CN111837246B - 一种自发电组件及自发电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种自发电组件和自发电装置，自发电组件包括：压电材料层，横截面呈圆形；金属片，与压电材料层同轴布设且贴附于压电材料层的背面，包括一体设置的第一部分和第二部分，第二部分连接于第一部分的外周壁上，第二部分沿径向方向开设有多个槽体，多个槽体将第二部分分成多个金属条及连接于相邻两个金属条之间的连接部，多个金属条以第一部分的中心点为圆心呈放射状分布。本申请由于金属片的第二部分设有槽体，对自发电组件进行按压时，其具有更多的有效变形面积，通过设置开槽的结构，自发电组件可转变成可控区域的可控变形，进而能有效提高发电效率，发电量可提高60％至1倍左右。
Description
技术领域
本申请涉及自发电设备技术领域，具体涉及一种自发电组件及自发电装置。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
压电陶瓷片俗称蜂鸣片，其多应用于具有自发电功能的产品中，压电陶瓷片在受力如按压、外界震动或冲击的作用下会变形，变形后在两侧产生极性不同的电荷，可输出电荷量，进而可实现电能的输出。压电陶瓷片的应用较为广发，常见的应用如自发电按键、自发电开关、振动发电机等。
自发电元件受力产生形变后可输出电荷，而市面上出现的各种各样的自发电元件，在受力后发生的形变不规律，其发电效率较低，发电量也较低。为了提高对应自发电装置的发电量和发电效率，常用的方法是增加形变量，但是压电陶瓷片和金属片的使用寿命会大大降低，长期使用成本较高，难以满足实际应用的需求。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种自发电组件，旨在解决现有技术中的自发电元件的发电效率较低的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种自发电组件，包括：
压电材料层，横截面呈圆形；
金属片，与所述压电材料层同轴布设且贴附于所述压电材料层的背面，包括一体设置的第一部分和第二部分，所述第二部分连接于所述第一部分的外周壁上，所述第二部分沿径向方向开设有多个槽体，多个所述槽体将所述第二部分分成多个金属条及连接于相邻两个金属条之间的连接部，多个所述金属条以所述第一部分的中心点为圆心呈放射状分布。
在一个实施例中，所述第一部分大致呈圆形，多个所述金属条连接于所述第一部分的周缘。
在一个实施例中，所述金属条为矩形条、扇形条或梯形条。
在一个实施例中，所述槽体的横截面呈扇形，所述槽体的宽度从所述第一部分的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。
在一个实施例中，所述槽体靠近所述第一部分的一端朝向所述第一部分的中心位置弯曲。
在一个实施例中，所述槽体在相邻的两个所述金属条之间的连接处圆滑过渡，且该连接处朝远离所述第一部分中心位置的方向弯曲。
在一个实施例中，所述槽体的两直线边间的圆心角的角度小于所述金属条两直线边间的圆心角的角度。
在一个实施例中，所述槽体的两直线边间的圆心角的角度设置为所述金属条两直线边间的圆心角的角度的十分之一至二分之一之间。
在一个实施例中，所述第一部分的宽度小于等于所述压电材料层直径的一半。
在一个实施例中，所述第一部分的宽度小于等于所述压电材料层直径的一半且大于所述压电材料层直径的三分之一。
在一个实施例中，各所述金属条的长度相等。
在一个实施例中，各所述金属条具有相对所述压电材料层伸出的延伸段，且各所述延伸段的长度相等，所述连接部连接于相邻的两个所述延伸段之间。
在一个实施例中，所述金属片为铜片、不锈钢片或马口铁片。
本申请的另一目的在于提供一种自发电装置，包括上述自发电组件。
在一个实施例中，所述自发电装置还包括壳体及设置于所述壳体上的按键，所述按键被按压后所述自发电组件能发生形变。
本申请提供的自发电组件的有益效果在于：本申请实施例提供的自发电组件，金属片的第二部分具有槽体，相较于两个圆形的压电材料层和金属片层叠的结构而言，对自发电组件进行按压时，各处形变的朝向和变形量能趋于一致，其具有更多的有效变形面积，通过设置开槽的结构，金属片可转变成可控区域的可控变形，进而能有效提高发电效率，具有上述自发电组件的发电装置，其可提高60％至1倍左右的发电量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或示范性技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请一实施例提供的自发电组件的结构示意图；
图2为图1所示自发电组件中金属片的结构示意图；
图3为图1所示自发电组件受力被按压时的电荷分布图；
图4为本申请另一实施例提供的自发电组件的结构示意图；
图5为一对比例提供的自发电组件受力被按压时的电荷分布图；
图6为本申请实施例提供自发电装置的立体结构示意图；
图7为图6所示自发电装置的爆炸示意图。
其中，图中各附图标记：
1-自发电组件；10-压电材料层；20-金属片；21-第一部分；22-第二部分；23-焊盘；220-金属条；221-槽体；230-连接部；30-自发电装置；310-壳体；311-底壳；312-上盖；320-开关按键；330-电路板。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
图5示出了一对比例提供的自发电组件受力被按压时的电荷分布情况，自发电组件为压电片，其压电材料层采用圆形的压电陶瓷片，压电片包括两个粘固在一起的圆形压电陶瓷片和圆形金属片，通过锅仔片对压电陶瓷片的中间位置进行按压时，压电片产生变形，但其形变不均匀不规则，由于压电片是靠变形空间的外框一圈撑着压电片的边缘，压电片受力形变时各个部位的受力方向和强度都不均匀规律，导致形变不规则。压电片由圆形面向球面变形，其变形后产生了多个弯曲方向不同的凹窝，弯曲方向不同的凹窝上下两侧的电荷极性不同，不可避免地产生正负电荷中和而相互抵消的现象，因此其实际的发电效率被大大地削弱。采用这种结构的压电材料层被按压后受力形变不规律，不可控变形的区域较多，发电效率较于理论值相差较大。
如图1～2所示，本申请实施例提供的自发电组件1，包括同轴布设的压电材料层10和金属片20，金属片20贴附于压电材料层10的背面，如通过粘接的方式附着于压电材料层10的背面。压电材料层10可以但不限于采用压电陶瓷片，金属片20可以但不限于采用铜片、不锈钢片或马口铁片，还可以是其它可支持形变、具有抗疲劳特点，且受力撤销后能借助自身的弹性恢复力恢复形变的其它金属材质。压电材料层10为圆形片；金属片20包括一体设置的第一部分21和第二部分22，第二部分22连接于第一部分21的周缘。第二部分22沿径向方向开设有多个槽体221，槽体221径向方向的两端是封闭的，轴向方向的两侧开开口，该多个槽体221将第二部分22分成多个金属条220及连接于相邻两个金属条200之间的连接部230，各连接部230分别呈扇形，该多个金属条220以第一部分21的中心点为圆心呈放射状分布。如图1、图3所示，本实施例中的自发电组件1，通过在金属片20的第二部分22上进行开槽，对自发电组件1进行按压时，金属片20发生的变形可控效果好，产生的形变较为规律，各处形变的朝向和变形量能趋于一致，减弱或消除了按压自发电组件1被按压时在两面产生的正负电荷中和相抵消的情况，因此可有效提高发电效率，较为规律的形变能产生更多的电荷，因此发电量有显著的提高。
本实施例提供的自发电组件1，金属片20的第二部分22具有槽体221，相较于两个圆形的压电材料层和金属片层叠的结构而言，对自发电组件1进行按压时产生较规律的形变，各处形变的朝向和变形量能趋于一致，其具有更多的有效变形面积，通过设置槽体221的结构，自发电组件1可转变成可控区域的可控变形，进而能有效提高发电效率，具有上述自发电组件1的发电装置，其发电量可提高60％至1倍左右。
在一实施例中，如图2所示，金属片20的第一部分21大致呈圆形，多个金属条220连接于第一部分21的周缘。各槽体221的形状大小相同，各金属条220两侧直线边间的圆心角的角度相同。具体加工时，采用圆形的金属片20为原料，对该圆形金属片20切掉相同大小的多个扇形块，剩余的部分就是金属片20的成品。
金属条220的数量可根据实际应用环境进行设置，金属条220的数量可以是3～20个或更多个，具体金属条220的数量可以是3～10个，如设置4个、6个、8个、10个等。如图2所示，金属条220的数量设置为6个；如图4所示，金属条220的数量设置为10个，槽体221的宽度比设置有6个金属条220的槽体221时的宽度更小。
在一实施例中，金属条220可以是矩形条、扇形条或梯形条。如图2所示，各金属条220为扇形条，金属条220的宽度从第一部分21的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。可以理解地，各金属条220也可以是矩形条，设置为矩形条时布设密度可设置得更大些。
在一实施例中，槽体221的横截面呈扇形，槽体221的宽度从第一部分21的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。
在一实施例中，如图1、图2所示，槽体221靠近第一部分的一端(图2中的位置A处)朝向第一部分21的中心位置弯曲。也就是说，槽体221的槽壁靠近第一部分21的位置是朝向第一部分21的中心位置弯曲的，这样在按压自发电组件1时，在该处产生的形变更为规律。如图4所示，可以理解地，当槽体221的两个直线边间的圆心角的角度远小于金属条220两直线边间的圆心角的角度时，槽体221的槽壁对应第一部分21的位置也可以朝向远离第一部分21的中心位置弯曲。
在一实施例中，如图2所示，槽体221的两直线边间的圆心角的角度设置为小于金属条220两直线边间的圆心角的角度。即两个相邻的金属条220的相邻两直线边间的圆心角的角度小于该金属条220两直线边间的圆心角的角度。在扇形条与槽体221的对应位置处，槽体221的宽度小于金属条220的宽度，槽体221的宽度可设置为远小于金属条220的宽度。具体地，槽体221的两直线边间的圆心角的角度可设置为金属条220两直线边间的圆心角的角度的十分之一至二分之一之间。
在一实施例中，第一部分21的宽度小于等于压电材料层10直径的一半。第一部分21的宽度可根据实际需要进行调整，这样，金属片20的抗疲劳能力和自发电组件1的发电量可同时兼顾。具体第一部分21的宽度可设置为小于等于压电材料层10直径的一半且大于压电材料层10的直径的三分之一。
在一实施例中，各金属条220的长度相等，金属条220可设置为与压电材料层10的周缘齐平或者有一部分伸出压电材料层10的周缘。
在一实施例中，各金属条220具有相对压电材料层10伸出的延伸段，且各延伸段的长度相等，各连接部230连接于相邻的两个延伸段之间，金属条220的延伸段及连接部可分别抵靠固定在自发电装置的壳体上。也就是说，第二部分22的周缘是固定在固定面或安装面上的，对自发电组件1施力，中间产生形变。
本申请实施例提供的自发电装置30，可以但不限于是按压式的自发电装置，自发电装置30包括上述实施例的自发电组件1，金属片20中的一个金属条220的表面靠近外缘的位置可设有用于接线的焊盘23，以将电流导出。由于对金属片20进行开槽设置，其具有更多的有效变形面积，同时，通过设置槽体221的结构，自发电组件1可转变成可控区域的可控变形，进而能有效提高发电效率，具有上述自发电组件1的发电装置，其发电量可提高60％至1倍左右的发电量。
在一实施例中，如图6、图7所示，自发电装置30还包括壳体310及设置于壳体310上的按键，按键正对自发电组件1的正面设置，按键被按压后自发电组件1能发生形变，按键按压后可自动复位。按键可正对压电材料层10设置。自发电装置30为自发电开关，壳体310可包括底壳311和上盖312，上盖312卡装与底壳311上，开关按键320设置在上盖312的中央位置，开关按键320呈圆形，壳体310内设有电路板330，通过连接线与金属条220上的焊盘23实现连接，开关按键320被按压后自发电组件1输出电荷至电路板330。
以上仅为本申请的可选实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种自发电组件，其特征在于：包括：
压电材料层，横截面呈圆形；
金属片，与所述压电材料层同轴布设且贴附于所述压电材料层的背面，包括一体设置的第一部分和第二部分，所述第二部分连接于所述第一部分的外周壁上，所述第二部分沿径向方向开设有多个槽体，多个所述槽体将所述第二部分分成多个金属条及连接于相邻两个金属条之间的连接部，多个所述金属条以所述第一部分的中心点为圆心呈放射状分布；
所述第一部分大致呈圆形，多个所述金属条连接于所述第一部分的周缘；
所述槽体靠近所述第一部分的一端朝向所述第一部分的中心位置弯曲；
所述槽体在相邻的两个所述金属条之间的连接处圆滑过渡，且该连接处朝远离所述第一部分中心位置的方向弯曲；
各所述金属条具有相对所述压电材料层伸出的延伸段，且各所述延伸段的长度相等，所述连接部连接于相邻的两个所述延伸段之间，所述金属条的延伸段及连接部分别抵靠固定在自发电装置的壳体上。
2.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述金属条为矩形条、扇形条或梯形条。
3.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述槽体的横截面呈扇形，所述槽体的宽度从所述第一部分的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。
4.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述槽体的两直线边间的圆心角的角度小于所述金属条两直线边间的圆心角的角度。
5.如权利要求4所述的自发电组件，其特征在于：所述槽体的两直线边间的圆心角的角度设置为所述金属条两直线边间的圆心角的角度的十分之一至二分之一之间。
6.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述第一部分的宽度小于等于所述压电材料层直径的一半。
7.如权利要求6所述的自发电组件，其特征在于：所述第一部分的宽度小于等于所述压电材料层直径的一半且大于所述压电材料层直径的三分之一。
8.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：各所述金属条的长度相等。
9.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述金属片为铜片、不锈钢片或马口铁片。
10.一种自发电装置，其特征在于：包括权利要求1所述自发电组件。
11.如权利要求10所述的自发电装置，其特征在于：所述自发电装置还包括壳体及设置于所述壳体上的按键，所述按键被按压后所述自发电组件能发生形变。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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