一种自发电组件及自发电装置

摘要

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：相对设置的支撑座和按键，相对设置的支撑座和按键，所述按键具有弹性，所述按键靠近所述支撑座的一面朝所述支撑座的方向弯曲形成第一曲面；压电片，固定于所述支撑座上；所述按键被按压时所述第一曲面各处能与所述压电片紧贴，所述支撑座形成有用于容纳受力变形后的所述压电片的变形空间。本申请在按键受力被按压时，按键的第一曲面与压电片相抵，第一曲面的各处能与压电片，压电片整体的形变量增加，形变方向也趋于一致，自发电组件的发电效率和发电量均得到较大幅度的提升，可提高30％～50％的发电量；整体结构简单，整体部件少，成本较低。

权利要求

1.一种自发电组件，其特征在于：包括：

相对设置的支撑座和按键，所述按键具有弹性，所述按键靠近所述支撑座的一面朝所述支撑座的方向弯曲形成第一曲面；

压电片，固定于所述支撑座上；

其中，所述按键被按压时所述第一曲面各处能与所述压电片紧贴，所述支撑座形成有用于容纳受力变形后的所述压电片的变形空间，所述支撑座靠近所述按键的一面朝远离所述按键的方向弯曲形成第二曲面，所述第二曲面的曲率在所述按键未被按压时大于所述第一曲面的曲率，所述第二曲面的曲率在所述按键被按压后与所述第一曲面的曲率大致相等，所述第二曲面的各处能与所述压电片紧贴。

2.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述支撑座面向所述按键的一面凹陷形成有凹槽，所述凹槽形成所述变形空间，所述凹槽的内底面形成所述第二曲面。

3.如权利要求2所述的自发电组件，其特征在于：所述压电片呈圆形，所述压电片与所述凹槽同轴布设。

4.如权利要求2所述的自发电组件，其特征在于：所述按键包括基板和凸设于所述基板一面的凸台，所述凸台的横截面呈圆形，所述第一曲面形成于所述凸台远离所述基板的一端，所述凹槽的横截面呈圆形，所述凸台的直径小于所述凹槽的直径。

5.如权利要求4所述的自发电组件，其特征在于：所述凸台的直径与所述凹槽的直径之比设置为三分之一至五分之四。

6.如权利要求5所述的自发电组件，其特征在于：所述凸台的直径与所述凹槽的直径之比设置为三分之二至四分之三。

7.如权利要求4所述的自发电组件，其特征在于：所述基板于所述凸台的圆周侧凹陷形成有环形槽，所述环形槽朝向所述支撑座的方向弯曲。

8.如权利要求1所述的自发电组件，其特征在于：所述压电片包括同轴布设的金属片和压电材料层，所述压电材料层贴附于所述金属片的一面，所述金属片的周缘固定于所述支撑座上。

9.如权利要求8所述的自发电组件，其特征在于：所述金属片和压电材料层的横截面均呈圆形，所述金属片沿径向方向开设有多个槽体，多个所述槽体以所述金属片的中心点为圆心呈放射状均匀布设，多个所述槽体将所述金属片分隔成多个金属条，相邻的两个所述金属条的周缘相连。

10.如权利要求9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金属片的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。

11.如权利要求10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。

12.一种自发电装置，其特征在于：包括权利要求1所述的自发电组件。

13.如权利要求12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，所述支撑座和所述压电片设于所述壳体内，所述按键设于所述壳体上。

14.如权利要求13所述的自发电装置，其特征在于：所述自发电装置还包括弹性件，所述弹性件设于所述按键与所述壳体之间，以为按压后的所述按键提供回复力。

说明书

一种自发电组件及自发电装置

技术领域

[0001] 本申请属于自发电设备技术领域，更具体地说，是涉及一种自发电组件及自发电装置。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 自发电元件如压电片，常应用于具有自发电功能的产品中，压电片中的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泛，常见的应用如自发电按键、自发电开关、振动发电机等。

[0004] 自发电元件一般包括按键、压电片和固定座，按键靠近压电片的一面设有锅仔片，按压按键后压电片受力发生形变，但采用这种结构的自发电元件，压电片各处的形变方向不规律，压电片的有效形变量较小，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，使压电片发生更大的形变，但是压电陶瓷片和金属片的使用寿命会大大降低，容易由于金属疲劳而损坏失效，长期使用成本较高，难以满足实际应用的需求。

发明内容

[0005] 本申请实施例的目的在于提供一种自发电组件，以解决现有技术中存在的自发电元件的发电效率较低的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本申请实施例采用的技术方案是：

[0007] 一种自发电组件，包括：

[0008] 相对设置的支撑座和按键，所述按键具有弹性，所述按键靠近所述支撑座的一面朝所述支撑座的方向弯曲形成第一曲面；

[0009] 压电片，固定于所述支撑座上；

[0010] 其中，所述按键被按压时所述第一曲面各处能与所述压电片紧贴，所述支撑座形成有用于容纳受力变形后的所述压电片的变形空间。

[0011] 在一个实施例中，所述支撑座靠近所述按键的一面朝远离所述按键的方向弯曲形成第二曲面，所述第二曲面的曲率在所述按键未被按压时大于所述第一曲面的曲率，所述第二曲面的曲率在所述按键被按压后与所述第一曲面的曲率大致相等，所述第二曲面的各处能与所述压电片紧贴。

[0012] 在一个实施例中，所述支撑座面向所述按键的一面凹陷形成有凹槽，所述凹槽形成所述变形空间，所述凹槽的内底面形成所述第二曲面。

[0013] 在一个实施例中，所述压电片呈圆形，所述压电片与所述凹槽同轴布设。

[0014] 在一个实施例中，所述按键包括基板和凸设于所述基板一面的凸台，所述凸台的横截面呈圆形，所述第一曲面形成于所述凸台远离所述基板的一端，所述凹槽的横截面呈圆形，所述凸台的直径小于所述凹槽的直径。

[0015] 在一个实施例中，所述凸台的直径与所述凹槽的直径之比设置为三分之一至五分之四。

[0016] 在一个实施例中，所述凸台的直径与所述凹槽的直径之比设置为三分之二至四分之三。

[0017] 在一个实施例中，所述基板于所述凸台的圆周侧凹陷形成有环形槽，所述环形槽朝向所述支撑座的方向弯曲。

[0018] 在一个实施例中，所述压电片包括同轴布设的金属片和压电材料层，所述压电材料层贴附于所述金属片的一面，所述金属片的周缘固定于所述支撑座上。

[0019] 在一个实施例中，所述金属片和压电材料层的横截面均呈圆形，所述金属片沿径向方向开设有多个槽体，多个所述槽体以所述金属片的中心点为圆心呈放射状均匀布设，多个所述槽体将所述金属片分隔成多个金属条，相邻的两个所述金属条的周缘相连。

[0020] 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金属片的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 在一个实施例中，所述自发电装置还包括壳体，所述支撑座和所述压电片设于所述壳体内，所述按键设于所述壳体上。

[0024] 在一个实施例中，所述自发电装置还包括弹性件，所述弹性件设于所述按键与所述壳体之间，以为按压后的所述按键提供回复力。

[0025] 本申请提供的自发电组件的有益效果在于：与现有技术相比，本申请自发电组件，按键面向支撑座的一面形成有第一曲面，按键具有弹性，按压后会发生形变，按键受力被按压时，按键的第一曲面的各处能与压电片紧贴，压电片整体的形变量增加，形变方向也趋于一致，自发电组件的发电效率和发电量均得到较大幅度的提升，可提高30％～50％的发电量；整体结构简单，整体部件少，成本较低。

附图说明

[0026] 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。

[0027] 图1为本申请一实施例提供的自发电组件的剖视图；

[0028] 图2为图1所示自发电组件的爆炸示意图；

[0029] 图3为本申请另一实施例提供的自发电组件的爆炸示意图；

[0030] 图4为图3所示自发电组件另一角度的爆炸示意图；

[0031] 图5为本申请一实施例提供的自发电组件中压电片的结构示意图；

[0032] 图6为图5所示压电片中金属片的结构示意图；

[0033] 图7为本申请实施例提供的自发电装置的立体结构示意图；

[0034] 图8为图7所示自发电装置的爆炸示意图。

[0035] 其中，图中各附图标记：

[0036] 10‑自发电组件；20‑自发电装置；100‑支撑座；200‑按键；300‑压电片；400‑壳体；500‑开关键；110‑凹槽；101‑第二曲面；210‑基板；220‑凸台；201‑第一曲面；230‑环形槽；
301‑槽体；310‑金属片；320‑压电材料层；311‑金属条；312‑焊盘；410‑电路板。

具体实施方式

[0037] 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。

[0038] 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。

[0039] 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。

[0040] 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。

[0041] 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。

[0042] 如图1～2所示，本申请实施例提供的自发电组件10，包括支撑座100、按键200和压电片300。支撑座100可采用非导电材料，如硅胶、塑料、木材、陶瓷或玻璃等，支撑座100用于固定和支撑压电片300。支撑座100和按键200相对设置，两者之间可具有间隔。按键200具有弹性，按键200可采用塑料、硅胶等材质，按键200靠近支撑座100的一面朝支撑座100的方向弯曲形成第一曲面201，第一曲面201的半径和曲率可根据压电片300的材质进行设置，使压电片300能形成有效形变，又能保证在合理的变形范围内，避免由于形变量过大导致使用寿命过小。压电片300固定在支撑座100上，支撑座100形成有用于容纳受力变形后的压电片300的变形空间，变形空间的横截面的轮廓可以是矩形或圆形。按键200被按压时，第一曲面
201的各处能与压电片300紧贴，第一曲面201的设置使得压电片300各处的形变量更为均
匀，压电片300各处的形变方向区域一致，总体的有效形变量有较大的提升，即发电量有较大提高。

[0043] 本实施例提供的自发电组件10，按键200面向支撑座100的一面形成有第一曲面201，按键200具有弹性，按压后会发生形变，按键200受力被按压时，按键200的第一曲面201的各处能与压电片300紧贴，压电片300整体的形变量增加，形变方向也趋于一致，自发电组件10的发电效率和发电量均得到较大幅度的提升，可提高30％～50％的发电量；整体结构简单，整体部件少，成本较低。

[0044] 在一实施例中，支撑座100靠近按键的一面朝远离按键200的方向弯曲形成第二曲面101，第二曲面101的曲率在按键200未被按压时大于第一曲面201的曲率，第二曲面101的曲率在按键200被按压后与第一曲面201的曲率大致相等，以使压电片300能紧贴于第二曲面101，压电片300各处的形变量更为均匀，压电片30各处的形变方向一致。也就是说，即支撑座100和按键200相对的两个面均为曲面，两个曲面的弯曲方向相同，施力面和供压电片300形变后的支撑面都是曲面，压电片300形变后被压紧于第一曲面201和第二曲面101之
间。

[0045] 在一实施例中，支撑座100面向按键200的一面凹陷形成有凹槽110，第二曲面101形成于凹槽110的内底面，且第二曲面101朝远离按键200的方向弯曲。

[0046] 在一实施例中，压电片300整体呈圆形，凹槽110的横截面可以是呈圆形，也可以是呈矩形。凹槽110的横截面呈圆形时，压电片300与凹槽110同轴布设，此时凹槽110的第二曲面101和按键200的第一曲面201均为球形面。压电片300和凹槽110的大小可根据实际产品及应用需求进行设置，压电片300的外直径大于凹槽110的最大直径。

[0047] 在一实施例中，压电片300的周缘粘接固定在支撑座100上。压电片300的周缘可通过工业胶或粘接带粘固在支撑座100上，或者通过其它形成将压电片300固定在支撑座100上；支撑座100可凹陷形成宽度适配压电片300周缘的环形支撑台，环形支撑台与支撑座100的轴线垂直，环形支撑台的一端与第二曲面101连接，以为压电片300提供支撑，此时支撑座100上的槽体包括相连通的环形槽体和凹槽110。

[0048] 在一实施例中，如图2、图4所示，按键200包括基板210和凸设于基板210一面的凸台220，基板210和凸台220可以是一体成型的，凸台220的横截面呈圆形，第二曲面101形成于凸台220远离基板210的一端，凸台220的直径小于凹槽110的直径。凸台220可以布设于基板210一面的中央位置。

[0049] 在一实施例中，如图4所示，基板210于凸台220的圆周侧凹陷形成有环形槽230，环形槽230朝向支撑座100的方向弯曲。环形槽230的设置使得靠近凸台220圆周侧的基板210厚度更薄，便于按键200受力后的变形，提高弹性，使按键200的按压操作更为容易；环形槽230的宽度和深度可根据产品实际尺寸进行设置。

[0050] 在一实施例中，凸台220的直径与凹槽110的直径之比设置为三分之一至五分之四。通过将两者直径设置在合理范围内，使得压电片300受力变形后具有较多的形变量，又能避免在多次使用后损坏压电片300。

[0051] 在一具体的实施例中，凸台220的直径与凹槽110的直径之比设置为三分之二至四分之三。

[0052] 在一实施例中，如图5、图6所示，压电片300包括同轴布设的压电材料层320和金属片310，压电材料层320受力发生形变后由于压电效应的作用能输出电荷，压电材料层320贴附于金属片310的一面，金属片310的周缘固定于支撑座100上。

[0053] 在一实施例中，金属片310和压电材料层320的横截面均呈圆形，即压电材料层320和金属片310均为圆形片。金属片310沿径向方向开设有多个槽体301，多个槽体301以金属片310的中心点为圆心呈放射状均匀布设；多个槽体301将金属片310分隔成多个金属条311，相邻的两个金属条311的周缘相连，即槽体301径向两端是封闭的。金属片310贴附于压电材料层320的一面，如通过粘接的方式附着于压电材料层320上。本实施例中的自发电组件10，通过在金属片310上进行开槽，对自发电组件10进行按压时，压电片300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，减弱或消除了按压压电片300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，可提高60％至1倍的发电量。

[0054] 表1为三个使用不同结构的自发电组件的产品，其中，3个产品的支撑座形成有容纳变形后的压电片的变形空间，压电片的材料均为铜片和压电陶瓷片。产品1的按键底面设置锅仔片对压电片进行按压；产品2的按键面向支撑座的一面形成有球形面，按压按键后该球形面的各处能与压电片贴触；产品3的按键和产品2的按键结构相同，产品3的压电片中的铜片设置有上述实施例多个槽体的结构，铜片开设有6个呈扇形的槽体。

[0055] 表1

[0056]

[0057] 由上表可以看出，按键采用球形面的产品2以及产品3的发电量相对于采用锅仔片的产品1具有较大幅度的提高，产品3的按键采用球形面结构配合铜片的开槽设计，使得发电量能提高1倍以上，实用性强。

[0058] 各槽体301的形状大小可设置为相同，各金属条311两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310为原料，对该圆形金属片310切掉相同大小的多个扇形块，剩余的部分为金属片310的成品。

[0059] 槽体301的数量和布设密度可根据实际应用环境进行设置，金属条311的数量可以是3个或更多个，具体槽体301的数量可以是3个～10个，如设置4个、6个、8个、10个等。如图6所示，槽体301的数量设置为6个。

[0060] 在一实施例中，槽体301的横截面呈扇形。如图6所示，槽体301的宽度从金属片310的中心位置朝向外侧的方向逐渐变大。可以理解地，各槽体301也可以是近似于扇形的轮廓。

[0061] 在一实施例中，如图6所示，槽体301将金属片310分成多个金属条311，相邻两金属条311的外侧周缘相连，槽体301的两直线边间的圆心角的角度设置为小于金属条311两直线边间的圆心角的角度。即两个相邻的金属条311邻近的两直线边间的圆心角的角度小于该金属条311两直线边间的圆心角的角度。

[0062] 在一实施例中，压电片300中的压电材料层320可以但不限于是压电陶瓷片，还可以是具有受力后能发生变形且将变形产生的动能转换为电能的其它材料。

[0063] 在一实施例中，金属片310具有弹性，金属片310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。

[0064] 本申请实施例提供的自发电装置20，包括上述实施例的自发电组件10。由于按键200按压后压电片300能紧贴于凹槽110的内底壁，压电片300整体的形变量增加，形变方向也趋于一致，自发电组件10的发电效率和发电量均得到较大幅度的提升，可提高30％～
50％的发电量；且自发电装置20整体结构简单，不需要使用锅仔片，整体部件少，成本较低。

[0065] 在一实施例中，如图7、图8所示，自发电装置20还包括壳体400，壳体400围成有内腔，支撑座100和压电片300均设于内腔中，按键200设于壳体400上，按键200按压后能自动复位。按键200可通过扣合结构或卡合结构装配于壳体400上。

[0066] 金属片310中的表面靠近外缘的位置可设有用于接线的焊盘312，以将电流导出。由于对金属片310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301的结构，自发电组件10可转变成可控区域的可控变形，进而能有效提高发电效率；金属片310的开槽设置再配合支撑座100和按键200弧面配合的设置，使得自发电装置20能提高1倍以上的发电量。

[0067] 在一实施例中，如图8所示，自发电装置20为扁平状的开关，自发电装置20还包括设于壳体400内的电路板410，按键200的中央位置设有开关键500，开关键500呈圆形，开关键500底面设有锅仔片，锅仔片收容于按键200中，锅仔片的设置使得按压按键200时更具有手感。电路板410通过连接线与金属条311上的焊盘312实现连接，电路板410上可设有储能模块，以将压电片300发生形变后将动能转换的电能储存。

[0068] 在一实施例中，自发电装置还包括弹性件，该弹性件设于按键200与壳体400之间，以为按压后的按键提供回复力。弹性件可以但不限于采用弹簧、塑胶、锅仔片，也可以是其它受力变形后能自动恢复的材质或组件，弹性件使得在规范的按压力度下按压按键200后能弹起按键，使按键200复位。

[0069] 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。