[發明專利]一種按鍵能量收集裝置、方法及按鍵和鍵盤

在審

• 申請號: 201610064707.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN107026046A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 朱建雄;黃佰生
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H01H13/70
• 分類號: H01H13/70;H02K35/02;H02J7/32
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 顧問,謝鑫

技術領域

本發明涉及電子器件及能量收集領域，具體地，涉及一種將電磁式能量收集與電容式能量收集相結合的按鍵能量收集裝置、方法及按鍵和鍵盤。

背景技術

鍵盤是經過系統安排操作一臺機器或設備的一組功能鍵(如打字機、電腦鍵盤)，也是組成鍵盤樂器的一部分，如鋼琴、數位鋼琴或電子琴等的鍵盤。目前，敲擊鍵盤作為進行無紙化辦公及音樂演奏的重要方式，產生了大量的機械能。

為實現對敲擊鍵盤產生的機械能的利用，現有技術中產生一些鍵盤按鍵能量收集的方法，其中最為主要的是壓電式能量收集方法、電容式能量收集方法以及電磁式能量收集等。但是，這些能量收集方法對能量的收集較為單一，通常只能單一地采用其中的一種方式進行能量收集，效率不高，并且這些能量收集裝置各有不足，比如壓電式能量收集器所需要的壓電材料較為昂貴且制作復雜，成本相對較高，電容式能量收集器需要單獨設置預充電源，應用性較低。

發明內容

本發明的目的是提供一種按鍵能量收集裝置、方法及按鍵和鍵盤，用于解決目前的鍵盤能量收集方法中存在的能量收集單一、成本較高、應用性較低等問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種按鍵能量收集裝置，該按鍵能量收集裝置包括：磁體元件，其與所述按鍵的按鍵外殼聯動；上電容板和下電容板，其中所述上電容板與所述按鍵外殼聯動；以及線圈元件，其與所述上電容板或所述下電容板電連接，并設置在所述磁體元件的空間磁場分布區域內。

優選地，該按鍵能量收集裝置還包括：儲能元件，其與所述線圈元件電連接，還與所述上電容板和/或所述下電容板電連接。

優選地，所述上電容板與所述下電容板中的一者與所述線圈元件及所述儲能元件電連接，且另一者被設置為零電位點。

優選地，所述下電容板與所述線圈元件及所述儲能元件電連接，所述上電容板被設置為零電位點。

優選地，所述儲能元件為儲能電容。

優選地，所述儲能元件包括第一儲能元件和第二儲能元件，其中第一儲能元件與所述線圈元件電連接，第二儲能元件與所述上電容板和/或所述下電容板電連接。

優選地，所述儲能元件與所述線圈元件之間以及所述儲能元件與電連接的上電容板和/或下電容板之間設置有用于單向導通的二極管。

優選地，所述上電容板和下電容板之間的空間距離為1mm至5mm。

優選地，所述磁體元件為永久電磁鐵。

優選地，所述磁體元件固定在所述按鍵外殼的內表面。

優選地，所述上電容板固定在用于支撐所述按鍵外殼的支撐桿上。

優選地，所述線圈元件放置在用于支撐所述按鍵的支撐面的上表面，所述下電容板固定在所述支撐面的下表面，其中所述支撐面設置在用于支撐所述按鍵外殼的支撐桿的下方。

優選地，所述線圈元件為多匝平面線圈。

本發明還提供了一種按鍵能量收集方法，該按鍵能量收集方法采用上述的按鍵能量收集裝置，且包括：磁體元件和上電容板隨按鍵外殼動作而運動，其中磁體元件的運動使按鍵內的空間磁場發生瞬態變化，上電容板的運動使兩上電容板之間的空間距離發生相對變化；線圈元件在所述空間磁場中產生瞬態電動勢；以及上電容板和下電容板基于相對變化的空間距離和所述線圈元件產生的瞬態電動勢產生電量。

本發明還提供了一種按鍵，該按鍵包括上述的按鍵能量收集裝置。

本發明還提供了一種鍵盤，該鍵盤包括多個上述的按鍵。

優選地，所述鍵盤為計算機鍵盤、打字機鍵盤或鋼琴鍵盤。

通過上述技術方案，本發明的技術效果是：

1、本發明能夠有效利用手指敲擊按鍵的脈沖激勵振動機械能，并且利用電磁切割磁感線及可變電容的混合方式，可實現基于電磁與電容的混合式按鍵能量收集，其能量收集效率相比單純的電磁式能量收集或者電容式能量收集大為提高。

2、本發明采用的電磁式能量收集易獲得較大密度的感應電流，其產生的瞬態電動勢可作為可變電容的初始電動勢，故不需要額外的外接電源為可變電容提供初始電動勢。

3、本發明的按鍵能量收集裝置及按鍵的制作方便且多樣，比如可通過負載電阻及多匝平面線圈電阻值來調節收集能量大小，從而可實現最大平均能量收集輸出及收集能量高效率轉換。

本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：