CN203397314U - 手写笔 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种手写笔（100），包括供电电路（1）和笔功能电路（2），所述供电电路（1）为所述笔功能电路（2）提供工作所需要的电能，其中所述供电电路（2）包括压电单元（10），其用于将机械能转化为电能；整流单元（20），其用于将所述压电单元（10）输出的交流电转化为直流电；直流电平转换单元（30），其用于将所述整流单元（20）输出的直流电转化为稳定的直流电；并为所述笔功能电路（2）供电。本实用新型的手写笔，可完全省去笔中的电池组件，且能够保证供电的连续性和稳定性，提高了手写笔的使用效率和方便程度，并降低了对环境的潜在不利影响。

Description

手写笔

技术领域

本实用新型涉及一种手写笔，尤其是涉及一种利用压电元件供电的手写笔。 

背景技术

在目前的各种电子设备中，人机交互系统的利用非常普及。在操作人机交互系统时，通过各种手写笔，可以为用户带来更好的操作体验，实现如精确点击、书写和绘画等功能。传统上，手写笔的供电方式一般有两种：通过导线连接至主机，由主机向笔功能电路供电；或在笔杆中设置电池向笔功能电路供电，以实现笔的无线化。采用有线方式供电，用户携带使用的方便程度大受影响，且线材在频繁的使用中容易损坏；采用电池供电，需要定时更换电池或时常进行充电，降低了手写笔的易用性，且电池的制造、使用和回收过程中容易产生污染，对环境造成不利影响。 

实用新型内容

本实用新型通过提供一种手写笔，实现了手写笔的无线化、无电池化，使得用户可以随时随地使用手写笔而不必考虑其供电问题，也避免了环境的污染。 

为实现上述目的，本实用新型提供了一种手写笔（100），包括供电电路（1）和笔功能电路（2），所述供电电路（1）为所述笔功能电路（2）提供工作所需要的电能，其中所述供电电路（2）包括压电单元（10），其用于将机械能转化为电能；整流单元（20），其用于将所述压电单元（10）输出的交流电转化为直流电；直流电平转换单元（30），其用于将所述整流单元（20）输出的直流电转化为稳定的直流电；并为所述笔功能电路（2）供电。 

使用本实用新型提供的手写笔，笔的晃动会启动压电单元（10） 产生震荡信号的交流电流，该交流电流通过整流单元（20）转换为小幅波动的直流电流，再通过直流电平转换单元（30）转换为稳定的直流电平输出，并为笔功能电路（2）供电。由于手写笔在使用过程中将保持在运动状态，所以不会出现使用过程中断电的情况。 

本实用新型的手写笔，可完全省去笔中的电池组件，且能够保证供电的连续性和稳定性，提高了手写笔的使用效率和方便程度，并降低了对环境的潜在不利影响。 

附图说明

图1是本实用新型手写笔一个实施方式的结构示意图； 

图2是图1所示手写笔的电路结构示意图； 

图3是图1所示手写笔的一种具体电路结构图； 

图4A-图4F是图1所示手写笔的压电单元的6种具体实施方式的结构示意图。 

附图标记说明 

1 供电电路 

2 笔功能电路 

10 压电单元 

20 整流单元 

30 直流电平转换单元 

31 DC-DC转换芯片 

40 储能及充电单元 

50 变压单元 

101 压电元件 

102 质量块 

103 弹簧 

104 限制机构 

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的手写笔进行详细描述。在 这些附图中，对于相同或者相当的构成要素，标注相同标号。以下仅为本发明的手写笔的最佳实施方式，本发明并不仅限于下述结构。 

图1是本实用新型手写笔一个实施方式的结构示意图。图2是图1所示手写笔的电路结构示意图。 

请一并参阅图1和图2，本实用新型的手写笔100包括供电电路1和笔功能电路2，供电电路1为笔功能电路2提供工作所需要的电能。供电电路1包括依次串联连接的压电单元10、整流单元20和直流电平转换单元30，以及并联在直流电平转换单元30的储能及充电单元40和笔功能电路。 

其中，压电单元10用于将机械能转化为电能。 

整流单元20，比如可采用全波整流电路，也可采用半波整流电路，用于将压电单元10输出的交流电转化为直流电。 

直流电平转换单元30，比如可采用DC-DC转换芯片，也可以采用低压差线性稳压器（LDO），或其他类似功能的电路，用于将整流单元20输出的直流电转化为稳定的直流电。 

储能及充电单元40，其储能元件可采用充电电池，也可以采用超级电容，或其他类似储能设备；充电电路可以采用芯片或其它简易充电电路，用于收集时间上不确定的电能，并在所述直流电平转换单元30输出电压不能满足所述笔功能电路2的需求时为所述笔功能电路2供电。 

当用户拿起笔开始使用时，笔的晃动会启动压电单元10产生震荡信号的交流电流，该交流电流通过整流单元20转换为小幅波动的直流电流，再通过直流电平转换单元30转换为稳定的直流电平输出，直流电平转换单元30输出的直流电一方面供笔功能电路2使用，另一方面对储能及充电单元40内的储能元件进行充电；若笔的晃动幅度变小而造成压电单元10的电流输出过小，充电电池放电，向笔功能电路2提供稳定的电流供应以满足笔功能电路2连续运行的需要。由于手写笔在使用过程中将保持在运动状态，所以不会出现使用过程中断电的情况。 

进一步地，由于某些压电单元产生的电压非常高，如果直接向下一级传输很容易烧坏电路，但采用限压元件又会损失掉大部分能量； 同时，压电单元产生的压电信号一般为振荡信号。因此，可选地，本实用新型的手写笔在压电单元10和整流单元20之间，串联有一个变压单元50，其用于将所述压电单元10输出的交流电转化为低压交流电，或符合需求电压的交流电，从而既能保证能量利用率，又能降低电压。 

图3是图1所示手写笔的一种具体电路结构图。如图3所示，该电路包括依次串联连接的压电单元10、整流单元20和直流电平转换单元30，以及并联在直流电平转换单元30的储能及充电单元40和笔功能电路。 

其中，整流单元20包括并联连接的全波整流电路和滤波电容，全波整流电路与压电单元10连接，可将压电单元10输出的交流电转化为直流电，并且由于全波整流电路的输出端并联了滤波电容，因此整流单元20输出的电压虽有纹波，但是可以稳定在一定的幅度。直流电平转换单元30包括并联的DC-DC转换芯片31和过压保护二极管，DC-DC转换芯片31可将整流单元20输出的直流电转换为稳定的可供后级电路使用的稳定的直流电平，过压保护二极管可防止振荡电压过高，保护DC-DC转换芯片31。直流电平转换单元30的输出端并联有由充电电池和充电芯片构成的储能及充电单元40以及笔功能电路2，直流电平转换单元30输出的直流电一方面供笔功能电路2使用，另一方面对储能及充电单元40内的充电电池进行充电；若笔的晃动幅度变小而造成压电装置10的电流输出过小，充电电池放电，向笔功能电路2提供稳定的电流供应。 

本实施方式中，桥式整流器为深圳深科公司的MB05F，DC-DC转换芯片为安森美半导体的NCP1595，滤波电容为松下CBB电容，过压保护二极管为意法半导体的ESDAVLC6-1BV2，所有的电路连接通过印刷电路板实现。 

图4A-图4F是图1所示手写笔的压电单元的6种具体实施方式的结构示意图。下面结合图4A-图4F来说明本实用新型手写笔100的压电单元10的具体结构。 

如图4A-图4F所示，本实施方式中，压电单元10包括压电元件101和质量块102。 

其中，压电元件101比如为条形或柱形压电元件，安装在手写笔 100的壳体内，用于将质量块102的振动能转换为电能。压电元件101具体可采用压电陶瓷元件或压电光纤元件以及其它压电元件。当采用压电陶瓷元件时，由于压电陶瓷元件一般比较坚硬振幅不会很大，电压也不高，因此可以采用串联的方式来提高其输出电压，以满足后续电路处理的要求。当采用压电光纤元件时，由于压电光纤元件能量转换效率更高，产生能量更大，而且可以产生几十甚至上百伏的高压，为了满足后续电路处理需要，可以将压电光纤元件并联限制其输出电压，增加其输出电流的能力。总之，可以根据材料的不同属性采用串并联的方式，以满足后续电路处理需要以及能量利用的最大化。 

质量块102比如由密度较大的材料制作，从而更好地在手写时将能量转换为震动能并传递给压电元件101，以产生更大的形变从而产生更大的电能。质量块101可以设置在压电元件101的端部，如图4A、图4C和图4E所示，或者设置在压电元件101中间，如图4B、图4D和图4F所示，可根据具体情况选择合适的位置。 

此外，为了限制质量块102的振幅，本实施方式中还可在质量块102的两侧设置弹簧103，如图4A和图4B所示。弹簧103一端固定在质量块102上，另一端固定在手写笔100的壳体上，通过弹簧103可以限制质量块102的振幅，防止质量块102振幅过大而与手写笔100的壳体碰撞。除了在质量块102的两侧设置弹簧103以外，还可以在质量块102的一侧设置弹簧103，如图4C和图4D所示。 

除了设置弹簧103以外，为了限制质量块102的振幅，还可在质量块102的周边设置限位机构104，如图4E和图4F所示。限位机构104固定在手写笔100的壳体内与质量块102相对应的位置处，可将质量块102的振动限定在限位机构104所确定的空间内。 

通过弹簧或限位机构，可以限制压电元件101振动的范围，减少其对于手写笔操作的影响。 

可以理解的是，上述压电单元10的共振频率可调节。其具体频率由压电元件101、质量块102、弹簧103等各部分的参数决定。可以根据不同笔的书写习惯，通过调节各个部分的参数，以达到最好的共振频率，产生最大的能量。 

当使用本实用新型提供的手写笔100时，通过笔身的晃动，带动 质量块102摆动从而使压电元件101在笔杆内振动，由于弹簧103的存在，质量块102在摆动时不会幅度过大撞击笔身内部造成使用不便；压电元件101振动所产生的交流电通过桥式整流器被转变为直流电，并经过DC-DC转换芯片而形成具有稳定电平的输出电流，供笔功能电路2使用，同时对储能及充电单元40内的充电电池进行充电；若笔的晃动幅度变小而造成压电单元10的电流输出过小，充电电池放电，向笔功能电路2提供稳定的电流供应。 

以上是对本实用新型的具体实施方式的说明，但本实用新型并不局限于上述具体实施方式。在允许的范围内，可以对本实用新型作出种种修改和变形。此种修改和变形均应被视为落入本实用新型的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种手写笔，其特征在于，包括：

供电电路（1）和笔功能电路（2），所述供电电路（1）为所述笔

功能电路（2）提供工作所需要的电能，其中

所述供电电路（1）包括

压电单元（10），其用于将机械能转化为电能，

整流单元（20），其用于将所述压电单元（10）输出的交流电转化为直流电；

直流电平转换单元（30），其用于将所述整流单元（20）输出的直流电转化为稳定的直流电，为笔功能电路（2）提供电能。

2.根据权利要求1所述的手写笔，其特征在于，所述压电单元（10）包括条形或柱形压电元件（101）和质量块（102），其中

所述质量块（102）与所述压电元件（101）连接，将所述手写笔在手写时产生的振动能传递给所述压电元件（101）；

所述压电元件（101）将所述振动能转化为电能。

3.根据权利要求2所述的手写笔，其特征在于，所述压电元件（101）为压电陶瓷元件或压电光纤元件。

4.根据权利要求2所述的手写笔，其特征在于，所述压电单元（10）包括多个串联或并联连接的压电元件。

5.根据权利要求2所述的手写笔，其特征在于，所述质量块（102）设置在所述压电元件（101）的端部或中部。

6.根据权利要求2-5任意一项所述的手写笔，其特征在于，在所述质量块（102）的两侧或单侧设置有与所述质量块（102）连接用于限制所述质量块（102）振幅的弹簧。

7.根据权利要求2-5任意一项所述的手写笔，其特征在于，在所述质量块（102）的周边设置有用于限制所述质量块（102）振幅的限位机构（104）。

8.根据权利要求2所述的手写笔，其特征在于，所述压电单元（10）的共振频率可调节。

9.如权利要求1所述的手写笔，其特征在于，在所述直流电平转换单元（30）的输出端设置与所述笔功能电路（2）并联的储能及充电单元（40），其用于存储电能，并在所述直流电平转换单元（30）输出电压不能满足所述笔功能电路（2）的需求时为所述笔功能电路（2）供电。

10.根据权利要求1所述的手写笔，其特征在于，在所述压电单元（10）和所述整流单元（20）之间设置有变压单元，其用于降低所述压电单元输出交流电的电压。

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