專利名稱：能量轉(zhuǎn)換模塊的制作方法
能量轉(zhuǎn)換模塊技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是有關(guān)一種換能器(transducer)，特別是關(guān)于一種使用換能器以產(chǎn)生聲波或觸覺振動的能量轉(zhuǎn)換模塊。
背景技術(shù)：
換能器為可將一種能量型態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種能量型態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，最常見的為機電式的換能器如馬達或發(fā)電機，馬達是將輸入的電能藉由電磁感應(yīng)而將機械能輸出， 一般常見的馬達是以旋轉(zhuǎn)運動的方式將機械能輸出，如有刷直流馬達、伺服馬達、步進馬達等；其它比較少見的如線性馬達，其乃將電能的輸入直接轉(zhuǎn)換成線性運動輸出。若改變能量轉(zhuǎn)換的方向，以機械能輸入而轉(zhuǎn)換成電能的輸出，則所得的裝置即稱為發(fā)電機，常見的發(fā)電機形式為電力系統(tǒng)所用的單相或三相交流發(fā)電機。此外，換能器亦可以智能材料(smart material)來設(shè)計實現(xiàn),常見的智能材料如壓電材料(piezoelectric material)、電活性聚合物(Electro-Active Polymer, ΕΑΡ)、形狀記憶合金(Shape Memory Alloy, SMA)、磁致伸縮材料(Magnetostrictive Material)、電致伸縮材料(Electrostrictive Material)等坐寸ο
圖I顯示一種傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置，其中換能器10常以壓電材料為的，如單壓電晶片(unimorph)、雙壓電晶片(bimorph)、或多壓電晶片(multimorph),利用其逆壓電效應(yīng) (Reverse Piezoelectric Effect)的特性將輸入的電信號轉(zhuǎn)換成機械運動輸出。一般常用的壓電片形狀為矩形或圓形(常用于制作蜂鳴片)，但也有可能以其它的形式呈現(xiàn)，視實際應(yīng)用情況而定。若以輸出的力量大小當(dāng)成性能指標(biāo)，則以多壓電晶片最優(yōu)，雙壓電晶片次的，而單壓電晶片最差。若以成本來看，則壓電晶片的價格與其壓電材料的堆迭層數(shù)成正相關(guān)，因此若性能要求不高，基于成本考量一般使用單壓電晶片。
圖I所顯示的結(jié)構(gòu)為一傳統(tǒng)的震動傳遞裝置(Vibration PropagationDevice), 藉由驅(qū)動彈性換能器10，而換能器10的震動能量經(jīng)由粘貼件12傳遞到上殼體14用以產(chǎn)生聲波(acoustic wave)或觸覺回饋(haptic feedback)。常見的傳統(tǒng)做法是將換能器藉由粘貼或鎖固等方式固定于上殼體14下方，震動能直接由換能器10傳遞至上殼體14。然由于一般常用的換能器10的材料，其端點或邊緣的擺幅及出力有限，致使其所能傳遞的震動能量有限，而這會造成觸覺回饋的觸感反應(yīng)不明顯，或使上殼體14所能產(chǎn)生的音壓(Sound Pressure Level, SPL)過低。
有鑒于上述現(xiàn)有的能量轉(zhuǎn)換模塊存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制造多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型的能量轉(zhuǎn)換模塊，用以增加慣性力量，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計，并經(jīng)過反復(fù)試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能量轉(zhuǎn)換模塊，其較傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置具有較好的聲波或觸覺振動效果，或可改善能量轉(zhuǎn)換裝置的組裝程序。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種能量轉(zhuǎn)換模塊，其包含一第一換能器，以第一點直接或間接設(shè)置于一第一平板上；及一第二換能器，設(shè)置于該第一換能器的第二點。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一點及該第二點為該第一換能器的二端點。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一點為該第一換能器的一非端點，且該第二點為該第一換能器的一端點。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一換能器具有平面狀。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一換能器具有曲面狀。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其更包含一第一支撐體，設(shè)于該第一點與該第一平板之間。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其更包含至少一質(zhì)量塊，設(shè)置于該第二換能器上。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該質(zhì)量塊設(shè)置于該第二換能器的上表面、下表面或側(cè)端邊。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其更包含一第二平板；及一第二支撐體，其二端分別耦接至該第一換能器及該第二平板。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一平板或該第二平板為熒幕、觸控面板、框架(frame)、基板或殼體(housing)。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一換能器所使用的智能材料為壓電材料、電活性聚合物(ΕΑΡ)、形狀記憶合金(SMA)或磁性收縮材料。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該壓電材料為鋯鈦酸鉛(PZT)。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第二換能器所使用的智能材料為壓電材料、電活性聚合物(ΕΑΡ)、形狀記憶合金(SMA)、磁性收縮材料、音圈馬達(voice coil motor)、偏軸轉(zhuǎn)動質(zhì)量馬達(ERM motor)或線性共振致動器(LRA)。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一換能器或第二換能器包含一導(dǎo)電層；至少一第一智能材料層，形成于該導(dǎo)電層上表面；及至少一第一電極層，形成于該第一智能材料層上表面。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該導(dǎo)電層為一金屬板。前述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其中該第一換能器或第二換能器更包含至少一第二智能材料層，形成于該導(dǎo)電層的下表面；及至少一第二電極層，形成于該第二智能材料層的下表面。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上可知，為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種能量轉(zhuǎn)換模塊，包含第一換能器及第二換能器。其中，第一換能器以第一點直接或間接設(shè)置于第一平板上，且第二換能器設(shè)置于第一換能器的第二點。在一實施例中，更包含至少一質(zhì)量塊，設(shè)置于第二換能器上。本發(fā)明實施例可用以增加振動擺幅、提升傳遞的慣性力，或可用以調(diào)整共振模態(tài)(resonant mode)。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明能量轉(zhuǎn)換模塊至少具有下列優(yōu)點及有益效果本發(fā)明的實施例可用以增加振動擺幅、提升傳遞的慣性力，或可用以調(diào)整共振模態(tài)(resonantmode) 0上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖I顯示傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置的示意圖。
圖2A至圖2G顯示本發(fā)明實施例的各種能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖。
圖3A至圖3C顯示本發(fā)明實施例的各種能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖。
圖4A顯示一種第一 /第二換能器的詳細截面圖。
圖4B顯示另一種第一 /第二換能器的詳細截面圖。
10:換能器 14上殼體 21A:第一點 23第二換能器 231A第一智能材料層 232A第一電極層
25A:第一平板 27A:第一■支撐體 29:質(zhì)量塊 P’第二換能器12:粘貼件21:第一換能器21 B:第二點230:導(dǎo)電層231B第二智能材料層232B第二電極層25B第二平板 27B第二支撐體 P第一換能器 M質(zhì)量塊具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的能量轉(zhuǎn)換模塊其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。
圖2A顯示本發(fā)明實施例的能量轉(zhuǎn)換模塊(transducer module)的截面圖。在本實施例中，能量轉(zhuǎn)換模塊用以將電能轉(zhuǎn)換為機械能，但不以此為限。本實施例的能量轉(zhuǎn)換模塊主要包含第一換能器(transducer，標(biāo)示為P) 21及第二換能器(標(biāo)示為P’)23。其中，第一換能器21以第一點21A設(shè)置于第一平板25A上，第二換能器23則設(shè)置于第一換能器21 的第二點21B。第一換能器21與第二換能器23之間還可使用絕緣件(未顯示于圖式中) 予以分隔。
圖2A所示的第一換能器21具平面狀；但是，也可具其他形狀。例如，圖2B顯示另一能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖，其第一換能器21具有曲面狀。上述第一換能器21的第一點21A 及第二點21B為其二端點，但不限定于此。例如，圖2C顯示另一能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖，其以非端點的第一點21A設(shè)置于第一平板25A上。圖2D顯示另一能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖，其第一換能器21以非端點(例如中點)作為第一點21A設(shè)置于第一平板25A上，并在其至少一端點設(shè)置有至少一個第二換能器23。
圖2A的第一換能器21以第一點21A直接設(shè)置于第一平板25A上，然而，也可藉由第一支撐體27A而間接設(shè)置于第一平板25A上，如圖2E所示。換句話說，第一支撐體27A的二端分別耦接至第一平板25A及第一換能器21。類似的情形，圖2D的第一換能器21以非端點(例如中點)的第一點21A直接設(shè)置于第一平板25A上；然而，也可藉由第一支撐體27A而間接設(shè)置于第一平板25A上，如圖2F所示。無論第一換能器21是以端點的第一點21A間接設(shè)置于第一平板25A上(第二 E圖)或者是以非端點的第一點21A設(shè)置于第一平板25A上(圖2F)，本發(fā)明實施例還可包含第二支撐體27B及第二平板25B，如圖2G所示，將第二支撐體27B的二端分別耦接至第一換能器21及第二平板25B。上述的各種能量轉(zhuǎn)換模塊，還可在第二換能器23上設(shè)置至少一質(zhì)量塊(標(biāo)示為M)29。以下說明將以圖2A所示架構(gòu)為例，然而，圖2B至圖2G也同樣適用。圖3A顯示本發(fā)明實施例的能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖，質(zhì)量塊29設(shè)置于第二換能器23的上表面。圖3B顯示本發(fā)明另一能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖，其質(zhì)量塊29設(shè)置于第二換能器23的下表面。圖3C顯示本發(fā)明又一能量轉(zhuǎn)換模塊的截面圖，其質(zhì)量塊29設(shè)置于第二換能器23的側(cè)端邊。根據(jù)上述圖2A-圖2G及圖3A-圖3C所示的各種能量轉(zhuǎn)換模塊，當(dāng)?shù)谝粨Q能器21受到電能驅(qū)動時，會產(chǎn)生振動及慣性力量，經(jīng)傳遞給第一平板25A，使第一平板25A振動而推動空氣，因而產(chǎn)生聲波(acoustic wave)或產(chǎn)生觸覺回饋(haptic feedback)。當(dāng)?shù)谝粨Q能器21受到電能驅(qū)動時，可再選擇驅(qū)動第二換能器23以產(chǎn)生更大振動及慣性力量，傳遞給第一平板25A，因而產(chǎn)生更強烈的聲波或產(chǎn)生更強烈的觸覺回饋；或可用以增加振動模態(tài)(resonant mode)調(diào)整的選擇性；或者增加第一換能器21兩端的擺幅,進而增加傳遞的慣性力。當(dāng)?shù)谝粨Q能器21、第二換能器23受到電能驅(qū)動時，可再選擇使用質(zhì)量塊29以增加第二換能器23的慣性質(zhì)量，或可用以調(diào)整振動模態(tài)。相較于圖I所示的傳統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換裝置，本實施例具有較好的聲波或觸覺振動效果。以下將詳述圖2A-圖2G及圖3A-圖3C所示各種能量轉(zhuǎn)換模塊的各個組成要件。在本實施例中，部分或全部組成要件可制造為模塊型態(tài)，以利快速組裝。例如，將第一換能器21及第二換能器23制造為模塊，或者將第一換能器21、第二換能器23及質(zhì)量塊29制造為模塊，甚至可將第一支撐體27A、第二支撐體27B、第一平板25A及/或第二平板25B也和其他組成要件制造為模塊。本實施例各個組成要件之間的設(shè)置方式可使用一體成型、粘固、鎖固、鏍固或其他技術(shù)。第一平板25A或第二平板25B可以是熒幕、觸控面板、框架(frame)、基板或殼體(housing)。第一支撐體27A或第二支撐體27B可以是空心或?qū)嵭牡模螤羁蔀橥矤?、柱狀或其他形狀，且?shù)目可以為一或多于一。質(zhì)量塊29可使用各種形狀的各種材質(zhì)，例如高密度材質(zhì)(例如金屬)或高楊氏系數(shù)(Young’ s modulus)材質(zhì)(例如氧化鋯)。在本實施例中，第一換能器21所使用的智能材料可為壓電(piezoelectric)材料(例如錯欽酸鉛(lead zirconate titanate, PZT))、電活性聚合物(electroactivepolymer, ΕΑΡ)、形狀記憶合金(shape memory alloy, SMA)或磁性收縮材料(magnetostrictive material),但不限定于此。第二換能器23的材質(zhì)可使用第一換能器21的材質(zhì)，或者使用音圈馬達(voice coil motor)、偏軸轉(zhuǎn)動質(zhì)量馬達(eccentricrotating mass (ERM)motor)或線性共振致動器(linear resonant actuator, LRA)。圖4A顯示一種第一換能器21或第二換能器23的詳細截面圖。以第二換能器23為例，其包含導(dǎo)電層230、第一智能材料層231A及第一電極層232A。其中，第一智能材料層 231A形成于導(dǎo)電層230上表面,再在第一智能材料層231A上表面涂布第一電極層232A。導(dǎo)電層230及第一電極層232A分別作為驅(qū)動第一智能材料層231A所需的二電極，且該導(dǎo)電層230實施上為一種可供導(dǎo)電的薄層材料(如電極層)或板狀材料(如金屬板)；當(dāng)導(dǎo)電層230為金屬板時，可增加第二換能器23的堅韌性、耐用性，并可增加慣性力量，以產(chǎn)生聲波或觸覺回饋。圖4A的第二換能器23使用單層的第一智能材料層231A，因此一般若采用壓電材料，稱為單壓電晶片(unimorph)。此外，在實施上，第二換能器23可以采用二或多層第一智能材料層231A,以形成現(xiàn)有習(xí)知的多/積層(multi-layers)壓電晶片。
圖4B顯示另一種第一換能器21或第二換能器23的詳細截面圖。以第二換能器 23為例，其包含導(dǎo)電層230、第一智能材料層231A、第一電極層232A、第二智能材料層231B 及第二電極層232B。其中，第一智能材料層231A形成于導(dǎo)電層230的上表面，再在第一智能材料層231A上表面涂布第一電極層232A。第二智能材料層231B形成于導(dǎo)電層230的下表面，再于第二智能材料層231B的下表面涂布第二電極層232B。導(dǎo)電層230作為第一 /第二智能材料層231A/B的共電極，而第一 /第二電極層232A/B分別作為驅(qū)動第一 /第二智能材料層231A/B所需的電極。圖4B的第二換能器23使用雙層的第一 /第二智能材料層231A/B，因此一般若采用壓電材料，稱為雙壓電晶片(bimorph)。此外，在實施上，第二換能器23的至少一側(cè)可以采用二或多層第一智能材料層231A，以形成習(xí)知的多/積層 (multi-layers)壓電晶片。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其包含 一第一換能器，以第一點直接或間接設(shè)置于一第一平板上 '及 一第二換能器，設(shè)置于該第一換能器的第二點。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一點及該第二點為該第一換能器的二端點。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一點為該第一換能器的一非端點，且該第二點為該第一換能器的一端點。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一換能器具有平面狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一換能器具有曲面狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其更包含一第一支撐體，設(shè)于該第一點與該第一平板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其更包含至少一質(zhì)量塊，設(shè)置于該第二換能器上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該質(zhì)量塊設(shè)置于該第二換能器的上表面、下表面或側(cè)端邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其更包含 一第二平板；及 一第二支撐體，其二端分別耦接至該第一換能器及該第二平板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一平板或該第二平板為熒幕、觸控面板、框架、基板或殼體。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一換能器所使用的智能材料為壓電材料、電活性聚合物、形狀記憶合金或磁性收縮材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該壓電材料為鋯鈦酸鉛。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第二換能器所使用的智能材料為壓電材料、電活性聚合物、形狀記憶合金、磁性收縮材料、音圈馬達、偏軸轉(zhuǎn)動質(zhì)量馬達或線性共振致動器。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一換能器或第二換能器包含 一導(dǎo)電層; 至少一第一智能材料層，形成于該導(dǎo)電層上表面；及 至少一第一電極層，形成于該第一智能材料層上表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該導(dǎo)電層為一金屬板。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的能量轉(zhuǎn)換模塊，其特征在于其中該第一換能器或第二換能器更包含 至少一第二智能材料層，形成于該導(dǎo)電層的下表面 '及 至少一第二電極層，形成于該第二智能材料層的下表面。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種能量轉(zhuǎn)換模塊，包含第一換能器及第二換能器。第一換能器以第一點直接或間接設(shè)置于第一平板上，且第二換能器設(shè)置于第一換能器的第二點。在一實施例中，更包含至少一質(zhì)量塊，設(shè)置于第二換能器上。
文檔編號H02N2/00GK102931868SQ201110230018
公開日2013年2月13日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月8日
發(fā)明者莊財裕, 簡嘉男, 劉保正 申請人:慶良電子股份有限公司