载有微棱镜层的太阳能电动牙刷及微棱镜层的模拟方法技术

本发明专利技术涉及日常生活用品领域，公开了载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，包括刷杆和太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池基板、太阳能电池薄膜层和微棱镜层，所述太阳能电池基板套接于刷杆的外壁，所述太阳能电池薄膜层套接于太阳能电池基板，所述微棱镜层套接于太阳能电池隔膜，所述刷杆的容纳腔中设有电能转换模块、充电管理模块、储能模块、判断模块、稳压模块和充电保护电路。本发明专利技术还公开了一种微棱镜层的模拟方法，其有益效果在于：创新性地将具有表面微光学棱镜结构的薄膜太阳能电池应用于电动牙刷上，大大减少了有线充电座给电动牙刷充电次数，甚至无需再次充电，极大地提升了用户人机体验，节能减排。

【技术实现步骤摘要】
载有微棱镜层的太阳能电动牙刷及微棱镜层的模拟方法
本专利技术涉及日常生活用品领域，具体涉及一种载有微棱镜层的太阳能电动牙刷及微棱镜层的模拟方法。
技术介绍
电动牙刷通过电动机芯的快速旋转或震动，使刷头产生高频震动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝，与此同时，刷毛的颤动能促进口腔的血液循环，对牙龈组织有按摩效果。然而电动牙刷需定时充电，且充电时间较长，较为麻烦，降低了用户使用体验，也限制了电动牙刷的使用范围，如无供电条件的户外运动爱好者，且电动牙刷日常使用环境较为潮湿，有线充电存在一定的安全隐患。太阳能电池市场广阔，潜力巨大。而制约太阳能薄膜电池发展的主要原因是光电转换效率较低、实际发电能力较差，所以任何可细微提高光电转换效率的技术进步都将带来巨大的市场效益。高精度的微结构表面可附加出更高价值的功能特性，随着加工工艺及加工设备的快速发展，如激光、光刻、化学刻蚀、微磨削可以实现单晶硅和光学玻璃等硬脆性材料的微结构加工，使微结构的快速发展和广泛应用成为可能。因此，如何利用光能蓄电，减少有线充电座给电动牙刷的充电次数，甚至无需充电，已经成为电动牙刷领域亟待解决的一大难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、设计合理有效减少电动牙刷充电次数的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷。本专利技术的另一目的在于提供一种微棱镜层的模拟方法。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，包括刷杆和太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池基板、太阳能电池薄膜层和微棱镜层，所述太阳能电池基板套接于刷杆的外壁，所述太阳能电池薄膜层套接于太阳能电池基板，所述微棱镜层套接于太阳能电池隔膜，所述刷杆的容纳腔中设有电能转换模块、充电管理模块、储能模块、判断模块、稳压模块和充电保护电路，所述太阳能电池基板的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端与电能转换模块的输入端连接，所述电能转换模块的输出端和判断模块的输出端与充电管理模块的输入端连接，所述充电管理模块的输出端和充电保护电路的输出端均与储能模块的输入端连接。进一步地，所述太阳能电池薄膜层由玻璃制成。进一步地，所述太阳能电池薄膜层与微棱镜层之间套接有防水层。进一步地，所述微棱镜层开有多个V型沟槽。进一步地，所述V型沟槽的深度为550μm-750μm。进一步地，所述V型沟槽的沟槽角为52°-115.2°。一种微棱镜层的模拟方法，包括如下步骤：利用光学仿真软件模拟光的路径：将太阳能电池设置成圆环状导入到仿真软件中，设置好光源功率、光源波长、光源方向、太阳能电池基板的材料和太阳能电池薄膜层的材质后，进行光学模拟；光学模拟时，根据初步结果确定V型沟槽在不同光照角度下的透光率，考虑V型沟槽的不同深度和相邻V型沟槽间距的变化对透光率的影响；优化模型，得出V型沟槽参数。进一步地，设置太阳能电池薄膜层材质为玻璃，光源波长为0.54μm，光源布置为平行等距布置，以透光率为评判标准，测得V型微沟槽的深度为550μm-750μm，V型沟槽的沟槽角为52°-115.2°。本专利技术的专利技术原理为：创新性地将具有表面微光学棱镜结构(微棱镜层)的薄膜太阳能电池应用于电动牙刷上，并利用TracePro光学仿真软件进行模拟得出微棱镜层中V型沟槽的参数；本专利技术中设有判断模块，用于判断是否有外部电源接入电动牙刷，若有，则优先选用外部电源提供充电电能，若无，则选用太阳能电池提供充电电能，当使用者未能及时充电时，太阳能电池也能满足日常使用。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点：1、本专利技术创新性地将具有表面微光学棱镜结构的薄膜太阳能电池应用于电动牙刷上，不仅可吸收周围弱光，提高太阳能电池在不同光照角度下的综合效率，还可衍射降低红外光的吸收，增加太阳能电池表面的散热面积，使光均匀分布，从而提高太阳能电池发电效率稳定性及使用寿命，不仅可以利用光能原地蓄电，无线储存电能，延长使用时间，大大减少了有线充电座给电动牙刷充电次数，甚至无需再次充电，极大地提升了用户人机体验，节能减排，还可以用于户外等无充电条件，具有十分良好的应用前景。2、本专利技术中将太阳能电池直接加工成圆环状以配合电动牙刷使用，同时呈现360°的太阳能电池可吸收不同方位的光线，更好地实现吸收太阳光及周围弱光发电。3、本专利技术中的微棱镜层为直线微沟槽型，其具有多个V型沟槽，V型沟槽可二次全反射，其更强的陷光能力，可吸收周围弱光，提高太阳能电池在不同光照角度下的综合效率。所述微棱镜结构可衍射降低红外光的吸收，增加了太阳能电池表面的散热面积，且使光均匀分布，从而提高太阳能电池发电效率稳定性及使用寿命。附图说明图1是本专利技术的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷的结构示意图；图2是本专利技术的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷的半剖视图；图3是本专利技术中微棱镜层的放大的结构示意图；图4是本专利技术中太阳能电池的俯视图；图5是本专利技术的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷的工作流程图；图6是外接电压/太阳能电池二选一主电路图；图7是开关控制电路图；图中，1为刷杆；2为太阳能电池；3为电能转换模块；4为充电管理模块；5为储能模块；6为判断模块；7为充电保护电路；8为微棱镜层；9为稳压模块；10为太阳能电池薄膜层；11为太阳能电池基板。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，包括刷杆1和太阳能电池2，所述太阳能电池2包括太阳能电池基板11、太阳能电池薄膜层10和微棱镜层8，所述太阳能电池基板11套接于刷杆1的外壁，所述太阳能电池薄膜层10套接于太阳能电池基板11，所述微棱镜层8套接于太阳能电池隔膜10，所述刷杆1的容纳腔中设有电能转换模块3、充电管理模块4、储能模块5、判断模块6、稳压模块9和充电保护电路7，所述太阳能电池基板11的输出端与稳压模块9的输入端连接，所述稳压模块9的输出端与电能转换模块3的输入端连接，所述电能转换模块3的输出端和判断模块6的输出端与充电管理模块4的输入端连接，所述充电管理模块4的输出端和充电保护电路7的输出端均与储能模块5的输入端连接。其中，电能转换模块3，用于将生活用电或太阳能产的电转换为充电电能；充电管理模块4，用于对电动牙刷和储能模块进行充电管理；储能模块5包括电池，用于存储电能或为电动牙刷提供充电电能；判断模块6，判断当前是否有外部电源接入，若有，则优先选用外部电源提供充电电能，若无，则选用太阳能产电模块提供充电电能；充电保护电路7，用于判断储能模块当前的储能情况，若储能低于设定值，则利用外部电源为储能模块充电或停止放电，若等于或高于设定值，则不为储能模块充电或正常输出电能；稳压模块9包括稳压器。太阳能电池2直接加工成圆环状以配合电动牙刷本身使用时需要手握的特点，同时呈360°的太阳能电池2，可吸收不同方位的光线，更好的实现吸收太阳光及周围弱光发电。其中，电能转换模块3、充电管理模块4、储能模块5、充电保护电路7和稳压模块9均为常见的现有电路。判断模块的电路图如图6、图7所示，外接电压为三相交流220V电压，经过电压转换，变为低压13V，仍是三相输入，经过断路器BRK1、BRK2、BRK3(断路器用于线路保障，图中的BRK2、BRK3均为闭合状态)，输送电压到负载，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，其特征在于：包括刷杆和太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池基板、太阳能电池薄膜层和微棱镜层，所述太阳能电池基板套接于刷杆的外壁，所述太阳能电池薄膜层套接于太阳能电池基板，所述微棱镜层套接于太阳能电池隔膜，所述刷杆的容纳腔中设有电能转换模块、充电管理模块、储能模块、判断模块、稳压模块和充电保护电路，所述太阳能电池基板的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端与电能转换模块的输入端连接，所述电能转换模块的输出端和判断模块的输出端与充电管理模块的输入端连接，所述充电管理模块的输出端和充电保护电路的输出端均与储能模块的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，其特征在于：包括刷杆和太阳能电池，所述太阳能电池包括太阳能电池基板、太阳能电池薄膜层和微棱镜层，所述太阳能电池基板套接于刷杆的外壁，所述太阳能电池薄膜层套接于太阳能电池基板，所述微棱镜层套接于太阳能电池隔膜，所述刷杆的容纳腔中设有电能转换模块、充电管理模块、储能模块、判断模块、稳压模块和充电保护电路，所述太阳能电池基板的输出端与稳压模块的输入端连接，所述稳压模块的输出端与电能转换模块的输入端连接，所述电能转换模块的输出端和判断模块的输出端与充电管理模块的输入端连接，所述充电管理模块的输出端和充电保护电路的输出端均与储能模块的输入端连接。2.根据权利要求1所述的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，其特征在于：所述太阳能电池薄膜层由玻璃制成。3.根据权利要求1所述的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，其特征在于：所述太阳能电池薄膜层与微棱镜层之间套接有防水层。4.根据权利要求1所述的载有微棱镜层的太阳能电动牙刷，其特征在于：所述微棱镜层开有多个V...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴展纯，黄敏兴，孙偲恺，黄俊聪，钱泽宇，江婕，刘琪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44