CN108134502A - 一种自发电开关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自发电开关技术领域，提供了一种自发电开关装置，包括，永磁组件和线圈，所述永磁组件包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和第二永磁体同极相对固定设置；所述永磁组件与所述线圈耦合，所述永磁组件与所述线圈之间可相对运动，当所述永磁组件与所述线圈发生相对运动时，所述线圈产生感应电压。本发明通过一对同极相对固定设置的永磁铁，以及与所述永磁铁耦接的线圈，通过所述线圈和所述永磁铁相对位置的变化，提高线圈感应时的磁通量变化率，进而提高自发电开关的发电功率，保证远距离响应的可靠性和稳定性。

Description

一种自发电开关装置

【技术领域】

本发明涉及自发电开关技术领域，特别是涉及一种自发电开关装置。

【背景技术】

随着绿色环保概念的普及，少用电池和采用无电池的技术解决方案被越来越多的关注。其中，以遥控领域为例，采用自发电的遥控触发端，并结合由***供电的响应端，形成了一套无需电池供电的解决方案。

由此，自发电开关装置的研发也被业内越来越重视，其中，如图1所示的自发电开关是目前普及率最高的，因为其要求的开关做工幅度较小，并且体积较小，因此受到了各大自发电器件开发商的青睐。

然而，如图1所示的现有技术中的自发电开关装置，其实现原理是将永磁铁A***环形线圈B内部，并通过上下拨动所述永磁铁A，带来线圈B内磁通量的改变而发电，但是，现有技术中的自发电开关装置仍然存在发电量较小，造成自发电触发端和响应端之间距离受其发电功率影响，无法实现远距离响应的问题。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是自发电开关的发电功率较小而无法实现远距离响应的问题。

本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种自发电开关装置，包括：永磁组件和线圈，所述永磁组件包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和第二永磁体同极相对固定设置；所述永磁组件与所述线圈耦合，且可相对所述线圈运动，所述永磁组件在相对于所述线圈发生位置变化时，由所述线圈产生感应电压。

优选的，所述永磁组件贯穿所述线圈的卷绕区域。

优选的，还包括U形限位槽，所述永磁组件设置在所述U形限位槽的槽位中，所述U形限位槽的两臂构成所述永磁组件的可移动区域。

优选的，所述U形限位槽为磁性材料制作而成，且所述U形限位槽贯穿所述线圈的卷绕区域。

优选的，还包括软磁体，所述软磁体贯穿所述线圈的卷绕区域内，且所述永磁组件在相对于所述线圈发生位置变化时，与所述软磁体的一侧接触，使得所述软磁体的磁通量方向相应地发生变化。

优选的，所述软磁体为U形结构，所述软磁体的U形两臂构成所述永磁组件的可移动区域。

优选的，还包括用于固定第一永磁体和第二永磁体的固定件。

优选的，还包括开关拨片，所述开关拨片用于拨动所述永磁组件，使所述永磁组件相对所述线圈运动。

优选的，还包括开关拨片，所述开关拨片用于拨动所述线圈，使所述永磁组件相对所述线圈运动。

优选的，还包括信号处理电路板，所述线圈的两端连接到所述信号处理电路板的电源输入接口的两端，用于给信号处理电路板提供电源输入。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过一对同极相对固定设置的环形永磁铁，以及与所述环形永磁铁耦接的线圈，通过所述线圈和所述环形永磁铁相对位置的变化，提高线圈感应时的磁通量变化率，进而可提高自发电开关的发电功率，保证远距离响应的可靠性和稳定性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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是本发明提供的现有技术中的一种自发电开关装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种自发电开关装置中发电模块的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种自发电开关装置中发电模块的结构剖视图；

图4是本发明实施例提供的另一种自发电开关装置中发电模块的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种自发电开关装置中永磁体的磁感线示意图；

图6是本发明实施例提供的一种自发电开关装置中永磁体和线圈位移示意图；

图7是本发明实施例提供的一种自发电开关装置中另一方向的永磁体和线圈位移示意图；

图8是本发明实施例提供的另一种自发电开关装置中发电模块的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种带开关键的自发电开关装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种带开关键的自发电开关装置的工作状态示意图；

图11是本发明实施例提供的另一种带开关键的自发电开关装置的工作状态示意图；

图12是本发明实施例提供的另一种带开关键的自发电开关装置的示意图；

图13是本发明实施例提供的还一种带开关键的自发电开关装置的示意图；

图14是本发明实施例提供的一种带开关键和信号处理电路板的自发电开关装置的结构示意图；

图15是本发明实施例提供的还一种自发电开关装置中发电模块的结构示意图；

图16是本发明实施例提供的还一种自发电开关装置中发电模块的剖视图；

图17是本发明实施例提供的还一种带开关键和信号处理电路板的自发电开关装置的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的还一种带开关键和信号处理电路板的自发电开关装置的工作状态示意图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义。而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1:

本发明实施例1提供了一种自发电开关装置，如图2、图8和图15所示，包括：永磁组件1和线圈4，所述永磁组件1包括第一永磁体11和第二永磁体12，所述第一永磁体11和第二永磁体12同极相对固定设置；所述永磁组件1与所述线圈4耦合，且可相对所述线圈4运动，所述永磁组件1在相对于所述线圈4发生位置变化时，由所述线圈4产生感应电压。

其中，在具体应用实现本发明实施例时，所述第一永磁体11和第二永磁体12可以采用环形结构、条形结构、柱形结构等等，但是，通过实际测试，环形结构的永磁体能够带来其相对固定设置间距最优，且固定相对更为简便和稳定。具体在后续实施例中展开阐述。

本实施例通过一对同极相对固定设置的环形永磁铁，以及与所述环形永磁铁耦接的线圈，通过所述线圈和所述环形永磁铁相对位置的变化，提高线圈感应时的磁通量变化率，进而提高自发电开关的发电功率，保证远距离响应的可靠性和稳定性。

在本发明实施例中，所述永磁组件1与所述线圈4耦合方式至少包括以下几种：

耦合方式一：

直接将所述永磁组件1穿插在所述线圈4的卷绕区域中，如图2所示即为所述耦合方式的结构示意图。如图2所示，所述线圈4可以预先卷绕在一模具41中，所述模具41设置有用于贯穿所述永磁组件1的通孔，使得所述电磁组件1能够被设置在所述模具41通孔中，并且能够沿所述通孔中轴线平行方向上实现来回运动。

耦合方式二：

将所述永磁组件1贯穿在所述线圈4的卷绕区域中，并且，在所述线圈4的卷绕区域中增设一由磁性材料制作而成的U形限位槽5，所述U形限位槽5贯穿于所述线圈4的卷绕区域中，如图8所示，相比较耦合方式一而言，耦合方式二能够进一步通过永磁组件1运动过程中与所述U形限位槽5的接触，提高线圈4中的磁通量的变化量，从而提高发电功率。

耦合方式三：

将所述永磁组件1设置在所述线圈4的卷绕区域之外，并且，设置一由磁性材料(例如：软磁体)制作而成的U形限位槽贯穿线圈4的卷绕区域，如图15所示，当永磁组件1在相对于所述线圈4发生位置变化时，与磁性材料制作而成的该U形限位槽接触，使得该U形限位槽5的磁通量方向发生变化，由此线圈4产生感应电压。

在耦合方式二和耦合方式三中，采用U形限位槽5和永磁组件1结构并非是实现永磁组件1与贯穿线圈4的卷绕区域的磁性材料接触的唯一方式。在本发明具体可选的实现方式中，还可以采用条形软磁体6(即U形限位槽5的替代结构)和带金属托板132的永磁组件1实现永磁组件运动过程中与所述条形软磁体6的接触。如图4所示，其中，软磁体6的长度小于永磁组件1中两侧托板132的间隔距离，从而使得在所述永磁组件1相对线圈4完成相对位移时，能够分别与所述软磁体6的两侧接触，从而改***磁体6的磁力线密度。

作为本发明实施例所适用的完整的自发电开关装置，通常装置还包括信号处理电路板8，如图14所示，具体的：

所述线圈4的两端接口连接到所述信号处理电路板8的电源输入接口的两端，用于给信号处理电路板8中各芯片单元提供电源输入。

实施例2:

本发明实施例是基于实施例1中所提出的永磁组件1和线圈4之间的耦合方式一，进一步针对实施例1中所涉及的所述永磁组件1在相对于所述线圈4发生位置变化，以及所述第一永磁体11和第二永磁体12同极相对固定设置，给予一可行的实现方案阐述。如图2和图3所述，永磁组件1除包括所述第一永磁体11和第二永磁体12以外，还包括永磁体固定件13，所述永磁体固定件13用于完成所述第一永磁体11和第二永磁体12同极相对固定设置，具体的：

所述第一永磁体11和第二永磁体12同极相对设置；所述永磁体固定件13的连杆131穿过所述第一永磁体11的中空区域和第二永磁体12的中空区域，所述永磁体固定件13的托板132设置在所述连杆131两端，使得所述第一永磁体11和第二永磁体12实现同极相对固定；

其中，所述连杆131和托板132之间优选的是采用螺丝固定，即连杆131的两端设置有螺孔，而托板132对应所述螺孔位置设置有通孔，并通过螺丝完成两者的固定；并且，其中还可以采用一侧托板132与连杆131一体成型/预先焊接好的方式，而提供另一侧托板与连杆之间的螺丝固定，从而进一步简化安装。除了可以采用螺丝固定以外，还可以采用Ω卡扣固定的方式，但是相对而言固定效果还是螺丝固定更优。

所述线圈4嵌套在所述第一永磁体11和第二永磁体12的连接处，并在线圈4与所述第一永磁体11和第二永磁体12连接处相对位置的变化时，由所述线圈4产生感应电压。

在具体实现中，为了保证第一永磁体11和第二永磁体12之间的耦合紧密度，以及考虑需要产生较大发电量情景下，所采用的第一永磁体11和第二永磁体12自身的磁力强度需要选择较大，此时，优选的是在第一永磁体11和第二永磁体12同极相向拼接地方增设一垫片14(如图3所示)，所述垫片14可以是塑料材料制作的，还可以是陶瓷、二氧化硅等无机材料制作得到。

本发明实施例通过一对同相设置的环形永磁铁，以及相对于所述环形永磁铁连接处环绕设置的线圈，通过所述线圈和所述环形永磁铁连接处的相对位置的变化，产生高强度的切割磁感线，从而提高了自发电量。

参考图5所示的第一永磁体11和第二永磁体12同极相对设置后的磁感线的示意图(其中，以第一永磁体11和第二永磁体12同S极相对设置为例)，并通过图6和图7所示的自发电开关装置的运动状态进行效果的阐述。其中，第一永磁体11和第二永磁体12的连接位置相对于线圈4的移动方式至少存在以下几种：

移动方式一、从中间移动到左侧，例如从图2状态变化为图6状态；

移动方式二、从中间移动到右侧，例如从图2状态变化为图7状态；

其中，移动方式一和移动方式二可以组合起来实现，即可提供一种对应所述自发电开关装置的开关操作动作，即往返拨动能够带动所述线圈4或者永磁组件1往返运动的拨片/按钮。

移动方式三、从左侧移动到右侧，例如从图6状态变化为图7状态；

移动方式四、从右侧移动到左侧，例如从图7状态变化为图6状态。

其中，上述各移动方式存在一个共同的特性，即第一永磁体11和第二永磁体12的连接处在线圈4覆盖宽度区域内有一定的位移。通过图5可以看出，在所述第一永磁体11和第二永磁体12的连接处磁感线的方向是发生180°旋转的，因此，相比较现有技术中仅仅通过单一永磁铁在线圈中的运动所产生的相对于线圈的磁通量的变化，本发明实施例的方案能够进一步将磁通量的变化量提高，从而有效的改善现有技术中自发电量不充足的问题。

在本发明实施例1中阐述了自发电开关装置的核心要件的结构和相应的实现原理，所述实施例1在具体应用环境下通常需要设置限位槽，因此，结合本发明实施例1，存在一种可行的扩展方案，如图13和图3所示，所述装置还包括U形限位槽5，具体的：

所述由第一永磁体11、第二永磁体12和永磁体固定件13构成的第一组件设置在所述U形限位槽5的槽位中，所述U形限位槽5的两臂构成所述第一组件的可移动区域。

基于上述提供了U形限位槽5的应用场景，在本发明实施例还存在一种优化的实现方式，即所述U形限位槽5为磁性材料制作而成。以图2所示的布局结构，再参考图6和图7所示的自发电开关装置的工作状态，所述U形限位槽5为磁性材料制作而成，在拨动或者按动操作动作下，可带动所述永磁组件1加速完成初始位置到目的位置的切换(例如：初始位置如图3所示，而目的位置如图6或者图7所示)，从而进一步提高单位时间内所述线圈4中磁通量的变化量，相比较不采用磁性材料制作的U形限位槽5能够产生更大的自发电量。以图5所示的永磁组件1极性结构为例，则所述U形限位槽5应该制作成凹槽内侧为S极，凹槽外侧为N极的磁性结构。并且，在本实现方案中，所述U形限位槽5具体可以采用软磁体材料制作，从而可以减小U形限位槽5和永磁组件1在接触时产生的噪音。在实际应用中，单纯的采用软磁体材料制作U形限位槽5可能无法保证刚性的限位需求，此时，还可以采用内层为软磁体材料，外层为钢料的双层结构的U形限位槽5来保证所述刚性的限位要求。

实施例3:

本发明实施例是基于实施例1中所提出的永磁组件1和线圈4之间的耦合方式二，进一步针对实施例1中所涉及的所述永磁组件1在相对于所述线圈4发生位置变化，以及所述第一永磁体11和第二永磁体12同极相对固定设置，给予一可行的实现方案阐述。如图8所示，在本发明实施例中：

所述线圈4被设置在具有两通孔的模具41的外圈上，其中，模具41的第一通孔411用于穿过所述第一组件中的第一永磁体11和第二永磁体12；模具41的第二通孔412用于穿过所述U形限位槽5的底板。其中，所述模具41与永磁组件1和U形限位槽5的安装，可以采用模具41自身为切割所述第一通孔411和第二通孔412的上下两节组合式的结构(如图8所示)，并在完成所示模具41与永磁组件1和U形限位槽5的嵌套结构后，再在所示模具41的外环设置线圈4。

本发明实施例(如图8所示)相比较实施例2(如图2所示)的位置结构的区别点在于：将所述U形限位槽5和永磁组件1都嵌套到所述线圈4所构成的环形结构内部，因此，永磁组件1在被拨动并产生相对线圈4的位移，尤其是在永磁组件1的一端与U形限位槽5的一边侧壁接触时，永磁组件1将改变所示U形限位槽5所具有的磁力线密度，进一步提高线圈4内部磁通量的变化强度，从而增强自发电量。进一步考虑到永磁组件1和U形限位槽5之间还隔着托板132，因此，为了提高永磁组件1在抵达目的位置时(如图6或者图7所示，即托板132与U形限位槽5的内壁发生接触)对U形限位槽5的磁力线密度影响的大小，优选的是所述托板132采用可磁化的金属材料制作。然而，若从减少开关操作所带来的噪音考虑，则所述托板132还可采用具有弹性的塑料材料制作。

作为一种可选的带动所述永磁组件1运动的实现方案，具体为采用拨片的实现方式，如图9所示，装置还包括开关拨片7，具体可以采用以下两种实现方式：

拨片方式一，如图10所示，所述开关拨片7与所述永磁体固定件13的托板132相连，以便通过拨动所述开关拨片7实现由第一永磁体11、第二永磁体12和永磁体固定件13构成的第一组件相对于线圈4来回移动。

拨片方式二，如图11所示，所述开关拨片7与固定线圈4的模具41相连，以便通过拨动所述开关拨片7实现所述线圈4相对于所述第一组件来回移动。其中，在拨片方式二中由于托板132就可以起到限位的作用，因此，存在一种更精简的结构，甚至于不需要图11所示的U形限位槽5情况下也能满足设计需求。

上述两种布局开关拨片7的实现方式在具体实现中都是可行的，其中，拨片方式一相比较拨片方式二来说，由于需要为永磁组件1提供额外的活动空间，因此，整个自发电开关装置的体积相比较拨片方式二来说会更大；而对于拨片方式二来说，因为要克服线圈4来回运动时和信号处理电路板8之间连接接口的疲劳问题，会进一步的提高制造成本。例如：对于拨片方式一来说，仅仅需要普通的导线焊接，便能够将线圈4的电流输出端口与信号处理电路板8连接；而对于拨片方式二来说，则需要设置相应的弹片和滑杆的组合结构，通过将线圈4的电流输出端分别连接两弹片，所述弹片在所述线圈4来回拨动时，保持与所述滑杆的接触，并且，相应的两根滑杆分别与信号处理电路板8上的电源输入电极相连。

需要指出的是，图10和图11仅仅给出了多种可实现的开关拨片7与永磁组件1完成耦合的方式中的一种，其它的类似将开关拨片7和托板132制作成一体的结构，即利用开关拨片7的槽壁直接充当托板132使用；或者是在开关拨片7的槽壁上设置可穿过永磁组件1的通孔，而将开关拨片7与永磁组件1自身完成耦合的方式等等，均属于本发明实施例的保护范围之内。另外，如图10和图11所示也仅仅给予了一种拨片的控制方式，而在具体实现方式中，也可以采用按钮的方式来完成，具体的，如图12所示，为了适应按钮的操控方式，其中，开关按钮9与所述永磁组件1一侧的托板132完成固定，而永磁组件1另一侧上的托板则通过弹簧10与U形限位槽5的侧壁51形成复位结构，而为了进一步保证永磁组件1与U形限位槽侧壁51靠近/接触，优选的是在与所述限位槽侧壁51同侧托板132上设置弹簧储纳槽，如图13所示。需要强调的是，本发明实施例中具体提供的使用开关拨片7实现永磁组件1与线圈4之间完成磁力线切割的方式同样也适用于本发明其它各实施例，在此不再赘述。

实施例4：

上述实施例2和实施例3分别针对实施例1中提供的耦合方式一和耦合方式二给予了一种具体可行的结构实例。而本发明实施例则是从实施例1中所提出的耦合方式三作为阐述技术方案的技术核心点，提供一种切实可行的结构解决方案，如图15和图16所示，自发电开光装置包括永磁组件1、U形限位槽5和线圈4，其中，永磁组件1包括：第一永磁体11、第二永磁体12和永磁体固定件13，具体的：

所述第一永磁体11和第二永磁体12同极相对设置；所述永磁体固定件13的连杆131穿过所述第一永磁体11的中空区域和第二永磁体12的中空区域，所述永磁体固定件13的托板132设置在所述连杆131两端，使得所述第一永磁体11和第二永磁体12实现同极相对固定；

所述线圈4被设置在模具的第二通孔的外圈上，其中，模具的第二通孔用于穿过所述U形限位槽5的底板；模具的第一通孔用于穿过所述第一组件中的第一永磁体11和第二永磁体12。本发明实施例中，所述U形限位槽5为磁性材料制作而成。具体工作时，永磁组件1从U形限位槽5的一端移动到另外一端，由此带来U形限位槽5的磁通量方向发生变化，线圈4由此产生感应电压。

在具体实现中，为了保证第一永磁体11和第二永磁体12之间的耦合紧密度，以及考虑需要产生较大发电量情景下，所采用的第一永磁体11和第二永磁体12自身的磁力强度需要选择较大，此时，优选的是在第一永磁体11和第二永磁体12同极相向拼接地方增设一垫片14(如图16所示)，所述垫片14可以是塑料材料制作的，还可以是陶瓷、二氧化硅等无机材料制作得到。

作为一种可选的带动所述永磁组件1运动的实现方案，具体为采用拨片的实现方式，如图17所示，装置还包括开关拨片7，具体可以采用以下实现方式：

如图18所示，所述开关拨片7与所述永磁体固定件13的托板132相连，以便通过拨动所述开关拨片7实现由第一永磁体11、第二永磁体12和永磁体固定件13构成的第一组件相对于线圈4来回移动。

作为本发明实施例所适用的完整的自发电开关装置，通常装置还包括信号处理电路板8，如图17所示，具体的：

所述线圈4的两端接口连接到所述信号处理电路板8的电源输入接口的两端，用于给信号处理电路板8中各芯片单元提供电源输入。

基于一共同的发明构思，在实施例1中所适用的相关扩展实现方案和优选的实现方案，在无需创造性劳动下经过适当推导便可应用于本发明实施例2的相关技术内容所获得的新的改进方案也属于本发明实施例的保护范围内，在此，不一一赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自发电开关装置，其特征在于，包括：永磁组件和线圈，所述永磁组件包括第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体和第二永磁体同极相对固定设置；所述永磁组件与所述线圈耦合，所述永磁组件与所述线圈之间可相对运动，当所述永磁组件与所述线圈发生相对运动时，所述线圈产生感应电压。

2.根据权利要求1所述的自发电开关装置，其特征在于，所述永磁组件贯穿所述线圈的卷绕区域。

3.根据权利要求2所述的自发电开关装置，其特征在于，还包括U形限位槽，所述永磁组件设置在所述U形限位槽的槽位中，所述U形限位槽的两臂构成所述永磁组件的可移动区域。

4.根据权利要求3所述的自发电开关装置，其特征在于，所述U形限位槽为磁性材料制作而成，且所述U形限位槽贯穿所述线圈的卷绕区域。

5.根据权利要求1所述的自发电开关装置，其特征在于，还包括软磁体，所述软磁体贯穿所述线圈的卷绕区域内，当所述永磁组件在相对于所述线圈发生位置变化时，所述软磁体的磁通量方向相应地发生变化。

6.根据权利要求5所述的自发电开关装置，其特征在于，所述软磁体为U形结构，所述软磁体的U形两臂构成所述永磁组件的可移动区域。

7.根据权利要求1-6任一所述的自发电开关装置，其特征在于，还包括用于固定第一永磁体和第二永磁体的固定件。

8.根据权利要求1-6任一所述的自发电开关装置，其特征在于，还包括开关拨片，所述开关拨片用于拨动所述永磁组件，使所述永磁组件相对所述线圈运动。

9.根据权利要求1-6任一所述的自发电开关装置，其特征在于，还包括开关拨片，所述开关拨片用于拨动所述线圈，使所述永磁组件相对所述线圈运动。

10.根据权利要求1-6任一所述的自发电开关装置，其特征在于，还包括信号处理电路板，所述线圈的两端连接到所述信号处理电路板的电源输入接口的两端，用于给信号处理电路板提供电源输入。