[发明专利]基于中空压电换能器的灯具开关用发电装置

说明书

技术领域

本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种基于中空压电换能器的灯具开关用发电装置，用于灯具遥控开关供电。

背景技术

利用压电发电装置构造无电池遥控器及灯具开关的专利国内早有申请，但因发电装置结构及发电能力等方面的存在一定的不足和弊端，至今尚无成功的推广应用。例如，中国发明专利200520111441.5和00817016.9 分别介绍了两种基于打击、撞击方式的压电发电装置，中国发明专利 200520008424.9介绍了一种利用按键为压电元件施力的发电装置及其遥控器。上述专利中，利用的都是单个压电振子，其一次发电操作产生的能量根本无法满足遥控器发射系统的功率需求，而只能采用多次发电存储累积的方法供电，不符合遥控器、尤其是固定式灯具开关的操作习惯。因此，发明人曾提出了两种拨动式压电自供电的遥控器:中国发明专利200810051579.9、200810051157.1，但随后的开发实践表明，上述自供电遥控器的发电操作方案难以实现：专利200810051579.9 的按钮因缺少必要的导向限位无法可靠地拨动压电振子并顺利复位、可靠性较差；专利200810051157.1和200820072434.2通过转动拨齿拨动悬臂梁压电振子，其结构及运动过程复杂，微小的摩擦磨损即可导致拨齿失效，且制造成本较高。针对上述拨动式压电发电装置的不足，发明人再次提出一种新的拨动式发电装置:中国专利 201010165882.9，实践表明，该结构发电装置易于加工制作、并可产生足够的电能用于遥控器发射系统供电，不足之处是难以实现多个灯具的控制,无法设个多个按键、一个开关仅能控制一个灯，且同样存在运动式触发机构部件因摩擦磨损而失效、以及拨动过程中产生噪音等问题。

发明内容

本发明提供一种基于中空压电换能器的灯具开关用发电装置，用于固定式灯具遥控开关供电，以解决现有压电发电方案因发电能力弱、操作不便或结构不合理等原因而难于推广应用等问题。

本发明采取的技术方案是：上壳体端部固定连接销轴、电路板与上壳体内部支座固定连接，压板通过螺钉与上壳体内部固定连接，上表面安装有开关按钮，下壳体上设有连接耳，导向板通过螺钉与下壳体固定连接，施力销轴与导向板内部滑动连接，1-10个中空压电换能器位于下壳体内，压板与施力销轴压接，施力销轴与导电橡胶压块粘接、导电橡胶压块与中空压电换能器中的压电振子粘接，上壳体和下壳体通过连接销轴与连接耳上的孔铰接。

所述中空压电换能器由导电橡胶支撑环、两个圆形金属片及两个圆形压电晶片构成，所述压电晶片粘接于所述金属片上构成压电振子，金属片镶嵌于导电橡胶支撑环的环槽内；不同中空压电换能器的金属片过导线一连接，同一个中空压电换能器的压电晶片由导线二经金属片上的孔连接；金属片和压电晶片再经导线组一与电路板上的电源电路连接，该电源电路再通过导线组二与开关按钮相连。

对于本发明所提出的基于中空压电换能器的发电装置，所用压电振子中陶瓷的直径和厚度过大或过小都会是发电量降低，存在最佳的半径比:压电晶片半径与金属板半径之比和厚度比:压电晶片厚度与压电振子总厚度之比,使发电量最大。陶瓷晶片直径与金属板直径相等时，陶瓷晶片边缘处受拉应力、而中心部分受压应力，分别产生正、副电荷，互相抵消，故使发电能力降低。所用压电振子的最佳半径比和厚度比由发电量                                                公式求得：即、。式种，为发电量，定义为半径比，、分别为金属基板半径和压电晶片半径；，定义为厚度比，、分别为压电晶片和金属基板厚度；为压电材料的机电耦合系数；，，，、分别为基板和压电材料的杨氏模量，、分别为基板和压电材料的泊松比；和分别为压电-金属复合层的等效弯曲刚度、等效杨氏模量及等效泊松比； 为压电振子所受外力。

在本发明中，按下所述按钮时,按钮接通、并带动上壳体及其内部的电路板和压板沿着端部销轴转动，同时，随上壳体转动的压板推动施力销轴运动，施力销轴再通过导电橡胶压块迫使压电振子发生弯曲变形；随上壳体的持续转动，压电振子的变形量逐渐增加，直至上壳体内的压板接触到下壳体上的导向板，此为发电过程；释放按纽、外力去除后，按钮断开，压电振子在其自身弹性力的作用恢复变形、并通过导电橡胶压块、施力销轴和压板推上壳体回转至初始位置。