CN109947262A - 一种自供能的无线键盘 - Google Patents

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樊欣宇
蔡烨芸
米承玮
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Abstract

本发明公开了一种自供能的无线键盘,对常用的“火山口”结构的薄膜键盘进行有限的改造,在不破坏原有结构的基础上,在键帽的圆柱内部装入微型磁铁,作为感应发电装置的动子,在键盘基座的按键槽周围缠绕感应线圈,作为感应发电装置的定子,这样,每个被敲打的按键在被使用时就会产生一定的感应电流;这种设计只在原有结构上进行有限的改造,在保证功能和效率的情况下,尽可能的降低成本;另外还在按键表面铺设一层柔性太阳能电池,在日常有光照的时间内都可以通过收集周围环境中的光能发电,可以在有光照的任何时间、任何地点实现对无线键盘蓄电池的持续充电。

Description

一种自供能的无线键盘
技术领域
本发明属于无线键盘技术领域,具体涉及一种自供能的无线键盘。
背景技术
传统的键盘都需要有线连接,使用和安装都受到连接线的限制,还使得桌面很凌乱,无线键盘一般通过无线蓝牙与电脑连接,可以突破传统键盘的这些限制。但是无线键盘需要安装电池,大多数厂商在这种情况下,出于对续航能力的考虑,就要删减键盘的一些功能和效果,这样相对于传统键盘又失去了一些优势,制约了无线键盘的推广使用,于是,我们设计了一款结合了机械能和太阳能的可以自供电的无线键盘,这样可以进一步提高无线键盘的续航能力,并且为拓展无线键盘功能及提升键盘使用效果提供了可能。目前存在的自发电供能键盘装置存在一些局限:
(1)需要额外做功。如龙尚银等在专利《一种具有手摇发电功能的无线键盘》(CN204965349 U)中提出一种具有手摇发电功能的无线键盘可以通过摇动手摇杆实现发电并供给无线键盘使用,但该发明需要通过人体主动做功才能实现供能的功能,没有充分利用键盘使用过程产生的能量和环境中的能量,使用不便。
(2)敲打键盘产生的机械能利用率低。如王现英、谢澎梵、郑学军等在专利《一种能够发电的键盘》(CN 106225811 A)中提出了一种使用氧化锌纳米线利用压电效应发电的键盘装置,将机械能转化为了电能,利用了人体无形中损耗掉的能量,但压电效应对敲打键盘时产生的能量利用率很低,一般薄膜键盘的键程在2.50mm~4.50mm之间,而压电效应所利用的形变远小于这个范围。
(3)利用机械能产生的能量微弱。如敬德强在专利《一种带有发电装置的键盘》(CN101105716 A)中提出了一种可以利用手指击键动作产生感应电流的键盘,但该装置的按键设计相较于常见的装置有较大的改变,实现相对复杂,且发电效率很低,无法满足键盘正常工作的需求。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种自供能的无线键盘,可在原有键盘上经过简单改进,实现键盘自供能。
一种自供能的无线键盘,包括永磁铁芯、感应线圈以及电源管理模块;
所述键盘的按键下表面原有的凸块内部设置有所述永磁铁芯,键盘下方的按键槽内部周围缠绕所述感应线圈;
所述电源管理模块用于接收感应线圈产生的感应电流,并为所述无线键盘供电。
较佳的,电源管理模块包括蓄电池;电源管理模块将接收的感应电流转换为蓄电池所需电压后,对蓄电池进行供电;所述蓄电池储存电能,对无线键盘供电。
较佳的,每个感应线圈产生的感应电流通过铺设在键盘底部的导线送入所述电源管理模块。
较佳的,各个感应线圈通过导线并联在一起。
进一步的,所述键盘的按键上表面设置有太阳电池薄膜,产生的电流送入所述电源管理模块。
进一步的,每个按键下表面设置有两条螺旋线圈,两条螺旋线圈上端分别连接太阳电池薄膜的正负极,下端接到所述电源管理模块,用于将太阳电池薄膜产生的电流送入电源管理模块。
较佳的,键盘上纵向每一列按键上的太阳电池薄膜由导线串联成一个电池组;各电池组又通过导线并联,最后将产生电流送入电源管理模块。
本发明具有如下有益效果:
本发明对常用的“火山口”结构的薄膜键盘进行有限的改造,在不破坏原有结构的基础上,在键帽的圆柱内部装入微型磁铁,作为感应发电装置的动子,在键盘基座的按键槽周围缠绕感应线圈,作为感应发电装置的定子,这样,每个被敲打的按键在被使用时就会产生一定的感应电流;这种设计只在原有结构上进行有限的改造,在保证功能和效率的情况下,尽可能的降低成本;
本发明在按键表面铺设一层柔性太阳能电池,在日常有光照的时间内都可以通过收集周围环境中的光能发电,可以在有光照的任何时间、任何地点实现对无线键盘蓄电池的持续充电。
本发明将各个按键的太阳能电池通过一定的串并联方式组织起来,串联方式可以提高电压,并将这些电池组进行并联以增大电流,最终尽可能减少电路内部产生的损耗。
通过螺旋线圈将太阳电池电能输送出来,在适应了按键行程变化的同时,不会为按键增加额外的做功负担,可延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的按键结构图。
图2为本发明柔性太阳能电池阵列的连接图。
图3为本发明的系统结构图。
其中,1-1-太阳能电池薄膜,1-2-螺旋线圈,2-1-按键,2-2-橡胶薄膜,3-1-永磁体芯,3-2-感应线圈,4-太阳能阵列正极,5-太阳能阵列负极。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
本发明提供一种自供能的无线键盘,其在键盘的按键2-1原有结构中安装了由磁芯动子与线圈定子组成的机械能感应发电装置和柔性太阳能电池板发电装置,发电单元通过合理的串并联设计组合成发电阵列,在保证发电电压的同时,尽可能的减少电能的内部损耗,电源管理模块通过MPPT算法控制DC-DC转换电路将生成的电能存储到蓄电池之中,供给无线键盘使用。
如图1所示,为基于“火山口”结构的薄膜键盘按键2-1,按键2-1的下表面具有一个圆形凸起,按键2-1中正对圆形凸块设置有橡胶薄膜2-2,为按键2-1弹起提供反弹力。本发明在原有键盘基础上增加了永磁铁芯3-1和感应线圈3-2,其中,在圆柱凸块内封闭放置一个微型的永磁铁芯3-1,作为感应发电装置的磁芯动子,在键盘基座的每个按键下方的按键槽底部周围缠绕感应线圈3-2,作为感应发电装置的线圈定子,在按键2-1被按下后,根据电磁感应原理,感应线圈3-2中就会产生一定的感应电流。对于较大的按键2-1,由于下表面具有多个圆形凸起,因此可以在每个圆形凸块中均安装一个感应发电结构,以充分利用键盘的空间增加电能输出。这种设计只在原有结构上进行有限的改造,在保证功能和效率的情况下,尽可能的降低成本。
在按键2-1的表面铺设有太阳能电池板1-1,此处太阳能电池为柔性太阳能电池,固体太阳能电池十分脆弱,不太合适键盘这样的应用场景。太阳能电池板1-1产生的电能通过按键2-1下方的螺旋线圈1-2输入到基座下方的连接线路中,螺旋线圈1-2的设计适应了按键2-1行程变化的使用场景,还不会为按键2-1增加额外的做功负担,使用寿命也更长。
因为按键2-1机械能做功一般情况下同时只能有一个按键2-1产生交流电能,为了减少电能损耗,所有的感应线圈3-2将采用并联方式接入到后端的处理电路中。如图2所示,太阳能电池板1-1的连接采用了串联和并联相结合的方式,电池板的串联可以增加整体的输出电压,但电流会产生失配的现象(因光照不均匀等电流产生不相同),使串联电流等于所有串联电池板的最小电流,多余的电流将被消耗在串联电池板(相当于负载)之间,这样不但会造成电能的损失,还会增加电池板的发热,影响系统寿命,而电池板的并联可以增加输出的电流,并且失配现象对系统的影响比串联的影响小。考虑到在使用的过程中,使用者的手会阻挡光照,相对于横向串联,纵向串联受到的影响相对较小,而在经过DC-DC电路升压的过程中,输入输出差别越大,损耗越大,所以通过串联提高电压也是十分必要的,综合考虑,选择了将纵向6个按键2-1为一组进行串联以提高电压,并将这些电池组进行并联(并联两端分别通过太阳能阵列正极4和负极5送入到电源管理模块)以增大电流,最终尽可能减少电路内部产生的损耗。
如图3所示,为系统的整体结构图,太阳能电池整列输出接电源管理模块的电路保护模块,以保护系统免受浪涌高压的损害,感应线圈3-2均通过并联连接在一起,经过倍压整流电路(相对于半波整流电路和全桥整流电路,其更高效且损耗更小)将交流电转换为直流电,经过初步处理之后电能将通过DC-DC电路将产生的电压转换并稳定为蓄电池需要的充电电压。为了提高电能的输出效率,使用微处理器对太阳电池和感应线圈将输入DC-DC电路的电压和电流信号分别进行采样,并使用MPPT算法得到并跟踪电路产生电能的最大功率点,并通过PWM模块控制DC-DC电路,使得其最终的电能输出工作在最大功率点。
本发明综合利用了敲打键盘产生的机械能和环境中的光能,产生的能量基本可以供给无线键盘的电能消耗,实现了无线键盘的自供能。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自供能的无线键盘,其特征在于,包括永磁铁芯、感应线圈以及电源管理模块;
所述键盘的按键下表面原有的凸块内部设置有所述永磁铁芯,键盘下方的按键槽内部周围缠绕所述感应线圈;
所述电源管理模块用于接收感应线圈产生的感应电流,并为所述无线键盘供电。
2.如权利要求1所述的自供能的无线键盘,其特征在于,还包括蓄电池;电源管理模块将接收的感应电流转换为蓄电池所需电压后,对蓄电池进行供电;所述蓄电池储存电能,对无线键盘供电。
3.如权利要求1或2所述的自供能的无线键盘,其特征在于,每个感应线圈产生的感应电流通过铺设在键盘底部的导线送入所述电源管理模块。
4.如权利要求3所述的自供能的无线键盘,其特征在于,各个感应线圈通过导线并联在一起。
5.如权利要求1或2所述的自供能的无线键盘,其特征在于,所述键盘的按键上表面设置有太阳电池薄膜,产生的电流送入所述电源管理模块。
6.如权利要求5所述的自供能的无线键盘,其特征在于,每个按键下表面设置有两条螺旋线圈,两条螺旋线圈上端分别连接太阳电池薄膜的正负极,下端接到所述电源管理模块,用于将太阳电池薄膜产生的电流送入电源管理模块。
7.如权利要求5所述的自供能的无线键盘,其特征在于,键盘上纵向每一列按键上的太阳电池薄膜由导线串联成一个电池组;各电池组又通过导线并联,最后将产生电流送入电源管理模块。
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