CN104495557A - 一种自供电式电梯报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明属电梯安全及应用领域，具体涉及一种自供电式电梯报警装置。壳体固定在护板上，隔板将壳体腔分成上下壳腔；上壳腔侧壁上装有带发射单元的电路板及套有销套的销钉，销套上铆有带圆弧的金属膜，金属膜另一端还铆有销套；金属膜与其表面所粘接的压电膜构成压电振子，压电振子与所铆接的销套构成换能器；换能器另一销套内套有销轴，销轴铆在滑块横板的销孔内，滑块置于下壳腔内；滑块横板上镶有按钮，滑块拉杆上套有碟簧，碟簧上下两端分别压在滑块横板及壳体底壁上；滑块拉杆端部装有拉环，拉环置于下壳腔外。特色与优势：无需电缆或电池，供电可靠性及实时性好；压电振子仅承受压应力、且应力分布均匀，故机械可靠性高、发电能力强。

Description

一种自供电式电梯报警装置

技术领域

本发明属于电梯安全及应用技术领域，具体涉及一种自供电式电梯报警装置，用于因电梯故障及突然停电造成的乘客被困或乘客在梯内遭遇抢劫等突发事件报警与求助之用。

背景技术

电梯已经成为现代高层建筑的重要组成部分，是高层宾馆、商店、办公及住宅等楼宇不可或缺的垂直交通工具。随着电梯保有量的增加以及应用的普及，因电梯机械及电器故障所导致的各种事故时有发生，如梯门无法开启、冲顶或蹲底、及断电悬空等事故；此外，电梯内抢劫甚至凶杀事件也偶有发生。上述各种事故中，轻者造成人员被困、严重时可能导致重大的人员伤亡。因此，除了常规的电话报警及视频监控设施外，人们还提出了多种形式的电梯报警装置或系统，如中国专利201110139685.4、201110225763.2、201310560780.0、201110139685.4及201110138579.4等；上述现有的电梯报警及监控系统的最大弊端是依靠电缆或电池供电，当电控系统出现故障、楼宇停电或电池电量耗尽时都将无法有效工作。

发明内容

针对现有电梯报警及监控系统在电控系统出现故障、楼宇停电或电池电量耗尽时无法有效工作的弊端和不足，本发明提出一种自供电式电梯报警装置。本发明采用的实施方案是：壳体边缘经螺钉固定在护板上，壳体侧壁上用于限位的隔板将壳体内腔分隔成上壳腔和下壳腔；上壳腔侧壁凸台上经螺钉装有带发射单元的电路板，上壳腔侧壁上的销孔内装有销钉，销钉经螺母锁紧，销钉上套有销套，销套上铆接有带圆弧凸起的S型金属膜，金属膜的另一端还铆接有销套，金属膜的圆弧凸起处粘接有压电膜；金属膜与其圆弧凸起处所粘接的压电膜构成压电振子，压电振子与其两端所铆接的销套构成换能器；所述换能器的另一销套内套有销轴，销轴铆接在滑块横板的销孔内，滑块置于下壳腔内；滑块横板上镶嵌有按钮，滑块拉杆上套有碟簧，碟簧下端压在壳体底壁上、上端压在滑块横板上；滑块拉杆的端部安装有拉环，拉环置于下壳腔外部；同一个压电振子上各压电膜间经导线d1连接，不同换能器上压电振子间经导线组d2连接后再经导线组d3与电路板连接，电路板经导线组d4与按钮连接。

自然状态下，碟簧将滑块横板的上表面顶靠在壳体隔板上，从而避免滑块进一步上移使压电振子上圆弧段弯曲变形过大而损坏；当需要报警操作时，手动向下拉动拉环，滑块在压缩碟簧的同时拉伸压电振子，压电振子伸长时其上压电膜所受压应力逐渐变化，从而将机械能转换成电能，所生成电能经电路板上的能量转换电路转换处理后用于驱动发射单元；当滑块向下运行至使按钮与壳体底壁接触且使电路接通时，发射单元即将报警信号发出；释放拉环后，滑块在压电振子及碟簧弹性恢复力的作用下复位，压电振子再次产生电能，但因此时按钮处于释放状态，发射电路处于断开、发射单元不发射信号，所生成电能被储起来。

在本发明的上述工作过程中，为使压电振子具有最大的发电能力、并避免压电膜因拉应力过大而损坏，应确保：

1)当滑块横板上表面与壳体隔板下表面相接触时压电振子处于不受外力的自然状态，以确保工作中压电振子在仅承受拉力，故销钉和销轴的中心距等于自然状态下换能器上两销套间的中心距L，即壳体上销孔中心距隔板下表面的最短距离为L1＝L-L3，且金属膜上圆弧凸起处的最小半径为 $R=(h_m+h_p)\{\mathrm{\α}+\frac{1}{2[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]}[{\mathrm{\α}}^2(1-\mathrm{\β})-1-\mathrm{\η}\frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$ 上式中：L3为滑块上销孔中心距离滑块横板上表面的距离，α＝h_m/(h_m+h_p)，h_p、h_m分别为压电膜和金属膜的厚度， $\mathrm{\η}=(1-\mathrm{\α})[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]+\mathrm{\α\β}/(1+k_{31}^2),$ β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电膜和金属膜的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力；

2)当按钮接触到壳体底壁且电路被接通时，压电振子的圆弧段可被拉直，故壳体上销孔中心距壳体底壁上表面的最短距离为式中：l为金属膜上的圆弧弦长，n为单个压电振子上的圆弧数量。

本发明的特点及优势在于：①报警装置通过手动拉伸实时发电供电，无需电缆或电池供电，供电可靠性高、实时性好；②工作中压电振子始终处于受拉状态，即压电晶片始终承受压应力、且应力分布均匀，故机械可靠性高、发电能力强；③结构简单、体积小、安装及操作方便。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中报警装置的结构剖面示意图；

图2是图1的A-A视图；

图3是本发明一个较佳实施例中壳体的结构示意图；

图4是本发明一个较佳实施例中换能器的结构示意图；

图5是本发明一个较佳实施例中滑块的结构示意图；

具体实施方式

壳体2的边缘2a通过螺钉固定在护板1上，壳体2侧壁上用于限位的隔板2c将所述壳体2的内腔分隔成上壳腔2f和下壳腔2g；上壳腔2f的侧壁凸台2b上通过螺钉安装有带发射单元10的电路板5，上壳腔2f侧壁上的销孔2h内装有销钉3，销钉3通过螺母12锁紧，销钉3上套有销套4，销套4上铆接有带圆弧凸起的S型金属膜h1，金属膜h1的另一端还铆接有销套4，金属膜h1的圆弧凸起处粘接有压电膜h2；金属膜h1与其圆弧凸起处所粘接的压电膜h2构成压电振子h，压电振子h与其两端所铆接的销套4构成换能器H；所述换能器H的另一端销套4内套有销轴11，销轴11铆接在滑块7的横板7a的销孔7b内，滑块7置于下壳腔2g内；滑块7的横板7a上镶嵌有按钮6，滑块7的拉杆7c上套有碟簧8，碟簧8的下端压在壳体2底壁2d上、上端压在滑块7的横板7a上；滑块7的拉杆7c的端部安装有拉环9，所述拉环9置于下壳腔2g的外部；同一个压电振子h上各压电膜h2间通过导线d1连接，不同换能器H上压电振子h间经导线组d2连接后再经导线组d3与电路板5连接，电路板5经导线组d4与按钮6连接。

自然状态下，碟簧8将滑块7的横板7a的上表面顶靠在壳体2的隔板2c上，从而避免滑块7进一步上移使压电振子h上圆弧段弯曲变形过大而损坏；当需要报警操作时，手动向下拉动拉环9，滑块7在压缩碟簧8的同时拉伸压电振子h，压电振子h伸长时其上压电膜h2的所受压应力逐渐变化，从而将机械能转换成电能，所生成电能经电路板5上的能量转换电路转换处理后用于驱动发射单元10；当滑块7向下运行至使按钮6与壳体2底壁2d接触且使电路接通时，发射单元10即将报警信号发出；释放拉环9后，滑块7在压电振子h及碟簧8弹性恢复力的作用下复位，压电振子h再次产生电能，但因此时按钮6处于释放状态，发射电路处于断开、发射单元10不发射信号，所生成电能被存储起来。

在本发明的上述工作过程中，为使压电振子h具有最大的发电能力、并避免压电膜h2因拉应力过大而损坏，应确保：

1)当滑块7的横板7a上表面与壳体2的隔板2c下表面相接触时压电振子h处于不受外力的自然状态，以确保工作中压电振子h在仅承受拉力，故销钉3和销轴11的中心距等于自然状态下换能器H上两销套4间的中心距L，即壳体2上销孔2h中心距隔板2c下表面的最短距离为L1＝L-L3，且金属膜h1上圆弧凸起处的最小半径为 $R=(h_m+h_p)\{\mathrm{\α}+\frac{1}{2[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]}[{\mathrm{\α}}^2(1-\mathrm{\β})-1-\mathrm{\η}\frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$ 上式中：L3为滑块7上销孔7b中心距离滑块7的横板7a上表面的距离，α＝h_m/(h_m+h_p)，h_p、h_m分别为压电膜h2和金属膜h1厚度， $\mathrm{\η}=(1-\mathrm{\α})[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]+\mathrm{\α\β}/(1+k_{31}^2),$ β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电膜h2和金属膜h1杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力；

2)当按钮6接触到壳体底壁2d且电路被接通时，压电振子h上的圆弧段可被拉直，故壳体2上销孔2h中心距壳体2的底壁2d上表面的最短距离为l为金属膜h1上的圆弧弦长，n为单个压电振子h上的圆弧数量。

本发明的报警装置通过手动拉伸实时发电供电，不需要通过电缆或电池供电，故报警供电可靠性高；非工作时压电振子h受外力作用、工作中仅承受拉应力，从而确保压电膜h2仅承受压应力，因压电材料的许用压应力为许用拉应力的数十倍，故可靠性高；又因预弯曲压电振子h受拉力作用变形时所形成的应力分布均匀，故发电能力强，在其结构尺度及所受最大应力相同时产生的电能可达普通悬臂梁压电振子的4倍；此外，本发明的报警装置结构简单、体积小、安装及操作方便。

Claims (1)

1.一种自供电式电梯报警装置，其特征在于：壳体边缘经螺钉固定在护板上，壳体侧壁上用于限位的隔板将壳体内腔分隔成上壳腔和下壳腔；上壳腔侧壁凸台上经螺钉装有带发射单元的电路板，上壳腔侧壁上的销孔内装有销钉，销钉经螺母锁紧，销钉上套有销套，销套上铆接有带圆弧凸起的金属膜，金属膜的另一端还铆接有销套，金属膜的圆弧凸起处粘接有压电膜；金属膜与其圆弧凸起处所粘接的压电膜构成压电振子，压电振子与其两端所铆接的销套构成换能器；所述换能器的另一销套内套有销轴，销轴铆接在滑块横板的销孔内，滑块置于下壳腔内；滑块横板上镶嵌有按钮，滑块拉杆上套有碟簧，碟簧下端压在壳体底壁上、上端压在滑块横板上；滑块拉杆的端部安装有拉环，拉环置于下壳腔外部；同一个压电振子上各压电膜间经导线d1连接，不同换能器上压电振子间经导线组d2连接后再经导线组d3与电路板连接，电路板经导线组d4与按钮连接；

当滑块横板上表面与壳体隔板下表面相接触时压电振子处于不受外力的自然状态，即壳体上销孔中心距隔板下表面的最短距离为L1＝L-L3，且金属膜上圆弧凸起处的最小半径为 $R=(h_m+h_p)\{\mathrm{\α}+\frac{1}{2[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]}[{\mathrm{\α}}^2(1-\mathrm{\β})-1-\mathrm{\η}\frac{E_p}{T_p}\left]\right\};$ 当按钮接触到壳体底壁且电路被接通时，压电振子的圆弧段可被拉直，壳体上销孔中心距壳体底壁上表面的最短距离为式中：L3为滑块上销孔中心距离滑块横板上表面的距离，α＝h_m/(h_m+h_p)，h_p、h_m分别为压电膜和金属膜的厚度，β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电膜和金属膜的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力，l为金属膜上的圆弧弦长，n为单个压电振子上的圆弧数量。