新型翻转发电椅

合肥学院第五届科技节第七届机械创新设计大赛Hefei University作品：系别：专业：团队：组员：指导老师：目录第1章项目设计背景. ... ... ...................................- 4 -第2章产品说明..........................................- 6 -2.1 产品简介.................................... ......- 6 -2.1.1 产品外观结构轮廓图..........................- 6 -2.1.2 产品系统装置总结构图........................- 7 -2.1.3 压力板与垫板.................................- 7 -2.1.4 箱体结构............................. ........- 8 -2.1.5 加速器........................................- 8 -2.1.6 皮质滚轮......................................- 9 -2.2 超级电容............................... ...........- 10 -2.3 产品电路图.................. ................. ....- 11 -第3章参数计算.................. .......................- 12 -3.1加速器的传动比....... .............................- 12 -3.2 发电机转速................. .......................- 12 -3.3 发电机的输出功率.............................. ..- 13 - 3.4 超级电容的充电时间....................... .......- 13 -3.5 完成充电所需要的次数........... .................- 13 - 3.6 超级电容的工作时间.................... ..........- 13 -第4章作品设计原理及应用..............................- 14 - 4.1 作品设计原理......................................- 14 -4.2 电路部分原理......................................- 14 -4.3 新型翻转发电椅的应用.............................- 14 -第5章产品项目设计创新点及优势......... ...............- 15 -第6章产品经费预算............ .............................- 16 –第7章产品市场前景分析. ....................................- 16 –第8章作品设计总结.......................................- 17 -参考文献...................................... .............- 18 -新型翻转发电椅摘要：建设资源节约型、环境友好型社会是全民族的共同事业，是中国走科学发展道路中必不可少的的奠基石。

然而，我国资源短缺、匮乏的现象日益突出，特别是电力资源。

鼓励创建绿色学校、绿色教室已是当今社会的发展趋势，我团队多方面采集资料，通过不断地探讨和研究，确定了新型翻转发电椅这一独特课堂必备工具，一方面通过机械电子技术实现资源的节约与有效利用，另一方面，通过这一创新，可使莘莘学子树立资源节约意识和主动培养创新能力。

新型翻转发电椅是一款集便携性、实用性、经济性于一体的节能装置，其应用场合主要为教室和学术报告厅。

发电装置安装于座椅的背面，随着座椅的翻转而开始工作。

其产生的额外电能在为人们的生活带来便利的同时，也最大程度上响应了节能减排的号召，是一项创意十足的创意设计作品。

新型翻转发电椅有着良好的运用前景，极佳的稳定性和可扩充性都是它的优势，为国内外开发和创建智能节约的绿色学校、绿色教室的提供了很好的设计参考。

21世纪，课堂已不再是过去的应试教学，它是一个为莘莘学子培养梦想、让梦飞翔的天堂，它需要幻梦似的配套设施，它需要绿色型的梦幻课堂，这里因有新型翻转发电椅而使课堂显得更加富有活力，因为它，使更多学子怀有梦想。

关键词：发电椅能量转换节能减排第1章项目设计背景当今社会，受多种因素影响，目前全国多省电煤库存告急，电力供应趋紧。

如果按现有开发力度，我国的石油、天然气和煤炭的可开采储量仅能维持20年、50年、100年，进口同样不能解决问题。

为维护国民经济正常运行，建设节约型社会，国家强力号召节约用电，但大量的能源消耗已是一个不容小觑的问题。

随着第七次“地球一小时”活动的结束，节能减排的行动再次引起了人们的关注。

如何实现能源的最大化利用，减少温室气体排放，一直是摆在世界各国面前的一项亟待解决的顽疾。

在处处倡导节约社会的今天，教室用电的节约其实是一笔巨大的财富。

然而，我们的生活中有许多的举动可以创造能源却被我们忽视了，我们由身边常见的现象出发，发现每天上课时翻转椅子时所做的功也可以产生巨大效益。

比如说，教室里有摄像头、安全出口标识、防火铃、投影设备、照明灯等用电设备，如果我们设计一种翻转椅发电系统为它们供电，这将节省很多资源。

因此，我们想出了这样的产品设备：在翻转椅下安装一个小型发电机，将翻转椅子时产生的机械能转化为电能，为小功率用电器供电。

本发明即从这一背景出发，完美的将节能行为融合至日常生活中。

新型翻转发电椅，其用途是将我们平时所见的大大小小，形状各异的翻转椅，改造成一个个“发电椅”，从而实现能源的转换循环利用。

其原理，简而言之，即是将我们上课翻转椅子时产生的动能，通过本装置的一系列过程，转换为可被有效利用的电能，以实现教室的照明功能；抑或是将电能储存起来，以供应一些小型设备的运转（如门铃、警报器、摄像装置、移动设备等）。

不论是在教室，还是实验室，这些额外的电能都能派上巨大用场，使我们的生活更加便利舒适。

查阅相关材料，目前国内外尚未生产出类似的发电设备，即便有运用相关机械原理，他们也只是将发电机的安装位置选择在高档餐厅的旋转门或家用安全门上。

而我团队经过仔细研究探索，最终选择目前国内普遍使用的翻转椅为研究对象，进行机械创新设计，最终开发出新型翻转发电椅。

在人们将越来越多的时间精力都投入到对现有机器设备进行改进，来实现节能减排的同时，殊不知却忽略了身边最常见的一种资源节约：把节能发明教室化，在国内乃至国际各类院校推广开来，让学生都能切身参与，方为最理想的节能形式，以同学们身边每天接触的充满梦幻的课堂为切入点，更有助于激发同学们的创新创造的热情，把理论应用于实践，真正实现学以致用的目的。

每个人都有责任从身边小事做起，选择可持续的生活方式和消费方式。

而新型翻转发电椅从人们开始接受教育时就萦绕在人们身边，更有助于以实际的事物去感染每一位公民，推动了建设资源节约型社会的宣传教育和信息传播，提高了公众意识，扩大公众参与度，对实现节能减排目标发挥十分重要作用。

第2章产品说明2.1 产品简介2.1.1 产品外观结构轮廓图产品外观整体轮廓图2.1.2 产品系统装置总结构图其中：①翻转椅板面②预紧装置③支撑架④垫板⑤发电机⑥转换电路⑦齿轮加速器⑧皮质滚轮2.1.3 压力板与垫板压力板对整个撑架有一个横向的压力，保证滚轮与翻转椅固定支架圆头长臂充分接触，发电装置正常工作.2.1.4 箱体结构安装支撑架时，首先把压力板扳开，挡板上的螺钉穿过铝箱上与之对应的连接孔；松开压力板，达到固定铝箱的目的。

这种设计使支撑架在挡板的水平方向受到横向的力，使滚轮与翻转椅固定支架圆头长臂充分接触，克服滚轮与圆形臂之间的打滑现象，防止装置不能有效工作的情况。

同时这种设计拆卸简单方便，在必要时能够拆卸下来作应急电源使用。

2.1.5 加速器齿轮加速器的输出端连接发电机，三级加速的设计可以使发电机的转速可以达到其额定转速，保证发电机达到其额定功率。

2.1.6 皮质滚轮滚轮固定在加速器的输入轴上，可拆卸，通过翻转椅子时滚轮与翻转椅固定支架圆头长臂产生滚动摩擦，滚轮转动带动加速器的输入轴转动，这一过程把椅子的旋转运动转换成发电机转子的旋转运动，把整个装置放在远离翻转椅中心轴的外缘，可以最大程度上的加大滚轮的行程，使滚轮转速达到最大。

同时，采用橡胶类皮质滚轮可以防止滚轮打滑现象，提高工作效率。

2.2 超级电容采用了集成电路，简化了整机电路的设计、调试和安装，集成化的设计节省空间，性能可靠。

蓄电装置选用两个串联的超级电容，充电速度快，环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1~50万次，没有“记忆效应”，大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；功率密度高，相当于电池的5~10倍；产品原材料构成、生产、使用、储存以及拆解过程均没有污染，是理想的绿色环保电源；充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，安全系数高，长期使用免维护；超低温特性好，温度范围宽-40℃～+70℃；很小的体积下达到法拉级的电容量；无须特别的充电电路和控制放电电路；超级电容器可焊接，因而不存在像电池接触不牢固等问题。

2.3 产品电路图M ——发电机D1-D4 ——二极管， DC/DC模块D5为二极管，C1和C2为超级电容， DC/DC模块（*）K为光敏开关，D6为发光二极管*DC-DC 模块：DC-DC 模块电源是一种定压产品，其电路为开环，它的输出电压不会随着输入电压及输出负载的变化而变化，主要被当作二次电源使用。

第3章 参数计算3.1加速器的传动比齿轮类型参数齿顶圆直径(mm) 厚度(mm) 齿数Z 模数m 变位系数s 齿轮17.10 12.40 16 0.4 0.2 齿轮222.66 3.00 55 0.4 -0.2 齿轮38.64 6.00 11 0.7 0.3 齿轮436.38 3.00 54 0.7 -0.3 齿轮511.38 6.00 13 0.8 0.3 齿轮641.90 4.00 51 0.8 -0.3传动比: 66131116515455i 531642≈⨯⨯⨯⨯==Z Z Z Z Z Z3.2 发电机转速小滚轮直径：d=60 mm滚轮与翻转椅中心轴间距：R=220 mm翻转椅翻转一次滚轮所转圈数：8.12s ≈=d R ππ翻转椅翻转一次所需时间：t=2s∴ 发电机的转速min /365460r t i s n =⨯⨯=3.3 发电机的输出功率由发电机的转速可得的发电机的功率：P=6.14 W3.4 超级电容的充电时间电路中是两个"2.7V 100F"的超级电容串联，所以串联后等效为"5.4V 50F"的超级电容所以可以调节充电电路中的 DC/DC 模块,使其输出电压U=5.4V ，输出电流I =2A 超级电容的初始充电电压1U =3.0V,超级电容的终止充电电压2U =5.4V,超级电容的充电时间s s I Cdv t 602)0.34.5(50=-⨯==3.5 完成充电所需要的次数翻转椅子一次所需要的时间t ，根据实验测得，翻转椅子一次平均时间 1t =2s 。