CN103975403A - 能量采集设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于采集能量的非常简单且稳健的无线无电池设备（100）。在按钮压下/释放时的致动导致：第一部件（1）绕其中心轴线（11）旋转，从而导致通过枢转点（14）松动地安装在所述第一部件（1）上的元件（3）的运动；和能量采集器的发生器轴线所连接到的第二部件（2）绕中心轴线（11）的旋转，所述发生器的旋转轴线与中心轴线（11）重合。在完全压下/释放时，元件（3）被迫绕枢转点（14）旋转，从而允许第二部件（2）的竖直凸起插销（22）与元件（3）的狭槽（30）的每个端部处的凹入区域（31、32）脱离并且第二部件（2）旋转到其静止位置。

Description

能量采集设备

技术领域

本发明涉及诸如光开关、传感器设备和控制器设备的无线无电池能量采集设备的领域，并且更具体来说涉及机电能量采集拨动开关。

背景技术

无线技术因为不需要牵引缆线和钻孔而在设备放置自由度、便携性/移动性和安装成本减少方面呈现出主要优势。由此，这些技术对于使用诸如光设备、调光器、无线远程控制器和运动或光探测器的传感器设备的互连、探测、自动化、控制或监控系统尤其具有吸引力，所述系统必须建立在彼此远离的位置中并且远离它们控制的设备。例如，照明控制可以包括旋转/转盘调光器开关、滑动调光器开关、触控板调光器或插入式调光器开关。旋转/转盘调光器开关具有可以从非常亮调到非常暗和其之间的所有亮度程度的旋钮，同时开/关功能可以集成在旋钮中或者由单独按钮处理。滑动调光器开关具有允许调整光量和亮度的滑动手柄，同时开/关功能可以集成在手柄中或者由单独按钮处理。触控板调光器通过在板上移动他的手指来调整光和亮度。插入式调光器开关将插入到插座中，同时灯被插入到开关中。光和亮度通过在插入式调光器开关上拨动来控制。

这类网络中出现的问题之一与设备供电有关。事实上，由于设备不接线，所以它们再也不能从电源或通过与控制器的连接来接收用于执行网络中要求的所有操作所必需的电力。因此，已经设想为这些设备配备内置电池。然而，由于设备的尺寸相当受限，所以电池不可以具有大尺寸，由此导致减少的设备寿命并且随后导致可能耗时的劳动力密集的电池更换。

此问题可以通过提供自供电设备来解决，该设备从诸如光、温度、运动（例如，旋转、振动、流动）和电磁辐射的其周围环境或者从与人类使用者的互动来采集操作和通信所需要的能量。

例如，可以使用诸如ECO 100的电动电力发生器来为来自EnOcean的专用无线电发射机模块PTM 200供电。这种发生器如同常见电动能量转换器一样工作，其中磁性元件在由可以通过适当的按钮或开关摇杆从设备外侧推动的弹簧致动之后在能量采集线圈中移动。当弹簧被向上或向下推动时，所产生的电能供应到模块PTM 200，并且包括32位模块ID和电源电压的极性的RF电报随后可以通过模块PTM 200传输。然而，此说明性解决方案对于与专有控制技术一起工作来说最佳，这使得在选择与其他控制技术一起操作时系统架构的设计更复杂并且更昂贵。事实上，随后需要网关来从专有控制技术转化成例如与IEEE 802.15.4和基于ZigBee标准的协议兼容的标准控制技术。此外，采集到的能量的量与磁场改变的速度成比例，该速度又由机械器件/采集器的一些部分的移动速度确定。使用者对按钮采取动作（压下/释放/握住）的速度通常不足并且不可预测。致力于最佳化诸如机械器件、电力采集、转换和储存以及与负载（无线电）集成的设计的技术方面以便匹配可从使用者动作采集到的能量的量可能导致牺牲诸如提供给使用者的功能性、控制的直观性和控制的使用便利性（例如，与电源或电池供电的设备相比，所需步骤的数量和次序）的可用性方面。

发明内容

本发明的一个目标在于提供一种非常简单并且稳健的无线无电池的能量采集设备，该设备能够通过完全推动和释放开关按钮来采集足够的能量。

此目标通过如权利要求1所述的无线无电池的能量采集设备来实现。

因此，提供一种简单、稳健并且允许在推动和释放按钮时采集能量的采集机制。所提出的采集设备或采集器非常简单、非常稳健并且仅在具体动作结束时采集能量，即，当按钮被完全压下/释放时（即，无论如何不受动作速度影响）。

根据第一方面，无线无电池的能量采集设备包括：

– 适于绕其中心轴线旋转的第一部件；

– 第二部件，其适于从第二部件的第一端部开始绕第一部件的中心轴线旋转；

– 元件，其具有穿过该元件形成的狭槽和横向凸起部分，所述狭槽的每个端部分别包括第一和第二凹入区域；

– 连接到第一部件的第一端部的部分的第一弹簧；

– 连接到第二部件的第一端部的部分的第二弹簧；

– 第一止挡件；

– 面对第一止挡件的第二止挡件；

– 第三止挡件；以及

– 面对第三止挡件的第四止挡件，

其中：

– 第二部件的第二端部具有竖直凸起插销；

– 能量采集器的发生器轴线连接到第二部件，这样使得发生器的旋转轴线与中心轴线重合；

– 竖直凸起插销适于啮合所述元件的狭槽；

– 所述元件松动地安装在第一部件的第二端部的部分上；以及

– 第三和第四止挡件限制第一部件的角运动。

根据可以与第一方面组合的第二方面，无线无电池的能量采集设备包括按钮，其压下和/或压下之后的释放引起第一部件的第一端部的角运动，由此致动采集机制。

根据可以与第二方面组合的第三方面，在按钮压下时，此角运动是在第一弹簧弹性地变形的方向上，第一弹簧的所述变形由此储存压下能量。

根据可以与第二方面组合的第四方面，在按钮释放时，此角运动是在第二弹簧弹性地变形的方向上，第二弹簧的所述变形由此储存释放能量。

根据可以与第二方面组合的第五方面，在按钮压下时，第二部件在与所述元件的运动方向相同的方向上绕第一部件的中心轴线的旋转由第二部件的竖直凸起插销在啮合第一凹入区域时引起。由此，能量采集器的发生器轴线可以移动并且附接到第二部件的第二弹簧可以进一步储存能量。

根据可以与第五方面组合的第六方面，当按钮几乎被完全压下时所述元件的横向凸起部分倚靠在第一止挡件上。由此，所述元件准备好在完全压下时被迫旋转。

根据可以与第五或第六方面组合的第七方面，在按钮完全压下时，所述元件被迫绕第一部件的第二端部的所述部分旋转，在所述部分处所述元件安装到枢转点上，以此方式使得竖直凸起插销可以与第一凹入区域脱离以便随后啮合第二凹入区域。由此，第二部件可以旋转到其静止位置，并且可以在完全压下时与压下动作的速度无关地采集足够的能量。

根据可以与第二方面组合的第八方面，在按钮释放时，第二部件在与所述元件的运动方向相同的方向上绕第一部件的中心轴线的旋转由第二部件的竖直凸起插销在啮合第二凹入区域时引起。由此，能量采集器的发生器轴线可以移动并且附接到第二部件的第二弹簧可以进一步储存能量。

根据可以与第八方面组合的第九方面，当按钮几乎完全释放时所述元件的横向凸起部分倚靠在第二止挡件上。由此，所述元件准备好在完全释放时被迫旋转。

根据可以与第八或第九方面组合的第十方面，在按钮完全释放时，所述元件被迫绕第一部件的第二端部的所述部分旋转，在所述部分处所述元件安装到枢转点上，以此方式使得竖直凸起插销可以与第二凹入区域脱离以便随后啮合第一凹入区域。由此，第二部件可以旋转到其静止位置，并且可以在完全释放时与释放动作的速度无关地采集足够的能量。

附图说明

本发明的这些和其他方面将从下文描述的实施例显而易见并且参照这些实施例进行阐述：

附图中：

图1示出根据本发明的在静止位置的设备的全视图，其中在按钮的压下和释放时的采集机制期间由第一部件扫过的区域由虚线描绘；

图2示出根据本发明的设备的采集机制循环的示意图，该循环被分成一系列步骤a至i；

图3a和3b示出根据本发明的设备在采集机制的平面中（图3a）和垂直于采集机制的平面（图3b）的致动（如由箭头所示）的示意图。

具体实施方式

本发明涉及如图1中所示的无线无电池能量采集设备100。设备100包括：第一部件1；具有竖直凸起插销22的第二部件2；元件3，其具有穿过其形成的狭槽30和从元件3向外延伸的横向凸起部分33；连接到第一部件1的第一端部的部分的第一弹簧4；连接到第二部件2的第一端部21的部分的第二弹簧5；彼此面对的第一止挡件6和第二止挡件7；以及彼此面对的第三止挡件12和第四止挡件13。

第一部件1适于绕其中心轴线11旋转。第二部件2安装在第一部件1上方并且适于从其第一端部开始绕第一部件1的中心轴线11旋转。能量采集器的发生器轴线连接到第二部件2（例如，相对于线圈运动以便在能量采集线圈或步进马达中产生电压脉冲的磁体），这样使得发生器的旋转轴线与中心轴线11重合。竖直凸起插销22啮合元件3的狭槽30、31、32，狭槽30的每个端部包括各自的第一凹入区域31和第二凹入区域32。安装在第二部件2上方的元件3在第一部件1的第二端部的部分处松动地安装到枢转点14上（例如，螺栓与平垫圈的组合），这允许元件3在枢转点14上绕所述部分的被迫旋转。

现在将结合图2描述根据本发明的设备100的采集机制循环。从静止位置开始（步骤a），通过使用者按压引起的按钮或开关手柄的线性运动被转化成第一部件1的第一端部在旋转方向（例如，顺时针）上的角运动（参照图1的虚线），第一部件1的第一端部的扫过区域对于该方向增加并且第一弹簧4在这个方向上开始弹性地变形。因此，第一部件1在与第一部件1的第一端部相同的旋转方向上绕其中心轴线11旋转，由此使得松动地安装在第一部件1的第二端部上的元件3在与第一部件1的第一端部相同的旋转方向上运动。在狭槽30的端部处啮合第一凹入区域31的第二部件2的竖直凸起插销22引起第二部件2在与元件3的移动方向相同的方向上绕第一部件1的中心轴线11的旋转，这导致第二弹簧5的弹性变形。第一部件1的角运动受第三止挡件12限制。当按钮几乎完全压下时（例如，压下90%时），元件3的横向凸起部分33倚靠在第一止挡件6上。由此，使用者可以直观地感受到按钮几乎完全压下（步骤b）。随后，通过完全压下按钮，即压下100%时，第一部件1倚靠在第三止挡件12上，并且元件3（其横向凸起部分33倚靠在第一止挡件6上）被迫绕第一部件1的第二端部的部分旋转，在该部分处元件3安装到枢转点14上，以此方式使得竖直凸起插销22可以与第一凹入区域31脱离（步骤c）。然后，第二弹簧5为了返回到其静止位置而施加的力导致竖直凸起插销22沿狭槽30滑动（步骤d）并且最终啮合第二凹入区域32（步骤e）。最终，第二弹簧5、第二部件2和顺便地竖直凸起插销22返回到其初始或静止位置。因此，当完全压下按钮时采集能量并且第二部件2已经旋转到其静止位置。

在按下的按钮释放时，第一弹簧4为了返回到其静止位置而施加的力导致第一部件1的第一端部沿相对于按下时的旋转方向相反的旋转方向（例如，逆时针）运动。因此，第一部件1绕其中心轴线11在那个相反旋转方向上旋转，由此使得松动地安装在第一部件1的第二端部上的元件3在与第一部件1的第一端部相同的旋转方向上运动。啮合在狭槽30的端部处的第二凹入区域32的第二部件2的竖直凸起插销22引起第二部件2在与元件3的运动方向相同的方向上绕第一部件1的中心轴线11旋转，这导致第二弹簧5的弹性变形（步骤f）。第一部件1的角运动受第四止挡件13限制。当按钮几乎完全释放时（例如释放90%时），元件3的横向凸起部分33倚靠在第二止挡件7上。随后，在完全释放按钮时，即释放100%时，元件3（其横向凸起部分33倚靠在第二止挡件7上）由第二弹簧5迫使绕第一部件1的第二端部的部分旋转，在该部分处元件3安装在枢转点14上，以此方式使得竖直凸起插销22可以与第二凹入区域32脱离（步骤g）。然后，第二弹簧5为了返回到其静止位置而施加的力导致竖直凸起插销22沿狭槽30滑动（步骤h）并且最终啮合第一凹入区域31（步骤i）。最终，设备100返回到其静止位置；具体来说，第一弹簧4和第二弹簧5、第二部件2和顺便地竖直凸起插销22返回到其静止位置（步骤i）。因此，当完全释放按钮时采集能量并且第二部件2已经旋转到其静止位置。

图3a和3b描绘在采集机制的平面中（图3a，对接部件10a）或垂直于采集机制的平面（图3b，对接部件10b）由对接部件10a、10b来致动根据本发明的设备100的可能方式，如由箭头所示。此外，为了进行说明描绘了第一部件1、第二部件2、元件3和对接按钮（未示出）与第一部件1的部件10a、10b的角运动以及这些部分的分解图。

应注意，如以上结合图1至3提及的第一部件1、第二部件2和元件3的安装次序仅用于说明目的。沿竖直方向的其他安装/堆叠次序对于第一部件1、第二部件2和元件3而言是可能的。

应注意，在本发明的采集机制中，与磁体形式的典型能量采集器不同，在完全按下或释放开关手柄或按钮时采集到的能量的量与动作的速度无关。

另外应注意，本发明可以应用于任何机电能量采集拨动开关从而对于使用者允许诸如开/关和调光二者的额外控制特征，所述控制特征可以通过直观、方便且可靠的方式实现。

概括而言，已经描述了用于采集能量的非常简单且稳健的无线无电池设备100。在按钮压下/释放时的致动引起第一部件1绕其中心轴线11的旋转，从而导致通过枢轴点14松动地安装在第一部件1上的元件3的运动和能量采集器的发生器轴线所连接到的第二部件2绕中心轴线11的旋转，发生器的旋转轴线与中心轴线11重合。在完全按下/释放时，元件3被迫绕枢转点14旋转，从而允许第二部件2的竖直凸起插销22与元件3的狭槽30的每个端部处的凹入区域31、32脱离并且第二部件2旋转到其静止位置。

虽然已经在附图和以上描述中详细示出和描述了本发明，但是此说明和描述将被认为是说明性或示例性而非限制性；本发明并不限于所披露的实施例。本领域技术人员在根据附图、披露内容和随附权利要求的教示来实践所要求的发明时可以理解并实现所披露的实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中列举某些方法的简单事实并不指示这些方法的组合不能有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应解释为限制范围。

Claims (10)

1. 一种无线无电池能量采集设备（100），包括：

– 适于绕其中心轴线（11）旋转的第一部件（1）；

– 第二部件（2），其适于从所述第二部件（2）的第一端部（21）开始绕所述第一部件（1）的所述中心轴线（11）旋转；

– 元件（3），其具有穿过所述元件（3）形成的狭槽（30）和横向凸起部分（33），所述狭槽（30）的每个端部分别包括第一和第二凹入区域（31、32）；

– 连接到所述第一部件（1）的第一端部的部分的第一弹簧（4）；

– 连接到所述第二部件（2）的所述第一端部（21）的部分的第二弹簧（5）；

– 第一止挡件（6）；

– 面对所述第一止挡件（6）的第二止挡件（7）；

– 第三止挡件（12）；以及

– 面对所述第三止挡件（12）的第四止挡件（13），

其中：

– 所述第二部件（2）的第二端部具有竖直凸起插销（22）；

– 能量采集器的发生器轴线连接到所述第二部件（2），以使得所述发生器的旋转轴线与所述中心轴线11重合；

– 所述竖直凸起插销（22）适于啮合所述元件（3）的所述狭槽（30、31、32）；

– 所述元件（3）松动地安装在所述第一部件（1）的第二端部的部分上；以及

– 所述第三和第四止挡件（12、13）限制所述第一部件（1）的角运动。

2. 根据权利要求1所述的无线无电池能量采集设备（100），其包括按钮，其中所述第一部件（1）的第一端部的角运动由所述按钮的压下和/或所述压下按钮的释放引起。

3. 根据权利要求2所述的无线无电池能量采集设备（100），其中在所述按钮压下时，所述第一部件（1）的第一端部的角运动是在所述第一弹簧（4）开始弹性地变形的方向上进行。

4. 根据权利要求2所述的无线无电池能量采集设备（100），其中在所述按钮释放时，所述第一部件（1）的第一端部的角运动是在所述第二弹簧（5）开始弹性地变形的方向上进行。

5. 根据权利要求2所述的无线无电池能量采集设备（100），其中在所述按钮压下时，所述第二部件（2）在与所述元件（3）的运动方向相同的方向上绕所述第一部件（1）的中心轴线（11）的旋转由所述第二部件（2）的所述竖直凸起插销（22）在啮合所述第一凹入区域（31）时引起。

6. 根据权利要求5所述的无线无电池能量采集设备（100），其中当所述按钮几乎被完全压下时，所述元件（3）的所述横向凸起部分（33）倚靠在所述第一止挡件（6）上。

7. 根据权利要求5或6所述的无线无电池能量采集设备（100），其中在所述按钮完全压下时，所述元件（3）被迫绕第一部件（1）的第二端部的所述部分旋转，在所述部分处所述元件（3）安装到枢转点（14）上，以此方式使得所述竖直凸起插销（22）能与所述第一凹入区域（31）脱离以便随后啮合所述第二凹入区域（32）。

8. 根据权利要求2所述的无线无电池能量采集设备（100），其中在所述按钮释放时，所述第二部件（2）在与元件（3）的运动方向相同的方向上绕所述第一部件（1）的中心轴线（11）的旋转由所述第二部件（2）的所述竖直凸起插销（22）在啮合所述第二凹入区域（32）时引起。

9. 根据权利要求8所述的无线无电池能量采集设备（100），其中当所述按钮几乎完全释放时，所述元件（3）的所述横向凸起部分（33）倚靠在所述第二止挡件（7）上。

10. 根据权利要求8或9所述的无线无电池能量采集设备（100），其中在所述按钮完全释放时，所述元件（3）被迫绕所述第一部件（1）的第二端部的所述部分旋转，在所述部分处所述元件（3）安装到枢转点（14）上，以此方式使得所述竖直凸起插销（22）能与所述第二凹入区域（32）脱离以便随后啮合所述第一凹入区域（31）。