[0001] 本发明涉及鼠标自供电技术领域，具体而言，涉及一种自供电鼠标。

[0002] 近些年来，鼠标的形态发生了有线‑无线‑无线自供电的革新，无线自供电技术已成为鼠标未来发展方向之一；传统的无线鼠标依靠电池供电，但是电池寿命有限、污染环境和定期更换等缺点，制约着其发展和应用。

[0003] 针对以上问题，我们可以利用能量采集技术从环境中获取能量并将其转换为电能，从而为鼠标供电；这是一种能够从环境中获取能量并将其转化成电能的技术，通过这种能量采集技术转换的电能可以供低功耗电子器件使用，以减少对传统电池的依赖。

[0004] 常见的能量采集技术包括压电发电，电磁发电和摩擦发电；压电式能量采集技术的原理是利用压电材料的正压电效应，压电材料在受到外力作用时发生形变，会发生电荷分离的现象，最终将压电材料的机械能转化为电能。电磁式能量采集技术的原理是法拉第电磁感应定律，利用线圈和磁铁之间发生相对运动，在闭合的回路中磁通量发生变化，从而在线圈中产生感应电动势，最终将磁铁的动能转化成电能。摩擦式能量采集技术的原理是摩擦起电和静电效应，当两种对电子亲和能力不同的材料发生摩擦时，电子从一个材料转移到另一个材料，导致两个材料之间产生的电荷不平衡，其中一个材料带有正电荷，另一个材料带有负电荷，这种电荷的分离产生了电势差最终将摩擦材料的机械能转化成电能。

[0005] 压电式能量采集技术和电磁式能量采集技术的机电耦合系数较高，具有较高的能量转换效率。摩擦电式能量采集技术结构简单，不需要复杂的电路和电子元器件，具有较高的可靠性；并且这三种发电方式不会对环境产生污染。因此，将这三种发电方式相互结合，能有效地给无线鼠标供电。

[0006] 中国专利CN104750274A公开了一种鼠标自供电系统，该自供电系统收集鼠标的滚轮转动能量，并采用电磁感应及压电效应两种方式进行发电，通过利用鼠标的滚轮转动，经过齿轮增速箱增速，完成闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，同时带动滑轮敲击悬臂梁式压电发电片，使两部分都能产生电能，并利用储能单元将两者电能合并,充入锂电池储存用以鼠标供电。其缺陷在于，该自供电系统仅依靠鼠标的滚轮转动的方式来产生电能，同时该自供电系统的鼠标的滚轮发电过程需要经过增速箱增速，在实际操作中需要较大的力才能实现滚轮的滚动，给操作人员带来不便，并影响鼠标的正常使用。

[0030] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0031] 本发明提供一种自供电鼠标，以解决现有技术由于单滚轮2发电的方式单一，导致无法持续为鼠标供电，以及需要较大的力来驱动滚轮2转动，从而影响使用者的体验问题。

[0032] 结合附图所示，一种自供电鼠标，包括鼠标本体1、设置在鼠标本体1上的一个滚轮2和两个按键3，还包括设置在鼠标本体1内的两个压电发电结构4、一个电磁发电结构5和一个摩擦发电结构8；两个压电发电结构4分别连接在两个按键3的下端，两个压电发电结构4均包括顶柱4.1、可弹性变形的第一连接片4.2、底座结构4.3以及水平设置的压电片4.4，顶柱4.1的上端连接在对应的按键3的下表面，顶柱4.1的下端与第一连接片4.2的上端连接，底座结构4.3和第一连接片4.2之间连接有压电片4.4，底座结构4.3连接在鼠标本体1的内底面上，底座结构4.3用于承载连接在其上的压电片4.4；电磁发电结构5包括曲柄摇杆机构
5.1、单向间歇传动机构5.2、蜗轮5.3、蜗杆5.4、直角传动机构5.5以及发电机5.6，曲柄摇杆机构5.1的曲柄端与滚轮2同轴连接，单向间歇传动机构5.2包括主动轮和从动轮，曲柄摇杆机构5.1的摇杆端与单向间歇传动机构5.2的主动轮同轴固定连接，以使滚轮2的滚动通过曲柄摇杆机构5.1带动单向间歇传动机构5.2的从动轮转动，蜗轮5.3与单向间歇传动机构
5.2的从动轮同轴固定连接，蜗杆5.4与蜗轮5.3啮合，直角传动机构5.5的一端与蜗杆5.4同轴连接，另一端与发电机5.6上设置的第一转轴6同轴连接，发电机5.6与蓄电池电连接，单向间歇传动机构5.2的从动轮通过蜗轮5.3、蜗杆5.4以及直角传动机构5.5的传动，将滚轮2的滚动转化为第一转轴6的旋转，以使发电机5.6产生电能。

[0033] 具体的，由于在鼠标本体1的滚轮2上设有电磁发电结构5，因此操作人员在滚动滚轮2时，滚轮2带动曲柄摇杆机构5.1的曲柄端转动，以带动摇杆端的单向间歇传动机构5.2的主动轮转动，单向间歇传动机构5.2的主动轮带动其从动轮转动，以使与该从动轮同轴连接的蜗轮5.3转动，蜗轮5.3带动蜗杆5.4转动，以使与蜗杆5.4同轴连接的直角传动机构5.5的主动轮转动，并带动其主动轮转动，而直角传动结构的主动轮与发电机5.6的第一转轴6同轴连接，因此第一转轴6转动，通过第一转轴6的旋转，使发电机5.6内的导体在磁场中切割磁感线，产生感应电动势。

[0034] 本申请通过两个压电发电结构4、一个电磁发电结构5和一个摩擦发电结构8的结合，使装置能够有效地为鼠标供电。另外，装置通过曲柄摇杆机构5.1蜗轮蜗杆机构5.4来代替增速箱，有效降低了操作者滚动滚轮2时的阻力，从而提高了使用体验。

[0035] 本发明的较佳实施例中，压电片4.4包括拉伸发电部4.42和挤压发电部4.41，挤压发电部4.41位于拉伸发电部4.42的两端，第一连接片4.2均包括一个水平设置的第一弹性板4.21和两个第二弹性板4.22，两个第二弹性板4.22为倾斜设置，且倾斜方向均朝向第一弹性板4.21，两个第二弹性板4.22的一端分别与第一弹性板4.21的左右两端连接，另一端分别与压电片4.4的挤压发电部4.41连接。

[0036] 具体的，按键下移带动第一弹性板4.21向下运动，使得与第一弹性板4.21相连的两个第二弹性板4.22向下挤压压电片4.4的挤压发电部4.41，压电片的挤压发电部4.41受到挤压力后，挤压发电部4.41利用压电材料的正压电效应将其机械能转换成电能；同时由于第二弹性板4.22为倾斜设置，因此压电片4.4中间的拉伸发电部4.42就会产生左右拉伸变形，拉伸发电部4.42利用压电材料的正压电效应将其机械能转换成电能。

[0037] 为进一步优化上述方案，底座结构4.3包括一第二连接片4.31和一底柱4.32，第二连接片4.31设置在压电片4.4和底柱4.32之间，第二连接片4.31均包括一个水平设置的第三弹性板4.311和两个第四弹性板4.312，两个第四弹性板4.312为倾斜设置，且倾斜方向均朝向第三弹性板4.311，两个第四弹性板4.312的一端分别与第三弹性板4.311的左右两端连接，另一端分别与压电片4.4的其中一个挤压发电部4.41连接，第一连接片4.2和第二连接片4.31以压电片4.4为对称面上下对称分布，第三弹性板4.311的下端面与底柱4.32的上端面连接。

[0038] 具体的，通过上下对称的第一连接片4.2和第二连接片4.31，使得压电片4.4的上下两个端面都能有力的作用，大大增加了压电片4.4的发电功率。

[0039] 本发明的较佳实施例中，还包括第二转轴7，第二转轴7转动连接在鼠标本体1内，曲柄摇杆机构5.1包括曲柄5.11、连杆5.12和摇杆5.13，曲柄5.11的一端与滚轮2同轴连接，另一端与连杆5.12的一端转动连接，连杆5.12的另一端与摇杆5.13转动连接，摇杆5.13的另一端与第二转轴7转动连接。

[0040] 具体的，曲柄摇杆机构5.1通过曲柄5.11、连杆5.12和摇杆5.13组成，曲柄5.11和滚轮2同轴连接，当滚轮2滚动时，会带动曲柄5.11转动，并通过连杆5.12带动摇杆5.13转动，实现了运动的转变过程，同时摇杆5.13的另一端转动连接在第二转轴7上，并通过第二转轴7固定位置。

[0041] 为进一步优化上述方案，单向间歇传动机构5.2为棘轮结构，棘轮结构包括棘轮5.21和棘爪5.22，棘爪5.22通过转动副转动连接在摇杆5.13上，且棘爪5.22的转动轴线与摇杆5.13的转动轴线重合，棘轮5.22与第二转轴7的一端同轴固定连接，蜗轮5.3套设在第二转轴7上，棘爪5.22为单向间歇传动机构5.2的主动轮，棘轮5.21为单向间歇传动机构5.2的从动轮。

[0042] 具体的，通过棘轮5.21棘爪5.22的设置，使得与第二转轴7同轴连接的棘轮5.21单方向转动，以使最终的发电机5.6上的第一转轴6的沿一个方向转动，这样可以确保磁场相对于线圈的变化方向始终保持一致，从而使得感应电流始终在同一个方向上流动，保持电能输出的稳定性，实现可控的电能输出。

[0043] 本发明的较佳实施例中，直角传动机构5.5包括第一锥齿轮5.51和第二锥齿轮5.52，蜗杆5.4的一端转动连接在鼠标本体1内，另一端与第一锥齿轮5.51同轴连接，第二锥齿轮5.52与第一转轴6同轴连接，且位于第一转轴6的自由端。

[0044] 具体的，第一锥齿轮5.51和第二锥齿轮5.52的直角传动，能够获得较好的平稳性、低噪声和传动效率。

[0045] 为进一步优化上述方案，第一锥齿轮5.51和第二锥齿轮5.52均为伞状锥齿轮。

[0046] 具体的，伞状锥齿轮具有精度高、承载能力高以及传动效率高等优点。

[0047] 结合附图所示，本发明的较佳实施例中，还包括摩擦发电结构8，摩擦发电结构8连接在鼠标本体1的下端面，摩擦发电结构8包括从上至下依次连接的第一电极8.1、第一介电层8.2、第二介电层8.3以及第二电极8.4，第一电极8.1与鼠标本体1的下端面连接，第二电极8.4与桌面固定连接。

[0048] 具体的，通过增加摩擦发电结构8，提高了发电功率。

[0049] 本发明的较佳实施例中，第一连接片4.2的材质为铍青铜。

[0050] 具体的，铍青铜具有良好的韧性、良好的耐磨性及良好的加工性等优点。

[0051] 本发明的最优实施例中，鼠标的滚轮2与曲柄5.11通过销轴连接，鼠标的滚轮2的滚动带动曲柄5.11作圆周运动，有曲柄5.11、连杆5.12、摇杆5.13组成的曲柄摇杆机构5.1中，曲柄5.11以鼠标的滚轮2的中心为圆心，以曲柄5.11的长度为半径作圆周运动。曲柄5.11与连杆5.12通过销轴连接，曲柄5.11的圆周运动带动连杆5.12的往复运动。连杆5.12与摇杆5.13通过销轴连接，连杆5.12的往复运动带动摇杆5.13的往复摆动。曲柄摇杆机构
5.1能够将旋转运动转换为往复摆动，实现运动的转换。

[0052] 摇杆5.13和棘爪5.22通过销轴连接，摇杆5.13的往复摆动带动棘爪5.22的往复摆动。在单向间歇传动机构5.2中，棘爪5.22是一个具有尖锐齿形的零件，棘爪5.22通过其齿形和与棘轮5.21啮合，限制了棘轮5.21的旋转方向。当棘爪5.22向左摆动时，推动棘轮5.21的旋转，棘爪5.22向右摆动时，与棘轮5.21脱离，不会推动棘轮5.21的旋转，从而只能使棘轮5.21单向旋转。

[0053] 棘轮5.21与蜗轮通过第二转轴7连接，棘轮5.21和蜗轮同轴传动保证了运动的一致性。棘轮5.21的单向旋转通过传动轴带动蜗轮的单向旋转。蜗轮蜗杆5.4机构中，蜗轮与蜗杆5.4啮合，蜗轮的单向旋转带动蜗杆5.4的单向旋转。

[0054] 蜗杆5.4与第一锥齿轮5.51通过平键连接，可将两者牢固地连接在一起。蜗杆5.4的单向旋转带动第一锥齿轮5.51的单向旋转，第一锥齿轮5.51和第二锥齿轮5.52相互啮合，第一锥齿轮5.51的单向旋转带动第二锥齿轮5.52的单向旋转，第二锥齿轮5.52与发电机5.6的第一转轴6相连接，从而使第一转轴6单向旋转，通过第一转轴6的旋转，使线圈在发电机5.6提供的磁场中切割磁感线，产生感应电动势，最终将磁铁的动能转化为电能。

[0055] 其中，顶柱4.1与鼠标本体1的左或右键相抵接，当按下左或右键时，顶柱4.1受力带动可弹性变形的第一连接片4.2向下运动，从而使铍青铜受力弯曲，附着在铍青铜表面的压电片4.4发生形变，根据压电材料的正压电效应，使压电片4.4上下表面产生等量异种电荷，产生的电荷通过两极的导线引出，实现机械能向电能的转变。

[0056] 还需要说明的是，发电机5.6的感应电动势E为：

[0057]

[0058] 其中，

[0059] N:线圈匝数

[0060] B:磁感应强度

[0061] S:线圈面积

[0062] ω5:第二锥齿轮的角速度

[0063] Z1:蜗轮的齿数

[0064] Z2:蜗杆的齿数

[0065] Z3:第一锥齿轮的齿数

[0066] Z4:第二锥齿轮的齿数

[0067] 摇杆的摆角

[0068] t:滚轮转动半圈的时间

[0069] 发电机5.6通过外接电路串联一个电阻为R1的负载时，输出功率P1为：

[0070]

[0071] 其中，r:线圈内阻

[0072] 下表为曲柄摇杆机构、蜗轮蜗杆机构、斜齿轮机构以及发电机参数，

[0073]

[0074]

[0075] 表1

[0076] 在两个按键3的下端分别连接有两个压电发电结构4，当操作人员点击按键3，使按键3下移时，会带动压电发电结构4的顶柱4.1下移，使得连接在顶柱4.1和底座结构4.3之间的可弹性变形的第一连接片4.2变形，第一连接片4.2的变形会带动连接在其下的压电片4.4变形，压电片4.4利用压电材料的正压电效应将其机械能转换成电能。

[0077] 由压力F产生的电量Qg为：

[0078]

[0079] 其中，

[0080] D3ends:压电片挤压发电部沿z方向的电位移

[0081] Aends:压电片挤压发电部的面积

[0082] D3middle:压电片拉伸发电部沿x1方向的电位移

[0083] Amiddle:压电片拉伸发电部的面积

[0084] d33:挤压发电部的压电应变常数

[0085] l2:第二弹性板的长度

[0086] l3:第一弹性板的长度

[0087] θ:第二弹性板的倾斜角

[0088] tp:压电片的厚度

[0089] s11:压电片的柔度系数

[0090] Em:第一连接片的杨氏模量

[0091] tm:第一连接片的厚度

[0092] νm:第一连接片的泊松比

[0093] F:顶柱受到的压力

[0094] 可求出压电发电结构4的开路电压U：

[0095]

[0096] 其中，

[0097] d31:拉伸发电部的压电应变常数

[0098] b:压电片和第一连接片的宽度

[0099] l1:拉伸发电部的长度

[0100] ε33:压电材料的相对介电常数

[0101] CP:压电片的开路电容

[0102] 压电发电结构4通过外接电路串联一个电阻为R2的负载时，输出功率为：

[0103]

[0104] 其中，

[0105] Rp:压电材料内阻

[0106] R2:压电发电结构串联的负载电阻

[0107] U:压电发电结构的开路电压

[0108] 下表为压电发电结构4的参数，

[0109]

[0110]

[0111] 表2

[0112] 摩擦发电结构8中，在初始状态下，第一介电层8.2和第二介电层8.3处于电中性状态。在摩擦过程中，即鼠标相对鼠标垫或桌面移动时，两个介电层相互摩擦。在摩擦的过程中，电子从第一介电层8.2转移到第二介电层8.3的表面。在电荷的转移过程中，第一介电材料层8.2会失去电子，导致其带正电荷，第二介电材料层8.3会获得这些电子，导致其带负电荷。由于正负电荷的分离，从而形成电势差。最终将摩擦材料的机械能转化为电能。

[0113] 摩擦发电结构8的外电路的输出电压V为：

[0114]

[0115] 其中，

[0116] C:第一电极和第二电极构成的电容

[0117] ε0:第一介电层和第二介电层的介电常数

[0118] ω:第一介电层和第二介电层的宽度

[0119] l:第一介电层和第二介电层的长度

[0120] x2:第一介电层移动的位移

[0121] d0:有效厚度常数

[0122] VOC:摩擦发电结构的开路电压

[0123] σ:第一电极的电荷面密度

[0124] R3:摩擦发电结构串联的负载电阻，

[0125] 根据边界条件x2(t＝0)＝0,Q(t＝0)＝0；有

[0126]

[0127] 其中，

[0128] Q:第一介电层和第二介电层之间的电荷量

[0129] ν:第一电极的滑行速度

[0130] I:外电路的电流

[0131] V:外电路的输出电压

[0132] R3:连接在第一电极和第二电极之间的负载电阻

[0133] VOC:摩擦发电结构的开路电压

[0134] 则输出功率为

[0135] P3＝VI (8)

[0136] 下表为摩擦发电结构材料参数，

[0137]

[0138] 表3

[0139] 本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0140] 最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。