專利名稱：能量轉換模塊的制作方法
能量轉換模塊技術領域
本發(fā)明是有關一種換能器(transducer)，特別是關于一種使用換能器以產生聲波或觸覺振動的能量轉換模塊。
背景技術：
換能器為可將一種能量型態(tài)轉換為另一種能量型態(tài)的能量轉換裝置，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而將機械能輸出， 一般常見的馬達是以旋轉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換成線性運動輸出。若改變能量轉換的方向，以機械能輸入而轉換成電能的輸出，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)來設計實現,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顯示一種傳統能量轉換裝置，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 (Reverse Piezoelectric Effect)的特性將輸入的電信號轉換成機械運動輸出。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，視實際應用情況而定。若以輸出的力量大小當成性能指標，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成正相關，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所顯示的結構為一傳統的震動傳遞裝置(Vibration PropagationDevice), 藉由驅動彈性換能器10，而換能器10的震動能量經由粘貼件12傳遞到上殼體14用以產生聲波(acoustic wave)或觸覺回饋(haptic feedback)。常見的傳統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不明顯，或使上殼體14所能產生的音壓(Sound Pressure Level, SPL)過低。
有鑒于上述現有的能量轉換模塊存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產品設計制造多年豐富的實務經驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型的能量轉換模塊，用以增加慣性力量，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，并經過反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本發(fā)明。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，提供一種能量轉換模塊，其較傳統能量轉換裝置具有較好的聲波或觸覺振動效果，或可改善能量轉換裝置的組裝程序。本發(fā)明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。依據本發(fā)明提出的一種能量轉換模塊，其包含一第一換能器，以第一點直接或間接設置于一第一平板上；及一第二換能器，設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問題還可采用以下技術措施進一步實現。前述的能量轉換模塊，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。前述的能量轉換模塊，其中該第一換能器具有平面狀。前述的能量轉換模塊，其中該第一換能器具有曲面狀。前述的能量轉換模塊，其更包含一第一支撐體，設于該第一點與該第一平板之間。前述的能量轉換模塊，其更包含至少一質量塊，設置于該第二換能器上。前述的能量轉換模塊，其中該質量塊設置于該第二換能器的上表面、下表面或側端邊。前述的能量轉換模塊，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。前述的能量轉換模塊，其中該壓電材料為鋯鈦酸鉛(PZT)。前述的能量轉換模塊，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)、偏軸轉動質量馬達(ERM motor)或線性共振致動器(LRA)。前述的能量轉換模塊，其中該第一換能器或第二換能器包含一導電層；至少一第一智能材料層，形成于該導電層上表面；及至少一第一電極層，形成于該第一智能材料層上表面。前述的能量轉換模塊，其中該導電層為一金屬板。前述的能量轉換模塊，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)明與現有技術相比具有明顯的優(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置于第一平板上，且第二換能器設置于第一換能器的第二點。在一實施例中，更包含至少一質量塊，設置于第二換能器上。本發(fā)明實施例可用以增加振動擺幅、提升傳遞的慣性力，或可用以調整共振模態(tài)(resonant mode)。借由上述技術方案，本發(fā)明能量轉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，或可用以調整共振模態(tài)(resonantmode) 0上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，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顯示傳統能量轉換裝置的示意圖。
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質量塊具體實施方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發(fā)明提出的能量轉換模塊其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
圖2A顯示本發(fā)明實施例的能量轉換模塊(transducer module)的截面圖。在本實施例中，能量轉換模塊用以將電能轉換為機械能，但不以此為限。本實施例的能量轉換模塊主要包含第一換能器(transducer，標示為P) 21及第二換能器(標示為P’)23。其中，第一換能器21以第一點21A設置于第一平板25A上，第二換能器23則設置于第一換能器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顯示另一能量轉換模塊的截面圖，其以非端點的第一點21A設置于第一平板25A上。圖2D顯示另一能量轉換模塊的截面圖，其第一換能器21以非端點(例如中點)作為第一點21A設置于第一平板25A上，并在其至少一端點設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直接設置于第一平板25A上，然而，也可藉由第一支撐體27A而間接設置于第一平板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直接設置于第一平板25A上；然而，也可藉由第一支撐體27A而間接設置于第一平板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。上述的各種能量轉換模塊，還可在第二換能器23上設置至少一質量塊(標示為M)29。以下說明將以圖2A所示架構為例，然而，圖2B至圖2G也同樣適用。圖3A顯示本發(fā)明實施例的能量轉換模塊的截面圖，質量塊29設置于第二換能器23的上表面。圖3B顯示本發(fā)明另一能量轉換模塊的截面圖，其質量塊29設置于第二換能器23的下表面。圖3C顯示本發(fā)明又一能量轉換模塊的截面圖，其質量塊29設置于第二換能器23的側端邊。根據上述圖2A-圖2G及圖3A-圖3C所示的各種能量轉換模塊，當第一換能器21受到電能驅動時，會產生振動及慣性力量，經傳遞給第一平板25A，使第一平板25A振動而推動空氣，因而產生聲波(acoustic wave)或產生觸覺回饋(haptic feedback)。當第一換能器21受到電能驅動時，可再選擇驅動第二換能器23以產生更大振動及慣性力量，傳遞給第一平板25A，因而產生更強烈的聲波或產生更強烈的觸覺回饋；或可用以增加振動模態(tài)(resonant mode)調整的選擇性；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。當第一換能器21、第二換能器23受到電能驅動時，可再選擇使用質量塊29以增加第二換能器23的慣性質量，或可用以調整振動模態(tài)。相較于圖I所示的傳統能量轉換裝置，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置方式可使用一體成型、粘固、鎖固、鏍固或其他技術。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可以是空心或實心的，形狀可為筒狀、柱狀或其他形狀，且數目可以為一或多于一。質量塊29可使用各種形狀的各種材質，例如高密度材質(例如金屬)或高楊氏系數(Young’ s modulus)材質(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的材質可使用第一換能器21的材質，或者使用音圈馬達(voice coil motor)、偏軸轉動質量馬達(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。導電層230及第一電極層232A分別作為驅動第一智能材料層231A所需的二電極，且該導電層230實施上為一種可供導電的薄層材料(如電極層)或板狀材料(如金屬板)；當導電層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,以形成現有習知的多/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的至少一側可以采用二或多層第一智能材料層231A，以形成習知的多/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)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的技術內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)明技術方案的內容，依據本發(fā)明的技術實質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)明技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種能量轉換模塊，其特征在于其包含 一第一換能器，以第一點直接或間接設置于一第一平板上 '及 一第二換能器，設置于該第一換能器的第二點。
2.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，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.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，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.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于其中該第一換能器具有平面狀。
5.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于其中該第一換能器具有曲面狀。
6.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于其更包含一第一支撐體，設于該第一點與該第一平板之間。
7.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于其更包含至少一質量塊，設置于該第二換能器上。
8.根據權利要求7所述的能量轉換模塊，其特征在于其中該質量塊設置于該第二換能器的上表面、下表面或側端邊。
9.根據權利要求6所述的能量轉換模塊，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.根據權利要求9所述的能量轉換模塊，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.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，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.根據權利要求11所述的能量轉換模塊，其特征在于其中該壓電材料為鋯鈦酸鉛。
13.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，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、偏軸轉動質量馬達或線性共振致動器。
14.根據權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于其中該第一換能器或第二換能器包含 一導電層; 至少一第一智能材料層，形成于該導電層上表面；及 至少一第一電極層，形成于該第一智能材料層上表面。
15.根據權利要求14所述的能量轉換模塊，其特征在于其中該導電層為一金屬板。
16.根據權利要求14所述的能量轉換模塊，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)明是有關于一種能量轉換模塊，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置于第一平板上，且第二換能器設置于第一換能器的第二點。在一實施例中，更包含至少一質量塊，設置于第二換能器上。
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