CN106712456A - 一种电磁感应式发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电磁感应式发电装置，包括相向放置的两个线圈组以及位于两个线圈组之间的永磁体，所述两个线圈组均包括绕制有线圈的U形磁芯，所述永磁体在按键面板的带动下转动，从而分别与两个U形磁芯接触，即形成闭合磁路，又提供变化的磁场，线圈在电磁感应作用下产生电压输出。本发明结构简单、组装方便、可靠性强，符合传统开关的按键使用习惯。

Description

一种电磁感应式发电装置

技术领域

本发明属于开关技术领域，涉及一种电磁感应式发电装置，可用于自发电无线开关以及其他需要提供电源的装置或设备中。

背景技术

自从爱迪生发明电灯以来，随着科学技术的发展，照明设备的种类越来越多，在技术水平、工艺条件、工业设计等方面都取得了长足的进步。但是迄今为止，照明设备普遍还是采用有线开关来控制开启与关闭。

目前，全世界在室内照明控制领域，主要采用的是安装在墙壁上的86型翘板式有线开关来控制照明设备的开启与关闭。有线开关的使用要求在房屋建造和初装时必须提前将各个开关的安装位置进行详细准确的规划，还要在墙体上预埋开关底盒、凿槽、预埋PVC管材以及穿电缆等操作。这些不仅费时费力，还浪费管线等材料，更麻烦的在于，如果后期发现开关布局以及数量不尽如人意而需要移动、更改或者增减的话，就必须重新凿墙布线，否则无法改变。

针对上述问题，现有照明产品中也有采用无线遥控开关来控制照明产品的开启与关闭，但这类采用无线遥控开关的照明产品并没有被大众普遍接受，也没能成为主流应用，主要受限于下述原因：1)使用布置于墙上的开关来控制灯具的开启与关闭的习惯已经深入人们的生活，根深蒂固难以改变；2)无线遥控开关通常没有固定的放置地方，开关灯具时往往需要四处寻找无线遥控开关，十分费事；3)无线遥控开关采用电池供电，需要定期维护并更换电池，并且电池使用久了若更换不及时，会漏液腐蚀产品，产生有害物质污染环境，使可靠性大大降低；4)定期更换电池增加了使用成本，制造电池也要造成资源消耗，使用后的大量废弃电池如果随意丢弃将给环境带来不利影响，统一处理则将增加社会成本；5)无线遥控开关虽然可以做成固定在墙上的形式，但每次更换电池时必须将无线遥控开关拆卸下来，不仅使用复杂也降低了可靠性。

近来，国内外也出现了自发电无线开关的产品，但其基于电磁感应原理采用翘板往复式按压发电装置，其内部设置有一个自动弹起机构以确保每次按下开关后按键均可以自动回到初始位置，使得结构复杂、组装困难、可靠性差、并且价格较贵，导致不难以广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电磁感应式发电装置，旨在解决现有自发电无线开关中发电装置结构复杂、组装困难、可靠性差的问题，其符合传统的按键开关的使用习惯，可以广泛应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电磁感应式发电装置，包括相向放置的两个线圈组以及位于两个线圈组之间的永磁体，所述两个线圈组均包括绕制有线圈的U形磁芯，所述永磁体在按键面板的带动下转动，从而分别与两个U形磁芯接触，即形成闭合磁路，又提供变化的磁场，线圈在电磁感应作用下产生电压输出。

作为一个优选方案，所述U形磁芯的两个端面为斜面，所述斜面的角度与永磁体转动的角度相适应，使永磁体与U形磁芯接触时，U形磁芯的两个端面与永磁体贴合，从而有效减小漏磁现象。

作为一个优选方案，所述按键面板为翘板式按键面板，所述永磁体安装在所述按键面板转动的中心线位置，便于按键面板安装集成。

作为一个优选方案，所述按键面板转动的中心线位置设有凹槽，所述永磁体插接在所述凹槽内，便于安装集成。

作为一个优选方案，所述U形磁芯既可以是一体成型的磁芯，即U形磁芯是一个完整的整体，也可以是模块化设计而成，即U形磁芯均包括一根用于固定线圈的磁芯连接杆以及两个磁芯端头，两个磁芯端头分别固定在磁芯连接杆的两端形成U形磁芯，便于安装集成。

作为一个优选方案，所述磁芯连接杆两端均设置有凹槽，所述两个磁芯端头上均设置有凸柱，所述凸柱插接在所述凹槽中，即防止漏磁又便于安装集成。

作为一个优选方案，永磁体既可以是一体成型的磁体，即只需要一块永磁体，也可以是模块化设计而成，即电磁感应式发电装置包括两块永磁体，所述两块永磁体固定在永磁体连接件上，两块永磁体在永磁体连接件上的位置分别与U形磁芯的两个端面相对应，降低了成本。

作为一个优选方案，所述永磁体连接件的两端面均设置有凹槽，所述两块永磁体分别插接在两个凹槽中，即防止漏磁又便于安装集成。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明所述电磁感应式发电装置，通过按动翘板式按键面板，永磁体分别与两个线圈组的磁芯端面接触，线圈感应磁芯中变化的磁场，将机械能转化成电能，进而为无线开关或者其他需电设备提供电源，实现无线开关或者其他需电设备的自发电；该电磁感应式发电装置结构简单，安全可靠且成本低廉，便于与各类需电设备集成，适用于众多应用领域，具有广阔市场前景；本发明电磁感应式发电装置方便构建各类自发电无线开关，控制电器产品的开启和关闭，比如照明产品、电视、冰箱以及风扇等。当本发明应用在自发电无线开关中时，该电磁感应式发电装置只需按动翘板式按键面板即可发电，按键面板无须设计成往复式，更接近现有按键开关的使用习惯，既可以固定在墙壁上、也可以不固定在墙壁上，同时自发电无线开关无需使用化学电池，避免环境污染及浪费，不用布线利于成本节约，且便于布局安装，在生产生活中可以广泛推广运用。

附图说明

图1是本发明电磁感应式发电装置结构示意图。

图2是本发明带翘板式按键面板的电磁感应式发电装置结构示意图。

图3是按动翘板式按键面板右端时的电磁感应式发电装置结构示意图。

图4是按动翘板式按键面板左端时的电磁感应式发电装置结构示意图。

图5是电磁感应式发电装置在不同运行状态下的磁力线分布示意图。

图6是本发明实施例中整体式磁芯结构示意图。

图7是本发明实施例中分体式磁芯结构示意图。

图8是本发明实施例中单块永磁体的示意图。

图9是本发明实施例中带永磁体连接件的双块永磁体示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明电磁感应式发电装置的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

结合图1，本发明所述电磁感应式发电装置包括可随翘板式按键面板转动的永磁体以及两个线圈组，两个线圈组分别包括第一磁芯01和第二磁芯02，第一磁芯01和第二磁芯02上分别绕制第一线圈03和第二线圈04。第一磁芯01和第二磁芯02的尺寸相同，材料参数和性能指标一致。永磁体沿长度方向磁化且放置于第一磁芯01两个端面与第二磁芯02的两个端面的中间位置，第一磁芯01的两个端面与第二磁芯02的两个端面均面朝永磁体放置。永磁体的长度与U形磁芯的长度一致。永磁体位于两个线圈组的中间位置，便于按键面板安装集成。

结合图2，永磁体安装在翘板式按键面板上，永磁体可以在按键面板的带动下，在第一磁芯01与第二磁芯02之间发生转动，随着转动，永磁体可以分别与第一磁芯01或者第二磁芯02的两个端面相接触。当永磁体分别与第一磁芯01或者第二磁芯02的两个端面接触时，第一磁芯01或第二磁芯02中会产生变化磁场。基于电磁感应原理，第一线圈03和第二线圈04将分别感受第一磁芯01和第二磁芯02中变化的磁场，从而产生电压输出作为供电电源。该电源可以进一步为无线开关等设备提供电源，从而实现自发电。

在电磁感应式发电装置与自发电开关集成过程中，如图2所示，自发电开关翘板式按键面板07的中间位置设有一个凹槽08，永磁体沿长度方向紧嵌于该凹槽08中，永磁体与翘板式按键面板07为刚性连接。在按动翘板式按键面板07的过程中，永磁体将绕着凹槽08中心线09转动，进而分别与第一磁芯01或第二磁芯02的端面发生接触以构建闭合磁路，从而在第一磁芯01或第二磁芯02中产生变化的磁场，分别绕制与第一磁芯01和第二磁芯02上的第一线圈03和第二线圈04分别用于感受第一磁芯01和第二磁芯02中变化的磁场以产生电压输出。

翘板式按键面板07既可以按图2所示方式安装在永磁体长度方向的一侧，也可以根据实际应用环境或者集成需要采用其他方式与永磁体连接，只要能带动永磁体转动即可。例如，翘板式按键面板07可以通过连接部件安装在永磁体两侧。为了增加第一磁芯01或第二磁芯02的端面与永磁体接触的面积，第一磁芯01和第二磁芯02各自的两个端面均为成一定角度的斜面，第一磁芯01和第二磁芯02对应端面的斜面的相对边线处于同一平面内。两个斜面延长可以相交于一条线，也可以不相交于一条线，这要与永磁体转动的角度相配合。这样当永磁体在按键面板07带动下绕着凹槽08中心线09转动到达磁芯端面时，可以与第一磁芯01的端面或第二磁芯02的端面紧密接触，达到有效减少漏磁的效果。

结合图3和图4，对本发明所述电磁感应式发电装置的自发电过程进一步详细描述如下：

永磁体在提供磁场的同时还参与构建闭合磁路，第一磁芯01和第二磁芯02在汇聚变化磁场的同时将变化磁场提供给绕制其上的第一线圈03和第二线圈04。此外，在永磁体转动的过程中，当永磁体分别与第一磁芯01或第二磁芯02构建闭合磁路时，两个U形磁芯感受的磁场将在“0”和“1”之间交替变化，本发明将这种结构设计称之为“开关型磁路”。

结合图3，当按动翘板式按键面板07的右端时，永磁体将绕着中心线09顺时针转动，直至永磁体与第一磁芯01的两个端面紧密接触，从而使永磁体与第一磁芯01形成闭合磁路。此时，永磁体产生的磁场近乎全部汇聚于第一磁芯01中，称此为状态“1”；而几乎没有磁场经过第二磁芯02，称此为状态“0”。此状态下磁力线分布图如图5中(a)所示。

结合图4，当按动翘板式按键面板07的左端时，永磁体将沿着中心线09逆时针转动，直至与第二磁芯02的两个端面发生紧密接触，从而使永磁体与第二磁芯02形成闭合磁路。此时，永磁体产生的磁场近乎全部汇聚于第二磁芯02中，此时第二磁芯02所处状态为“1”；而几乎没有磁场经过第一磁芯01，此时第二磁芯02所处状态为“0”。此状态下磁力线分布图如图5中(c)所示。因此，根据图5可知，随着永磁体的转动，磁芯中汇聚的磁力线数量在不停的切换，进一步证实了“开关型磁路”的设计。

综上所述，当永磁体在按动翘板式按键面板07带动下转动时，第一磁芯01和第二磁芯02分别在状态“1”和状态“0”、状态“0”和状态“1”之间交替变化。

本发明中，第一磁芯01和第二磁芯02可以被分别设计为一个整体，分别作为第一线圈03和第二线圈04的骨架，如图6所示。图6中第一磁芯01和第二磁芯02结构形状相同，即由磁芯连接杆和两个磁芯端头组成。为了便于电磁感应式发电装置以及无线自发电开关的方便快速加工制造，从模块化设计的角度出发，第一磁芯01和第二磁芯02还可以被设计为分体式，如图7所示。分体式的第一磁芯01和第二磁芯02均包含三部分：一根用于固定自粘线圈之类的磁芯连接杆10以及第一磁芯端头11和第二磁芯端头12两个磁芯端头。对于分体式磁芯，为了减少必不可少的漏磁，磁芯连接杆10两端均具有一个凹槽13，而在磁芯端头11和12上则设计一个凸柱14，凹槽13与凸柱14相匹配从而将第一磁芯端头11和第二磁芯端头12分别安装在磁芯连接杆10的两端形成U形磁芯。

在自发电无线开关的电磁感应式发电装置中，如图8所示，当使用单一永磁体时其尺寸通常较大，成本较高。为了通过使用两块尺寸较小的永磁体以达到相近的效果，如图9所示，本发明进一步将永磁体设计为分体式，将两块尺寸较小的永磁体固定在永磁体连接件15的两端，永磁体连接件15的长度正好使块尺寸较小的永磁体位于U形磁芯的两个端面位置。永磁体连接件15在长度方向上的两个端面均设置有凹槽，两块尺寸较小的永磁体可插接固定在凹槽中。

本实施例提供的自发电无线开关的电磁感应式发电装置，其具有以下优点：

开关型磁路，结构简单，便于与各类自发电无线开关集成；磁芯、永磁体、线圈均可进行模块化设计，方便加工、制造，利于量产，具有明显成本优势；电磁感应式发电装置由较少零部件灵活组装而成，确保使用寿命长、可靠性高；电磁感应式发电装置的翘板式按键面板无须设计成往复式，与传统开关的使用方式一致，不改变用户的习惯，利于推广；可替代电池的使用，不污染环境，没有重复浪费；因为采用电磁感应式发电装置的自发电无线开关在使用时无需引线，即可固定在环境中，也可当作遥控开关，所以环境适应强；在潮湿的环境或者需要防爆的场所均可使用；无线开关由于通常直接接在市电等大电压中，存在触电等危险，安全等级要求高，采用电磁感应式发电装置的自发电无线开关比传统有线开关更加安全；采用电磁感应式发电装置的自发电无线开关，可随意布局开关位置和组合功能，无需打孔布线，使用方便；因为不像有线开关一样涉及要提前规划、复杂布线等问题，有效缩短照明施工周期，节约人工成本；采用电磁感应式发电装置的自发电无线开关即可用于新装，又可以直接替换原有普通开关，社会经济效益好。

Claims (10)

1.一种电磁感应式发电装置，其特征在于，包括相向放置的两个线圈组以及位于两个线圈组之间的永磁体，所述两个线圈组均包括绕制有线圈的U形磁芯，所述永磁体在按键面板的带动下转动，从而分别与两个U形磁芯接触形成闭合磁路。

2.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述U形磁芯的两个端面为斜面，所述斜面的角度与永磁体转动的角度相适应，使永磁体与U形磁芯接触时，U形磁芯的两个端面与永磁体贴合。

3.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述按键面板为翘板式按键面板，所述永磁体安装在所述按键面板转动的中心线位置。

4.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述按键面板转动的中心线位置设有凹槽，所述永磁体插接在所述凹槽内。

5.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述U形磁芯均为一体成型的磁芯。

6.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述U形磁芯均包括一根用于固定线圈的磁芯连接杆以及两个磁芯端头，两个磁芯端头分别固定在磁芯连接杆的两端形成U形磁芯。

7.如权利要求6所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述磁芯连接杆两端均设置有凹槽，所述两个磁芯端头上均设置有凸柱，所述凸柱插接在所述凹槽中。

8.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述永磁体为一体成型的磁体。

9.如权利要求1所述电磁感应式发电装置，其特征在于，包括两块永磁体，所述两块永磁体固定在永磁体连接件上，两块永磁体在永磁体连接件上的位置分别与U形磁芯的两个端面相对应。

10.如权利要求9所述电磁感应式发电装置，其特征在于，所述永磁体连接件的两端面均设置有凹槽，所述两块永磁体分别插接在两个凹槽中。