本發(fā)明屬于日用電子產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電式無(wú)線門(mén)鈴信號(hào)發(fā)射器。

背景技術(shù)：

門(mén)鈴在日常生活中隨處可見(jiàn)，它可以發(fā)出聲音提醒主人有客到訪。常見(jiàn)的門(mén)鈴可分為有線門(mén)鈴和無(wú)線門(mén)鈴，但有線門(mén)鈴發(fā)射器與接收器之間依靠電線連接，布線比較麻煩，安裝不便，很可能需要鑿墻等，因而近幾年逐漸淡出市場(chǎng)，無(wú)線門(mén)鈴逐漸成為了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。目前的無(wú)線門(mén)鈴即日常生活中經(jīng)常見(jiàn)到的門(mén)鈴，其信號(hào)發(fā)射器大多依靠12v電池供電，其能量有限，需要經(jīng)常更換電池，浪費(fèi)人力物力，且若廢舊電池處理不當(dāng)，極易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。為代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)電池，滿(mǎn)足類(lèi)似于無(wú)線門(mén)鈴信號(hào)發(fā)射器等微功率、微小型電子產(chǎn)品的自供電需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼提出了基于靜電、電磁、熱電及壓電等原理的微小型能量捕獲器(亦稱(chēng)微小型發(fā)電機(jī)或俘能器)，其中壓電能量捕獲器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)電磁干擾、能量密度大、易于實(shí)現(xiàn)微小化和集成化等優(yōu)勢(shì)而使其適用范圍更廣。但由于壓電晶片為脆性材料，易因所受拉應(yīng)力過(guò)大而破碎。因此，為使壓電式供能裝置在無(wú)線門(mén)鈴信號(hào)傳遞系統(tǒng)中得到實(shí)際應(yīng)用，首先需解決的關(guān)鍵問(wèn)題是提高其工作的可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種壓電式無(wú)線門(mén)鈴信號(hào)發(fā)射器，本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：殼體的主壁端部經(jīng)螺釘連接有端蓋，端蓋由帶通孔的蓋板以及定位環(huán)構(gòu)成，定位環(huán)外圈靠近殼體的主壁的內(nèi)壁安裝；主壁上設(shè)有環(huán)臺(tái)，其上經(jīng)壓環(huán)及螺釘壓裝有一組壓電振子，壓電振子安裝時(shí)為平直結(jié)構(gòu)，壓電振子由基板及壓電片粘接而成，壓電片靠近環(huán)臺(tái)安裝；底板的主體上經(jīng)螺釘及墊圈安裝有電路板，其上設(shè)有能量轉(zhuǎn)換電路及信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)，主體上設(shè)有套筒，套筒內(nèi)安裝有導(dǎo)向軸，導(dǎo)向軸上從右至左依次壓裝有復(fù)位彈簧、小剛性塊、柔性撥片及按鈕，柔性撥片為帶有豁口的圓臺(tái)形殼體，小剛性塊的直徑小于按鈕大端的直徑，按鈕的小端通過(guò)端蓋的通孔安裝，小剛性塊、柔性撥片及按鈕的大端經(jīng)螺釘連接在一起，按鈕的大端的左端面頂靠在端蓋上；裝置主體通過(guò)端蓋經(jīng)螺釘安裝于門(mén)體內(nèi)。

壓電振子為扇形或長(zhǎng)方形懸臂梁，壓電振子經(jīng)導(dǎo)線組與電路板相連，壓電振子產(chǎn)生電能，經(jīng)過(guò)電路板上的能量轉(zhuǎn)換電路將電能轉(zhuǎn)換為信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)可用的電能，再通過(guò)信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出門(mén)鈴信號(hào)，壓電振子安裝時(shí)為平直結(jié)構(gòu)，壓電振子為長(zhǎng)方形時(shí)，其工作時(shí)自由端變形量的許用值為其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/em，hm為基板的厚度，h為壓電振子總厚度，em和ep分別為基板和壓電片材料的楊氏模量，k31和分別為壓電材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子的懸臂長(zhǎng)度。

為使柔性撥片能在壓電振子自由端變形量在達(dá)到許用值前脫開(kāi)，柔性撥片為平直結(jié)構(gòu)時(shí)，其外伸長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足其中：ω＝fl³/(3ei)，e和eb分別為壓電振子和柔性撥片的楊氏模量，i和ib分別為壓電振子和柔性撥片的慣性矩，d為壓電振子與柔性撥片重疊部分長(zhǎng)度。

非工作狀態(tài)下，復(fù)位彈簧處于壓縮狀態(tài)，將小剛性塊、柔性撥片及按鈕壓在端蓋上，壓電振子不發(fā)生彎曲變形，壓電片上應(yīng)力分布狀態(tài)不變；當(dāng)按下按鈕時(shí)，按鈕大端大面壓在柔性撥片上，柔性撥片端部與壓電振子接觸部分剛度較大，撥動(dòng)壓電振子懸臂端使壓電振子產(chǎn)生彎曲變形，同時(shí)改變壓電片上的應(yīng)力分布狀態(tài)，壓電片上應(yīng)力分布狀態(tài)的變化過(guò)程中即將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了電能；繼續(xù)按壓按鈕，柔性撥片通過(guò)壓電振子；松開(kāi)按鈕，復(fù)位彈簧將小剛性塊、柔性撥片及按鈕壓回，小剛性塊的直徑較小，柔性撥片端部與壓電振子接觸部分剛度較小，易于通過(guò)壓電振子而不使壓電片產(chǎn)生大的拉應(yīng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)再次激勵(lì)，增大發(fā)電效果；當(dāng)柔性撥片將壓電振子自由端壓到極限位置時(shí)，壓電振子自由端的變形量小于其許用值，從而確保壓電片上的最大壓應(yīng)力小于其許用值。

本發(fā)明中，壓電振子的變形特性由柔性撥片與壓電振子接觸部分的剛度確定，在壓電振子和柔性撥片的結(jié)構(gòu)及尺度確定時(shí)，可通過(guò)按鈕大端直徑和小剛性塊的直徑加以調(diào)整，使柔性撥片撥動(dòng)與復(fù)位時(shí)的剛度不同，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效果較好的同時(shí)壓電片不會(huì)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力，可靠性高；同時(shí)，以撥片撥動(dòng)的方式激勵(lì)，壓電振子工作在一階模態(tài)下，發(fā)電效果好。

優(yōu)勢(shì)與特色：可收集人按壓按鈕的機(jī)械能發(fā)電，無(wú)需附加電源，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；壓電振子可確保工作在一階模態(tài)下，發(fā)電效果好，且系統(tǒng)發(fā)電效果易于通過(guò)按鈕大端直徑和小剛性塊直徑調(diào)節(jié)；通過(guò)柔性撥片撥動(dòng)與復(fù)位時(shí)的剛度不同，實(shí)現(xiàn)工作中壓電振子僅承受較小的反向變形，壓電片承受拉應(yīng)力較小，承受壓應(yīng)力在其許用值內(nèi)，故可靠性高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2是按鈕按下時(shí)裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖3是按鈕松開(kāi)時(shí)裝置的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4是圖1中采用矩形壓電振子時(shí)的a-a剖視圖；

圖5是圖1中采用扇形壓電振子時(shí)的a-a剖視圖。

具體實(shí)施方式

殼體f的主壁f1端部經(jīng)螺釘連接有端蓋a，端蓋a由帶通孔的蓋板a2以及定位環(huán)a1構(gòu)成，定位環(huán)a1外圈靠近殼體f的主壁f1的內(nèi)壁安裝；主壁f1上設(shè)有環(huán)臺(tái)f2，其上經(jīng)壓環(huán)d及螺釘壓裝有一組壓電振子g，壓電振子g安裝時(shí)為平直結(jié)構(gòu)，壓電振子g由基板g1及壓電片g2粘接而成，壓電片g2靠近環(huán)臺(tái)安裝；底板h的主體h1上經(jīng)螺釘及墊圈l安裝有電路板m，其上設(shè)有能量轉(zhuǎn)換電路及信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)，主體h1上設(shè)有套筒h2，套筒h2內(nèi)安裝有導(dǎo)向軸i，導(dǎo)向軸i上從右至左依次壓裝有復(fù)位彈簧j、小剛性塊k、柔性撥片c及按鈕b，柔性撥片c為帶有豁口的圓臺(tái)形殼體，小剛性塊k的直徑小于按鈕b大端b2的直徑，按鈕b的小端b1通過(guò)端蓋a的通孔安裝，小剛性塊k、柔性撥片c及按鈕b的大端b2經(jīng)螺釘連接在一起，按鈕b的大端b2的左端面頂靠在端蓋a上；裝置主體通過(guò)端蓋a經(jīng)螺釘安裝于門(mén)體e內(nèi)。

壓電振子g為扇形或長(zhǎng)方形懸臂梁，壓電振子g經(jīng)導(dǎo)線組與電路板m相連，壓電振子g產(chǎn)生電能，經(jīng)過(guò)電路板m上的能量轉(zhuǎn)換電路將電能轉(zhuǎn)換為信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)可用的電能，再通過(guò)信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出門(mén)鈴信號(hào)，壓電振子g安裝時(shí)為平直結(jié)構(gòu)，壓電振子g為長(zhǎng)方形時(shí)，其工作時(shí)自由端變形量的許用值為其中：b＝1-α+αβ，a＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/h，β＝em/ep，hm為基板g1的厚度，h為壓電振子g總厚度，em和ep分別為基板g1和壓電片g2材料的楊氏模量，k31和分別為壓電材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用壓應(yīng)力，l為壓電振子g的懸臂長(zhǎng)度。

為使柔性撥片c能在壓電振子g自由端變形量在達(dá)到許用值前脫開(kāi)，柔性撥片c為平直結(jié)構(gòu)時(shí)，其外伸長(zhǎng)度l應(yīng)滿(mǎn)足其中：ω＝fl³/(3ei)，e和eb分別為壓電振子g和柔性撥片c的楊氏模量，i和ib分別為壓電振子g和柔性撥片c的慣性矩，d為壓電振子g與柔性撥片c重疊部分長(zhǎng)度。

非工作狀態(tài)下，復(fù)位彈簧j處于壓縮狀態(tài)，將小剛性塊k、柔性撥片c及按鈕b壓在端蓋a上，壓電振子g不發(fā)生彎曲變形，壓電片g2上應(yīng)力分布狀態(tài)不變；當(dāng)按下按鈕b時(shí)，按鈕b大端b2大面壓在柔性撥片c上，柔性撥片c端部與壓電振子g接觸部分剛度較大，撥動(dòng)壓電振子g懸臂端使壓電振子g產(chǎn)生彎曲變形，同時(shí)改變壓電片g2上的應(yīng)力分布狀態(tài)，壓電片g2上應(yīng)力分布狀態(tài)的變化過(guò)程中即將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了電能；繼續(xù)按壓按鈕b，柔性撥片c通過(guò)壓電振子g；松開(kāi)按鈕b，復(fù)位彈簧j將小剛性塊k、柔性撥片c及按鈕b壓回，小剛性塊k的直徑較小，柔性撥片c端部與壓電振子g接觸部分剛度較小，易于通過(guò)壓電振子g而不使壓電片g2產(chǎn)生大的拉應(yīng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)再次激勵(lì)，增大發(fā)電效果；當(dāng)柔性撥片c將壓電振子g自由端壓到極限位置時(shí)，壓電振子g自由端的變形量小于其許用值，從而確保壓電片g2上的最大壓應(yīng)力小于其許用值。

本發(fā)明中，壓電振子g的變形特性由柔性撥片c與壓電振子g接觸部分的剛度確定，在壓電振子g和柔性撥片c的結(jié)構(gòu)及尺度確定時(shí)，可通過(guò)按鈕b大端b2直徑和小剛性塊k的直徑加以調(diào)整，使柔性撥片撥動(dòng)與復(fù)位時(shí)的剛度不同，實(shí)現(xiàn)發(fā)電效果較好的同時(shí)壓電片g2不會(huì)產(chǎn)生大的拉應(yīng)力，可靠性高；同時(shí)，以撥片撥動(dòng)的方式激勵(lì)，壓電振子g工作在一階模態(tài)下，發(fā)電效果好。