CN105391341B - 压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关 - Google Patents

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Abstract

提供一种压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关。所述压电能量收集器利用压电能量收集器中产生的能量作为驱动电力，从而利用该驱动电力将通信信号发送到外部照明装置。此外，所述压电能量收集器基于由用户施加到按压构件的外力的量值或外力的持续时间而产生具有不同量值的电力。无线开关的发送模块基于产生的电力的量值将可调节光的强度的信号发送到外部照明装置。

Description

压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关
本申请要求分别于2014年9月1日在韩国知识产权局提交的第10-2014-0115722号和于2015年4月22号在韩国知识产权局提交的第10-2015-0056710号韩国专利申请的权益，这些韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
以下描述涉及一种压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关。
背景技术
通常，照明装置通过开关而打开或关闭。由于开关需要设置在用户能够够到的位置，因此开关通常设置在建筑物的墙壁上。因此，应用于这样的开关的电源线形成在建筑物的墙壁的内部。
当用户打开或关闭照明装置时，用户直接运动到形成有开关的墙壁附近并手动地操纵开关，以打开或关闭照明装置。然而，这个方案不便之处在于：需要直接手动操纵。因此，晚上关闭照明装置之后，用户可能难以辨认他的或她的环境，导致不便于操纵开关。
因此，提出一种无线开关装置，以解决如上所述的需要手动操作的不便，并且使得用户在打开和关闭照明装置方面的便利性得到提高。
当用户操纵遥控装置(无线开关装置)等的发送单元时，从遥控装置无线地发送照明装置控制信号，设置在墙壁表面中的接收单元接收无线信号，以打开或关闭照明装置。这样的方案提高了便利性。
由于遥控装置的发送单元中嵌入有电池或类似的电源，因此需要定期地更换电池，这是不方便的。
发明内容
提供该发明内容以简化形式来介绍选择的发明构思，以下在具体实施方式中进一步描述该发明构思。本发明内容无意限定所要求保护的主题的主要特征和必要特征，也无意用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
本示例的方面提供一种能够将驱动电力提供给包括在无线开关中的发送模块的压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关。
本示例的方面也提供一种能够允许外部照明装置调节光的强度的压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关。
根据本示例的方面，压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关利用压电能量收集器中产生的能量作为驱动电力，从而将通信信号发送到外部照明装置。
此外，压电能量收集器基于由用户施加到压电构件的外力的量值或外力的持续时间而产生具有不同量值的电力，无线开关的发送模块基于产生的电力的量值将调节光的强度的信号发送到外部照明装置。
在一个总的方面中，一种压电能量收集器包括：板，能够弹性地变形；压电元件，位于所述板上；磁体，被设置为与所述板分开；绝缘件，被设置为能够运动，以使磁体的磁力对所述板有影响或阻止所述磁体的磁力作用在所述板上；按压构件，连接到所述绝缘件，以使所述绝缘件运动，其中，所述绝缘件与所述按压构件一起运动。
所述绝缘件可响应于所述按压构件上未施加外力而相对于所述板完全地覆盖所述磁体。
所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积可基于施加到所述按压构件的外力的量值而确定。
所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积可基于施加到所述按压构件的外力的持续时间而确定。
所述按压构件可包括：操纵件，连接到所述绝缘件；固定板，位于所述绝缘件与所述操纵件之间并具有插入孔，所述操纵件插入到所述插入孔中；弹性体，弹性地支撑所述操纵件。
所述绝缘件可响应于施加到所述操纵件的外力而运动。
所述绝缘件的运动距离可与所述操纵件的运动距离相对应。
所述操纵件可插入到所述插入孔的一侧中，并且可在从所述插入孔向外突出到所述插入孔的另一侧的过程中受到限制。
所述按压构件还可包括穿过所述插入孔并固定到所述操纵件和所述绝缘件的连接构件。
所述板可由磁性材料或金属形成。
所述板的一端可以是固定端，所述板的另一端可以是自由端。
所述磁体可被设置为面对与所述板的另一端相邻的部分。
所述压电能量收集器还可包括支撑件，所述板的一端固定到所述支撑件。
在另一总的方面中，一种无线开关包括：压电能量收集器，其中，所述压电能量收集器包括：板，能够弹性地变形；压电元件，位于所述板上；磁体，被设置为与所述板分开；绝缘件，被设置为能够运动，以使所述磁体的磁力对所述板有影响或阻止所述磁体的磁力作用在所述板上；按压构件，连接到所述绝缘件，以使所述绝缘件运动，其中，所述绝缘件与所述按压构件一起运动；整流器，将压电能量收集器中产生的交流(AC)电力整流为直流(DC)电力，以输出整流后的电力；电力控制器，接收整流后的电力，以将接收的电力转换为具有预设电压值的电力；发送模块，从所述电力控制器接收电力，以产生通信信号并发送通信信号。
所述绝缘件可响应于所述按压构件上未施加外力而相对于所述板完全地覆盖所述磁体。
所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积可基于施加到所述按压构件的外力的量值而确定。
所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积可基于施加到所述按压构件的外力的持续时间而确定。
通过以下详细描述、附图及权利要求，其他特征和方面将变得清楚。
附图说明
图1是根据示例的无线开关的俯视图。
图2是根据示例的无线开关的示意图。
图3是示出根据示例的压电能量收集器的示图。
图4至图6是示出根据示例的压电能量收集器中产生能量的方式的示图。
在整个附图和具体实施方式中，相同的标号指示相同的元件。为了清晰、说明及方便，附图可不按比例绘制，并且可夸大附图中元件的相对尺寸、比例和描述。
具体实施方式
提供以下的具体实施方式，以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型以及等同物对于本领域的普通技术人员来说将是明显的。在此描述的操作的顺序仅仅是示例，对于本领域的普通技术人员来说将明显的是，除了必须以特定顺序进行的操作之外，操作的顺序不限制于在此所阐述的顺序而是可以进行改变。此外，为了更加清楚和简洁，可能会省略对本领域的普通技术人员公知的功能和结构的描述。
在此描述的特征可按照不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于在此所描述的示例。更确切地说，提供在此描述的示例，以使本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的全部范围传达给本领域的普通技术人员。
图1是根据示例的无线开关的俯视图；图2是根据示例的无线开关的示意图。
参照图1和图2，根据图1和图2的示例的无线开关包括压电能量收集器100、整流器200、电容器300、电力控制器400和发送模块500。
图1中示出的打开按钮和关闭按钮设置在用户能够按压从而在压电能量收集器100中产生电力的结构中。这里，压电能量收集器100利用压电效应，以将机械力转换为电能。
例如，打开按钮和关闭按钮分别是按压构件160。
此外，压电能量收集器100中产生的电力的量值基于施加到按压构件160的外力的量值和/或外力的持续时间而改变。例如，力越大或持续时间越长，产生的电力可能越多。下面将参照图3至图6对产生多少能量的方面进行描述。
例如，压电能量收集器100中产生的交流(AC)电力通过整流器200被整流为直流(DC)电力，然后储存在电容器300中。
从电容器300供应的整流后的电力通过电力控制器400被转换为具有预设的电压值的电力，然后被发送到发送模块500。
这里，基于整流后的电力的量值而具有各种电压值的电力被发送到电力控制器400的输入侧。
发送模块500通过从电力控制器400接收的电力产生通信信号。所述通信信号被发送到外部照明装置的接收模块。
也就是说，根据示例的无线开关使用压电能量收集器100中产生的能量作为发送模块500的驱动电力，从而将打开/关闭信号发送到外部照明装置。
因此，在家中容易创建无线控制系统而无需使用机械式复杂组件，从而使用一种更简单并得到改进的方案将开关连接到照明装置等。
此外，根据示例的无线开关发送用于打开或关闭照明装置的信号，而无需包括嵌入在其中的单独的电池。
此外，由于发送模块500从电力控制器400的输入侧接收具有各种电压值的电力，因此发送模块500基于接收的电力的量值产生不同的通信信号，外部照明装置对接收的通信信号进行分析，以发射具有不同强度的光。
因此，根据示例的无线开关发送各种通信信号，外部照明装置通过各种通信信号调节光的强度。
接下来，将参照图3至图6的示例描述根据产生将被用作发送模块500的驱动电力的能量的示例的压电能量收集器100的构造。
图3是示出根据示例的压电能量收集器的示图；图4至图6是示出根据示例的压电能量收集器中产生能量的方式的示图。
首先，参照图3，根据示例的压电能量收集器100包括：板110；支撑件120，支撑板110；压电元件130，设置在板110上；磁体140，使板110中产生位移；绝缘件150，设置在板110与磁体140之间；按压构件160，使绝缘件150运动。
板110由能够弹性变形的材料形成。
支撑件120支撑板110的一端111。也就是说，板110的一端111是固定到支撑件120的固定端，板110的另一端113是自由端。
在一个示例中，板110具有板的一端111固定到支撑件120的悬臂式形状。
例如，板110具有足够的刚度，以在没有外力施加到板110的情况下保持平坦并且在外力施加到板110的情况下产生位移。
这里，板110由磁性材料或金属形成，施加到板110的外力是磁体140与板110之间产生的磁吸引力。将认识到，多种磁性材料和/或金属适于作为用于形成板的材料的候选材料。
也就是说，在这个示例中，板110通过磁体140的磁力而弹性地变形。
即使冲击没有直接施加到板110，磁体140的磁力也会使板110中产生位移。因此，根据示例的压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关的耐用性得到提高。
压电元件130设置在板110的一个表面110a上。例如，压电元件130包括：压电主体131；第一电极133，设置在压电主体131的一个表面上；第二电极135，设置在压电主体131的另一表面上。
因此，当板110中产生位移时，压电元件130中也产生位移，从而由于电势差而发生压电效应。
例如，当板110中产生位移时，设置在板110上的压电元件130中也产生位移，因此压电元件130中产生电极化。
因此，设置在压电主体131的一个表面上的第一电极133和设置在压电主体131的另一表面上的第二电极135中产生电压，通过电压产生的输出电流用作发送模块500的驱动电力。
例如，压电主体131由锆钛酸铅、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、铌酸锂(LiNbO3)、二氧化硅(SiO2)等形成。然而，这些仅仅是示例，其他合适的材料可用于形成压电主体131。
第二电极135被设置为产生电势差，并且第二电极135设置在压电主体131的另一表面上，以与第一电极133相对应。
磁体140被设置为与板110分开。例如，磁体140被设置为与板110的另一表面110b分开，其中，另一表面110b是板110的与设置有压电元件130的一个表面110a相对的表面。
此外，与板110的另一端113相邻设置的磁体140被设置为面对板的另一表面110b。
因此，板110的另一端113由于磁体140的磁力而朝向磁体140弯曲。也就是说，与板110的另一端113相邻的部分中产生位移。
绝缘件150设置在板110与磁体140之间，并用于阻止(block)磁体140的磁力作用在板110上。
因此，由于绝缘件150使得板110与磁体140之间无磁吸引力作用。
由于绝缘件150阻止了磁体140的磁力作用在板110上，因此板110不受磁体140的磁力的影响。因此，在板110上不会作用有外力。
因此，在这种情况下，板110保持平坦。
这里，如图4所示，绝缘件150可运动地设置在板110与磁体140之间。
因此，当覆盖磁体140的绝缘件150运动时，磁体140和板110彼此直接面对，因此磁体140的磁力对板110有影响。
因此，板110与磁体140之间产生磁吸引力，因此板110中产生位移。
因此，基于绝缘件150的位置来确定板110与磁体140之间是否作用有磁吸引力。
例如，如图3所示，在绝缘件150完全地覆盖磁体140的情况下，板110与磁体140之间无磁吸引力作用。
然而，如图4至图6所示，在由于绝缘件150运动而使磁体140部分地或完全地面对板110的情况下，板110与磁体140之间作用有磁吸引力。
按压构件160使绝缘件150运动。
例如，参照图3，按压构件160包括：操纵件161，连接到绝缘件150；固定板163，设置在绝缘件150与操纵件161之间并具有插入孔163a，操纵件161可插入到插入孔163a中；弹性体165，弹性地支撑操纵件161。
此外，按压构件160还包括将操纵件161和绝缘件150彼此连接的连接构件167。
在图3的示例中，操纵件161通过连接构件167连接到绝缘件150。连接构件167穿过插入孔163a，以使连接构件167的一端固定到绝缘件150并使连接构件167的另一端固定到操纵件161。
因此，绝缘件150与按压构件160一起运动。
如图3所示，在按压构件160没有施加外力的情况下，也就是说，在按压构件160处于静止状态的情况下，绝缘件150相对于板110完全地覆盖磁体140。
因此，磁体140的磁力对板110没有影响，从而板110保持平坦。
然而，如图4至图6所示，在绝缘件150与按压构件160一起运动的情况下，磁体140直接面对板110。因此，磁体140的磁力对板110有影响，从而板110中产生位移。
操纵件161具有由用户按压的结构，从而用户能够操作压电能量收集器100。
例如，在操纵件161从固定板163突出的状态下，操纵件161由弹性体165弹性地支撑。
在操纵件161由弹性体165支撑的状态下，当用户按压操纵件161时，操纵件161插入到插入孔163a中，同时弹性体165被压缩。
例如，插入孔163a的形状与操纵件161的形状相对应。
虽然为了便于解释本示例描述了插入孔163a和操纵件161具有圆筒形状的情况，但是插入孔163a和操纵件161不限于具有圆筒形状，并且在示例中具有诸如多边形形状的各种形状。在示例中，这些元件可具有合适并且不与它们的正常操作发生冲突的任何形状。
在示例中，插入孔163a具有足以允许操纵件161插入的直径。因此，插入孔163a的与操纵件161相邻的一侧(称作插入孔163a的一侧)的直径等于或大于操纵件161的直径。
然而，插入孔163a的与绝缘件150相邻的一侧(称作插入孔163a的另一侧)的直径小于操纵件161的直径。
也就是说，插入孔163a的另一侧的直径小于插入孔163a的一侧的直径。
因此，当操纵件161插入到插入孔163a中并且运动时，操纵件161被插入孔163a的另一侧卡住，因此操纵件161的插入长度受到限制。
也就是说，操纵件161插入到插入孔163a的一侧中，从而可运动，并且操纵件161在从插入孔163a向外突出到插入孔163a的另一侧的过程中受到限制。
因此，插入孔163a的另一侧用作限制操纵件161的插入长度的止动件。
在这样的示例中，操纵件161的内部是空的，弹性体165设置在操纵件161的内部中。
弹性体165的一端固定到插入口163a的与绝缘件150相邻的侧部，弹性体165的另一端固定到操纵件161。
因此，操纵件161由弹性体165弹性地支撑。
这里，当用户按压操纵件161时，操纵件161运动，从而插入到插入孔163a中。
由于绝缘件150通过连接构件167连接到操纵件161，因此绝缘件150基于操纵件161的运动也运动操纵件161的运动距离。
绝缘件150的最大运动距离确定在磁体140完全地面对板110的范围。
例如，绝缘件150基于操纵件161的运动朝向固定有板110的一端111的支撑件120运动，因此消除了防止磁体140的磁力作用在板110上的影响。
因此，板110的另一端113与磁体140之间作用有磁吸引力，因此板110的另一端113朝向磁体140弯曲。
也就是说，在这个示例中，板110的与板110的另一端113相邻的部分产生位移。
这里，板110的位移量基于绝缘件150的运动距离而改变。
例如，如图4所示，在绝缘件150的运动距离相对小的情况下，仅磁体140的一部分面对板110。
因此，在这种情况下，由于磁体140的作用在板110上的磁力相对小，因此板110的位移量也相对小。
然而，如图5和图6所示，在绝缘件150的运动距离相对大的情况下，磁体140的作用在板110上的磁力变得相对大，因此板110的位移量也变得相对大。
由于压电元件130的位移量受到板110的位移量的影响，因此板110的位移量越大，压电元件130的位移量越大。
由于压电元件130中产生的电力的量值受压电元件130的位移量影响，因此通过调节板110的位移量来调节压电元件130中产生的电力的量值。
板110的位移量基于磁体140的由绝缘件150覆盖的面积而改变，磁体140的由绝缘件150覆盖的面积基于施加到按压构件160的外力的量值或外力的持续时间而确定。
由于操纵件161的运动距离基于施加到操纵件161的外力的量值或外力的持续时间而改变，因此，与操纵件161一起运动的绝缘件150的运动距离也受施加到操纵件161的外力的量值或外力的持续时间影响。
因此，在根据示例的压电能量收集器100中，压电元件130的位移量基于用户按压操纵件161的力的量值或力的持续时间而改变。
当板110的与板110的另一端相邻的部分产生位移时，压电元件130中也产生与板110的位移相对应的位移，因此压电元件130中产生电极化，从而产生电压。
因此，在根据示例的压电能量收集器100中，压电元件130利用板110与磁体140之间基于绝缘件150的运动而产生的磁吸引力产生位移，从而产生电力。
压电能量收集器100中产生的电力流经整流器200、电容器300和电力控制器400，并用作产生通信信号的发送模块500的驱动电力。
这里，由于压电元件130中产生的电力的量值基于板110的位移量而改变，因此输入到电力控制器400的电力的量值也改变，发送模块500基于输入电力的量值发送各种通信信号。
这里，在示例中，上面涉及的各种通信信号是外部照明装置通过其调节光的强度的通信信号。然而，这仅仅是通信信号的重要性的一个示例，通信信号可用于将不同的命令信号或指令信号发送到目标装置。
如上所述，由于通过改变板110与磁体140之间产生的磁吸引力来调节板110的位移量，因此按照这种方式调节压电元件130中产生的电力的量值。
由于发送模块500基于输入电力的量值发送各种通信信号，因此外部照明装置基于接收的通信信号调节光的强度。
如上所述，根据示例的压电能量收集器将驱动电力提供到包括在无线开关中的发送模块。因此，根据示例的包括压电能量收集器的无线开关发送用于打开或关闭发光装置的信号，而无需包括嵌入在其中的单独的电池。这样的方案提高无线开关的便利性和易用性。
此外，根据示例的压电能量收集器以及包括该压电能量收集器的无线开关基于用户期望的光的强度来发送不同的通信信号，从而外部照明装置根据提供的不同信号调节光的强度。
除非另外表明，否则第一层“位于”第二层或基板“上”的表述将解释为涵盖两种情况：第一层直接接触第二层或基板的情况；一个或更多个其它层设置在第一层与第二层或基板之间的情况。
描述相对空间关系的术语(诸如“在……下面”、“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“底部”、“在……上面”、“在……之上”、“在……上方”“上面的”、“顶部”、“左”和“右”)可用于方便地描述一个装置或元件与其它装置或元件的空间关系。这样的术语将解释为包含装置在如附图中示出的方位以及在使用或操作中其它方位。例如，装置包括基于附图中示出的装置的方位设置在第一层上的第二层的示例也包含在装置使用或操作时颠倒翻转时的该装置。
虽然本公开包括特定示例，但是，对于本领域普通技术人员将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可对这些示例做出形式和细节上的各种改变。这里描述的示例将仅被视为描述性意义，而并不是为了限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被视为可适用于其它示例中相似的特征或方面。如果以不同的顺序执行所描述的技术，和/或如果以不同的方式来组合描述的系统、架构、装置或电路中的组件，和/或通过其它的组件或其等同物替换或者增加组件，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是由详细的描述限定，而是由权利要求及其等同物限定，权利要求及其等同物范围内的全部变型将被解释为包括在本公开中。

Claims (17)

1.一种压电能量收集器，包括：
板，能够弹性地变形；
压电元件，位于所述板上；
磁体，被设置为与所述板分开；
绝缘件，被设置为能够运动，以使所述磁体的磁力对所述板有影响或阻止所述磁体的磁力作用在所述板上；
按压构件，连接到所述绝缘件，以使所述绝缘件运动，
其中，所述绝缘件与所述按压构件一起运动。
2.如权利要求1所述的压电能量收集器，其中，所述绝缘件响应于所述按压构件上未施加外力而相对于所述板完全地覆盖所述磁体。
3.如权利要求2所述的压电能量收集器，其中，所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积基于施加到所述按压构件的外力的量值而确定。
4.如权利要求2所述的压电能量收集器，其中，所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积基于施加到所述按压构件的外力的持续时间而确定。
5.如权利要求1所述的压电能量收集器，其中，所述按压构件包括：
操纵件，连接到所述绝缘件；
固定板，位于所述绝缘件与所述操纵件之间并具有插入孔，所述操纵件插入到所述插入孔中；
弹性体，弹性地支撑所述操纵件。
6.如权利要求5所述的压电能量收集器，其中，所述绝缘件响应于施加到所述操纵件的外力而运动。
7.如权利要求6所述的压电能量收集器，其中，所述绝缘件的运动距离与所述操纵件的运动距离相对应。
8.如权利要求5所述的压电能量收集器，其中，所述操纵件插入到所述插入孔的一侧中，并且在从所述插入孔向外突出到所述插入孔的另一侧的过程中受到限制。
9.如权利要求5所述的压电能量收集器，其中，所述按压构件还包括穿过所述插入孔并固定到所述操纵件和所述绝缘件的连接构件。
10.如权利要求1所述的压电能量收集器，其中，所述板由磁性材料或金属形成。
11.如权利要求1所述的压电能量收集器，其中，所述板的一端是固定端，所述板的另一端是自由端。
12.如权利要求11所述的压电能量收集器，其中，所述磁体被设置为面对与所述板的另一端相邻的部分。
13.如权利要求1所述的压电能量收集器，其中，所述压电能量收集器还包括支撑件，所述板的一端固定到所述支撑件。
14.一种无线开关，包括：
压电能量收集器，其中，所述压电能量收集器包括：
板，能够弹性地变形；
压电元件，位于所述板上；
磁体，被设置为与所述板分开；
绝缘件，被设置为能够运动，以使所述磁体的磁力对所述板有影响或阻止所述磁体的磁力作用在所述板上；
按压构件，连接到所述绝缘件，以使所述绝缘件运动，
其中，所述绝缘件与所述按压构件一起运动；
整流器，将压电能量收集器中产生的交流电力整流为直流电力，以输出整流后的电力；
电力控制器，接收整流后的电力，以将接收的电力转换为具有预设电压值的电力；
发送模块，从所述电力控制器接收电力，以产生通信信号并发送通信信号。
15.如权利要求14所述的无线开关，其中，所述绝缘件响应于所述按压构件上未施加外力而相对于所述板完全地覆盖所述磁体。
16.如权利要求15所述的无线开关，其中，所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积基于施加到所述按压构件的外力的量值而确定。
17.如权利要求15所述的无线开关，其中，所述磁体的由所述绝缘件覆盖的面积基于施加到所述按压构件的外力的持续时间而确定。
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