CN105391342A - 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。所述无线开关使用压电能量收集器中产生的能量作为驱动电力的来源，从而将通信信号发送到外部电子装置，而无需电池。此外，所述压电能量收集器通过磁体中产生的磁力使压电元件中产生位移，从而当产生驱动电力时产生恒定大小的能量。
Description
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10-2015-0056708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一种包括该压电能量收集器的无线开关。
背景技术
通常，照明装置通过使用开关来打开或关闭。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，用户运动以直接靠近形成有开关的墙壁并手动地操纵开关，以打开或关闭照明装置。然而，这个方案不便之处在于：需要直接手动操作和直接靠近形成有开关的墙壁。例如，晚上关闭照明装置之后，用户可能难以辨认环境，由于难以确定与墙壁上的开关的接近距离而导致不便于操纵开关。
因此，无线开关装置是将是有助于解决上述的手动操作的不便并允许在打开和关闭照明装置方面提高用户便利性的潜在解决方案。
例如，用户操纵遥控装置或用于远程地控制诸如照明装置的类似的装置(无线开关装置)的发送单元。因此，从遥控装置无线地发送照明装置控制信号，设置在墙壁中的接收单元接收无线信号，以打开或关闭照明装置。
在一个方案中，由于在遥控装置的发送单元中嵌入有电池或另一电源，因此在这样的方案中必须定期地更换电池，这存在不便。
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。本发明内容并不意在限定所要求保护的主题的主要特征和必要特征，也不意在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。
本示例的方面还提供一种能够产生恒定大小的电力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，无线开关使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电子装置。
此外，压电能量收集器通过磁体中产生的磁力而使压电元件中产生位移，从而产生恒定大小的能量。
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，能够运动地设置在所述板与所述磁体之间，其中，所述板通过所述磁体的磁力而弹性地变形。
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所述板的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。
所述板可由磁性材料或金属形成。
所述压电能量收集器还可包括连接到所述绝缘件并被构造为使所述绝缘件运动的按压构件。
基于所述绝缘件通过所述按压构件的运动，所述板与所述磁体之间可产生磁吸引力。
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。
所述插入孔的与所述绝缘件相邻的一侧的直径可小于所述插入孔的与所述操纵件相邻的一侧的直径。
所述操纵件可插入到所述插入孔的一侧中，从而能够运动，所述操纵件在从所述插入孔向外突出到插入孔的另一侧的过程中受到限制。
在另一总的方面中，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，能够运动地设置，以使所述磁体的磁力对所述板有影响或阻止磁体的磁力作用在所述板上。
所述压电能量收集器还可包括连接到所述绝缘件并被构造为使所述绝缘件运动的按压构件。
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。
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。
如图1所示，打开按钮和关闭按钮设置在由用户按压从而在压电能量收集器100中产生电力的结构中。
在示例中，打开按钮和关闭按钮中的每个是按压构件160。下面将参照图3和图4描述该示例。
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供应的整流的电力通过使用电力控制器400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。
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电子装置的接收模块。这些通信信号控制电子装置的操作，并且下面将进一步描述。
在示例中，电子装置是诸如发光二极管(LED)灯泡的照明装置。
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，从而将打开和关闭信号发送到外部电子装置。
因此，使用这样的方案，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，而无需在无线开关中嵌入单独的电池。
接下来，参照图3和图4进一步描述用于产生将被用作发送模块500的驱动电力的能量的压电能量收集器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，用于使绝缘件150运动。
在图3的示例中，板110由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。
例如，板110具有板110的一端111固定到支撑件120的悬臂式形状。
在这个示例中，板110具有足够的刚性，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由合适的磁性材料或合适的金属形成。因此，在示例中，施加到板110的外力是磁体140与板110之间产生的磁吸引力。
也就是说，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，在这个示例中，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。
例如，压电元件130位于板110的一个表面110a上。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，因此发生由电势差引起的压电效应。
例如，当板110中产生位移时，位于板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。这里，压电元件130利用压电效应，以将机械力转换为电能的来源。
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。
在示例中，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。这些仅仅是示例材料，其他示例中使用其他合适的材料，以形成压电主体131。
第二电极135被设置为产生电势差，并且第二电极135位于压电主体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是与板110的设置有压电元件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110的另一表面110b。
因此，板110的另一端113通过磁体140的磁力而朝向磁体140弯曲。也就是说，板110的与板110的另一端113相邻的部分中产生相应的位移。
绝缘件150设置在板110与磁体140之间，并且用于阻止磁体140的磁力作用在板110上。
因此，在这样的示例中，由于绝缘件150的存在使得板110与磁体140之间无磁吸引力作用。
由于存在的绝缘件150阻止磁体140的磁力作用在板110上，因此板110不受磁体140的磁力影响。因此，在板110上未作用有外力。
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。
也就是说，基于绝缘件150的位置确定板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之间未作用有磁吸引力。
然而，如图4所示，在由于绝缘件150运动而使得磁体140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。
在这样的示例中，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。
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。
操纵件161具有由用户按压的结构，从而使用户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，如图4所示。
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，并且在其他示例中具有诸如多边形形状的各种形状。这些仅是示例，并且在其他示例中，所述孔可具有不同的形状。
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，因此通过使用这种结构使得操纵件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相邻的一侧，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使磁体140完全地面对板110的范围。
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，因此消除了阻止磁体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。
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的运动产生的磁吸引力而移动，从而基于压电效应产生电力。
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，并可用作产生通信信号的发送模块500的驱动电力。
如上所述，由于板110中通过板110与磁体140之间产生的磁吸引力而产生位移，因此板110中可产生恒定位移。结果，根据示例性实施例的压电能量收集器100产生恒定大小的能量。
压电元件130中产生的电力用作发送模块500的驱动电力，发送模块500将通信信号发送到外部电子装置。
如上所述，根据示例性实施例的压电能量收集器将驱动电力提供给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照明装置的信号，而无线开关中无需嵌入单独的电池。如论述的，压电能量收集器和无线开关适用于电池电力发送器。
此外，根据示例的压电能量收集器以及包括压电能量收集器的无线开关产生恒定水平的电力，并且稳定地产生用于打开或关闭照明装置的信号。
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：第一层直接地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 (14)
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，能够运动地设置在所述板与所述磁体之间，
其中，所述板通过所述磁体的磁力而弹性地变形。
2.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。
3.如权利要求2所述的压电能量收集器，其中，所述磁体被设置为面对所述板的与所述板的另一端相邻的部分。
4.如权利要求1所述的压电能量收集器，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。
5.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。
6.如权利要求1所述的压电能量收集器，所述压电能量收集器还包括连接到所述绝缘件并被构造为使所述绝缘件运动的按压构件。
7.如权利要求6所述的压电能量收集器，其中，基于所述绝缘件通过所述按压构件的运动，所述板与所述磁体之间产生磁吸引力。
8.如权利要求6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。
9.如权利要求8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8所述的压电能量收集器，其中，所述插入孔的与所述绝缘件相邻的一侧的直径小于所述插入孔的与所述操纵件相邻的一侧的直径。
11.如权利要求8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，从而能够运动，所述操纵件在从所述插入孔向外突出到插入孔的另一侧的过程中受到限制。
12.一种压电能量收集器，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，能够运动地设置，以使所述磁体的磁力对所述板有影响或阻止磁体的磁力作用在所述板上。
13.如权利要求12所述的压电能量收集器，所述压电能量收集器还包括连接到所述绝缘件并被构造为使所述绝缘件运动的按压构件。
14.如权利要求13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。
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