CN111984135A - 一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标 - Google Patents

一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，包括：按键发电的复合结构、鼠标本体、滑动接触发电结构、鼠标垫、螺钉和倾斜传感器；滑动接触发电结构包括亚克力板、栅形PTFE薄膜层、尼龙层、两块栅形镀Cu层和两根导线电缆，在鼠标垫上方放置有鼠标，鼠标的左右按键底部粘接按键发电的复合结构，鼠标底部通过螺钉固定有滑动接触发电结构，鼠标内部安装有倾斜传感器，用于检测人体坐姿。本发明的有益效果是：该自驱动鼠标的体积小，具备可嵌入、可检测倾斜和可收集身体能量的能力，提高了身体能量利用率和纠正人体坐姿，降低人体因脊椎压迫造成的损伤。

Description

一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标
技术领域
本发明涉及机械电子领域，具体涉及应用于计算机的机械设备领域，尤其涉及一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标。
背景技术
计算机是我们生活中必不可少的工具，鼠标是计算机中最常见的，用于人机可靠、方便和有效的信息交换。然而，现有的鼠标要依靠外部电源如锂电池、电容器等，意味着它们必须外接电源使用或者定期充电，这使得得其使用时间和使用地点受到极大限制。人体处在无时无刻的运动状态中，因此人的身体蕴含着丰富的能量，当我们移动鼠标时产生的能量，如果收集起来为鼠标供电，将拥有极大的市场潜力。现有的发电设备大多都基于电磁感应定律和电磁力定律，由导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，达到能量转换的目的。其在高频机制下展现出良好的发电性能，但人们的身体运动能量更多的处在低频范围内，而且由于鼠标的尺寸限制，使得其应用受限。另外，计算机的轻量便携化发展，使得适用场所多样，这种情况下，计算机如果倾斜摆放，将造成视线倾斜，影响使用者坐姿，长此以往将造成脊椎的压迫。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，该自驱动鼠标具有体积小、可嵌入、可检测倾斜和可收集身体能量的功能。
该自驱动鼠标包括：按键发电的复合结构、鼠标本体、滑动接触发电结构、鼠标垫、螺钉和倾斜传感器；所述滑动接触发电结构包括第一滑动接触发电结构和第二滑动接触发电结构；
所述鼠标本体包括上层壳体和下层壳体，上层壳体位于鼠标本体顶端，所述上层壳体包括第一上层壳体和第二上层壳体；
按键发电的复合结构包括PTFE薄膜层、波浪形Kapton薄膜层、镀铜电极层、镀铝电极层和上层壳体，镀铜电极层包括第一镀铜电极层和镀铜电极层，PTFE薄膜层包括第一PTFE薄膜层和第二PTFE薄膜层；
镀铝电极层上方按照从下向上的方向依次设置第一上层壳体、第一镀铜电极层、第一PTFE薄膜层和波浪形Kapton薄膜层，在波浪形Kapton薄膜层上方再次依次向上设置第二PTFE薄膜层、铺设镀铜电极层和第二上层壳体；
鼠标垫包括第一滑动接触发电结构、栅形PTFE薄膜层和亚克力板，栅形PTFE薄膜层位于亚克力板上表面，在栅形PTFE薄膜层上方设置第一滑动接触发电结构；
下层壳体位于所述鼠标本体的底端，在下层壳体外表面设置第二滑动接触发电结构，任一滑动接触发电结构均包括亚克力板、栅形PTFE薄膜层、尼龙层和两块栅形镀Cu层，在亚克力板下表面依次镀由两块栅形镀Cu层组合而成的栅状Cu电极和铺设尼龙层，在尼龙层下表面铺设栅形PTFE薄膜层和安装亚克力板；
在鼠标垫上方放置有鼠标本体，鼠标本体的左右按键底部粘接按键发电的复合结构，鼠标本体底部通过螺钉固定有滑动接触发电结构，鼠标本体内部安装有倾斜传感器，用于检测人体坐姿。
进一步地，还包括两根导线电缆，两块栅形镀Cu层分别与两根导线电缆相连。
进一步地，两块栅形镀Cu层呈对称状态分布。
进一步地，栅形PTFE薄膜层的栅形结构与两块栅形镀Cu层的栅形结构保持周期性相同。
进一步地，还包括镀Al小球，镀Al小球安装在鼠标本体内，用于检测鼠标接触面是否水平。
进一步地，还包括PTFE薄膜层、Al电极和带盖圆柱外壳，带盖圆柱外壳四周封闭的内侧等间距安装若干Al电极，在每个Al电极内侧均铺设PTFE薄膜层，Al小球位于带盖圆柱外壳的中心位置。
进一步地，栅形PTFE薄膜层、波浪形Kapton薄膜层和镀Al小球的表面均刻蚀一层纳米线结构来增加接触面积。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1.本发明基于摩擦纳米发电机原理，在移动鼠标或者按下左右键时，电荷将发生转移，在两电极间形成交流电，通过整流为鼠标持续供电，使得使用时间和使用地点不再受限。
2.本发明采用多层复合结构，能量转换效率高，而且器件径向尺寸小，完全满足鼠标尺寸，且不影响使用观感。
3.可作为倾斜传感器，帮助使用者调整摆放位置，纠正坐姿。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标的结构图；
图2是本发明实施例中所述自驱动鼠标的滑动接触发电结构的示意图；
图3是本发明实施例中所述自驱动鼠标的倾斜传感结构及F-F剖面示意图。
上述附图中，1-按键发电的复合结构，2-鼠标本体，3-滑动接触发电结构，4-鼠标垫，5-栅形PTFE薄膜层，6-亚克力板，7-尼龙层，8-两块栅形镀Cu层，9-波浪形Kapton薄膜层，10-镀铜电极层，11-螺钉，12-两根导线电缆、13-镀铝电极层，14-倾斜传感器，15-PTFE薄膜层，16-镀Al小球，17-Al电极，18-带盖圆柱外壳、191-上层壳体和192-下层壳体。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标。
请参考图1-3，图1是本发明实施例中一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标的结构图，图2是本发明实施例中所述自驱动鼠标的滑动接触发电结构的示意图，图3是本发明实施例中所述自驱动鼠标的倾斜传感结构及A-A剖面示意图，该自驱动鼠标具体包括：
按键发电的复合结构1、鼠标本体2、滑动接触发电结构3、鼠标垫4、螺钉11、两根导线电缆12和倾斜传感器14；
所述滑动接触发电结构3包括第一滑动接触发电结构31和第二滑动接触发电结构32；
所述鼠标本体2包括上层壳体191和下层壳体192，上层壳体191位于鼠标本体2顶端，所述上层壳体191包括第一上层壳体1911和第二上层壳体1912；
按键发电的复合结构1包括PTFE薄膜层15、波浪形Kapton薄膜层9、镀铜电极层10、镀铝电极层13和上层壳体191，镀铜电极层10包括第一镀铜电极层101和镀铜电极层102，PTFE薄膜层15包括第一PTFE薄膜层151和第二PTFE薄膜层152；
镀铝电极层13上方按照从下向上的方向依次设置第一上层壳体1911、第一镀铜电极层101、第一PTFE薄膜层151和波浪形Kapton薄膜层9，在波浪形Kapton薄膜层9上方再次依次向上设置第二PTFE薄膜层152、铺设镀铜电极层102和第二上层壳体1912；
鼠标垫4包括第一滑动接触发电结构31、栅形PTFE薄膜层5和亚克力板6，栅形PTFE薄膜层5位于亚克力板6上表面，在栅形PTFE薄膜层5上方设置第一滑动接触发电结构31；
下层壳体192位于所述鼠标本体2的底端，在下层壳体192外表面设置第二滑动接触发电结构32，任一滑动接触发电结构32均包括亚克力板6、栅形PTFE薄膜层5、尼龙层7和两块栅形镀Cu层8，在亚克力板6下表面依次镀由两块栅形镀Cu层8组合而成的栅状Cu电极和铺设尼龙层7，在尼龙层7下表面铺设栅形PTFE薄膜层5和安装亚克力板6；
在鼠标垫4上方放置有鼠标本体2，鼠标本体2的左右按键底部粘接按键发电的复合结构1，鼠标本体2底部通过螺钉11固定有滑动接触发电结构3，鼠标本体2内部安装有倾斜传感器14，用于检测人体坐姿。
该自驱动鼠标还包括两根导线电缆12，两块栅形镀Cu层8分别与两根导线电缆12与相连。
该自驱动鼠标两块栅形镀Cu层8呈对称状态分布。栅形PTFE薄膜层5的栅形结构与两块栅形镀Cu层8的栅形结构保持周期性相同。
该自驱动鼠标还包括镀Al小球16，镀Al小球16安装在鼠标本体2内，用于检测鼠标接触面是否水平。
该自驱动鼠标还包括PTFE薄膜层15、Al电极17和带盖圆柱外壳18，带盖圆柱外壳18四周封闭的内侧等间距安装若干Al电极17，在每个Al电极17内侧均铺设PTFE薄膜层15，Al小球16位于带盖圆柱外壳18的中心位置。
栅形PTFE薄膜层5、波浪形Kapton薄膜层9和镀Al小球16的表面均刻蚀一层纳米线结构来增加接触面积。
具体工作原理描述为：
滑动鼠标发电原理：鼠标本体2与鼠标垫4刚接触时，因为栅形PTFE薄膜层5与两块栅形镀Cu层8由于摩擦极性相差很多，负电荷在栅形PTFE薄膜层5表面聚集，而正电荷会在尼龙层7和两块栅形镀Cu层8表面聚集，此时正负电荷相等，处于静电平衡状态。当人们移动鼠标时，两个滑动接触发电结构3发生相对滑动，由于电荷感应，驱动正电荷在两块对称分布的栅形镀Cu层8间流动，产生交流电。尼龙层7作为中间隔离层完全覆盖由两块栅形镀Cu层8组合而成的栅状Cu电极，并不会对负载的驱动产生动力，起到减轻磨损、保护摩擦层的作用。
滑动鼠标发电时产生的交流电通过导线电缆12进入整流桥整流，然后供给鼠标里的电容器，以便为鼠标本体2持续供电。
点击鼠标按键发电原理：鼠标本体2左右键处于弹起状态时，波浪形Kapton薄膜层9与镀铜电极层10处于分离状态，镀铜电极层10即镀Cu电极层10；当按下鼠标左右按键时，由于波浪形Kapton薄膜层9与镀铜电极层10摩擦极性不同，产生电荷转移；当手指放松，鼠标弹起时，镀铜电极层10与镀铝电极层13之间产生电势差，驱动负电荷从镀铝电极层13流到镀铜电极层10；当鼠标再次按下时，所有的正电荷回到镀铜电极层10，在这整个过程中产生交流电。
点击鼠标按键发电时产生的交流电通过另一组导线电缆进入整流桥整流，然后供给鼠标里的电容器，以便为鼠标本体2持续供电。
倾斜检测原理：鼠标本体2移动会使镀Al小球16与PTFE薄膜层15接触，从而使镀Al小球16与PTFE薄膜层15分别带正负电荷，由于PTFE薄膜层15的绝缘性，会使得其电势差保持很长时间。若鼠标本体2接触面水平，则镀Al小球16在带盖圆柱外壳18内处于静止状态，并不与四周设置的PTFE薄膜层15接触，此时并不会有电流产生；若鼠标本体2接触面倾斜，则镀Al小球16将朝倾斜的方向运动，与倾斜方向上的PTFE薄膜层15接触，电势差将逐渐消失，镀Al小球16和Al电极17之间存在电流信号，信号经过滤波放大后，可显示倾斜方向，通过该倾斜方向，可纠正人体坐姿，以降低人体因脊椎压迫造成的损伤。
本发明的有益效果是：该自驱动鼠标的体积小，具备可嵌入、可检测倾斜和可收集身体能量的能力，提高了身体能量利用率和纠正人体坐姿，降低人体因脊椎压迫造成的损伤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：包括：按键发电的复合结构(1)、鼠标本体(2)、滑动接触发电结构(3)、鼠标垫(4)、螺钉(11)和倾斜传感器(14)；所述滑动接触发电结构(3)包括第一滑动接触发电结构(31)和第二滑动接触发电结构(32)；
所述鼠标本体(2)包括上层壳体(191)和下层壳体(192)，上层壳体(191)位于鼠标本体(2)顶端，所述上层壳体(191)包括第一上层壳体(1911)和第二上层壳体(1912)；
按键发电的复合结构(1)包括PTFE薄膜层(15)、波浪形Kapton薄膜层(9)、镀铜电极层(10)、镀铝电极层(13)和上层壳体(191)，镀铜电极层(10)包括第一镀铜电极层(101)和镀铜电极层(102)，PTFE薄膜层(15)包括第一PTFE薄膜层(151)和第二PTFE薄膜层(152)；
镀铝电极层(13)上方按照从下向上的方向依次设置第一上层壳体(1911)、第一镀铜电极层(101)、第一PTFE薄膜层(151)和波浪形Kapton薄膜层(9)，在波浪形Kapton薄膜层(9)上方再次依次向上设置第二PTFE薄膜层(152)、铺设镀铜电极层(102)和第二上层壳体(1912)；
鼠标垫(4)包括第一滑动接触发电结构(31)、栅形PTFE薄膜层(5)和亚克力板(6)，栅形PTFE薄膜层(5)位于亚克力板(6)上表面，在栅形PTFE薄膜层(5)上方设置第一滑动接触发电结构(31)；
下层壳体(192)位于所述鼠标本体(2)的底端，在下层壳体(192)外表面设置第二滑动接触发电结构(32)，任一滑动接触发电结构(32)均包括亚克力板(6)、栅形PTFE薄膜层(5)、尼龙层(7)和两块栅形镀Cu层(8)，在亚克力板(6)下表面依次镀由两块栅形镀Cu层(8)组合而成的栅状Cu电极和铺设尼龙层(7)，在尼龙层(7)下表面铺设栅形PTFE薄膜层(5)和安装亚克力板(6)；
在鼠标垫(4)上方放置有鼠标本体(2)，鼠标本体(2)的左右按键底部粘接按键发电的复合结构(1)，鼠标本体(2)底部通过螺钉(11)固定有滑动接触发电结构(3)，鼠标本体(2)内部安装有倾斜传感器(14)，用于检测人体坐姿。
2.如权利要求1所述的一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：还包括两根导线电缆(12)，两块栅形镀Cu层(8)分别与两根导线电缆(12)相连。
3.如权利要求1所述的一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：两块栅形镀Cu层(8)呈对称状态分布。
4.如权利要求1所述的一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：栅形PTFE薄膜层(5)的栅形结构与两块栅形镀Cu层(8)的栅形结构保持周期性相同。
5.如权利要求1所述的一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：还包括镀Al小球(16)，镀Al小球(16)安装在鼠标本体(2)内，用于检测鼠标接触面是否水平。
6.如权利要求5所述的一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：还包括PTFE薄膜层(15)、Al电极(17)和带盖圆柱外壳(18)，带盖圆柱外壳(18)四周封闭的内侧等间距安装若干Al电极(17)，在每个Al电极(17)内侧均铺设PTFE薄膜层(15)，Al小球(16)位于带盖圆柱外壳(18)的中心位置。
7.如权利要求5所述的一种可用于收集身体运动能量的自驱动鼠标，其特征在于：栅形PTFE薄膜层(5)、波浪形Kapton薄膜层(9)和镀Al小球(16)的表面均刻蚀一层纳米线结构来增加接触面积。
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