專利名稱：能量轉換模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種換能器(transducer)，特別是涉及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，馬達將輸入的電能借由電磁感應而將機械能輸出，一般常見的馬達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，換能器也可以智能材料(smartmaterial)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常以壓電材料為之，如單壓電芯片(unimorph)、雙壓電芯片(bimorph)、或多壓電芯片(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針，則以多壓電芯片最優(yōu)，雙壓電芯片次之，而單壓電芯片最差。若以成本來看，則壓電芯片的價格與其壓電材料的堆疊層數成正相關，因此若性能要求不高，基于成本考慮一般使用單壓電芯片。圖I所顯示的結構為一傳統的震動傳遞裝置(Vibration Propagation Device),借由驅動彈性換能器10，而換能器10的震動能量經由黏貼件12傳遞到上殼體14用以產生聲波(acoustic wave)或觸覺回饋(haptic feedback)。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。因此，亟需提出一種新穎的能量轉換模塊，用以簡化組裝程序或增加慣性力量。由此可見，上述現有的換能器在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產品又沒有適切結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設一種新型結構的能量轉換模塊，實屬當前重要研發(fā)課題之一，亦成為當前業(yè)界極需改進的目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，克服現有的換能器存在的缺陷，而提供一種新型結構的能量轉換模塊，所要解決的技術問題是提出一種能量轉換模塊，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)明實施例可用以增加振動擺幅或提升傳遞的慣性力，非常適于實用。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)明提出的其包含一第一換能器；及一第二換能器，其中，該第二換能器設置于一第一平板與該第一換能器之間。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，其中所述的該第二換能器以嵌入方式設置于該第一平板的表面。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第二換能器以嵌入方式設置于該第一換能器的表面。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一換能器具平面狀。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一換能器具曲面狀。前述的能量轉換模塊，其中所述的其更包含一塊體，設于該第一換能器與一第二平板之間。前述的能量轉換模塊，其中所述的其更包含一第三換能器，設置于該第一換能器與該第二平板之間。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一平板或該第二平板為屏幕、觸控面板、框架(frame)、基板或殼體(housing)。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一換能器、該第二換能器或該第三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，其中所述的該壓電材料為鋯鈦酸鉛(PZT)。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一換能器、該第二換能器或該第三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，其中所述的該導電層為一金屬板。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一換能器為矩形、圓形、十字形或三叉星形。前述的能量轉換模塊，其中所述的該十字形第二換能器具有一十字形導電層，兩個第一智能材料層，垂直相交于該十字形導電層上，且使用絕緣件將兩者隔離。前述的能量轉換模塊，其中所述的該第一換能器、該第二換能器或該第三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，第二換能器設置于第一平板與第一換能器之間。根據本發(fā)明另一實施例，能量轉換模塊還包含一塊體，設于第一換能器與第二平板之間。根據本發(fā)明又一實施例，能量轉換模塊還包含一第三換能器，設置于第一換能器與第二平板之間。
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)點及有益效果提出一種新穎的能量轉換模塊，其較傳統能量轉換裝置具有較好的聲波或觸覺振動效果，可改善能量轉換裝置的組裝程序，本發(fā)明實施例可用以增加振動擺幅或提升傳遞的慣性力，以產生聲波或觸覺振動的能量轉換模塊，用以簡化組裝程序或增加慣性力量。綜上所述，本發(fā)明能量轉換模塊，其包含第一換能器及第二換能器，其中，該第二換能器設置于一第一平板與該第一換能器之間。本發(fā)明在技術上有顯著的進步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。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)明的上述和其它目的、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。圖2顯示本發(fā)明實施例的能量轉換模塊的截面圖。圖3A至圖3D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。圖5A至圖5E例示各種形狀的第一換能器的上視圖。
10:換能器12黏貼件14:上殼體21:第一換能器210:導電層211A第一智能材料層211B:第二智能材料層212A第一電極層212B第二電極層213絕緣件23:第二換能器25A第一平板25B第二平板27:塊體29:第三換能器P第一換能器P，:第二換能器P，，:第三換能器
具體實施例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2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，第二換能器23設置于第一平板25A與第一換能器21之間。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。當施加一時變(time-varying)電場在第一換能器21時，由于第一換能器21本身的機電耦合的特性，第一換能器21會將時變電場轉換成機械能而使其左右兩端產生擺動。第一換能器21借由第二換能器23而與第一平板25A產生機械連結，當第一換能器21的左右兩端產生上下擺動時，其所產生的慣性力將會借由第二換能器23而傳至第一平板25A。若第一平板25A為一觸控面板，則此慣性震動可用于在第一平板25A產生觸覺回饋(haptic feedback),借以提升在觸控接口上的輸入正確性或應用程序互動的擬真性。此外，由于聲音的本質即是借由振動介質(如空氣、水或金屬)來傳遞，因此第一平板25A也可當成一平板喇口八(flat panel loudspeaker)的振動平面，借由驅動第一換能器21產生慣性力去敲擊第一平板25A而產生聲波(acousticwave) 0此外，可在驅動第一換能器21的同時也施加一時變電場在第二換能器23，使得第一換能器21與第二換能器23所產生的震動為同相(in phase，即建設性干涉)或接近同相(相位差很小)，則在第一平板25A所產生的震動量也會加大，進而提升觸覺回饋或聲波傳遞的效果。如圖3A所示，第二換能器23可使用嵌入方式設置于第一平板25A的表面，第二換能器23也可使用嵌入方式設置于第一換能器21的表面。圖3A所示的第一換能器21具平面狀，但是，也可具其它形狀。例如，圖3B顯示另一能量轉換模塊的截面圖，其第一換能器21具曲面狀。圖3A的動作原理與圖2相同，差別僅在于第二換能器23的固定方式；圖3B的動作原理與圖2相同，差別僅在第一換能器21的幾何形狀。圖3C顯示又一能量轉換模塊的截面圖，其更包含一塊體27及一第二平板25B，其中,塊體27設置于第一換能器21與第二平板25B之間。若以第一平板25A為固定基座,則當對第一換能器21施以一時變電場時，第一換能器21的左右兩端會上下擺動，且此上下擺動的慣性力會借由塊體27而傳遞至第二平板25B。若第二平板25B為一觸控板(touchpad)、觸控屏幕(touch panel)或其它觸控接口，則此震動可用來產生觸覺回饋；此外，也可將第二平板25B當成平板喇叭的震動平板而用以產生聲波。若在驅動第一換能器21的同時也施加一時變電場在第二換能器23,使得第一換能器21與第二換能器23所產生的震動為同相(in phase，即建設性干涉)或接近同相(相位差很小)，則在第二平板25B所產生的震動量也會加大，進而提升觸覺回饋或聲波傳遞的效果。上述塊體27可置換為第三換能器(未圖示)，當第一換能器21、第二換能器23、及第三換能器作用于第二平板25B的慣性力同相或接近同相，則在第二平板25B所產生的震動量會加大，進而提升觸覺回饋或聲波傳遞的效果。圖3D顯示再一能量轉換模塊的截面圖，其較圖3C結構更包含一第三換能器(標示為P”)29，其也是設置于第一換能器21與第二平板25B之間。第一換能器21與第三換能器29之間還可使用絕緣件(未顯示于圖式中)予以分隔。在本實施例中，塊體27與第二換能器23的設置位置靠近第一換能器21的一端，且第三換能器29的設置位置靠近第一換能器21的另一端。圖3D的動作原理與圖3C類似，差別在于圖3D的第二換能器23及塊體27位于第一換能器21的一端,且在第一換能器21的另一端上方多加一第三換能器29。當第一換能器21、第二換能器23、及第三換能器29通過塊體27而作用于第二平板25B的慣性力同相或接近同相，則在第二平板25B所產生的震動量也會加大，進而提升觸覺回饋或聲波傳遞的效果。以下將詳述圖2及圖3A-圖3D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。亦即，可將第一換能器21、第二換能器23、第一平板25A、塊體27、第二平板25B及第三換能器29等組成要件的一部份制造為模塊。本實施例各個組成要件之間的設置方式可使用一體成型、 黏固、鎖固、鏍固或其它技術。第一平板25A或第二平板25B可以是屏幕、觸控面板、框架 (frame)、基板或殼體(housing)。塊體27可以是空心或實心的，形狀可為筒狀、柱狀或其它形狀，且數目可以為一或多于一。
在本實施例中，第一換能器21、第二換能器23或第三換能器29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(electroactive polymer, ΕΑΡ)、形狀記憶合金(shape memory alloy, SMA)、 磁性收縮材料(magnetostrictive material)、音圈馬達(voice coil motor)、偏軸轉動質量馬達(eccentric rotating mass (ERM)motor)或線性共振致動器(linear resonant actuator, LRA)，但不限定于此。
圖4A顯示一種第一換能器21、第二換能器23或第三換能器29的詳細截面圖。以第一換能器21為例,其包含導電層210、第一智能材料層211A及第一電極層212A。其中， 第一智能材料層211A形成于導電層210上表面,再于第一智能材料層211A上表面涂布第一電極層212A。導電層210及第一電極層212A分別作為驅動第一智能材料層211A所需的二電極，且該導電層210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210為金屬板時，可增加第一換能器21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的第一換能器21使用單層的第一智能材料層211A， 因此一般若采用壓電材料，稱為單壓電芯片(unimorph)。此外，在實施上，第一換能器21可以采用二或多層第一智能材料層211A，以形成現有習知的多/積層(multi-layers)壓電芯片。
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。以第一換能器 21為例，其包含導電層210、第一智能材料層211A、第一電極層212A、第二智能材料層211B 及第二電極層212B。其中，第一智能材料層211A形成于導電層210的上表面,再于第一智能材料層21IA上表面涂布第一電極層212A。第二智能材料層21IB形成于導電層210的下表面，再于第二智能材料層21IB的下表面涂布第二電極層212B。導電層210作為第一 / 第二智能材料層211A/B的共電極，而第一 /第二電極層212A/B分別作為驅動第一 /第二智能材料層211A/B所需的電極。圖4B的第一換能器21使用雙層的第一 /第二智能材料層211A/B,因此一般若米用壓電材料,稱為雙壓電芯片(bimorph)。此外,在實施上,第一換能器21的至少一側可以采用二或多層第一智能材料層211A或者二或多層第二智能材料層 211B,以形成現有習知的多/積層(multi-layers)壓電芯片。
圖5A至圖5E例不各種形狀的第一換能器21的上視圖。其中，圖5A顯不一種矩形第一換能器21的上視圖，其至少包含一矩形導電層210及一矩形第一智能材料層211A(未顯示出一第一電極層212A)。圖5顯示一種圓形第一換能器21的上視圖，其至少包含一圓形導電層210及一圓形第一智能材料層211A(未顯不出第一電極層2312A)。圖5C顯不一種三叉星(tri-forked star)形第一換能器21的上視圖，其至少包含三叉星形導電層210 及三叉星形第一智能材料層21IA (未顯示出第一電極層212A)。圖顯示一種十字形第一換能器21的上視圖，其至少包含導電層210及第一智能材料層211A(未顯示出第一電極層212A)。上述各種形狀的第一換能器23以單壓電芯片(unimorph)為例。實施上同樣可增加第二智能材料層211B形成于導電層210的下表面，再于第二智能材料層211B的表面涂布第二電極層212B,形成前述雙壓電芯片(bimorph)。圖5E顯示另一種十字形第一換能器21的上視圖，在該十字形導電層210上，具有兩個垂直相交成十字形的第一智能材料層211A，且使用絕緣件213將兩者絕緣隔離，該絕緣件213可為絕緣層或絕緣體。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；及 一第二換能器，其中，該第二換能器設置于一第一平板與該第一換能器之間。
2.如權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于該第二換能器以嵌入方式設置于該第一平板的表面。
3.如權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于該第二換能器以嵌入方式設置于該第一換能器的表面。
4.如權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一換能器具平面狀。
5.如權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一換能器具曲面狀。
6.如權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于其更包含一塊體，設于該第一換能器與一第二平板之間。
7.如權利要求6所述的能量轉換模塊，其特征在于其更包含一第三換能器，設置于該第一換能器與該第二平板之間。
8.如權利要求6所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一平板或該第二平板為屏幕、觸控面板、框架、基板或殼體。
9.如權利要求7所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一換能器、該第二換能器或該第三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。
10.如權利要求9所述的能量轉換模塊，其特征在于該壓電材料為鋯鈦酸鉛。
11.如權利要求7所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一換能器、該第二換能器或該第三換能器包含 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。
12.如權利要求11所述的能量轉換模塊，其特征在于該導電層為一金屬板。
13.如權利要求I所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一換能器為矩形、圓形、十字形或三叉星形。
14.如權利要求13所述的能量轉換模塊，其特征在于該十字形第二換能器具有一十字形導電層，兩個第一智能材料層，垂直相交于該十字形導電層上，且使用絕緣件將兩者隔離。
15.如權利要求11所述的能量轉換模塊，其特征在于該第一換能器、該第二換能器或該第三換能器更包含 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，其包含第一換能器及第二換能器，其中，該第二換能器設置于一第一平板與該第一換能器之間。
文檔編號H04R17/00GK102932717SQ20111023001
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