專利名稱：一種壓電儲(chǔ)能鍵盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍵盤，尤其是涉及一種壓電儲(chǔ)能鍵盤。
背景技術(shù)：
目前，能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，如何有效地利用能源，提高用能設(shè)備或工藝的能量利用效率，越來(lái)越被人們關(guān)注。壓電材料具有顯著的正壓電效應(yīng)(R. E. Newnham. Properties of Materials :Anisotropy,Symmetry,Structure. London Oxford University Press,2004)。 當(dāng)人們使用鍵盤時(shí)，手指敲擊或按壓鍵盤會(huì)產(chǎn)生頻繁的動(dòng)態(tài)力，可以應(yīng)用壓電材料來(lái)收集人們敲擊鍵盤時(shí)產(chǎn)生的能量并進(jìn)行儲(chǔ)存利用。采用壓電材料結(jié)合濾波儲(chǔ)能電路模塊制作的壓電發(fā)電和儲(chǔ)能裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、無(wú)污染、成本低、可小型化等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種不僅具有信號(hào)傳輸功能，而且具有儲(chǔ)存能量功能的壓電儲(chǔ)能鍵盤。本發(fā)明從上至下依次設(shè)有鍵盤按鍵、壓電板、鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路和能量?jī)?chǔ)存電路；所述鍵盤按鍵上設(shè)有功能按鍵、字母按鍵、方向按鍵和小鍵盤，在壓電板上設(shè)有功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板、小鍵盤壓電板、電源正極和電源負(fù)極， 所述功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板、小鍵盤壓電板的位置與設(shè)在所述鍵盤按鍵上的功能按鍵、字母按鍵、方向按鍵和小鍵盤的位置對(duì)應(yīng)；所有壓電板從上至下依次設(shè)有正極薄膜電極、壓電材料層和負(fù)極薄膜電極，在功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板和小鍵盤壓電板上分別設(shè)有電源正極和電源負(fù)極，所述電源正極和電源負(fù)極分別與功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板和小鍵盤壓電板連接；所述鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路上設(shè)有鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路的正極和鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路的負(fù)極；所有壓電材料層按并聯(lián)方式與能量?jī)?chǔ)存電路連接。所述壓電材料層可采用壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維層等。所述能量?jī)?chǔ)存電路可設(shè)有壓電材料片、全橋整流堆、電容器、儲(chǔ)能電池、電阻器和負(fù)載，壓電材料片與全橋整流堆連接，電容器與全橋整流堆連接，儲(chǔ)能電池與電容器并聯(lián)， 電阻器與負(fù)載串聯(lián)，電阻器和負(fù)載的串聯(lián)電路兩端分別與儲(chǔ)能電池并聯(lián)。所述壓電材料層可采用多種壓電材料體系，如壓電陶瓷、壓電高聚物或復(fù)合材料， 所述復(fù)合材料可選自鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇(BT)、鈮酸鉀鈉(KNN)、鈦酸鉍鈉(BNT)、奇數(shù)尼龍、PVDF(聚偏氟乙烯)、壓電陶瓷、壓電高聚物等中的至少一種；所述壓電材料層的厚度可為10 2000 μ m。本發(fā)明先分別制得與鍵盤鍵盤按鍵相配合的壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維； 再用有機(jī)物將其包覆提高其柔韌性，然后將包覆好的壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維置于鍵盤按鍵下方，并且使其與該鍵盤按鍵下面的受力區(qū)域相對(duì)應(yīng)，將包覆后的壓電材料片或壓電纖維的電極接入能量?jī)?chǔ)存電路，使電能儲(chǔ)存于可充放電儲(chǔ)能電池中。按照本發(fā)明提供的一種綠色節(jié)能型壓電儲(chǔ)能鍵盤，特別適用于各種便攜式電子設(shè)備上的鍵盤，鍵盤包括鍵盤本身的若干鍵盤按鍵、電路薄膜及與所述鍵盤按鍵呈上下活動(dòng)配合的彈性帽膠，以及置于鍵盤按鍵下的復(fù)合后的壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維，還包括與壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維相連接的薄膜電極和能量?jī)?chǔ)存電路。鍵盤按鍵下的壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維與鍵盤按鍵相配合，當(dāng)按下鍵盤按鍵時(shí)，由于壓電材料、 壓電薄膜或壓電纖維受力而產(chǎn)生電信號(hào)，接入能量?jī)?chǔ)存電路后把電能儲(chǔ)存起來(lái)。按照本發(fā)明提供的一種綠色節(jié)能型壓電儲(chǔ)能鍵盤，所述壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維可進(jìn)行有機(jī)物包覆，提高其柔韌性。由復(fù)合后的壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維及上下兩層薄膜電極構(gòu)成的壓電板與該鍵盤按鍵的受力位置相對(duì)應(yīng)。該種綠色節(jié)能型壓電儲(chǔ)能鍵盤采用相應(yīng)的儲(chǔ)能濾波電路與之相配合。本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了將手指敲擊或按壓鍵盤頻繁產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力轉(zhuǎn)化為電能的功能，并且把電能儲(chǔ)存起來(lái)以提供電子設(shè)備使用。這樣使得鍵盤不僅具有信號(hào)傳輸?shù)墓δ?，而且具有?chǔ)存能量的功能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的壓電板的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的單個(gè)鍵盤按鍵的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的能量?jī)?chǔ)存電路的組成原理圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例1 參見圖1 3，本發(fā)明實(shí)施例從上至下依次設(shè)有鍵盤按鍵1、壓電板2、鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路3和能量?jī)?chǔ)存電路；所述鍵盤按鍵1上設(shè)有功能按鍵、字母按鍵、方向按鍵和小鍵盤，在壓電板2上設(shè)有功能按鍵壓電板21、字母按鍵壓電板22、方向按鍵壓電板23、 小鍵盤壓電板24、電源正極25和電源負(fù)極沈，所述功能按鍵壓電板21、字母按鍵壓電板 22、方向按鍵壓電板23、小鍵盤壓電板M的位置與設(shè)在所述鍵盤按鍵1上的功能按鍵、字母按鍵、方向按鍵和小鍵盤的位置對(duì)應(yīng)。所有壓電板從上至下依次設(shè)有正極薄膜電極27、壓電材料層四和負(fù)極薄膜電極 28，在功能按鍵壓電板21、字母按鍵壓電板22、方向按鍵壓電板23和小鍵盤壓電板M上分別設(shè)有電源正極25和電源負(fù)極沈，所述電源正極25和電源負(fù)極沈分別與功能按鍵壓電板 21、字母按鍵壓電板22、方向按鍵壓電板23和小鍵盤壓電板M連接。所述鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路3上設(shè)有鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路的正極31 和鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路的負(fù)極32。所有壓電材料層四按并聯(lián)方式與能量?jī)?chǔ)存電路連接。所述壓電材料層四可采用壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維層等。
參見圖4，所述能量?jī)?chǔ)存電路可設(shè)有壓電材料片41、全橋整流堆42、電容器43、儲(chǔ)能電池44、電阻器45和負(fù)載46，壓電材料片41與全橋整流堆42連接，電容器43與全橋整流堆42連接，儲(chǔ)能電池44與電容器43并聯(lián)，電阻器45與負(fù)載46串聯(lián)，電阻器45和負(fù)載 46的串聯(lián)電路兩端分別與儲(chǔ)能電池44并聯(lián)。鍵盤按鍵下的壓電材料片為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料片，其厚度為450μπι。使用環(huán)氧樹脂將其復(fù)合，在置于兩層薄膜電極之間，如圖2所示，將其按照?qǐng)D3的組合方式，置于鍵盤按鍵下。再將壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維與該鍵盤按鍵下的電路觸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。然后將所有鍵盤按鍵下的壓電材料片按照并聯(lián)方式接入能量?jī)?chǔ)存電路(參見圖4)，其中全橋整流堆為DB107，電容為0. 47 μ F，電阻為8. 7 Ω，儲(chǔ)能電池型號(hào)為L(zhǎng)iR2450。在此條件下獲得的功率為0. IW左右，按壓10次后儲(chǔ)能電池獲得電壓IV，儲(chǔ)存能量0. 1J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例2類似于實(shí)施例1，所不同的是使用鈦酸鋇壓電材料片，最終功率為0. 06W，按壓10 次后儲(chǔ)能電池獲得電壓0. 6V，儲(chǔ)存能量0. 06J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例3同實(shí)施例1，所不同的是壓電材料片的厚度為800 μ m，最終功率為0. 12W，按壓10 次后儲(chǔ)能電池獲得電壓1. 2V，儲(chǔ)存能量0. 12J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例4 同實(shí)施例1，所不同的是電路中電阻為10 Ω，電容為1 μ F，最終功率為0. 18W，按壓 10次后儲(chǔ)能電池獲得電壓1.8￥，儲(chǔ)存能量0. 18J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例5 同實(shí)施例1，所不同的是使用PVDF (聚偏氟乙烯)壓電材料片，最終功率為0. 03W, 按壓10次后儲(chǔ)能電池獲得電壓0. 3V，儲(chǔ)存能量0. 03J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例6 同實(shí)施例1，所不同的是使用奇數(shù)尼龍-5壓電材料片，最終功率為0. 04W，按壓10 次后儲(chǔ)能電池獲得電壓0. 4V，儲(chǔ)存能量0. 04J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例7 同實(shí)施例1，所不同的是使用奇數(shù)尼龍-9壓電材料片，最終功率為0. 02W，按壓10 次后儲(chǔ)能電池獲得電壓0. 2V，儲(chǔ)存能量0. 02J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例8 同實(shí)施例1，所不同的是使用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片與奇數(shù)尼龍-9復(fù)合壓電材料片，最終功率為0. 08W,按壓10次后儲(chǔ)能電池獲得電壓0. 8V，儲(chǔ)存能量0. 08J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。實(shí)施例9 同實(shí)施例1，所不同的是使用鈦酸鋇壓電材料片與PVDF (聚偏氟乙烯)復(fù)合壓電材料片，最終功率為0. 06W,按壓10次后儲(chǔ)能電池獲得電壓0. 6V，儲(chǔ)存能量0. 06J，達(dá)到一定的儲(chǔ)能效果。
權(quán)利要求
1.一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于從上至下依次設(shè)有鍵盤按鍵、壓電板、鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路和能量?jī)?chǔ)存電路；所述鍵盤按鍵上設(shè)有功能按鍵、字母按鍵、方向按鍵和小鍵盤，在壓電板上設(shè)有功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板、小鍵盤壓電板、電源正極和電源負(fù)極，所述功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板、小鍵盤壓電板的位置與設(shè)在所述鍵盤按鍵上的功能按鍵、字母按鍵、方向按鍵和小鍵盤的位置對(duì)應(yīng)；所有壓電板從上至下依次設(shè)有正極薄膜電極、壓電材料層和負(fù)極薄膜電極，在功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板和小鍵盤壓電板上分別設(shè)有電源正極和電源負(fù)極，所述電源正極和電源負(fù)極分別與功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板和小鍵盤壓電板連接；所述鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路上設(shè)有鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路的正極和鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路的負(fù)極；所有壓電材料層按并聯(lián)方式與能量?jī)?chǔ)存電路連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于所述壓電材料層采用壓電材料片、壓電薄膜或壓電纖維層。
3.如權(quán)利要求1所述的一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于所述能量?jī)?chǔ)存電路設(shè)有壓電材料片、全橋整流堆、電容器、儲(chǔ)能電池、電阻器和負(fù)載，壓電材料片與全橋整流堆連接，電容器與全橋整流堆連接，儲(chǔ)能電池與電容器并聯(lián)，電阻器與負(fù)載串聯(lián)，電阻器和負(fù)載的串聯(lián)電路兩端分別與儲(chǔ)能電池并聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于所述壓電材料層采用多種壓電材料體系。
5.如權(quán)利要求4所述的一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于所述多種壓電材料體系可選自壓電陶瓷、壓電高聚物或復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求5所述的一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于所述所述復(fù)合材料選自鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇、鈮酸鉀鈉、鈦酸鉍鈉、奇數(shù)尼龍、聚偏氟乙烯、壓電陶瓷、壓電高聚物中的至少一種。
7.如權(quán)利要求1所述的一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，其特征在于所述壓電材料層的厚度為10 2000 μ Hio
全文摘要
一種壓電儲(chǔ)能鍵盤，涉及一種鍵盤。提供一種不僅具有信號(hào)傳輸功能，而且具有儲(chǔ)存能量功能的壓電儲(chǔ)能鍵盤。設(shè)有鍵盤按鍵、壓電板、鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路和能量?jī)?chǔ)存電路；在壓電板上設(shè)有功能按鍵壓電板、字母按鍵壓電板、方向按鍵壓電板、小鍵盤壓電板、電源正極和電源負(fù)極；壓電板從上至下依次設(shè)有正極薄膜電極、壓電材料層和負(fù)極薄膜電極；鍵盤自身的定位與感應(yīng)電路上設(shè)有正極和負(fù)極；所有壓電材料層按并聯(lián)方式與能量?jī)?chǔ)存電路連接。特別適用于各種便攜式電子設(shè)備上的鍵盤，適用于諸多鍵盤，如筆記本電腦鍵盤、手機(jī)鍵盤、游戲機(jī)鍵盤等電子設(shè)備上的鍵盤。
文檔編號(hào)G06F1/32GK102221897SQ20111019885
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者林一森, 熊兆賢, 胡鵬, 蔡毅翔, 薛昊, 魯青君 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)