自供电遥控装置及包括该装置的电气设备和设施

1.一种自供电遥控装置，包括：
-发射装置；
-馈电器电路(6)，与发射装置相连；
-电发生器，包括至少一个压电元件(1)，该压电元件用于接收通过驱动 控制装置而产生的机械压力，并且将电能提供给馈电器电路；和
-控制装置(3)，与电发生器相关联，
所述自供电遥控装置，其特征在于，控制装置包括用于校准机械能的装 置(5)，以便用预定冲击对压电元件(1)进行撞击。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，馈电器电路包括电能存储装 置(7)，以存储由压电元件(1)提供的电能。
3.如权利要求1或2之一所述的装置，其特征在于，用于校准机械能的 装置(5)根据预定机械行程撞击压电元件(1)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，用于校准机械能的装置(5) 包括至少一个具有双稳定状态(25，26)的弹簧片(24)，以当经过转换位置时， 控制撞击装置(22)的校准运动。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压电元件(1)包括可弯曲金 属支承件(17)和置于所述支承件的一面上的由压电材料构成的垫(18)。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，用于校准机械能的装置(5) 从与垫(18)相反的一侧对压电元件进行撞击。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，可弯曲金属支承件(17)自由 地夹持在设计用来容纳它的外罩中。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，通过密封件(27)固定可弯曲 金属支承件，该密封件安装在朝向所述支承件包括垫的一面的边缘上。
9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，垫(18)的压电材料由陶瓷或 共聚物构成。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，压电元件具有机械共振， 以延长向馈电器电路(6)供应电能的持续时间。
11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，用于存储电能的装置(7) 包括至少一个电容器，存储装置的电容为0.4到50微法拉。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，存储装置(7)的电容值为 2到10微法拉。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括与馈电器电路(6) 相连的供电管理装置(8)，以控制初始化和编码阶段(32)以及发射阶段(33)。
14.如权利要求1所述的装置，其特征在于，发射装置包括发射器装置 (10)和接收器装置。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，发射装置包括通过集成电 路(34)的输出端口(35)供电的发射器装置(10)。
16.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括与发射装置相连的 存储电路(46)。
17.如权利要求1所述的装置，其特征在于，它包括与发射装置相连的 计数装置(47)。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，发射装置包括发射条件检 查装置(45)。
19.一种包括机械驱动装置(4，52)的设备，其特征在于，它包括一个如 权利要求1所述的自供电遥控装置，所述机械驱动装置能够驱动与电发生器 (1)相关联的控制装置(3)。
20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，该设备是包括机械驱动装 置(52)的电气开关设备(50)，以根据所述开关设备的状态驱动控制装置(3)。
21.如权利要求19或20之一所述的设备，其特征在于，发射装置发射 可用于执行逻辑选择的信号。
22.如权利要求19所述的设备，其特征在于，发射装置发射可用于执行 区分通知的信号。
23.如权利要求19所述的设备，其特征在于，发射装置发射代表所述设 备大量操作的信号。
24.如权利要求19所述的设备，其特征在于，该设备是包括能够由操作 者驱动的机械驱动装置的电气控制设备(55，56，57，62)。
25.如权利要求19所述的设备，其特征在于，该设备是包括能够通过机 械装置的运动而驱动的机械驱动装置的电气控制装置(61)。
26.一种包括接收器装置(12-15，58-59，63)的电气设施，其特征在于， 它包括至少一个如权利要求1所述的自供电遥控装置，所述接收器装置设计 用来接收由所述至少一个自供电遥控装置发射的信号。
27.如权利要求26所述的电气设施，其特征在于，它包括至少一个电控 箱，该电控箱容纳至少一个如权利要求1所述的自供电遥控装置和与接收器 装置(58)相连的自动控制电路(60)。
28.如权利要求26或27之一所述的电气设施，其特征在于，它包括至 少一个如权利要求19所述的设备。

技术领域\n本发明涉及一种自供电遥控装置，包括：\n-发射装置；\n-馈电器(feeder)电路，与发射装置相连；\n-电发生器，与馈电器电路相连，用于供应电能；和\n-控制装置，与电发生器相关联。\n背景技术\n已知的遥控装置一般包括发射器和接收器，以控制电气设备。已知类型 的发射器具有能够发射高频、红外线或超声的电磁辐射的电子电路。当使用 若干发射器和接收器时，最好对发射器所发射的辐射进行调制和编码，以提 供足够的操作安全性。\n接收器接收所发射的辐射，然后，对所接收的信号进行检测和解码。解 码信号由电子电路进行使用，以在特定电气设备中进行控制。\n固定或移动自供电发射器通常需要由一次性或可再充电的电池提供的电 源。对电池更换的管理使得自供电发射器的使用受到极大的限制。而且，发 射器的频繁使用导致电池的快速放电，从而导致频繁的更换电池和高操作费 用。如果电池的电放完或电池漏电，自供电发射器还容易出现失灵或停止工 作。\n现有多种其电发生器为电磁振荡电路的装置。然而，这种电发生器所提 供的功率很低，并且遥控装置笨重。在US专利4,471,353中，对这种类型的 装置进行了描述。\n欧洲专利申请EP-0,826,166中，对包含具有更高性能的电磁电发生器的 其它设备进行了描述。然而，这些装置的体积无法缩小到足以将它们集成到 小型装置中。\n发明内容\n因此，本发明的目的是实现一种遥控装置，它包括一个占用很小体积的 自供电发射器。\n本发明提供一种自供电遥控装置，包括：\n-发射装置；\n-馈电器电路，与发射装置相连；\n-电发生器，包括至少一个压电元件，该压电元件用于接收通过驱动控 制装置而产生的机械压力，并且将电能提供给馈电器电路；和\n-控制装置，与电发生器相关联，\n在所述自供电遥控装置中，控制装置包括用于校准机械能的装置，以便 用预定冲击对压电元件进行撞击。\n本发明还提供一种包括机械驱动装置的设备，它包括一个如上所述的自 供电遥控装置，所述机械驱动装置能够驱动与电发生器相关联的控制装置。\n本发明还提供一种包括接收器装置的电气设施，它包括至少一个如上所 述的自供电遥控装置，所述接收器装置设计用来接收由所述至少一个自供电 遥控装置发射的信号。\n本发明还提供一种电气设施，它包括至少一个电控箱，该电控箱容纳至 少一个如上所述的自供电遥控装置和与接收器装置相连的自动控制电路。\n本发明还提供一种电气设施，它包括至少一个如上所述的设备。\n在本发明的自供电遥控装置中，电发生器包括至少一个压电元件，用于 接收通过控制装置的驱动所产生的机械压力，并且将电能提供给馈电器电路。\n在一个优选实施例中，馈电器电路包括电能存储装置，以存储由压电元 件提供的电能。\n在特定实施例中，控制装置包括用于校准(calibrating)机械能，以便用 预定的机械冲击和行程撞击压电元件的装置。\n最好，用于校准机械能的装置，包括至少一个具有双稳定状态的弹簧片， 以当经过转换位置时，控制撞击件的校准运动。\n最好，压电元件，包括：可弯曲金属支承件(support)和由压电材料构成 的垫(pad)，该垫置于所述支承件的一面上。\n最好，控制装置从与垫相反的一侧对压电元件进行撞击。\n根据第一替换实施例，可弯曲金属支承件能自由地夹持在设计用来容纳 它的外罩中。\n根据第二替换实施例，通过密封件(seal)固定可弯曲金属支承件，该密 封件安装在朝向所述支承件包括垫的一面的边缘上。\n最好，垫的压电材料基本上由陶瓷或共聚物构成。\n最好，压电元件具有机械共振，以延长向馈电器电路供应电能的持续时 间。\n为获得高效率，用于存储电能的装置包括至少一个电容器，存储装置的 电容为0.4到50微法拉。\n特别，存储装置的电容值为2到10微法拉。\n在一个优选实施例中，该装置包括与馈电器电路相连的供电管理装置， 以控制初始化和编码阶段以及发射阶段。\n在一个特定实施例中，发射装置包括发射器装置和接收器装置。\n最好，发射装置，包括通过集成电路的输出端口供电的发射器装置。\n最好，该装置包括与发射装置相连的存储装置。\n最好，该装置包括与发射装置相连的计数装置。\n最好，发射装置包括发射条件检查装置。\n根据本发明一个实施例的设备包括机械驱动装置和如上所述的自供电遥 控装置，所述装置能够驱动与电发生器相关联的控制装置。\n在一个特定实施例中，该设备是包括机械驱动装置的电气开关设备，以 根据所述开关设备的状态驱动该控制装置。\n在根据一个特定实施例的装置中，发射装置发射可用于执行逻辑选择的 信号。\n在根据一个优选实施例的装置中，发射装置发射可用于执行区分通知的 信号。\n最好，发射装置发射代表所述设备大量操作的信号。\n在一个特定实施例中，该设备是包括能够由操作者操作的机械驱动装置 的电气控制装置。\n一个特定实施例中，该装置是包括能够通过机械设备运动驱动的机械驱 动装置的电气控制装置。\n在根据本发明一个实施例的电气设施包括高频接收器装置和至少一个如 上所述的自供电遥控装置，所述接收器装置设计用来接收由所述至少一个自 供电设备发射的信号。\n最好，该电气设施包括至少一个电控箱，该电控箱容纳至少一个如上所 述的自供电遥控装置和与接收器装置相连的自动控制电路。\n最好，该电气设施包括至少一个如上所述的设备。\n附图说明\n通过下面参照附图对作为非限制性示例给出的本发明的特定实施例进行 详细描述，本发明的上述目的和优点将会变得更加清楚，其中：\n-图1表示根据本发明一个实施例的自供电遥控装置示意图；\n-图2表示能够和根据本发明一个实施例的装置共同工作的接收器装置；\n-图3表示根据本发明一个实施例的装置的压电垫；\n-图4表示用于根据本发明一个实施例的装置的对压电元件的冲击的校 准装置示意图；\n-图5和6示出控制冲击作用下压电元件的夹持和弯曲状态；\n-图7和8示出用于根据本发明实施例的自供电遥控装置的压电元件的冲 击和应变距离；\n-图9A和9B示出包括根据本发明一个实施例的装置的按钮的截面图；\n-图10A到10C示出代表用于供电管理的信号的曲线；\n-图11表示在根据本发明一个实施例的装置中使用的高频头的示意图；\n-图12表示根据本发明另一实施例的自供电遥控装置示意图；\n-图13表示包括一个自供电遥控装置的根据本发明一个实施例的断路 器；\n-图14表示包括多个自供电遥控装置的根据本发明一个实施例的设施示 意图。\n具体实施方式\n根据本发明一个实施例的遥控装置如图1所示。该装置包括压电元件1， 以将电能提供给电子发射处理电路2。\n当冲击或机械压力作用于所述压电元件时，压电元件1提供电能。\n图1中，控制装置3使得经过校准的冲击作用于压电元件。该控制装置 例如包括按钮4，其驱动机械能的校准装置5从而用预定冲击和行程对压电 元件进行撞击。\n由压电元件产生的电能施加于电路2，在这个实施例中，该电路包括： 整流桥6，与元件1相连并且提供整流电流；电容器7，与该整流桥的输出相 连，以通过整流电流蓄电来存储电能，并且将DC电压Vc提供给供电管理电 路8。该管理电路8控制编码电路9，以初始化和发送信息。高频发射器10， 与编码电路相连，通过天线11发射经过编码的高频信号。信号编码特别用于 识别发射装置的目的。发射器10还可以包括接收器装置，以在供电期间接收 例如参数设置信息。\n图2表示能够和图1的设备一起工作的接收器装置。该接收器装置包括 高频接收器12，该接收器用于接收由天线13采集的信号，并且将该信号提 供给解码电路14。电路14将解码信号提供给用户装置15或例如提供给致动 器16，如继电器。用户装置可以例如是数据处理单元，自动控制器，工业过 程或通信网络。\n压电元件的结构示例如图3所示。在这个示例中，压电元件包括可弯曲 金属支承件17，其中固定有由压电材料构成的垫。垫18最好由呈高性能的 陶瓷或共聚物构成。\n用于对压电元件的冲击进行校准的校准装置如图4所示。通过压在设备 主体20上的复位弹簧片19，按钮4保持在静止位置上。固定连接到该按钮 的叉形件21使得包括冲击端23的撞击装置22能够运动，以命令它对压电元 件的垫进行撞击。在这个实施例中，冲击校准设备包括安装在主体20中且与 装置22相关联的双稳态弹簧片24。\n在静止状态，弹簧片24处于远离垫的第一位置25。当驱动按钮4时， 叉形件21压迫同弹簧片24一起运动的撞击装置22。弹簧片的运动一经过中 间转换位置，弹簧片突然移向第二稳定位置26。在移向第二位置的过程中， 弹簧片将撞击装置22推向元件1，并且冲击端23撞击压电元件。因此，有 关对压电元件的机械冲击和撞击装置的机械行程的特性取决于弹簧片和相对 压电元件的距离。按钮可以快速或慢速地进行操作。当弹簧片在第一稳定位 置25和转换位置之间移动时，它存储能量。然后，当弹簧片移向第二稳定位 置26时，释放通过弹簧片变形所存储的能量。当发生对压电元件的冲击时， 机械能通过垫18转换成电能。\n当按钮4不再按下时，复位弹簧片19将按钮4和叉形件21移向静止位 置。在移动中，叉形件将撞击装置22和固定连接到所述设备22的弹簧片移 回第一稳定位置25。\n最好，与垫相反的一侧施加对压电元件的机械冲击。从而，机械能转换 成电能的效率更高，这一点可以肯定。\n图5中，压电元件置于支承件20中，从而保持在适当的位置。在这个实 施例中，密封件27安装在压电元件的支承件17和支承件20之间，以分开所 述元件的前后部分。密封件27最好安装在元件1接收机械冲击的同一侧，从 而保证高效率。图5中，垫18也在接收冲击的同一侧，以取得高电能。当压 电元件1相对刚性支承件20产生变形时，效率高。这种布置如图6所示，其 中，支承件17停留在刚性支承件20上，处于接收机械冲击的垫18的相反侧。\n最好，机械冲击的特性能够根据所使用的压电元件的特性和要汇集的电 能进行调节。图7和8示出撞击装置的行程距离。图7中，当冲击发生在行 程结束时，行程距离28很大，但是元件1的变形29很小。图8中，当冲击 发生在行程结束之前时，行程距离28很小，但是变形29很大。调节适合压 电元件类型的距离也使效率高和大量操作得以保证。\n根据压电元件在支承件上的固定模式，机械共振使对电路2的电能供应 持续时间得以增长。\n图9A和9B示出根据本发明一个实施例的电气控制装置例如包括自供电 遥控装置的按钮的截面图。在该实施例中，元件1通过O型环27进行固定， 并且按钮的按键4通过两个复位弹簧片19被偏置在其静止位置。\n例如电容器7的电能存储装置适用于匹配压电元件的特性、电子电路荷 载和发射时间。在本发明的一个实施例中，电容器取值为0.4到50微法拉(μ F)。存储装置的电容最好取值为2到10微法拉(μF)。\n电容器的电压施加于供电管理电路8，以控制初始化和编码阶段以及发 射阶段。图10A到10C示出根据本发明一个实施例的供电管理电路8的操作。\n图10A中，曲线表示当压电元件接收机械控制冲击时，管理电路8的馈 电器电容器7上的电压Vc。电压Vc先升高30再降低31。当电压Vc提高并 且在时间t1超过阈值Vs时，管理电路控制编码电路9。编码电路的操作状 态用图10B中的曲线32表示。在编码电路命令之后，管理电路命令高频发射 器的操作。图10C中的曲线33示出高频发射器10的操作时间。例如电压Vc 的升高一不再大或者电压Vc一降低，就可以在编码电路命令之后的预设时延 内控制发射器10。\n在图11所示的优选实施例中，电路8和9可以集成在以数字和/或模拟 形式实现的单个电路34中。\n高频发射器的控制最好通过向振荡器供电的电路34的输出35来实现。 从而保存电能，以保证充足可靠的发射时间。\n图11中，振荡器用晶体管36和由石英或陶瓷谐振器组成的振荡电路37 来实现。由电阻器38实现基本偏振(polarization)，并且由通过电容器40 解耦的电阻器39实现发射器偏振。在晶体管36的集电极上，包括两个电容 器41和42、电感器43和环形天线44的调谐电路，使得能够发射高频辐射。 电容器41最好为可调类型，从而调节电路的调谐。\n天线11或44与发射器和接收器之间的距离相适应。最好，对于几米的 短距离，发射频率低于400MHZ并且发射为近场。最好，通过调谐环形天线使 用磁场。\n图12示出包括数据管理电路45的本发明装置的详细实施例。在图12 的图中，存储电路46、计数电路47、包含其它数据的参数设置电路48、和/ 或至少一个电触头49，可以与数据管理电路相连。\n根据其中组合该装置的应用情况，存储电路可以例如存储消息发送条件， 要发送的数据或应用标识。\n计数电路47特别用于对作用在压电元件上的命令数目进行计数。当该装 置集成在如断路器、开关、接触器的电气设备中时，该设备的机械装置对压 电元件的驱动使得能够对所述设备的电触头的电气接通的断开或闭合进行计 数。\n例如，在包括根据本发明一个实施例的设备的断路器中，在断路器的每 次操作时计数器增加它的值，以进行发射。与存储在存储电路中的发送条件 相关联，一达到或超过计数事件的预设数，控制装置就可以发送计数数据。 另外，计数值可以存储在存储电路中。该存储电路还可以与各种计数/计量装 置，如运动计数器、自动控制器、旋转机械、往复运动机、带遥测的流量计 或电量计相关联。流量计，例如带遥测的气体、热水或冷水计量器，在这种 情况下不需要任何外部电源。在这种情况下，自供电遥控装置发送计量数据 和设备和/或用户的标识图文框(frame)。接收器回收数据，并且对它进行处 理，或者将它发送给集中装置或中央元件。\n参数设置电路48使得能够提供可以等待一个命令以进行发送的其它数 据。例如，在断路器中，电路48能够接收正发生故障的类型信息。然后，一 旦发生跳闸或执行一个操作，机械能就提供给遥控装置，该装置发送电路48 中的现有信息。该信息可以涉及区分故障显示功能、逻辑选择功能或例如断 路器状态报告，如断开，闭合，跳闸或负载状态。\n电触头49还可以用作当驱动遥控装置时提供要发射信息的目的，例如， 它可以与压电元件1的命令相关联，以表示所执行的命令。例如，触头49能 够表示按钮4与断开或闭合触头功能相关联。同样，如果将按钮4替换为具 有至少两个位置的开关类型的旋钮，开关49能够表示按钮的方向变化或状态 变化，例如断开或闭合位置。还可以将按钮4替换为在每个状态或位置变化 时驱动压电元件的手柄类型的装置。遥控装置还可以集成在自动化设施的行 程结束检测装置中，通过机械元件的运动提供机械能。\n根据本发明实施例的其它电气设备，例如断路器，开关或接触器，配备 有能够驱动自供电遥控装置的机械装置。包括一个遥控装置的根据本发明一 个实施例的断路器50如图13所示。断路器50包括至少一个通过机械装置 52驱动的电源触头51。跳闸装置53特别根据预设电流和时间特性控制机械 装置52。例如，如果在预设时间内，超过电流阈值，跳闸装置53命令机械 装置52触发断路器的断开。机械装置52使用也可以采用对自供电遥控装置 的压电元件1的冲击或变形的形式提供的机械能。在图13的示意图中，机械 装置52撞击元件1，然而，这个元件还可以通过电源触头51或跳闸装置53 的继电器进行驱动。校准装置5还可以用于优化遥控装置的电效率。在断路 器中，控制装置可以与跳闸装置53相连，以发送可用于逻辑选择功能的信息， 区分通知功能和/或断路器状态报告功能，例如闭合，断开或跳闸状态。逻辑 选择功能可能需要信号接收功能，以表示对跳闸装置的沿线路下级的断路器 的断开。在这种情况下，接收功能可以集成到电路2，并且与跳闸装置的连 接是双向的。电子电路2还可以从跳闸装置接收电功率，以进行连续发射， 并且在不向断路器提供电源的情况下，基本上保留提供用于机械断开或闭合 操作的机械能。\n图14示出包括自供电遥控装置的根据本发明一个实施例的设施。在这个 设施中，电控箱54包含具有按钮类型控制钮的装置55和56(如同图1所示)， 具有开关类型控制的装置57，和带有接收天线59的接收器装置58(如同图2 所示)。装置58还可以与自动控制电路60相连，例如硬连线的逻辑电路，编 程逻辑电路，和/或可编程控制器。\n除了电控箱54之外，自供电遥控装置可以用作其它功能。例如，装置 61可以是机械行程结束检测器或运动检测器，并且装置62可以是一关机、 紧急停止或开机按钮。装置61和62可以和与自动控制电路6相连的接收器 63进行通信。\n其它功能或装置可以包括自供电遥控装置，以特别执行对设备的遥控。\n根据本发明实施例的自供电装置可以是双向的，并且包括当机械能作用 于压电元件时接收信息的接收器。这种装置可以和远端发射器具有同步周期。 例如，根据一个命令，该装置发送表示它准备接收的信息，然后，远端发射 器将信息发送回自供电遥控装置。