[发明专利]一种基于压电效应的自发电无线键盘

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于压电材料的可收集人敲击键盘产生的机械能并将其转变成电能的自发电无线键盘，属于新型能源器件技术领域。

背景技术

能源与环境是21世纪人类所关注的最重要的两大主题。由于不可再生资源的逐年消耗，能源问题被各国政府、学术界乃至广大公众所共同关注，开发新能源已经成为当今世界的一项重要研究课题。如何将环境中废弃的能量收集并转换为可再利用的电能作为新能源发展的主要方向之一备受关注。此外，随着目前无纸化办公程度的不断提高，电脑成为人们生活、工作中不可或缺的工具。键盘作为电脑的重要组成部分，承担了绝大部分的输入任务。据统计，正常办公条件下，工作人员每小时敲击键盘1700余次，每天工作8小时，一年就要敲击500余万次。在这个过程中，消耗了大量的机械能，而这部分机械能几乎全部浪费掉了。而在众多种类的键盘中，无线键盘因为不再受线的约束，使用起来较为方便、舒适，所以“无线”将会是键盘发展的一大趋势。但是其缺点显而易见，目前市场上销售的无线键盘使用电池为其供能，由于电量消耗量比较大，所以需要经常更换电池，不仅给使用带来不便而且增加了消费者的经济负担，一定程度上限制了无线键盘的推广使用。基于压电效应的自发电无线键盘就是解决这些问题的一种新型能源器件。该器件具有机电转化效率高、输出电压高、结构简单、体积小，易于满足实用化要求、无需外加偏置等特点，并且不产生噪声，不受电磁干扰，所以基于压电效应的自发电无线键盘具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于压电材料制作的可收集人敲击键盘产生的机械能并将其转变为电能的自发电无线键盘，该器件不仅能实现对外来能量的回收，实现能量的充分利用，更可以免去无线键盘更换电池的麻烦，无线键盘对外部电源的依赖性显著减小，这将会为本领域增添一种新型压电能量收集器件的同时给人们的生活带了极大的方便。

为实现上述技术问题，本发明采取以下技术方案：

一种基于压电效应的自发电无线键盘，其包括底板、置于底板上的面板、安装在面板上的按键，为无线键盘供电的充电电池；在底板和按键之间布置压力发电装置；压力发电装置的输出端连接有一个电力变换装置，电力变换装置的输出端连接至充电电池。

所述的压力发电装置为采用压电材料制成的压电片。

所述的压电材料包括：压电单晶、压电陶瓷、有机-无机复合压电材料和聚合物压电材料。

所述的压电片为布置在底板和按键之间的一块整体式的压电片。

所述的压电片为布置在底板和按键之间的独立压电片；即每一个按键下都布置一个压电片，所有的压电片均与电力变换装置相连。

所述的压电片的形状为圆形、方形或圆环形。

所述的充电电池、压力发电装置、电力变换装置均置于底板与面板之间。

本发明的工作过程如下：

①压电发电装置，用于吸收作用于键盘上的外力做功所产生的能量，通过正压电效应将外力做功产生的能量装化为电能，产生波形复杂的交流电。

②将压电发电装置产生的电能输送至一个电力变换装置，由该装置对电力进行调整和变换，以获得适合充电电池存储的电压和电流。

③将经过处理后的电能存储在无线键盘的充电电池中。

第①步中，作用于键盘的外力传导到压电发电装置上时，压电发电装置在外力的作用下产生形变而在其两端面上产生异号电荷、电动势，产生电能。第②步中，电力转换装置对通过压电发电装置产生的电能进行变换时，对无线键盘的充电电流和电压进行控制，在调整电压的同时，具有保护电路的作用。该电力转换装置对电能的调整主要包括以下方面：首先，将产生的交流电进行电压调整，以满足后续流程的需求；然后，通过整流、滤波过程，将上步中产生交流电转换为直流电；第③步中，将产生的直流电进行电压和电流调整，使其满足无线键盘充电电池的要求。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.为无线键盘提供新的能源来源，将以往未加以利用的敲击键盘产生的能量收集并转换为电能，加以回收和利用，这对于能源的再生具有显著的现实意义；

2.由于选用具有高的能量密度的压电晶体材料，因此，压电发电装置的体积小、重量轻，可以在无线键盘中使用，并可实现能量的充分利用；

3.对于力学激励产生较大的电学输出、响应时间快、结构简单、制作方便、造价便宜，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为利用压电材料为无线键盘供能的控制流程图。

图2为采用本发明压电发电装置的无线键盘水平放置时的剖面示意图。