風光集成充電器的製作方法

2023-05-14 01:02:06 1

專利名稱：風光集成充電器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電器設備，即一種風光集成充電器。
技術背景採用風力機進行發電或充電，或者採用太陽能電池板進行發電或充電，都 是比較成熟的公知技術。採用這些技術，就可以在無汙染的情況下獲得大量的 電能，為人類的生產和生活服務。在生活實踐中，我們發現風能和太陽能的充 裕狀態往往不能同時出現，因為風大的時候可能陽光不太充足，陽光充足的時 候往往風力較小。就是說，在陽光充足的時候，太陽能電池板能夠發揮作用， 但風力發電機卻往往不能發揮作用。在風比較大的時候，風力發電機能夠發揮 作用，但太陽能電池板卻往往不能發揮作用。因此，要想經常不斷的從風能和 太陽能中獲得電能，就必須同時擁有風力機和太陽能光電轉換器兩種設備。可 是，兩種設備不僅造價比較昂貴，而且還需要較大的場所。在一些場所較小， 特別是需要攜帶的情況下，同時安裝或攜帶兩種設備十分困難，甚至不可能。 發明內容本發明的目的是提供一種既能利用風能，又能利用太陽能，且結構簡單， 造價低廉的風光集成充電器。上述目的是由以下技術方案實現的研製一種風光集成充電器，這種充電 器有風力機和充電裝置所組成，其中的充電裝置包括發電機和蓄電池，風力機 包括轉軸和扇葉。其改進在於所說的風力機的扇葉是由太陽能電池板構成。所說的風力機的轉軸是一支豎立的轉軸，轉軸一端與發電機的轉子相聯繫， 轉軸上部周圍裝有扇葉，扇葉是由太陽能電池板構成，太陽能電池板的輸出端 和發電機的輸出端均與蓄電池相聯。所說的風力機的扇葉是由多支彎曲的支撐條，分布在轉軸四周構成宮燈狀 的支撐架，在支撐架上麵包掛有多片柔軟的太陽能電池板，太陽能電池板之間留有空隙。所說的風力機扇葉的支撐架是一個可摺疊的結構，即支撐條的上端與轉軸 相鉸鏈，下端抵頂在一個套管上，套管沿轉軸向上滑動可使支撐條彎曲而呈宮 燈狀，套管放開即沿轉軸下滑則支撐條伸開與轉軸疊成一束狀。所說的風力機的轉軸通過傳動機構與發電機的轉子相聯繫，發電機的輸出 端到蓄電池之間設有控制裝置。所說的控制裝置是由整流、濾波、穩壓、反饋調控電路組成。所說的發電機和充電裝置裝在一個控制箱裡，箱殼的上面裝有一個門形固 定架，風力機的轉軸通過固定架上框的軸孔以及箱內伸出的軸套和變速傳動部 件相接觸，傳動部件和發電機的轉子軸相連。在風力機轉軸上或傳動部件上裝有搖柄。本發明的有益效果是由於風力機的扇葉採用太陽能電池板構成，因而在 不增加構件的情況下，使原來的風力充電器又增加了光能轉換功能，既可利用 風力，又可利用太陽能，成為全天候自然能發電機。此外還增設了手搖或其他 動力拉動的部件，提高了設備的可靠性。這種方案既可製成大型設備，又可制 成小型可攜式電源，供人們在旅遊、探險、登山等野外活動中使用。


圖1是第一種實施例的主視圖；圖2是第一種實施例的左視圖；圖3是第一種實施例的部件風力機的主視圖；圖4是第一種實施例的部件風力機扇葉的主視圖；圖5是第一種實施例的部件風力機轉軸的主視圖；圖6是第一種實施例的部件風力機扇葉支撐架的工作狀態示意圖； 圖7是第一種實施例的部件風力機扇葉支撐架的摺疊狀態示意圖； 圖8是第一種實施例的部件太陽能電池板的主視圖； 圖9是第一種實施例的部件太陽能電池板的左視圖； 圖IO是第一種實施例的部件太陽能電池板的後視圖；圖11是第一種實施例的部件充電裝置的主視圖；圖12是第一種實施例的軸測圖；圖13是第一種實施例的工作原理圖；圖14是第一種實施例的電路圖；圖15是第二種實施例的主視圖；圖16是第二種實施例的俯視圖。圖中可見風力機l，充電裝置2，轉軸3，扇葉4，支撐條5，支撐架6， 太陽能電池板7，壓蓋8，套管9，軸套IO，固定架ll，下軸套12，支架13， 控制箱14，控制裝置15，發電機16，傳動機構17，蓄電池18，插孔19，搖柄 20，網格21，單向門22，門軸23。
具體實施方式
本發明的核心技術是在風力機的部件上採用了太陽能電池板，從而使風力 充電器增加了太陽能充電的功能。顯然，實現這一技術構思的具體方案是很多 的。下面，僅介紹兩個實施例。第一種實施例如圖l、 2所示，這種風光集成充電器是由風力機l和充電裝置2構成。其中，風力機1是由豎立的轉軸3和扇葉4所構成。由圖3、 4可 見，這個扇葉4是由多條均布在轉軸3周圍的彎曲的支撐條5構成宮燈狀的支 撐架6和裝在支撐架6上面的太陽能電池板7組成。由圖5可見，風力機l的 轉軸3通過門形固定架11上框的軸套10和控制箱14裡面的支架13的下軸套 12，與變速傳動機構17相連接，變速傳動機構17與發電機16的轉子軸相聯繫。 在風力的吹動下，扇葉4帶動轉軸3轉動，再通過變速傳動機構17帶動發電機 16轉子轉動，發電機16就會發出電來。發電機16發出的電經過控制裝置15儲 存到蓄電池18裡，供人們使用。通過圖6、 7可知，這種宮燈狀的支撐架6是可以摺疊的。當然，還要使用 圖8、 9、 10所示的柔軟的太陽能電池板7才能更好的摺疊。摺疊的方式有很多 種，圖中介紹的是各個支撐條5的上端都是鉸鏈在轉軸3上端的壓蓋8周圍， 下端都是鉸鏈在一個套在轉軸3外面的套管9上，上推套管9支撐條5就會彎曲，反之支撐條5就會伸直而摺疊。在支撐條5彎曲到一定位置時，鎖定套管9 的位置，就可得到宮燈狀的支撐架6造型。當然這裡鎖定的方法有很多，可以 在套管上開出螺孔用螺栓固定，也可以模仿雨傘的結構，在轉軸3內設置彈簧 推動的卡爪，等等，都是可以的。如圖8、 9、 IO所示，固定在宮燈狀的支撐架6外面的多片柔軟的太陽能電 池板7呈多邊形，電池板7之間還留有很大的空隙。風可以吹在電池板7的外 面，也可以吹到電池板7的裡面，使扇葉4受力而轉動，帶動發電機發電。在 沒有風或風力很小但陽光比較好的情況下，裝在支撐架6外面的太陽能電池板7 就可以單獨發揮作用，把光能轉換變成電能儲存起來，供人們使用。結合圖l、 5、 ll可知，風力機1的轉軸3通過門形固定架11上框的軸套 10和控制箱14裡面的支架13的下軸套12,與變速傳動機構17相連接，變速 傳動機構17與發電機16的轉子軸相聯繫。在風力的吹動下，扇葉4帶動轉軸3 轉動，再通過變速傳動機構17帶動發電機16的轉子轉動，發電機16就會發出 電來。發電機16發出的電經過控制裝置15儲存到蓄電池18裡，在控制箱14 的箱壁上開有插接插頭的插孔19，用於接通各種負載。上面所說的傳動機構的方式也不僅限於圖示的形式，也可以採用皮帶傳動、 鏈條傳動等各種不同的傳動方式。如圖11所示，為了進一步提高設備的可靠性，在轉軸3上專門增加了一套 手搖的搖柄20，以便在風和陽光都沒有的時候使用。當然，這種搖柄20的安裝 方式也是很多的，也可以裝在和發電機轉子軸相聯繫的多個部位。當然，對於 較大的設備，這種靠人力轉動的方式也可以推及到利用畜力、自行車等等方式。上述工作原理可以從圖13的框圖中表示出來。由圖可見，由風力、太陽能 和人力三種動力轉化的電能，通過控制裝置儲存到蓄電池18備用。在控制裝置 後面還設有直流輸出端和交流逆變器，直流負載和交流負載都可以直接使用。圖14表示了本裝置的電路圖。由圖可見，電路分成兩部分， 一部分是風力 或人力使電動機轉動產生的電流充進蓄電池；另一部分就是太陽能產生的電流 充進蓄電池。在發電機到蓄電池之間，設有可靠的控制裝置15，其中包括整流、濾波、穩壓、反饋與控制五個環節，其作用主要是電壓的調整，包括電壓大小 頻率的轉換。因為上述發電裝置發出的電能電壓幅值變化範圍廣，頻率變化範 圍也很大。因此需要將發電機產生的電經整流、濾波、穩壓等措施，使電壓至 少高於蓄電池的工作電壓，從而提高發電裝置的性能。當然，能夠實現上述目 的的電路很多，下面僅就一種可攜式小型設備的控制電路作一簡單舉例(1) 整流發電機中所發電流為直流電，由於風力不穩定，必須經過整流方可充入蓄電 池。而太陽能由於光照強弱的影響也需要整流。在此，採用三相橋式整流電路 將所發出的電流整合成穩定的直流電源。電路主要由六個二極體接成電橋的形 式構成。經計算全波整流電路的整流電壓的平均值為f/Q=2.34f/， 經整合後的電壓為原電壓的2. 34倍。二極體截止時所能承受的最大電壓t/(T 2.45"由於電路中增加了PWM脈寬調製器，不但可直接設置充電電壓範圍，也可起到保護電子元件的目的，增大了二極體的選擇空間。(2) 濾波由於整流後電流為單項脈動電壓，需改善脈動程度。由於負載較小，所以可以直接利用電容c的濾波功能對整流後的電流進行調整，電容濾波後不影響(3) 穩壓引起電壓不穩定的原因是發電系統的電壓的波動和負載電流的變化，穩壓過 程主要由穩壓二極體實現，由於穩壓二極體的特性，在電壓t/。出現波動時對其 進行補償和限制，使上述電壓在經過穩壓二極體後維持在一定的範圍內，可以 大大提高蓄電池的充電效率。(4) 反饋與控制單純的發電機所發電流不穩定，若不加以控制，容易造成原件的損壞和能量 的無謂損耗，所以在電路中加入PWM脈寬調製器和充電控制器。PWM脈寬調製器規定了充電電壓的範圍，通過線圈的反饋在發電機發電時自 動的控制電路的通斷，提高了能量回收的效率，同時有對電子元件起到保護作 用。充電控制器的作用主要控制蓄電池的充放電路的轉換，在風速大於3米每 秒、小於20米每秒時，充電控制器的發電電路為接通狀態。 一旦風速大於20 米每秒時，安裝與豎軸上的仿剎車機構對豎軸進行鎖緊，同時報警系統報警， 充電控制器控制的充電電路立即斷開，從而實現任意情況下的能量的合理利用， 大大提高了風能的利用效率。第二種實施例如圖15、 16所示，風力機1扇葉4的形式與前例有很大的 不同，扇葉4是四個與轉軸3的軸線相平行的平面，均布在轉軸3的四周，扇 葉4的支撐架6是由多個杆件構成的網格狀框架，在每個網格21的一側，都裝 有一片可沿門軸23擺轉的單向門22，單向門22的上面覆蓋著太陽能電池板7。 在如圖中箭頭表示的風力作用下，轉軸3—側的扇葉4上的單向門22關閉，而 另一側的單向門22被風吹開，看見關閉一側對轉軸3形成較大的轉矩，轉軸3 即可在轉動發電。同理，單向門22上的太陽能電池板7也可以接受太陽光而產 生電能，在風力小的時候繼續工作。此例說明統屬於本發明內容的風力機形式有很多種，只要採用太陽能電池 板充當扇葉，都應屬於等同的技術方案。
權利要求
1.一種風光集成充電器，這種風光集成充電器包括風力機(1)和充電裝置(2)，其中的充電裝置(2)包括發電機(16)和蓄電池(18)，風力機(1)包括轉軸(3)和扇葉(4)，其特徵在於所說的風力機(1)的扇葉(4)是由太陽能電池板(7)構成。
2. 根據權利要求1所述的風光集成充電器，其特徵在於所說的風力機(l) 的轉軸是一支豎立的轉軸(3)，轉軸(3) —端與發電機(16)的轉子軸相聯繫， 轉軸(3)上部周圍裝有扇葉(4)，扇葉(4)是由太陽能電池板(7)構成，太 陽能電池板(7)的輸出端和發電機(16)的輸出端均與蓄電池(18)相聯繫。
3. 根據權利要求1所述的風光集成充電器，其特徵在於所說的風力機(l) 的扇葉(4)是由多支彎曲的支撐條(5)，分布在轉軸(3)四周構成宮燈狀的 支撐架(6)，在支撐架(6)上麵包掛有多片柔軟的太陽能電池板(7)，太陽能 電池板(7)之間留有空隙。
4. 根據權利要求3所述的風光集成充電器，其特徵在於所說的風力機扇 葉(4)的支撐架(6)是一個可摺疊的結構，即支撐條(5)的上端與轉軸(3) 相鉸鏈，下端抵頂在一個套管(9)上，套管(9)沿轉軸(3)向上滑動使支撐 條(5)彎曲而使支撐架(6)呈宮燈狀，套管(9)放開即沿轉軸(3)下滑則 支撐條(5)伸開與轉軸(3)疊成一束狀。
5. 根據權利要求1所述的風光集成充電器，其特徵在於所說的風力機(1) 的轉軸(3)通過傳動機構(17)與發電機(16)的轉子軸相聯繫，發電機(16) 的輸出端與蓄電池(18)之間設有控制裝置(15)。
6. 根據權利要求5所述的風光集成充電器，其特徵在於所說的控制裝置 (15)是由整流、濾波、穩壓、反饋調控電路組成。
7. 根據權利要求l所述的風光集成充電器，其特徵在於所說的充電裝置 (2)裝在一個控制箱(14)裡，控制箱(14)的上面裝有一個門形固定架(11)，風力機(1)的轉軸(3)通過門形固定架(11)上框的軸套10以及箱內伸出的下軸套(12)與變速傳動部件(17)相接觸，傳動部件(17)和發電機(16) 的轉子軸相連。
8.根據權利要求l所述的風光集成充電器，其特徵在於在風力機(1) 轉軸(3)或傳動機構(17)上裝有搖柄(20)。
全文摘要
本發明涉及一種電器產品，即一種風光集成充電器。這種風光集成充電器包括風力機1和充電裝置2，其中的充電裝置2包括發電機16和蓄電池18，風力機1包括轉軸3和扇葉4，其特點是所說的風力機1的扇葉4是由太陽能電池板7構成。特別是風力機的扇葉4採用彎曲的支撐條5組成宮燈狀的支撐架6，在支撐架6上包掛柔軟的太陽能電池板7。從而在不增加構件的情況下，增加了光能轉換功能，既可利用風力，又可利用太陽能，成為全天候自然能電源，並且具有可摺疊便於運輸或攜帶的性能。此外還增設了手搖部件，提高了設備的可靠性。這種方案既可製成大型設備，又可製成小型可攜式電源，供人們在旅遊、探險、登山等野外活動中使用。
文檔編號H02N6/00GK101403371SQ200810165888
公開日2009年4月8日 申請日期2008年10月6日 優先權日2008年10月6日
發明者丁玉成, 侯亞麗, 李長河 申請人:青島理工大學