《无电实用手电筒》－第五届－中国宋庆龄基金会少年儿童发明奖

《无电实用手电筒》

来源：发布时间：2007-12-29 浏览次数：698
铜奖
作品名称：《无电实用手电筒》
浙江周坚
作品说明
一、发明项目选题的由来
本发明单从外观上来看，它与普通的手电筒相似，但从其内部的结构与原理分析则完全不同，那么本选题我们是怎样发现的呢？
大家都知道，手电筒都是需要采用电池来作为照明电源的,现在我们通过市场去调查了已有的"手动式充电电筒"，并直接从市场上新买来了好几个"手摇式电筒"，不撩要使用中只用了2天就不会发光了，我们解剖了所购买来的多个"手动式充电电筒"后，发现其中的奥秘是，线圈、磁铁滑块等是一种装饰和假象，根本不能充电，其照明用的电源就是常见的纽扣式锂电池外加塑料带包装而成，而纽扣式锂电池的容量很小，但是价格昂贵，作为照明电源来使用，不一会儿时间电量就会消耗用尽，完全不能适用普通照明的。
我们经过实际使用和拆装，分析其存在的缺点主要有以下几点：
1.内部装有2-3节微型纽扣电池。电池的价值8-15元左右。因为电筒内装有电池。在长期不使用时，电池自身也要慢慢地被腐蚀。从而造成电筒损坏或不能充电。
2.当手摇式电筒给电池充电时，因线圈产生的感生电流在给电池充电时是瞬间式电流，造成电能转换化学能的效率不高，这就不可能达到应有的使用效果。
3.由于内部使用的还是电池，与一般电筒没有根本区别。
4.原有产品中产生感生电流的线圈只有一个，对电池充电效果当然不好，其设计中有较大的不科学。
针对上述存在的问题，我们选取了本项目作为研究课题进行探索。
二、研究设计本发明的基本思路
1、	采用高亮度发光二极管替代小灯泡作为发光源；
2、	用多个线圈并联起来以增大感应电动势和感应电流量；
3、	各个线圈的两端分别与桥式整流器相联接，其各个输出端的"正端"合并后与电容器的"正端"相联接；
4、	滑块采用强力磁铁，并采用一种耐压低、容量大的电容器来替代原有的锂电池，从而可以将感应电流直接以电荷的形式储蓄在电容器中，这就大大提高了充电效率，完全可以省去锂电池，这对环境保护是非常有利的。
5、	当需要照明时，只要将充电后的电容器通过单刀双掷开关的转换和限流电阻，就可以将电容器中电荷慢慢地对发光二极管进行放电发光。
三、本发明的结构与原理
本发明由线圈（线径为0.12mm）、支架、整流器（1N4001）、电源开关、高亮度发光二极管、会聚凸透镜、滑管及高强度磁铁等组成。其工作原理就是根据"不论用什么方法，只要穿过闭合电路（线圈）的磁通量发生变化，闭合电路中就会有电流产生"的法拉第电磁感应理论设计而成。它不需要任何电池供应电能，而采用新式"直线运动发电机"，能促使强力磁铁来回穿梭于三个线圈的中心，不断地感应出电流，经整流后向大电容器充电。当按动开关时，其电容器就会向发光二极管回路慢慢放电，从而使高亮度发光管发光，并使用透镜进行会聚使发光管的发光效果更明显。
四、本发明的创新设计和制作过程。
我们经过解剖、分析、研究以及请教老师后，认为完全可以将学过的物理科学知识组合创新出一种"无电池实用手电筒"。
1、直接将照明用的电池改用电容器作为电源。将感生电流以电荷形式直接贮存在电容器中，不再将电能转化成化学能形式进行储电，其效率接近于100%，几乎不存在能耗。当需要快速充电时，只要分别与低压电源的正、负极联接，即可在1秒钟内完成充电，以备急用。
2、将原有的1个线圈分成3—4个等多个线圈，其线圈总匝数不变，然后将每个线圈感应出的交流电分别通过3个桥式整流器变成直流电，再给电容器充电。使用时，只要摇动5-10次，就可照明10分钟。
3、本发明采用普通的电子元件进行电路的创新组合与设计，它不需要任何电池供应电能。经实际使用验证，充电后在搁置90天时间不使用的情况下，闭合开关后，其手电筒仍然能正常发光，这就证明了电容器的漏电极小，电容器可选取用耐压低、容量大、漏电小、价格便宜的一种，完全可以作为储存式电源使用。
4、将高亮度发光二极管与开关的b端连接，在塑料管上绕制3个线圈，塑料管内放置强磁铁，塑料管两头设置弹性物质。三个线圈输出端分别与桥式整流器相联接，整流后电流输出正端与开关a端连接，整体安装在一个大的塑料管内即可成型。
五、本发明的特点
本发明在于将单个线圈改用多个线圈使得产生感应电流大大增强，将电容器充电替代电池作发光电源。采用新式"直线运动发电机"，促使强力磁铁来回穿梭于三个线圈中心，不断地感应出电流向大电容器充电，当开关按动时，其电容器就会向发光二极管回路放电，从而使高亮度发光管发出光线，通过会聚后效果更好。
本发明结构简单，符合科学原理，创新性和实用性强，容易推广。适用出差、旅游及日常家庭生活，属于环保节能型的发明创新型项目。因此，它具有很好的创造性和实用性。
本发明荣获第十七届浙江省青少年亿利达发明奖第一名，它已申请国家专利。
六、本发明进一步完善的设想
我们在完成本发明的过程中,我们不但应用了创造学中的《组合发明法》和《移植替代法》原理进行重新组合和加工，并且还利用物理学，电子和电工学等知识进行创新设计和改进而成。当然，本发明还需进一步改进，即体积更缩小些，延长照明时间和提高照明亮度。希望大家给予提出宝贵意见。