便携式多功能手摇发电机的制作

吴剑?高宏

一、设计缘由

我校近年来实行准军事化管理，因考虑用电安全问题，寝室内未安装 220V电源插座。学生中潘俊波同学喜欢动手制作，一直想制作一款手摇式发电机解决手机临时充电问题。

在我们教师的指导下，花了一个星期找配件买外壳试制成功，使用效果达到预期。本作品参加2017年十堰市中职学校“文明风采”大赛职业规划与创新设计类“一等奖”。

二、应用场景

本产品可解决学校寝室、长途出差、野外探险或考察等用电应急。如下是典型场景：

1.火车上长途客车上，手机没有电 ，充电宝也没有电了怎么办？如果带上这个手摇发电机（体积不大，总量轻），就不用害怕没有电。

经测试：智能手机完全没电的情况下手摇 1 分钟电量指示到 1%，手摇 2 分钟手机电量升到 2%，3-5 分钟电量能到 3%左右。智能机在开机状态下，电量在 50%左右，手摇 2-3 分钟，电量可增至 51%。

建议手摇给充电宝充电，智能机开机状态下各种应用较耗电。本人曾在火车上手摇 30分钟左右，小容量充电宝能充好电。

2.在无人区汽车电瓶没有电了又着急赶路的时候，可以用接线端子接上汽车电瓶，通过手摇产生 12V 给汽车电瓶充电（手摇时间与电瓶大小有关），充上少量电汽车能正常点火启动。此 12V 电也可供给 12V 电器仪表使用。

3.野外探险或考察，通过手摇发电可给 220V 节能灯提供应急照明，也可给小功率的仪器仪表供电。

4.接上汽车电瓶做输入后，可以让台式电脑、笔记本电脑、卫星接收器等正常工作。

三、主要材料及参数

1.外壳：200 mm× 130 mm×75 mm。

2.减速电机：额定电压 24V，手摇转速 80 转/分左右。

3.稳压芯片：三端稳压芯片 7812（金属大功率）。

4.电容组：16 个 10F 2.7V 电容，通过串并联合成一个耐压 21.6V，容量 20F电容组。

5.智能仪表：测量电压 8-100V，测量电流<100A ，外型尺寸：80×44mm，准确度：± 0.2%。

6.逆变板：输入 10.3-14V，输出电压 220v，功率 150W，输出带短路保护。

7.插座（带 USB 接口）： 220V、5V 供用电器使用接口。

8.红黑接线柱：手摇发电 12V 输出或 12V 外部电源（汽车电瓶）输入。

9.钮子开关：3 个，左 1 为逆变开关。右边两个无功能，为扩展预留。

10.散热风扇：12v 0.1A 风扇为发电机工作时散热。

11.小摇把：长约 150mm，手摇绕线器上拆下来的。

12.2 個 USB 接口：发电机侧面的 USB 接口无功能，为扩展预留。

13.逆变指示灯：绿色发光二极管，发电机处于逆变时亮。

四、工作原理

手摇减速电机产生 24V 左右的直流电，经大功率稳压芯片稳压至 12V，给电容组充电。此时 12V 输出到红黑端子上，同时智能仪表监测电容组状态（测用电实时状态）。电容组上的电能经逆变转换为 220V 交流电供插座使用（小功率）。外接 12V 电源（汽车电瓶）输入到红黑端子，给电容组充电，智能仪表监测电容组状态（测用电实时状态）。电容组上的电能经逆变转换为 220V 交流电供插座使用（大功率）。

五、特点

1.便携与安全

本产品充电储能采用电容组，未采用常见的锂电池组。减轻了重量，携带更安全。本产品总重量为 1.5kg，可放背包和行李箱，方便户外工作、旅游、考察、探险用电应急。

2.多种输出（多功能）

（1）接线柱输出 12VDC 最大 30W，可给汽车电瓶充电，也可支持 12V 用电设备。

（2）USB 5VDC 2.5W 输出，可给 MP3、MP5、手机，充电宝充电。

（3）220VAC 150W 输出，可使用 150W 以下用电设备，例如笔记本电脑，电风扇。

3.功能扩展（预留）

发电机左侧预留有两个 USB 接口，另接稳压模块可扩展 USB1 5VDC 5W 输出，可以支持无人机充电；另接稳压模块扩展 USB2 5VDC 15W 输出，支持 2.1A 快充、平板电脑充电。

六、使用方法

产品每次使用后，产品会释放掉所有储存的电能，智能仪表没有任何显示。遇此情况，关掉逆变开关（左边第一个开关，方向向上为关，右边两个纽子开关为预留开关，没有设置功能），只需摇动摇柄，开始会有点吃力，因为在给电容充电。等到仪表显示 8V 的时候，屏幕开始显示电容组状态。到达 11.50 左右时，摇把转动会很轻松，此时打开逆变开关（左边第一个开关向下拨动），即可产能生 220V 交流电，可带小功率负载。打开插座面板开关，面板上的 USB 接口就可输出 5V 直流电可给手机充电宝充电。发电机左上角接线柱可输出稳定的 12V 直 流电，可给 12V 用电设备供电。

大功率输出方法是，接线柱接上汽车 12V 电瓶或 12V 电源，就可输出 220V AC 150W 的功率供笔记本电脑，电风扇等交流 220V 电器设备使用。仪表显示屏闪烁，长亮、长灭可按显示屏右侧的调整开关切换。仪表上显示4 个参数：实时电压（左上），实时电流（右上）、实时功率（左下）、累计电能（右、下）。其中累计电能要清零通过长按调整开关进入智能仪表菜单设置。