般只能使用幾十分鐘，而一旦蓄電裝置中的電能耗盡，便不能再提供有效的電能了。

太陽能充電器更有其局限因素，雖然可以重復(fù)使用，但它對自然環(huán)境要求較高——太陽能。在夜晚和陰雨天氣根本無法進(jìn)行發(fā)電，或者效果很不理想，滿足不了應(yīng)急使用要求，保險(xiǎn)系數(shù)較低。

還有一些手動(dòng)發(fā)電裝置，但需要手腳不停地運(yùn)動(dòng)，不僅消耗體力大。對人的體能提出了較高的要求，也約束了人的行為，限制了人做其他事的范圍。同時(shí)，對于手動(dòng)輸出的電能，我們對其輸出電的質(zhì)量不得不提出質(zhì)疑——它沒有穩(wěn)定的輸出功率，自然無法使機(jī)器穩(wěn)定地工作。再者，手動(dòng)發(fā)電時(shí)震動(dòng)、晃動(dòng)較大，對發(fā)電裝置的損壞也比較大，故障發(fā)生率較高，在某些情況下將影響它的工作能力，或自身就無法很好地使用它。

相較之下，機(jī)械表式發(fā)電機(jī)環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)，并可以很好地應(yīng)對這些問題。

二、機(jī)械表式發(fā)電器的優(yōu)越性

機(jī)械表式發(fā)電器的工作原理是：人手對發(fā)條進(jìn)行施力，從而使發(fā)條儲備能量，進(jìn)而進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)電。

該裝置包括支撐體，支撐體上安裝有鐘表發(fā)條、傳動(dòng)變速齒輪裝置、發(fā)電裝置和電能調(diào)節(jié)充電裝置。輸入端和輸出端分別接連在鐘表發(fā)條和電能調(diào)節(jié)充電裝置上。

工作時(shí)，人們首先對鐘表發(fā)條上發(fā)條，并通過棘爪等機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)與鐘表發(fā)條同軸的齒輪只能作單方向運(yùn)動(dòng)，再通過變速齒輪嚙合對其進(jìn)行加速。在速度和力矩達(dá)到使用要求的前提下，使用搖擺雙棘爪機(jī)構(gòu)輸出一個(gè)間歇作用力，從而帶動(dòng)慣性飛齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。

在飛齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，會帶動(dòng)其同軸盤狀彈簧的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)慣性飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)到卡點(diǎn)停下時(shí)，又會在盤狀彈簧的帶動(dòng)下，慣性飛輪會往回旋轉(zhuǎn)，從而便完成了一個(gè)周期性運(yùn)動(dòng)，這樣盤狀彈簧的截面積也就發(fā)生一個(gè)周期性的變化。

而如果在其截面垂直方向添加磁感線，即加兩塊磁鐵石，再接通盤狀彈簧兩端，勢必將產(chǎn)生一個(gè)頻率和電壓都較低的交變電流，那么接通的盤狀彈簧和磁鐵石，便形成整個(gè)系統(tǒng)中的發(fā)電裝置。

在電能調(diào)節(jié)充電裝置中，借鑒萬能充電器的部分原理，又可分為兩個(gè)部分：振蕩電路、充電電路。

電流首先經(jīng)過振蕩電路，通過三極管VT2及開關(guān)變壓器等，對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到最終提高電壓，從而達(dá)到感應(yīng)出一個(gè)5.5v左右的交流電壓的目的，作為后一級充電電壓。

充電電路由軟塑封IC1(YLT539)和三極管VT3等組成，交變電流在經(jīng)過二極管VD3整流、電容C3濾波后，輸出一個(gè)直流8.5v左右的電壓，該電壓一部分加到三極管的e極，另一部分送到軟塑封IC1(YLT539)的1腳，為其提供工作電源，集成塊IC1有了工作電源后開始啟動(dòng)工作，在其8腳輸出低電平充電脈沖，使三極管VT3導(dǎo)通，直流8.5v電壓開始向充電電池充電。

三、機(jī)械表式發(fā)電器的三個(gè)優(yōu)勢

1 延長工作時(shí)間。

一般情況下，機(jī)械表上一次發(fā)條便可以使用幾十個(gè)小時(shí)，保證了其工作的連續(xù)性。我們參照其機(jī)構(gòu)特征，也可以確保機(jī)械表式發(fā)電機(jī)工作的連續(xù)性、長時(shí)間性。

與手搖式或利用其他形式能源進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電裝置相比較而言，其更方便、省力，對環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，不必?fù)?dān)心尋找發(fā)電能源。

而為在相對不太長的時(shí)間內(nèi)獲得更大能量，我們可以對其進(jìn)行改進(jìn)，使其不必一次性工作那么長時(shí)間，如：減少齒輪數(shù)量，加強(qiáng)發(fā)條片，在不影響發(fā)電工作的前提下，加快能量轉(zhuǎn)換，減輕電能調(diào)節(jié)時(shí)的工作量，降低損耗!

2 它具有較穩(wěn)定的工作輸出功率。

鑒于其為機(jī)械表結(jié)構(gòu)的衍生品，相對于其他種類發(fā)電機(jī)來說，其輸出功率的穩(wěn)定性可想而知。

首先，其有穩(wěn)定的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。并不受自然環(huán)境或其他非自然環(huán)境的影響。而且其有穩(wěn)定的能量存儲機(jī)構(gòu)——鐘表發(fā)條，并通過它穩(wěn)定地將功率輸出，這也是為什么我們在設(shè)計(jì)過程中可以省去一般萬能充電器中的穩(wěn)壓保護(hù)電路的原因。

而像風(fēng)力發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)、太陽能板發(fā)電機(jī)等，輸出功率受到很多其他條件因素的影響，往往對電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)要求較高，而且利用起來也比較麻煩，且對使用電器也可能有一定損害，更不用說通過人的手腳不停地運(yùn)動(dòng)進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電器了!

3 可以設(shè)計(jì)出理想體積。

機(jī)械表式發(fā)電機(jī)可以按個(gè)人的要求設(shè)計(jì)出理想尺寸，它的大小僅相當(dāng)于一部手機(jī)的體積。

這種體積這也就決定了它的可攜帶性，你只要占用一個(gè)手機(jī)大小的空間，便可以攜帶一個(gè)環(huán)境適應(yīng)性非常強(qiáng)的手機(jī)充電器，這對于人們的出行倍感方便。想什么時(shí)候用，就什么時(shí)候用，不必?fù)?dān)心能源的缺失。因此，它有著無條件的高重復(fù)使用性!

以上三個(gè)優(yōu)勢，在絕大部分情況下，是可以應(yīng)對的。該設(shè)計(jì)目前已形成了新的產(chǎn)品，該產(chǎn)品正在申報(bào)實(shí)用新型專利，預(yù)計(jì)可以代替目前市場上很多充電器，擁有巨大的市場潛力。