本發(fā)明涉及開關技術領域，尤其涉及自發(fā)電無線開關的磁電式發(fā)電裝置。

背景技術：

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的進步，智能家居的逐漸成熟，對生產(chǎn)生活中的各類電子電器不僅提出了更高的要求，也提供了更多的可能性。用于控制電子電器開啟與關閉的開關，如果仍采用傳統(tǒng)的有線方式將不再適應智能家居發(fā)展的要求。

目前，全世界普遍使用的有線開關主要是安裝在墻壁上的86型翹板式有線開關。有線開關的使用要求在建筑物建造和初裝時必須根據(jù)預想的功能需要提前將各個開關的安裝位置進行詳細準確的規(guī)劃，還要在墻體上預埋開關底盒、鑿槽、預埋PVC管材以及穿電纜等操作。這些不僅費時費力，還浪費管線等材料，更麻煩的在于，如果后期發(fā)現(xiàn)開關布局以及數(shù)量不盡如人意而需要移動、更改或者增減的話，就必須重新鑿墻布線，否則無法改變。

針對上述問題，現(xiàn)有開關產(chǎn)品中也出現(xiàn)了無線遙控開關用于控制照明產(chǎn)品的開啟與關閉，但這類采用無線遙控開關的照明產(chǎn)品并沒有被大眾普遍接受，也沒能成為主流應用，主要受限于下述原因：1)使用布置于墻上的開關來控制燈具的開啟與關閉的習慣已經(jīng)深入人們的生活，根深蒂固難以改變；2)無線遙控開關通常沒有固定的放置地方，開關燈具時往往需要四處尋找無線遙控開關，十分費事；3)無線遙控開關采用電池供電，需要定期維護并更換電池，并且電池使用久了若更換不及時會漏液腐蝕產(chǎn)品，產(chǎn)生有害物質污染環(huán)境可靠性降低；4)定期更換電池增加了使用成本，制造電池也要造成資源消耗，使用后的大量廢棄電池如果隨意丟棄將給環(huán)境帶來不利影響，統(tǒng)一處理則將增加社會成本；5)無線遙控開關雖然可以做成固定在墻上的形式，但每次更換電池時必須將無線遙控開關拆卸下來，不僅使用復雜也降低了可靠性。

近來，國內外也出現(xiàn)了自發(fā)電無線開關的產(chǎn)品，但均是基于電磁感應原理采用翹板往復式按壓發(fā)電，其內部設置有一個自動彈起機構以確保每次按下開關后按鍵均可以自動回到初始位置，使得這類產(chǎn)品結構復雜、組裝困難、可靠性差，導致不難以廣泛應用。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種磁電式發(fā)電裝置，旨在解決現(xiàn)有自發(fā)電無線開關中發(fā)電裝置結構復雜、組裝困難、可靠性差以導致難以廣泛應用的問題，其符合傳統(tǒng)的按鍵開關的使用習慣，可以廣泛應用。

為了解決上述技術問題，一種磁電式發(fā)電裝置，包括永磁體以及在永磁體兩側相向放置的兩個磁電能量采集器；磁電能量采集器包括磁芯和磁電層合換能器；磁芯為兩個L形端頭，兩個L形端頭安裝在磁電層合換能器的兩端；磁電層合換能器由磁致伸縮材料層和壓電材料層層合構成；所述永磁體在按鍵面板的帶動下轉動，從而分別與兩個磁電能量采集器中的L形端頭接觸形成閉合磁路。

作為一種優(yōu)選方案，所述磁電能量采集器中與與永磁體相接觸的L形端頭的端面為具有一定傾角的斜面，所述傾角大小與永磁體轉動的角度相適應，使永磁體與L形端頭的端面接觸時緊密貼合，防止漏磁現(xiàn)象。

作為一種優(yōu)選方案，所述磁電層合換能器包括兩片磁致伸縮材料層和一片壓電材料層，壓電材料層位于兩片磁致伸縮材料層之間，構成MPM型磁電層合換能器。

作為一種優(yōu)選方案，位于壓電材料層兩側的兩個磁致伸縮材料層的長度一致且均長于壓電材料層的長度，以在磁電層合換能器的兩端形成“凹”形端面；L形端頭中與磁電層合換能器連接的端面為“凸”形端面，L形端頭的“凸”形端面插接在磁電層合換能器的“凹”形端面中，便于L形端頭與磁電層合換能器集成固定并可以防止漏磁。

作為一種優(yōu)選方案，磁電層合換能器包括兩片壓電材料層和一片磁致伸縮材料層，磁致伸縮材料層位于兩片壓電材料層之間，構成PMP型磁電層合換能器。

作為一種優(yōu)選方案，位于磁致伸縮材料層兩側的兩個壓電材料層的長度一致且均長于磁致伸縮材料層的長度，以在磁電層合換能器的兩端形成“凸”形端面；L形端頭中與磁電層合換能器連接的端面為“凹”形端面，磁電層合換能器的“凸”形端面插接在L形端頭的“凹”形端面中，便于L形端頭與磁電層合換能器集成固定并可以防止漏磁。

作為一種優(yōu)選方案，所述按鍵面板為翹板式按鍵面板，所述永磁體安裝在所述按鍵面板轉動的中心線位置，便于集成并方便面板按鍵。

作為一種優(yōu)選方案，所述按鍵面板轉動的中心線位置設有凹槽，所述永磁體插接在所述凹槽內，便于集成。

作為一種優(yōu)選方案，所述永磁體位于兩個磁電能量采集器的中間位置，便于集成并在轉動永磁體時使永磁體能夠與磁電能量采集器緊密接觸。

作為一種優(yōu)選方案，按鍵面板上安裝有兩塊永磁體，每塊永磁體均在其兩側放置有 磁電能量采集器，通過該類型的變換設置可以在單開的基礎上形成雙開、三開等自發(fā)電式開關。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點在于，本發(fā)明公布的自發(fā)電無線開關的磁電式發(fā)電裝置，通過按動翹板式按鍵面板，永磁體將分別與兩個磁電能量采集器的磁芯端面接觸，從而磁電層合換能器感應永磁體通過磁芯在磁致伸縮層中施加的變化磁場將機械能轉化成電能，進而為無線開關提供電源，實現(xiàn)無線開關的自發(fā)電；該磁電式發(fā)電裝置通過按動翹板式按鍵面板發(fā)電，無須設計成往復式，更接近現(xiàn)有按鍵開關的使用習慣；該磁電式發(fā)電裝置結構簡單，安全可靠且成本低廉，便于與各類開關集成，適用于眾多應用領域，具有廣闊市場前景。集成了磁電式發(fā)電裝置的自發(fā)電無線開關無需使用化學電池，避免環(huán)境污染及浪費，不用布線利于成本節(jié)約，且便于布局安裝，在生產(chǎn)生活中可以廣泛推廣運用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中MPM型磁電層合換能器結構示意圖；

圖2是本發(fā)明中PMP型磁電層合換能器結構示意圖；

圖3是本發(fā)明中MPM型磁電能量采集器結構示意圖；

圖4是本發(fā)明中PMP型磁電能量采集器結構示意圖；

圖5是本發(fā)明中MPM型磁電式發(fā)電裝置結構示意圖；

圖6是本發(fā)明中PMP型磁電式發(fā)電裝置結構示意圖；

圖7是MPM型磁電式發(fā)電裝置隨永磁體轉動過程中的磁路示意圖，在(a)中永磁體位于左側，在(b)中永磁體位于中間，在(c)中永磁體位于右側；

圖8是PMP型磁電式發(fā)電裝置隨永磁體轉動過程中的磁路示意圖，在(a)中永磁體位于左側，在(b)中永磁體位于中間，在(c)中永磁體位于右側；

圖9是MPM型磁電式發(fā)電裝置隨永磁體轉動過程中的磁力線示意圖，在(a)中永磁體位于左側，在(b)中永磁體位于中間，在(c)中永磁體位于右側；

圖10是PMP型磁電式發(fā)電裝置隨永磁體轉動過程中的磁力線示意圖，在(a)中永磁體位于左側，在(b)中永磁體位于中間，在(c)中永磁體位于右側；

圖11是帶翹板式寬按鍵面板的單MPM型磁電式發(fā)電裝置結構示意圖；

圖12是帶翹板式寬按鍵面板的雙MPM型磁電式發(fā)電裝置結構示意圖；

圖13是帶翹板式窄按鍵面板的單MPM型磁電式發(fā)電裝置結構示意圖；

圖14是基于帶翹板式窄按鍵面板的單MPM型磁電式發(fā)電裝置的雙開型結構示意圖。

具體實施方式

容易理解，依據(jù)本發(fā)明的技術方案，在不變更本發(fā)明的實質精神的情況下，本領域的一般技術人員可以想象出本發(fā)明磁電式發(fā)電裝置的多種實施方式。因此，以下具體實施方式和附圖僅是對本發(fā)明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發(fā)明的全部或者視為對本發(fā)明技術方案的限制或限定。

以下結合具體實施例對本發(fā)明的實現(xiàn)進行詳細的描述。本發(fā)明磁電式發(fā)電裝置包括可隨翹板式按鍵面板轉動的永磁體和兩個磁電能量采集器，磁電能量采集器由與永磁體相匹配的導磁磁芯和嵌于磁芯中間的磁電層合換能器組成；磁電層合換能器由磁致伸縮材料層(M)3和壓電材料層(P)4層合而成，具有磁電效應，磁芯為兩個L形的端頭，L形端頭的一端用于與磁電層合換能器連接固定，另一端的端面用于與永磁體接觸從而形成閉合磁路，兩個L形端頭安裝在磁電層合換能器的兩端。兩個磁電能量采集器按其磁芯端面相向放置且相距一定距離，永磁體置于兩個磁電能量采集器的中間位置。

結合圖1和圖2，本實施例中，磁電層合換能器是由磁致伸縮材料層(M)3和壓電材料層(P)4層合而成，其具有磁電效應，即磁電層合換能器感受磁場的變化而產(chǎn)生電壓輸出，反之亦然。磁電層合換能器可以被被設計成三層或多層的層合結構，按照磁致伸縮材料層(M)3和壓電材料層(P)4不同的層合方式，三層層合結構的磁電層合換能器又可以分為MPM型磁電層合換能器1和PMP型磁電層合換能器2。MPM型磁電換能器1包括兩片磁致伸縮材料層3和一片壓電材料層4，壓電材料層4位于兩片磁致伸縮材料層3之間；PMP型磁電層合換能器2包括兩片壓電材料層4和一片磁致伸縮材料層3，磁致伸縮材料層3位于兩片壓電材料層4之間。為了與磁芯的兩個L形端頭緊密固定并且減少漏磁，MPM型磁電層合換能器1中位于壓電材料層4兩側的兩個磁致伸縮材料層3的長度一致且均長于壓電材料層4的長度，以便在MPM型磁電層合換能器1的兩端形成“凹”形端面，PMP型磁電層合換能器2中位于磁致伸縮材料層3兩側的兩個壓電材料層4長度一致且均長于磁致伸縮材料層3的長度，以便在PMP型磁電層合換能器2兩端形成“凸”形端面；與MPM型或PMP型磁電層合換能器配合的L形端頭的端面則為“凸”形端面或者“凹”形端面。

結合圖3，MPM型磁電能量采集器5由一個MPM型磁電層合換能器1和兩個L形 端頭51和52組成。為了減小漏磁并且提供與磁電層合換能器緊密安裝的位置，L形端頭51和52與MPM型磁電層合換能器1配合的端面511和521均為“凸”形端面，即可與具有“凹”形端面的MPM型磁電層合換能器1緊密配合。L形端頭51和52用于與永磁體9相接觸的端面512和522則為具有一定傾角的斜面，兩個端面512和522的傾斜角度一致，以確保與MPM型磁電層合換能器1組裝后兩個端面512和522處于同一平面內。斜面的傾角與永磁體轉動的角度相配合，使得永磁體9與L形端頭的兩個端面512和522緊密貼合，形成閉合磁路，達到有效減少漏磁的效果。

結合圖4，PMP型磁電能量采集器6由一個PMP型磁電層合換能器2和兩個L形端頭61和62組成。此時，L形端頭61和62與PMP型磁電層合換能器2配合的端面611和621為“凹”形端面，即可與具有“凸”形端面的PMP型磁電層合換能器2緊密配合。L形端頭61和62與永磁體9相接觸的端面612和622同樣為具有一定傾角的斜面，兩個端面612和622的傾斜角度一致，以確保與PMP型磁電層合換能器2組裝后兩個端面612和622同樣處于同一平面內。

簡言之，具有“凹”形端面的MPM型磁電層合換能器1與具有“凸”形端面的兩個L形端頭51和52組裝構成MPM型磁電能量采集器5，具有“凸”形端面的PMP型磁電層合換能器2與具有“凹”形端面的兩個L形端頭61和62組裝構成PMP型磁電能量采集器6。

結合圖5和圖6，MPM型磁電式發(fā)電裝置7和PMP型磁電式發(fā)電裝置8由兩個MPM型磁電能量采集器5和兩個PMP型磁電能量采集器6分別與永磁體9構成。兩個磁電能量采集器按斜面相向放置，兩個磁電能量采集器對應斜面的的延長相交于一一點，以確保斜面的傾角與永磁體9轉動的角度相配合。永磁體9沿長度方向磁化，包含一對磁極91和92，永磁體9放置于兩個磁電能量采集器的中間位置，永磁體9的長度與磁電能量采集器的長度一致。永磁體9在翹板式按鍵面板的帶動下在兩個磁電能量采集器之間可以發(fā)生轉動，隨著轉動，永磁體9將分別與兩個磁電能量采集器的L形磁芯的端面相接觸，進而在兩個磁電能量采集器中產(chǎn)生變化磁場。基于磁電效應，磁電層合換能器分別感受該變化磁場，最終產(chǎn)生電壓輸出為無線開關提供電源，從而實現(xiàn)自發(fā)電。

為了增加磁電能量采集器中L形端頭的端面與永磁體接觸的面積，L形端頭的端面均為成一定角度的斜面，斜面的相對邊線處于同一平面內。兩個斜面延長可以相交于一條線，也可以不相交于一條線，斜面的角度要與永磁體轉動的角度相配合，使用永磁體與磁電能量采集器的L形端頭接觸時，端面能夠緊密貼合，以防止漏磁現(xiàn)象。

結合圖7至圖10，本發(fā)明的操作過程以及原理具體如下：

永磁體9在提供磁場的同時還參與構建閉合磁路。在永磁體9轉動的過程中，當永磁體9分別與兩個磁電能量采集器構建閉合磁路時，磁電層合換能器感受的磁場將在“0”和“1”之間交替變化，故可將本發(fā)明稱之為“開關型磁路”。

對于，MPM型磁電式發(fā)電裝置7，如圖7中(a)所示，當永磁體9與左側磁電能量采集器的端面發(fā)生緊密接觸時，永磁體09與左側兩個L形端頭以及MPM型磁電層合換能器1中的兩層磁致伸縮材料層3構建閉合磁路，永磁體9產(chǎn)生的磁場近乎全部匯聚于磁致伸縮材料層3中，稱此為狀態(tài)“1”，而幾乎沒有磁場經(jīng)過右側MPM型磁電層合換能器1中的磁致伸縮材料層3，稱此為狀態(tài)“0”。圖9中(a)所示的磁電式發(fā)電裝置磁力線分布圖證實了這一結果。如圖7中(c)所示，當永磁體9與右側MPM型磁電能量采集器5的端面發(fā)生緊密接觸時，永磁體9與右側兩個L形端頭以及MPM型磁電層合換能器1中的兩層磁致伸縮材料層3構建閉合磁路，永磁體9產(chǎn)生的磁場近乎全部匯聚于磁致伸縮材料層3中，此時右側MPM型磁電層合換能器5所處狀態(tài)為“1”，而幾乎沒有磁場經(jīng)過左側MPM型磁電層合換能器1中的磁致伸縮材料層3，此時右側MPM型磁電換能器5所處狀態(tài)為“0”。圖9中(c)所示的磁電式發(fā)電裝置磁力線分布圖證實了這一結果。綜上所述，當永磁體9轉動時，兩個MPM磁電能量采集器5分別在狀態(tài)“1”和狀態(tài)“0”之間交替變化，故稱這類磁芯為“開關型磁芯”。

對于PMP型磁電式發(fā)電裝置8，圖8和圖10同樣展示了上述結果。

下面以MPM型磁電式發(fā)電裝置7為例，結合圖11至圖14，進一步介紹磁電式發(fā)電裝置與自發(fā)電開關的集成方案。

如圖11所示，自發(fā)電開關翹板式按鍵面板10的中間位置設有一個凹槽101，永磁體9沿長度方向緊嵌于該凹槽101中，永磁體9與翹板式按鍵面板10剛性連接。在按動翹板式按鍵面板10的過程中，永磁體9將沿著翹板式按鍵面板10的中心線轉動，進而分別與左右兩個MPM型磁電能量采集器5中的斜面發(fā)生接觸以構建閉合磁路，并且在磁致伸縮材料層3中產(chǎn)生變化磁場，進而MPM型磁電層合換能器1基于磁電效應產(chǎn)生電壓輸出。對于單開型自發(fā)電無線開關，其翹板式按鍵面板10的長度通常遠大于MPM形磁電能量采集器5的長度，故單個MPM型磁電式發(fā)電裝置7應緊固于翹板式按鍵面板10的中間位置。如圖12所示，翹板式按鍵面板10的凹槽101中也可以同時并排固定兩個永磁體9，每個永磁體9兩側分別放置兩個MPM型磁電能量采集器5，從而在一個翹板式按鍵面板10下形成兩個MPM型磁電式發(fā)電裝置7。為了用于設計雙開乃至 三開的自發(fā)電開關，可通過調整MPM型磁電式發(fā)電裝置7的尺寸使之與各種狀態(tài)下的翹板式按鍵面板11相匹配，如圖13所示。圖14則進一步展示了基于MPM型磁電式發(fā)電裝置7構建雙開自發(fā)電開關的結構示意圖。

本實施例提供的自發(fā)電無線開關的磁電式發(fā)電裝置，其具有以下優(yōu)點：

設計巧妙，新穎合理；采用獨特的開關型磁路發(fā)電，結構簡單，便于與各類自發(fā)電無線開關集成；磁電層合換能器、永磁體、L形端頭均可進行模塊化設計加工制造，利于量產(chǎn)和組裝，具有明顯成本優(yōu)勢；電磁感應式發(fā)電裝置由較少零部件靈活組裝而成，確保使用壽命長、可靠性高；磁電式發(fā)電裝置的翹板式按鍵面板無須設計成往復式，與傳統(tǒng)開關的使用方式一致，不改變用戶的習慣，利于推廣；可替代電池的使用，不污染環(huán)境，沒有重復浪費；因為采用磁電式發(fā)電裝置的自發(fā)電無線開關在使用時無需引線，即可固定在環(huán)境中，也可當作遙控開關，所以環(huán)境適應強，在潮濕的環(huán)境或者需要防爆的場所均可使用；有線開關由于通常直接接在市電等大電壓中，存在觸電等危險，安全等級要求高，采用磁電式發(fā)電裝置的自發(fā)電無線開關比傳統(tǒng)有線開關更加安全；采用磁電式發(fā)電裝置的自發(fā)電無線開關，可隨意布局開關位置和組合功能，無需打孔布線，使用方便；因為不像有線開關一樣涉及要提前規(guī)劃、復雜布線等問題，效縮短施工周期，節(jié)約人工成本。

采用本發(fā)明磁電式發(fā)電裝置的自發(fā)電無線開關即可用于新裝，又可以直接替換原有普通開關，社會經(jīng)濟效益好。本實發(fā)明提供的磁電式發(fā)電裝置，方便用于集成構建各類自發(fā)電無線開關，以用于與各類電器產(chǎn)品進行配套使用，控制電器產(chǎn)品的開啟和關閉，比如照明產(chǎn)品、門禁、電視、冰箱以及風扇等。