CN104485846A - 一种微型无按键遥控器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型无按键遥控器，属于新能源应用领域。主体上端自上而下依次设有腔一、腔二、腔三和腔四，腔一底壁上设有与腔二连通的导线槽及均布的沉孔，壳体侧边设有锁环；由圆形压电膜和金属膜构成的压电振子通过螺钉固定在腔一的底壁上，压电膜置于金属膜之上；电路板通过螺钉安装在腔二的底壁上，电路板通过导线组与压电振子连接；腔一中安装压电振子后浇注橡胶密封层。特色与优势：压电振子与壳体集成，发电与开关控制同步，故遥控器总体结构及操作简单、体积小、无冲击噪音、防水防潮、供电及机械可靠性高，可通过单次按压或多次按压累积电能的方法工作，压电振子结构合理、发电量大。

Description

一种微型无按键遥控器

技术领域

本发明属于新能源应用领域，具体涉及一种微型无按键遥控器，用于灯具的无线控制。

背景技术

传统的固定式灯具开关通过导线与灯具连接，因需墙内布线，故建筑与装修成本高、且位置确定后难于变动。近年来，随着组合灯具的日益普及，灯具开关也逐步由以往墙壁固定式开关向便携式或可移动式遥控器过渡。目前的灯具遥控器基本都由电池供电，电池电能耗尽时无法使用，同时废弃电池也会造成严重的环境污染和资源浪费。因此，发明人曾先后提出了多种拨动式压电自供电的遥控器，如中国专利200810051579.9、200810051157.1和201010165882.9等，但随后的开发实践表明，专利200810051579.9的按键因缺少必要的导向限位而无法可靠地拨动压电振子并顺利复位，可靠性较差；专利200810051157.1和专利201010165882.9分别通过转动拨齿和可前后移动的拨块拨动悬臂梁压电振子，其结构及运动过程都较复杂、体积较大、且加工制作成本高，微小的摩擦磨损即可导致拨齿及拨块失效、可靠性低；最关键的是上述在其拨动激励发电过程中会产生较大噪音、且需要固定于墙壁上，不便于家庭的夜晚应用。

发明内容

针对现有灯具遥控器所存在的一系列问题，本发明提出一种微型无按键遥控器。本发明采用的实施方案是：主体上端自上而下依次设有腔一、腔二、腔三和腔四，腔一底壁上设有与腔二连通的导线槽及均布的沉孔，壳体侧边设有锁环；由圆形压电膜和金属膜构成的压电振子通过螺钉固定在腔一的底壁上，压电膜置于金属膜之上；电路板通过螺钉安装在腔二的底壁上，电路板通过导线组与压电振子连接；腔一中安装压电振子后浇注橡胶密封层。

根据力学原理，对于固支边界条件下压电膜与金属膜直径相等的圆形压电振子，受中心载荷作用产生形变时将存在一个节点圆，使其同一表面上节点圆内外不同区域所受应力及电荷属性不同，如中心区域受压应力、产生正电荷，则边缘区域受拉应力、产生负电荷，正负电荷的抵消会降低发电能力、甚至无能量输出；相反，压电膜直径过小也会降低发电量；这表明，金属膜可弯曲变形的有效直径、即本发明中腔二的直径一定时，存在一个最佳的压电膜直径使发电量最大，又因该最佳压电膜直径还与压电膜厚度及金属膜厚度有关，故当金属膜直径和厚度一定时，压电膜存在最佳的直径和厚度使发电量最大，且所述最佳直径和最佳厚度可通过能量公式E_g求得，且有 $E_g=\frac{{{\mathrm{\βh}}_0}^3{\left[g_{31}{E}_p(1-\mathrm{\γ})(2-\mathrm{\β}-2\mathrm{\α})\mathrm{LpF}\right]}^2}{16\mathrm{\π}{D}_c^2{(1+{\mathrm{\υ}}_c)}^2(1-{\mathrm{\υ}}_p)[{\mathrm{\β}}_{33}^T(1-{\mathrm{\υ}}_p)+{2g}_{31}^2{E}_p]},$ 其中： $\mathrm{\γ}=\{\frac{D_c(1+2\ln \mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}^2)(1+{\mathrm{\υ}}_c)}{D_m[{\mathrm{\λ}}^2(1+{\mathrm{\υ}}_m)+1-{\mathrm{\υ}}_m]}+1\}/\{\frac{D_c(1-{\mathrm{\λ}}^2)(1+{\mathrm{\υ}}_c)}{D_m[{\mathrm{\λ}}^2(1+{\mathrm{\υ}}_m)+1-{\mathrm{\υ}}_m]}+1\},$ ζ＝E_m/E_p，E_m、E_p分别为金属膜及压电膜的杨氏模量， $\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\ζ}{(1-\mathrm{\β})}^2(1-{\mathrm{\υ}}_p^2)+[1-{(1-\mathrm{\β})}^2](1-{\mathrm{\υ}}_m^2)}{2[\mathrm{\ζ}(1-\mathrm{\β})(1-{\mathrm{\υ}}_p^2)+\mathrm{\β}(1-{\mathrm{\υ}}_m^2)]},$ β＝hp/h₀，λ＝Lp/Lm，h₀＝hp+hm，hp、hm分别为压电膜和金属膜厚度，υ_m、υ_p分别为金属膜及压电膜的泊松比，D_m为金属膜的弯曲刚度，F为压电振子所受压力，g₃₁是压电电压常数，是介电隔离率，D_c、E_c、υ_c分别为压电与金属复合层的等效弯曲刚度、杨氏模量和泊松比，Lp为压电膜直径，Lm为腔二的直径。

采用上式计算过程中，当其它条件确定时，使发电量最大的压电膜直径和厚度即为最佳。

本发明中，压电振子与主体相集成，具有发电和主体上盖的双重功能；工作中，两个手指握住主体上下两端，即同时迅速按压压电振子和主体下表面，压电振子受力变形后将机械能转换成电能，所生成的电能存储在电路板上的缓存电容中，待缓存电容的电压达到设定阈值后释放电能给电路板上的发射单元，发射单元发出有效的无线信号；此后，缓慢释放外力，压电振子在自身弹性力作用下恢复至原始状态，压电振子复位过程中也有电能产生，但因外力释放过程缓慢，所生成的电能因二次压电效应而消耗，不足以使缓存电容电压达到所设定阈值，电路板上的发射单元不工作。本发明遥控器每次发出的有效控制信号相同，接收端接收到该信号后改变灯具的开关状态，即开启状态下接到控制信号关闭、关闭状态下接到控制信号开启；此外，本发明的遥控器还可通过多次按压累积电能的方法工作，因此也适于驱动力较小的老人和儿童使用。

特色与优势：①压电振子与壳体集成，发电与开关控制同步，故遥控器总体结构及操作简单、体积小、无冲击噪音、且防水防潮；②压电振子单向变形，压电膜不致因拉应力过大损坏、机械可靠性高；③可通过单次按压或多次按压累积电能的方法工作；④压电振子结构合理，即采用最佳的压电膜直径和厚度，发电量大。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中遥控器的结构示意图；

图2是本发明一个较佳实施例中压电振子的结构示意图；

图3是本发明一个较佳实施例中主体的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明一个较佳实施例中压电振子的变形状态示意图；

具体实施方式：

主体1的上端自上而下依次设有腔一1a、腔二1b、腔三1c和腔四1d，腔一1a的底壁上设有与腔二1b连通的导线槽1e及均布的沉孔1f，壳体1的侧边设有锁环1g；由圆形压电膜h2和金属膜h1构成的压电振子h通过螺钉固定在腔一1a的底壁上，压电膜h2置于金属膜h1上面；电路板2通过螺钉安装在腔二1b的底壁上，电路板2通过导线组3与压电振子h连接；腔一1a中安装压电振子h后浇注橡胶密封层4。

根据力学原理，对于固支边界条件下压电膜h2与金属膜h1直径相等的圆形压电振子h，受中心载荷作用产生形变时将存在一个直径为L0的节点圆，使其同一表面上节点圆内外不同区域所受应力及电荷属性不同，如中心区域A受压应力、产生正电荷，则边缘区域B受拉应力、产生负电荷，正负电荷的抵消会降低发电能力、甚至无能量输出；相反，压电膜h2的直径过小也会降低发电量；这表明，金属膜h1可弯曲变形的有效直径、即本发明中腔二1b的直径一定时，存在一个最佳的压电膜h2的直径使得发电量最大，又因该最佳的压电膜h2直径还与压电膜h2的厚度hp及金属膜h1的厚度hm有关，故当金属膜h1的直径和厚度hm一定时，压电膜h2存在最佳的直径Lp和厚度hp使发电量最大，且所述最佳直径和最佳厚度hp可通过能量公式E_g求得，且有 $E_g=\frac{{{\mathrm{\βh}}_0}^3{\left[g_{31}{E}_p(1-\mathrm{\γ})(2-\mathrm{\β}-2\mathrm{\α})\mathrm{LpF}\right]}^2}{16\mathrm{\π}{D}_c^2{(1+{\mathrm{\υ}}_c)}^2(1-{\mathrm{\υ}}_p)[{\mathrm{\β}}_{33}^T(1-{\mathrm{\υ}}_p)+{2g}_{31}^2{E}_p]},$ 其中： $\mathrm{\γ}=\{\frac{D_c(1+2\ln \mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}^2)(1+{\mathrm{\υ}}_c)}{D_m[{\mathrm{\λ}}^2(1+{\mathrm{\υ}}_m)+1-{\mathrm{\υ}}_m]}+1\}/\{\frac{D_c(1-{\mathrm{\λ}}^2)(1+{\mathrm{\υ}}_c)}{D_m[{\mathrm{\λ}}^2(1+{\mathrm{\υ}}_m)+1-{\mathrm{\υ}}_m]}+1\},$ ζ＝E_m/E_p，E_m、E_p分别为金属膜及压电膜材料的杨氏模量， $\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\ζ}{(1-\mathrm{\β})}^2(1-{\mathrm{\υ}}_p^2)+[1-{(1-\mathrm{\β})}^2](1-{\mathrm{\υ}}_m^2)}{2[\mathrm{\ζ}(1-\mathrm{\β})(1-{\mathrm{\υ}}_p^2)+\mathrm{\β}(1-{\mathrm{\υ}}_m^2)]},$ β＝hp/h₀，λ＝Lp/Lm，h₀＝hp+hm，hp、hm分别为压电膜和金属膜厚度，υ_m、υ_p分别为金属膜及压电膜材料泊松比，D_m为金属膜h1的弯曲刚度，F为压电振子所受压力，g₃₁是压电电压常数，是介电隔离率，D_c、E_c、υ_c分别为压电与金属复合层的等效弯曲刚度、杨氏模量和泊松比，Lp为压电膜h2直径，Lm为金属膜可弯曲变形的有效直径、即腔二1b的直径。

采用上式计算过程中，当其它条件确定时，使发电量最大的压电膜直径和厚度即为最佳。

本发明中，压电振子h与主体1相集成，具有发电和主体1上盖的双重功能；工作中，两个手指握住主体1的上下两端，即同时迅速按压压电振子h和主体1的下表面，压电振子h受力变形后将机械能转换成电能，所生成的电能存储在电路板2上的缓存电容中，待缓存电容的电压达到设定阈值后便释放电能给电路板2上的发射单元，发射单元发出有效的无线信号；此后，缓慢释放外力，压电振子h在自身弹性力作用下恢复至原始状态，压电振子h复位过程中也有电能产生，但因外力释放过程缓慢，所生成的电能因二次压电效应而消耗，不足以使缓存电容电压达到所设定阈值，电路板2上的发射单元不工作。

本发明遥控器每次发出的有效控制信号相同，接收端接收到该信号后改变灯具的开关状态，即开启状态下接到控制信号关闭、关闭状态下接到控制信号开启；此外，本发明的遥控器还可通过多次按压累积电能的方法工作，因此也适于驱动力较小的老人和儿童使用。比之于现有的灯具遥控器，本发明遥控器具有结构简单、体积小、操作方便等优势，尤其具有防水、防潮等功能。

Claims (1)

1.一种微型无按键遥控器，其特征在于：主体上端自上而下依次设有腔一、腔二、腔三和腔四，腔一底壁上设有与腔二连通的导线槽及均布的沉孔，壳体侧边设有锁环；由圆形压电膜和金属膜构成的压电振子通过螺钉固定在腔一的底壁上，压电膜置于金属膜之上；电路板通过螺钉安装在腔二的底壁上，电路板通过导线组与压电振子连接；腔一中安装压电振子后浇注橡胶密封层；

压电膜直径Lp及厚度hp使压电振子发电量 $E_g=\frac{\mathrm{\β}{h_0}^3{\left[g_{31}{E}_p(1-\mathrm{\γ})(2-\mathrm{\β}-2\mathrm{\α})\mathrm{LpF}\right]}^2}{16\mathrm{\π}{D}_c^2{(1+{\mathrm{\υ}}_c)}^2(1-{\mathrm{\υ}}_p)[{\mathrm{\β}}_{33}^T(1-{\mathrm{\υ}}_p)+2g_{31}^2{E}_p]}$ 最大，其中： $\mathrm{\γ}=\{\frac{D_c(1+2\ln \mathrm{\λ}-{\mathrm{\λ}}^2)(1+{\mathrm{\υ}}_c)}{D_m[{\mathrm{\λ}}^2(1+{\mathrm{\υ}}_m)+1-{\mathrm{\υ}}_m]}+1\}/\{\frac{D_c(1-{\mathrm{\λ}}^2)(1+{\mathrm{\υ}}_c)}{D_m[{\mathrm{\λ}}^2(1+{\mathrm{\υ}}_m)+1-{\mathrm{\υ}}_m]}+1\},$ ζ＝E_m/E_p，E_m、E_p分别为金属膜及压电膜的杨氏模量， $\mathrm{\α}=\frac{\mathrm{\ζ}{(1-\mathrm{\β})}^2(1-{\mathrm{\υ}}_p^2)+[1-{(1-\mathrm{\β})}^2](1-{\mathrm{\υ}}_m^2)}{2[\mathrm{\ζ}(1-\mathrm{\β})(1-{\mathrm{\υ}}_p^2)+\mathrm{\β}(1-{\mathrm{\υ}}_m^2)]},$ β＝hp/h₀，λ＝Lp/Lm，h₀＝hp+hm，hm为金属膜厚度，υ_m、υ_p分别为金属膜及压电膜的泊松比，D_m为金属膜弯曲刚度，F为压电振子所受压力，g₃₁是压电电压常数，是介电隔离率，D_c、E_c、υ_c分别为压电与金属复合层的等效弯曲刚度、杨氏模量和泊松比，Lm为腔二的直径。