基于发电机的免电池燃气点火器

王东芃 梁琨

摘   要：传统燃气点火器以电池作为工作能源，存在电池耗尽的尴尬和换电池的麻烦，也不适应绿色、低碳社会的要求。本文提出一种免电池燃气点火器装置，该装置利用人手握力、用发电机作为点火器的能源，是一款永不断电、方便安全的燃气点火方法。

关键词：点火器;发电机;高压电弧;增速齿轮组

目前厨房用火基本都普及了液化气，为家庭用火带来了极大的方便。燃气灶常用的点火工具为压电点火器和电子点火器。压电点火器由于效率低可靠性差而逐渐被淘汰，电子脉冲点火器成为主流的点火装置。电子脉冲点火器需要电池提供能源，这带来两个问题：（1） 电池属高污染物资，它的使用有悖我国提倡的绿色、低碳社会环境。（2） 电池使用存在寿命问题，常有因电池没电而影响食堂、家庭生火做饭。

本文提出了一种免电池的燃气电子点火方法，该方法利用手握力带动压杆、齿轮组产生旋转力带动发电机旋转 ，将机械能转变成电能作为燃气点火器的能源。该点火方法具有永不断电、方便、绿色低碳的优点。

1  结构原理

基于发电机的免电池燃气点火器的原理是利用机械手握结构将手握力转变为能驱动发电机发电的旋转力、组成供电系统。发电机发出的低压交流电经整流后获得直流电压，该直流电压经过逆变，形成低压高频交流电，低压高频交流电经过变压组成的高压发生系统，形成高频高压交流电。高频高压交流电经储能触发系统形成电弧点火高压，点燃电弧。点火器基本原理为：直线运动的手握力经由机械连杆结构转变为驱动电机的旋转力，旋转力带动发电机发电。发电机发出的低频交流电经整流、逆变、储能触发等环节，获得16KV的高压脉冲，在燃弧引针之间引燃电弧（如图1）。

高压发生器由整流、逆变、储能触发环节组成，电原理图如图2所示。发电机发出的低频交流电从AC1、AC2端口输入，经D1-D4整流二极管整流、电容C1滤波后，得到直流电压VC。模块U1是ROHM公司出品的back型开关电源功能芯片D9329A，它与外围元件构成斩波电路将直流电压VC转换为幅值为VC的高频方波交流电后送往变压器T1。

T1将幅值为VC的高频方波交流电的幅值提高，在次级获得几百伏的高压高频交流电。二极管D5、D6组成高压整流环节、将高压高频交流电转换为脉动高压直流电对储能电容C3充电。

在脉动高压直流电的充电下，储能电容C3中的能量不断增加，D6两端的电压也不断地增加。当D6两端电压增加到一定阈值，表明C3已经存储了足够的能量。此时，由触发管Q1、可控硅管Q2和电阻Rs5构成阈值触发电路动作，Q2导通。Q2导通后，存储在C3中的电能量通过变压器T2放电，在次级感应出16KV的高压，高压通过放电针引燃电弧，实现电子点火。

2  实验装置与实验验证

根据上述结构原理介绍的方法，制作出基于发电机的免电池燃气点火器样机可以打出很强烈的电弧。为了评价发电机性能，用不同速度按压压杆，观察发电机输出电压波形，图3是在不同按压速度下的实验结果。从图3a可以看到，每一次按压和回弹过程，输出电压出现两个幅值为6.8V的包络起伏。包络维持时间为400ms，与手的握压时间一致。图3b是把时间轴拉开后看到的输出電压波形，可以很清楚的看到，随着按压速度的加速，输出电压波形的周期从6.3ms（160Hz）减少到4.2ms（230Hz），输出电压的频率提高了。同时，电压幅度也从5.8V增加到6.8V。

根据表1，分别用8.2V和6.6V的电压作为整流端的输入电压，模拟在0.4s和0.8s按压速度的情况，用示波器观看高压放电端的波形。模拟按压速度为0.8s的高压输出波形，高压脉冲间隔为480ms，高压峰值16kV。模拟按压速度为0.4s的高压放电端输出波形，高压脉冲间隔为300ms，高压峰值在16kV～20kV之间。两种情况高压放电电压都超过15kV，完全能够点燃电弧。实验表明放电脉冲频率随按压速度提高而增加，这是因为随着按压速度提高，发电环节输出电压增加，因而储能电容C3充电速度提高导致的。也就是说，提高按压速度，能在单位时间内增加高压电弧的功率密度。此外，可以在示波器看到每一个高压放电过程的物理变化：将高压放电脉冲的时间轴拉开，每一个高压放电脉冲为一个宽度为1.8μs的锯齿形状脉冲，脉冲前沿电压线性上升，放电针之间的电场能量增加。当放电针之间电压达到放电针燃弧电压、电场能量足够大后，放电针之间空气被击穿而点燃电弧，电场能量迅速转换为热能量，电压迅速降为0。

3  总结与展望

本文提出了一种基于发电机的免电池燃气点火器实现方法，该方法利用手握力带动压杆、齿轮组产生旋转力带动发电机旋转 ，将机械能转变成电能作为燃气点火器的能源，解决传统燃气点火器由于环境不好，接触不好，电池电量有限等时间不确定因素造成的使用不方便，不环保的问题。所制作出的技术样机能够很方便地使用，点火性能良好。实验表明，技术样机能在0.3 ～ 1s的按压速度下正常工作。