專利名稱：一種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種基于壓電材料的可收集人敲擊鍵盤產(chǎn)生的機(jī)械能并將其轉(zhuǎn)變成電能的自發(fā)電無線鍵盤，屬于新型能源器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源與環(huán)境是21世紀(jì)人類所關(guān)注的最重要的兩大主題。由于不可再生資源的逐年消耗，能源問題被各國(guó)政府、學(xué)術(shù)界乃至廣大公眾所共同關(guān)注，開發(fā)新能源已經(jīng)成為當(dāng)今世界的ー項(xiàng)重要研究課題。如何將環(huán)境中廢棄的能量收集并轉(zhuǎn)換為可再利用的電能作為新能源發(fā)展的主要方向之一備受關(guān)注。此外，隨著目前無紙化辦公程度的不斷提高，電腦成為人們生活、工作中不可或缺的工具。鍵盤作為電腦的重要組成部分，承擔(dān)了絕大部分的輸入 任務(wù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常辦公條件下，工作人員每小時(shí)敲擊鍵盤1700余次，每天工作8小時(shí)，一年就要敲擊500余萬次。在這個(gè)過程中，消耗了大量的機(jī)械能，而這部分機(jī)械能幾乎全部浪費(fèi)掉了。而在眾多種類的鍵盤中，無線鍵盤因?yàn)椴辉偈芫€的約束，使用起來較為方便、舒適，所以“無線”將會(huì)是鍵盤發(fā)展的一大趨勢(shì)。但是其缺點(diǎn)顯而易見，目前市場(chǎng)上銷售的無線鍵盤使用電池為其供能，由于電量消耗量比較大，所以需要經(jīng)常更換電池，不僅給使用帶來不便而且增加了消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，一定程度上限制了無線鍵盤的推廣使用?；趬弘娦?yīng)的自發(fā)電無線鍵盤就是解決這些問題的ー種新型能源器件。該器件具有機(jī)電轉(zhuǎn)化效率高、輸出電壓高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，易于滿足實(shí)用化要求、無需外加偏置等特點(diǎn)，并且不產(chǎn)生噪聲，不受電磁干擾，所以基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤具有廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種基于壓電材料制作的可收集人敲擊鍵盤產(chǎn)生的機(jī)械能并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿淖园l(fā)電無線鍵盤，該器件不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)外來能量的回收，實(shí)現(xiàn)能量的充分利用，更可以免去無線鍵盤更換電池的麻煩，無線鍵盤對(duì)外部電源的依賴性顯著減小，這將會(huì)為本領(lǐng)域增添ー種新型壓電能量收集器件的同時(shí)給人們的生活帶了極大的方便。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其包括底板、置于底板上的面板、安裝在面板上的按鍵，為無線鍵盤供電的充電電池；在底板和按鍵之間布置壓カ發(fā)電裝置；壓カ發(fā)電裝置的輸出端連接有ー個(gè)電カ變換裝置，電カ變換裝置的輸出端連接至充電電池。所述的壓カ發(fā)電裝置為采用壓電材料制成的壓電片。所述的壓電材料包括壓電單晶、壓電陶瓷、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合壓電材料和聚合物壓電材料。所述的壓電片為布置在底板和按鍵之間的ー塊整體式的壓電片。所述的壓電片為布置在底板和按鍵之間的獨(dú)立壓電片；即每ー個(gè)按鍵下都布置一個(gè)壓電片，所有的壓電片均與電カ變換裝置相連。
所述的壓電片的形狀為圓形、方形或圓環(huán)形。所述的充電電池、壓カ發(fā)電裝置、電カ變換裝置均置于底板與面板之間。本發(fā)明的工作過程如下①壓電發(fā)電裝置，用于吸收作用于鍵盤上的外力做功所產(chǎn)生的能量，通過正壓電效應(yīng)將外力做功產(chǎn)生的能量裝化為電能，產(chǎn)生波形復(fù)雜的交流電。②將壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能輸送至ー個(gè)電カ變換裝置，由該裝置對(duì)電カ進(jìn)行調(diào)整和變換，以獲得適合充電電池存儲(chǔ)的電壓和電流。③將經(jīng)過處理后的電能存儲(chǔ)在無線鍵盤的充電電池中。第①步中，作用于鍵盤的外力傳導(dǎo)到壓電發(fā)電裝置上時(shí)，壓電發(fā)電裝置在外力的作用下產(chǎn)生形變而在其兩端面上產(chǎn)生異號(hào)電荷、電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電能。第②步中，電カ轉(zhuǎn)換裝 置對(duì)通過壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能進(jìn)行變換時(shí)，對(duì)無線鍵盤的充電電流和電壓進(jìn)行控制，在調(diào)整電壓的同時(shí)，具有保護(hù)電路的作用。該電カ轉(zhuǎn)換裝置對(duì)電能的調(diào)整主要包括以下方面首先，將產(chǎn)生的交流電進(jìn)行電壓調(diào)整，以滿足后續(xù)流程的需求；然后，通過整流、濾波過程，將上步中產(chǎn)生交流電轉(zhuǎn)換為直流電；第③步中，將產(chǎn)生的直流電進(jìn)行電壓和電流調(diào)整，使其滿足無線鍵盤充電電池的要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)I.為無線鍵盤提供新的能源來源，將以往未加以利用的敲擊鍵盤產(chǎn)生的能量收集并轉(zhuǎn)換為電能，加以回收和利用，這對(duì)于能源的再生具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義；2.由于選用具有高的能量密度的壓電晶體材料，因此，壓電發(fā)電裝置的體積小、重量輕，可以在無線鍵盤中使用，并可實(shí)現(xiàn)能量的充分利用；3.對(duì)于力學(xué)激勵(lì)產(chǎn)生較大的電學(xué)輸出、響應(yīng)時(shí)間快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、造價(jià)便宜，具有廣泛的應(yīng)用前景。
圖I為利用壓電材料為無線鍵盤供能的控制流程圖。圖2為采用本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的無線鍵盤水平放置時(shí)的剖面示意圖。圖中1、按鍵，2、面板，3、壓電片，4、電カ變換裝置，5、充電電池，6、底板。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下參見圖1，一種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其包括底板6、置于底板上的面板2、安裝在面板上的按鍵1，為無線鍵盤供電的充電電池5 ;在底板和按鍵之間布置壓カ發(fā)電裝置；壓カ發(fā)電裝置的輸出端連接有ー個(gè)電カ變換裝置4，電カ變換裝置4的輸出端連接至充電電池5。所述的壓カ發(fā)電裝置為采用壓電材料制成的壓電片3。所述的壓電材料包括壓電單晶、壓電陶瓷、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合壓電材料和聚合物壓電材料。所述的壓電片3為布置在面板和按鍵之間的ー塊整體式的壓電片。所述的壓電片3為布置在面板和按鍵之間的獨(dú)立壓電片；即每ー個(gè)按鍵下都布置ー個(gè)壓電片，所有的壓電片均與電カ變換裝置相連。所述的壓電片3的形狀為圓形、方形或圓環(huán)形。所述的充電電池5、壓カ發(fā)電裝置、電カ變換裝置4均置于底板6與面板2之間。本發(fā)明利用壓電材料發(fā)電為無線鍵盤供電的方法是將壓電發(fā)電裝置置于無線鍵盤內(nèi)部，回收作用于鍵盤上的外力做功所產(chǎn)生的能量，作為電能加以儲(chǔ)存并供鍵盤利用，具 體步驟如下①壓電發(fā)電裝置用于吸收作用于鍵盤上的外力做功所產(chǎn)生的能量，通過正壓電效應(yīng)將外力做功產(chǎn)生的能量裝化為電能，產(chǎn)生波形復(fù)雜的交流電。②將壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能輸送至ー個(gè)電カ變換裝置，由該裝置對(duì)電カ進(jìn)行調(diào)整和變換，以獲得適合充電電池存儲(chǔ)的電壓和電流。③將經(jīng)過處理后的電能存儲(chǔ)在無線鍵盤的充電電池中。第一歩中，作用于鍵盤的外力傳導(dǎo)到壓電發(fā)電裝置上時(shí)，壓電發(fā)電裝置在外力的作用下產(chǎn)生形變而在其兩端面上產(chǎn)生異號(hào)電荷、電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電能。第二部中，電カ轉(zhuǎn)換裝置4對(duì)通過壓電發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能進(jìn)行變換時(shí)，對(duì)無線鍵盤的充電電流和電壓進(jìn)行控制，在調(diào)整電壓的同時(shí)，具有保護(hù)電路的作用。該電カ轉(zhuǎn)換裝置對(duì)電能的調(diào)整主要包括以下方面首先，將產(chǎn)生的交流電進(jìn)行電壓調(diào)整，以滿足后續(xù)流程的需求；然后，通過整流、濾波過程，將上步中產(chǎn)生交流電轉(zhuǎn)換為直流電；最后，將產(chǎn)生的直流電進(jìn)行電壓和電流調(diào)整，使其滿足無線鍵盤充電電池的要求。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不局限于本實(shí)施例，還可以根據(jù)本發(fā)明創(chuàng)造的目的做出多種變化，只要基于壓電效應(yīng)發(fā)電的原理，只要采用壓電材料發(fā)電對(duì)無線鍵盤進(jìn)行供電，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其包括底板、置于底板上的面板、安裝在面板上的按鍵，為無線鍵盤供電的充電電池；其特征在干在底板和按鍵之間布置壓カ發(fā)電裝置；壓カ發(fā)電裝置的輸出端連接有ー個(gè)電カ變換裝置，電カ變換裝置的輸出端連接至充電電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其特征在于所述的壓カ發(fā)電裝置為采用壓電材料制成的壓電片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其特征在于所述的壓電材料包括壓電單晶、壓電陶瓷、有機(jī)-無機(jī)復(fù)合壓電材料和聚合物壓電材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其特征在于所述的壓電片為布置在底板和按鍵之間的ー塊整體式的壓電片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其特征在于所述的壓電片為布置在底板和按鍵之間的獨(dú)立壓電片；即每ー個(gè)按鍵下都布置ー個(gè)壓電片，所有的壓電片均與電カ變換裝置相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其特征在于所述的壓電片的形狀為圓形、方形或圓環(huán)形。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，其特征在于所述的充電電池、壓カ發(fā)電裝置、電カ變換裝置均置于底板與面板之間。
全文摘要
一種基于壓電效應(yīng)的自發(fā)電無線鍵盤，屬于新型能源器件技術(shù)領(lǐng)域。其包括底板、置于底板上的面板、安裝在面板上的按鍵，為無線鍵盤供電的充電電池；其特征在于在底板和按鍵之間布置壓力發(fā)電裝置；壓力發(fā)電裝置的輸出端連接有一個(gè)電力變換裝置，電力變換裝置的輸出端連接至充電電池。本發(fā)明不僅能實(shí)現(xiàn)了對(duì)外來能量的回收，實(shí)現(xiàn)能量的充分利用，更可以免去無線鍵盤更換電池的麻煩，無線鍵盤對(duì)外部電源的依賴性顯著減小，這將會(huì)為本領(lǐng)域增添一種新型壓電能量收集器件的同時(shí)給人們的生活帶了極大的方便。
文檔編號(hào)H02N2/18GK102854992SQ20121033742
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月12日
發(fā)明者侯育冬, 鄭木鵬, 朱滿康, 劉晶冰, 王如志, 張銘, 宋雪梅, 汪浩, 嚴(yán)輝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)