自发电装置的制作方法

本申请涉及自发电设备技术领域，具体涉及一种自发电装置。

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。

目前市面上出现各种各样的压电式发电装置，由于结构简单、部件少等特点而备受青睐。但是大部分的压电式发电装置其发电效率较低，机械能转化后的电量小，难以满足自发电的应用需求。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种自发电装置，旨在解决压电式发电装置发电效率较低，发电量小，难以满足应用需求的问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例采用的技术方案是：提供一种自发电装置，包括：

压电片，底部具有供容纳形变后的压电片的变形空间；

振荡机构，包括相连接的弹性器件和质量块；

带阈值触发且可复位的振荡触发机构，设于所述压电片和所述质量块之间，所述质量块的底面与所述振荡触发机构相接触；

其中，弹性器件受力后能通过所述质量块驱动所述振荡触发机构，使所述振荡触发机构抵压于所述压电片上，当所述振荡触发机构受到的驱动力大于触发阈值时，所述振荡机构产生振荡，使所述压电片受到交变载荷，并在所述变形空间内产生多次形变，以将所述质量块振荡产生的机械能转换为电能。

在一个实施例中，所述振荡触发机构的中央位置设有弧形凸起，所述质量块抵压所述振荡触发机构时所述弧形凸起能发生形变，所述弧形凸起受力达到触发阈值时产生形变位移，且施加的力释放时能向上弹起，以提供使所述质量块在平衡点产生振荡的力。

在一个实施例中，所述振荡触发机构为固定于所述压电片顶面的锅仔片，所述锅仔片的中央位置形成所述弧形凸起，所述弧形凸起朝远离所述压电片的方向弯曲并与所述质量块底面相抵。

在一个实施例中，所述振荡触发机构为悬空设置在所述压电片上方的金属弹片，所述金属弹片向远离所述压电片的方向弯曲形成有第一凸包，所述第一凸包的中央位置向远离所述压电片的方向弯曲形成所述弧形凸起。

在一个实施例中，所述质量块底面对应所述凸起的位置凸设有凸台，所述凸台的横截面面积小于所述弧形凸起最宽处的横截面面积。

在一个实施例中，所述振荡触发机构为悬空设置在所述压电片上方的金属弹片，所述金属弹片向远离所述压电片的方向弯曲形成有第二凸包，所述第二凸包的中央位置朝所述压电片的方向弯曲形成所述弧形凸起，所述弧形凸起与所述压电片贴触。

在一个实施例中，所述压电片沿厚度方向的截面为圆形，所述压电片、所述弹性器件及所述振荡触发机构三者的中心轴线相重合。

在一个实施例中，所述弹性器件包括第一弹簧，所述第一弹簧的底端固定于所述质量块的顶面，所述第一弹簧的中心轴与所述质量块的中心轴重合。

在一个实施例中，所述弹性器件还包括按压后能复位的受力件，所述第一弹簧的顶端与所述受力件的底面接合，所述受力件被按压后驱动所述第一弹簧产生形变，所述受力件被施加的力释放后所述第一弹簧在自身弹力的作用下带动所述质量块做减幅振动。

在一个实施例中，所述受力件的底面设有凸块，所述第一弹簧的顶端套设固定于所述凸块外周。

在一个实施例中，所述自发电装置还包括壳体，所述受力件设于所述壳体的正面，所述压电片、振荡机构收容于所述壳体内，所述壳体的内底面设有安装座，所述安装座凹陷形成有凹槽，所述压电片的周缘固定于所述安装座上，所述凹槽的槽壁与所述压电片之间围成所述变形空间。

在一个实施例中，所述受力件为设于所述壳体正面的受力面板，所述受力面板具有弹性。

在一个实施例中，所述受力件为设于所述壳体正面的按键，所述按键与所述壳体之间设有为所述按键按压后复位的复位弹性件。

在一个实施例中，弹性器件包括多个第二弹簧，各所述第二弹簧的一端与所述质量块相接，各所述第二弹簧水平布设或斜向上布设，各所述第二弹簧沿所述质量块的周向均匀布设。

在一个实施例中，所述质量块为金属块或水泥块。

本申请实施例采用的另一种技术方案是：一种自发电装置，包括：

压电片，底部具有供容纳形变后的压电片的变形空间；

振荡机构，包括质量块，所述质量块设于所述压电片的上方；

带阈值触发且可复位的振荡触发机构，所述振荡触发机构包括弹性件和杠杆，所述弹性件的一端与所述质量块相连，所述杠杆的一端与所述质量块的顶面相连，所述杠杆的另一端受到的驱动力大于触发阈值时，所述杠杆绕支点转动并带动所述质量块向上运动，施加于所述杠杆另一端的力释放后所述杠杆和弹性件驱动所述质量块产生振荡，使所述压电片受到交变载荷，并在所述变形空间内产生多次形变，以将所述质量块振荡产生的机械能转换为电能，所述弹性件能使所述质量块完成振荡后复位。

在一个实施例中，所述自发电装置还包括固定于所述压电片顶面的锅仔片，所述锅仔片的中央位置朝所述质量块的方向凸出形成有弧形凸起，所述质量块与所述弧形凸起相抵，所述弧形凸起受力达到触发阈值时产生形变位移，且施加的力释放时能向上弹起。

本申请提供的自发电装置的有益效果在于：本申请实施例提供的自发电装置，通过设置振荡机构，振荡机构的弹性器件受力后能通过质量块驱动振荡触发机构，当振荡触发机构受到的驱动力大于触发阈值时，产生振荡，进而使压电片在变形空间内产生多次形变，实现将质量块振荡产生的机械能转换为电能，相较于一次性按压的结构，其能使压电片产生多次形变，故发电量大大增加。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的自发电装置的结构示意图；

图2为图1所示自发电装置中振荡机构的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的自发电装置的部分侧视结构示意图；

图4为图3所示自发电装置的部分俯视结构示意图；

图5为本申请另一实施例提供的自发电装置的部分侧视结构示意图；

图6为本申请又一实施例提供的自发电装置中振荡机构的结构示意图；

图7为本申请再一实施例提供的自发电装置中振荡机构的结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的自发电装置的爆炸示意图；

图9为图8所示自发电装置中面壳的结构示意图；

图10为现有的采用一次性按压结构的压电片发生形变后输出的波形与整流收集后的波形示意图；

图11为采用图1所示自发电装置发生振荡后压电片输出的波形与整流收集后的波形示意图；

图12为本申请一实施例提供的自发电装置的结构示意图；

图13为图12所示自发电装置在振荡触发机构触发时的结构示意图；

图14为本申请另一实施例提供的自发电装置的结构示意图；

图15为图14所示自发电装置在振荡触发机构触发时的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100、压电片；200、振荡机构；300、振荡触发机构；400、壳体；210、弹性器件；220、质量块；211、第一弹簧；212、第二弹簧；221、容置槽；222、凸台；310、锅仔片；320、金属弹片；321、第一凸包；322、第二凸包；323、弧形凸起；330、弹性件；340、杠杆；410、面壳；420、底壳；430、安装座；440、电路板；411、受力件；412、受力面板；413、凸块；431、凹槽。

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。

参见图1、图2，本申请实施例提供的自发电装置，包括压电片100、振荡机构200和振荡触发机构300。压电片100是基于按压发生形变进而产生电能的材料，可以但不限于采用压电陶瓷片，也可以采用铽镝铁、铁镓等材料制作。压电片100的底部具有供容纳形变后的压电片100的变形空间。振荡机构200包括相连接的弹性器件210和质量块220。振荡触发机构300带阈值触发且按压后可复位，振荡触发机构300设于压电片100和质量块220之间，质量块220的底面与振荡触发机构300相接触。弹性器件210受力后能通过质量块220驱动振荡触发机构300，使振荡触发机构300抵压于压电片100上，当振荡触发机构300受到的驱动力大于触发阈值时，振荡机构200产生振荡，并通过振荡触发机构300压抵压电片100产生振荡，使压电片100受到交变载荷，并在变形空间内产生多次形变，以将质量块220振荡产生的机械能转换为电能。也就是说，按图1中箭头所示方向对弹性器件210施力，弹性器件210受力后能带动质量块220做减幅振动，质量块220上下反复地运动，此过程中通过振荡触发机构300多次压抵压电片100产生振荡，使压电片100在变形空间内产生多次形变，直至质量块220停止运动，该振荡过程中，质量块220振荡产生的机械能转换为电能，压电片100多次形变产生的电能可通过导线输出至储能设备。在同样的按压力度下，使用同样规格的压电片100，本实施例的压电片100发生多次形变，能产生比原有多一倍，甚至多倍的电能，大大提高发电效率和发电量。如图10所示，左侧为采用一次按压式结构(即无振荡产生)的压电片输出的波形图，右侧为整流收集后的波形图，即整流收集到的能用于有效发电的波形图；如图11所示，左侧为采用本实施例自发电装置产生振荡后压电片输出的波形图，右侧为整流收集后的波形图，从图10和图11之间的对比可知，采用本实施例带有振荡系统及设有振荡触发机构300的自发电装置，产生的电量远远大于常规自发电装置所产生的电量。

本实施例提供的自发电装置，通过设置振荡机构200，振荡机构200的弹性器件210受力后能通过质量块220驱动振荡触发机构300，当振荡触发机构300受到的驱动力大于触发阈值时，产生振荡，进而使压电片100在变形空间内产生多次形变，实现将质量块220振荡产生的机械能转换为电能，相较于一次性按压的结构，其能使压电片100产生多次形变，故发电量大大增加。

在一实施例中，参阅图1、图3及图5，振荡触发机构300的中央位置设有弧形凸起323，弧形凸起323可以是朝上或朝下弯曲的凸起，该弧形凸起323可以与质量块220的底面相接触，两者也可以具有间隔；质量块220抵压振荡触发机构300时弧形凸起323能发生形变，且弧形凸起323受力达到触发阈值时产生形变位移，即弧形凸起323产生瞬间的形变位移，施加的力释放时弧形凸起323能向上弹起，以提供使质量块220在平衡点产生振荡的力。

在一实施例中，参阅图1、图8，振荡触发机构300为固定在压电片100顶面的锅仔片310，锅仔片310的中心轴线与压电片100的中心轴线重合，即锅仔片310设置在压电片100顶面的中央位置。锅仔片310包括一体成型的连接部和弧形凸起323，连接部通过一定的方式固定在压电片100的顶面，如通过粘接固定；连接部包括环向间隔设置的多个连接脚，各连接脚的一端固定于压电片100的顶面，另一端连接于凸起部的周缘，多个连接脚环向均匀间隔设置在弧形凸起323的周缘；弧形凸起323向远离压电片100的方向弯曲；锅仔片310具有触发阈值，弧形凸起323受到的力大于该触发阈值时，锅仔片310发生有效形变，施加的力释放后，锅仔片310的弧形凸起323反向弹起回复至原状。可以理解地，锅仔片310也可以采用其它的形状，不限于图8中所示的十字形锅仔片310的形状；锅仔片310的直径和按压力度(即触发阈值)可以根据压电片100的性能参数及自发电装置的实际应用需求进行设置。

弹性器件210受力后，锅仔片310的状态变化过程为：当质量块220施加在锅仔片310上的力超过触发阈值时，锅仔片310从稳定状态进入突变状态，即当施力超过触发阈值时，会发生突然形变，这样振荡机构200产生振荡，然后施力减弱时，减弱到回弹阈值，弹性器件会回位，再次产生振荡。其中，质量块220第一次振荡产生的机械能最大，外加的施力消失后，振荡产生的机械能逐渐减少，直至振荡停止。也就是说，质量块220第一次振荡产生的电能最大，然后逐次减弱，锅仔片310发生突然形变则完成了蓄能过程，锅仔片310蓄能后直接传导到压电片100上产生振荡。在配置好压电片100、锅仔片310、弹性器件210和质量块220时，按压弹性器件210后，质量块220发生振荡，其来回运动的次数可达10次以上，即压电片100在形变空间内有10次以上的形变产生，发电量大大增加。

在一实施例中，参阅图3、图4，振荡触发机构300为悬空设置在压电片100上方的金属弹片320，金属弹片320向远离压电片100的方向弯曲形成有第一凸包321，第一凸包321的中央位置向远离压电片100的方向弯曲形成弧形凸起323。如图4所示，金属弹片320呈条形，压电片100呈圆形，金属弹片320悬设在压电片100的上方，与压电片100之间具有间隔，金属弹片320横跨压电片100，金属弹片320的长度方向与压电片100的径向方向平行，金属弹片320的中间设有向上弯曲的第一凸包321，第一凸包321底端的直径大于金属弹片320的宽度，该质量块220的底面与该第一凸包321相抵，质量块220抵压第一凸包321且施力大于第一凸包321的触发阈值时，金属弹片320的底面与压电片100相抵，压电片100发生形变，施力释放后，质量块220产生振荡，金属弹片320不断与压电片100相抵，使压电片100发生多次形变，进而实现振荡产生的机械能转换为电能。

在另一实施例中，参阅图5，振荡触发机构300为悬空设置在压电片100上方金属弹片320，金属弹片320向远离压电片100的方向弯曲形成有第二凸包322，第二凸包322的中央位置朝压电片100的方向弯曲形成弧形凸起323，该弧形凸起323与压电片100贴触。该金属弹片320的设置与上一实施例中的金属弹片320相同，不同的是，第二凸包322是向下弯曲的，质量块220未施力时，第二凸包322处于初始位置，即处于初始位置时第二凸包322与压电片100接触，质量块220的底面与金属弹片320的顶面相抵；质量块220抵压金属弹片320的顶面，使得第二凸包322发生形变，当施力超过第二凸包322的触发阈值时，第二凸包322能弹性复位，质量块220产生振荡，随后质量块220减副振荡，第二凸包322多次抵压压电片100，使压电片100发生多次形变。

可以理解地，金属弹片320整体的形状可以不限于上述实施例的条形，也可以是其它形状，如圆形、十字形、米字形、星形等规则的几何形状。

在一实施例中，参阅图1、图2，当弧形凸起323朝上弯曲时，质量块220底面对应弧形凸起323的位置凸设有凸台222，凸台222的横截面面积小于弧形凸起323最宽处的横截面面积。凸台222可以设置为圆柱形，参阅图1、图3，凸台222、弧形凸起323及质量块220三者同轴布设，凸台222的底面与锅仔片310的弧形凸起323相抵。当弧形凸起323朝下弯曲时，质量块220底面可以不设置凸台222。

在一实施例中，参阅图1、图4，压电片100沿厚度方向的截面为圆形，压电片100、弹性器件210及振荡触发机构300三者的中心轴线相重合。可以理解地，压电片100也可以采用其它形状，如矩形、多边形等规则的几何形状。

在一实施例中，参阅图1，弹性器件210包括第一弹簧211，第一弹簧211的底端固定于质量块220的顶面，第一弹簧211的中心轴与质量块220的中心轴重合。第一弹簧211的初始状态可以是自然的伸缩状态，也可以是压缩状态，但第一弹簧211和质量块220整体作用于振荡触发机构300的力远小于触发阈值。

在一实施例中，参阅图8、图9，弹性器件210还包括按压后能复位的受力件411，第一弹簧211的顶端与受力件411的底面接合，受力件411被按压后驱动第一弹簧211产生形变，受力件411被施加的力释放后第一弹簧211在自身弹力的作用下带动质量块220做减幅振动。

第一弹簧211可以和受力件411一体设置，两者也可以采用分体式的结构装配固定，如采用卡接、焊接等方式装配固定。第一弹簧211的底端可以采用焊接的方式与质量块220固定，具体质量块220的顶面开设有适配第一弹簧211的容置槽221，第一弹簧211的底端插入并焊接固定于该容置槽221中，这样第一弹簧211与质量块220之间的连接强度增加，第一弹簧211的底端不易扭曲变形，长期使用的过程中第一弹簧211能和质量块220两者的中心轴线能较好地保持位于重合的状态。

在一实施例中，参阅图8、图9，受力件411的底面设有凸块413，第一弹簧211的顶端套设固定于凸块413外周。凸块413可以设置在受力件411底面的中央位置处，凸块413与第一弹簧211之间采用卡接的方式装配，装配操作简单。

在一实施例中，参阅图8、图9，自发电装置还包括壳体400，受力件411设于壳体400的正面，压电片100、振荡机构200收容于壳体400内，壳体400的内底面设有安装座430，安装座430凹陷形成有凹槽431，压电片100的周缘固定于安装座430上，凹槽431的槽壁与压电片100之间围成变形空间。凹槽431内壁靠近凹槽431开口处可设有环形的安装台阶，压电片100的周缘可通过粘接的方式固定在该安装台阶上，这样压电片100和凹槽431的槽壁之间围成容纳压电片100受力变形的变形空间。

在一实施例中，参阅图8、图9，受力件411为设于壳体400正面的受力面板412，受力面板412具有弹性。受力面板412可以但不限于采用硅胶板、塑胶板或弹性金属板，受力面板412被施力按压后能迅速地恢复原状。

如图8所示，壳体400包括相连接的面壳410和底壳420，面壳410一侧为中空结构，受力面板412的一端连接于面壳410内，这样受力面板412向壳体400内侧按压后能复位，底壳420上设有供压电片100安装的安装座430，底座的一侧安装有电路板440，电路板440上设有蓄能模块，电路板440通过导线与压电片100的正负极导通。

在一实施例中，受力件411为设于壳体400正面的按键，按键与壳体400之间设有为按键按压后复位的复位弹性件。即按键活动设置在壳体400上，按压按键后，通过复位弹性件提供的弹力，使得按键能够复位。

在一实施例中，参阅图6、图7，弹性器件210包括多个第二弹簧212，各第二弹簧212的一端与质量块220相接，各第二弹簧212水平布设或斜向上布设，各第二弹簧212沿质量块220的周向均匀布设。第二弹簧212的一端可焊接固定于质量块220的侧壁上，各第二弹簧212水平布设或斜向上布设时，各第二弹簧212可沿质量块220的周侧环向均匀间隔布设，这样，质量块220在各方向的受力均衡，使得质量块220产生有规律的振荡，即质量块220能产生近似于正玄波式的振荡。

在一实施例中，质量块220为金属块或水泥块。质量块220可以是圆柱形、球形、椭球形或其它形状；质量块220的重量小于振荡触发机构300的触发阈值，即弹性器件210未施加外力时，质量块220自身的重量不会触发振荡触发机构300发生有效形变。质量块220为金属材质制作时，具体可采用锌合金块、铜块等；质量块220采用水泥块时，可降低产品成本，水泥块的制作工艺成熟，制作较为容易。

参见图12、图13，本申请实施例提供的自发电装置，包括压电片100、振荡机构100和振荡触发机构300。压电片100的底部具有供容纳形变后的压电片100的变形空间。振荡机构100包括质量块220，质量块220设于压电片100的上方。振荡触发机构300带阈值触发且按压后可复位。振荡触发机构300包括弹性件330和杠杆340；弹性件330的一端与质量块220相连，弹性件330包括多个弹簧，多个弹簧可均匀间隔地布设于质量块220周侧，采用两个弹簧时，两个弹簧对称布设于质量块220相对的两侧。弹性件330也可以是一个弹簧，该弹簧竖向布设，该弹簧的一端连接于质量块220的顶面。杠杆340的一端与质量块220的顶面相连，杠杆340的另一端受到的驱动力大于触发阈值时，杠杆340绕支点p转动并带动质量块220向上运动，施加于杠杆340另一端的力释放后杠杆340和弹性件330驱动质量块220产生振荡，质量块220的振荡使压电片100受到交变载荷，并在变形空间内产生多次形变，以将质量块220振荡产生的机械能转换为电能；弹性件330能使质量块220完成振荡后复位。在一实施方式中，图12示出了质量块220未发生移动的初始状态，质量块220底面与压电片100顶面相贴触；杠杆340的另一端的上方可设有按键，对按键施压一定的力时能触发杠杆340，使杠杆340绕支点转动并带动质量块220上升，质量块220离开压电片100，如图13所示，对按键施加的力释放后，在杠杆340和弹性件330的共同驱动下，质量块220产生振荡，质量块220多次抵压压电片100，使压电片100在变形空间内产生多次形变，直至质量块220停止运动；该振荡过程中，质量块220振荡产生的机械能转换为电能，压电片100多次形变产生的电能可通过导线输出至储能设备，在该振荡过程中，弹性件330一方面为质量块220的振荡提供弹力，另一方面也为质量块220提供复位的回复力。

在一实施例中，参阅图14、图15，自发电装置还包括固定于压电片100顶面的锅仔片310，锅仔片310的中央位置朝质量块220的方向凸出形成有弧形凸起；质量块220底面对应弧形凸起的位置凸设有圆柱形的凸台222，凸台222的横截面面积小于弧形凸起最宽处的横截面面积，凸台222与弧形凸起相抵，弧形凸起受力达到触发阈值时产生形变位移，且施加的力释放时能向上弹起。在压电片100顶面增加锅仔片310，质量块220被振荡触发机构300驱动产生振荡时，质量块220的底面与锅仔片310的弧形凸起相抵，弧形凸起受力达到触发阈值时，产生振荡。也就是说，振荡触发机构300蓄力后是分成两次振荡，即杠杆340和弹性件330触发的振荡和锅仔片310触发的振荡，锅仔片310的设置可进一步提高机械能转换为电能的转换效率，同时也便于自发电装置各参数的调整，使得各部件能灵活配置应用，提高产品的适用性。

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。