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CN103067837A - 能量转换模块 - Google Patents

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CN103067837A CN2011103750398A CN201110375039A CN103067837A CN 103067837 A CN103067837 A CN 103067837A CN 2011103750398 A CN2011103750398 A CN 2011103750398A CN 201110375039 A CN201110375039 A CN 201110375039A CN 103067837 A CN103067837 A CN 103067837A
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王文忠
庄财裕
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Abstract

本发明是有关于一种能量转换模块，包含至少二致动元件，其具有相同的外观尺寸。至少二支撑件，分别相应于该些致动元件，用以传递振动惯性力至振板。该二支撑件分别固设于相邻致动元件之间，及致动元件与振板之间。

Description

能量转换模块
技术领域
本发明涉及一种致动元件，特别是涉及一种堆叠式能量转换模块。 
背景技术
致动元件(actuator)为一种能量转换元件，可将电能转换为机械能，再进一步产生声波或触觉感知回馈(haptic feedback)。致动元件常应用于行动电子装置或人机介面装置。且目前其应用上的主要趋势，是要求配置于装置内的致动元件，具有较高的振动惯性力量输出；另一趋势是，在现今要求装置小型化的潮流下，这些装置内部可配置致动元件的空间自然有限。 
图1显示一种传统能量转换器的主视图，其包含一致动元件10以及一支撑件12。其中，支撑件12的一端固设于致动元件10的表面，另一端则连接至振板(未显示)。图1所示的传统能量转换器虽然构造简单，但最大缺点就是所输出的振动惯性力较小，因此应用上较有缺憾。 
图2显示另一种传统能量转换器的主视图，其包含多个致动元件10及11，两者直接叠加在一起。此种能量转换器虽可改善振动惯性力太小的问题，但是却会改变了原本致动元件的共振模态，使其共振频率显著上升，而必须重新调整配置；且因为共振频率的上升，使得低音共振表现不佳，因而缩减了有效工作范围。 
图3显示又一种传统能量转换器的主视图，如美国专利第7,684,576号所揭示者，题为“共振元件能量转换器(Resonant Element Transducer)”，其包含尺寸大小各自相异的多个致动元件10、11，相邻致动元件之间设有支撑件12。 
由于每一个致动元件10/11各具不同的共振模态，因此会破坏了原本致动元件的共振模态；且因共振模态的相异，使得其各自产生的振动难以接近同相(in phase，即建设性干涉)，因此对惯性力的增加有限；且实施上容易彼此干扰，因而造成使用者应用上的不便，并增加了设计上的复杂度。 
由此可见，上述现有的能量转换模块在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新颖的能量转换模块，不但可增强 振动惯性力，且可接近原单一致动元件的共振模态，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。 
发明内容
本发明的目的在于，提出一种能量转换模块，其具有模块化架构，可增强振动惯性力，且可接近原本单一致动元件的共振模态及有效工作范围。 
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种能量转换模块，其包含：至少二致动元件，其中该致动元件具有相同的外观尺寸；及至少二支撑件，分别相应于该致动元件，其中该支撑件用以传递该致动元件所产生的振动惯性力至一振板；其中，该二支撑件分别固设于相邻该致动元件之间，及该致动元件与该振板之间。 
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件包含相同的材质。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件的材质包含压电(piezoelectric)材料、电活性聚合物(electroactive polymer，EAP)、形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)、磁性收缩材料(magnetostrictive material)、音圈马达(voice coil motor)或线性共振致动器(linear resonance actuator，LRA)。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件受到相同控制信号的驱动。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件受到同相的驱动。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件为双压电晶片(bimorph)。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件为单压电晶片(unimorph)。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件为多压电晶片(multimorph)。 
前述的能量转换模块，其更包含至少一质量块，设于该致动元件的表面。 
前述的能量转换模块，其中该支撑件分别设于该致动元件的中央。 
前述的能量转换模块，其中该支撑件的设定位置分别靠近该致动元件的端点。 
前述的能量转换模块，其中该致动元件的两相对面均分别设有一个该支撑件。 
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为达到上述目的，本发明提供了一种能量转换模块，包含至少二致动元件及至少二支撑件，该些致动元件具有相同的外观尺寸。该些支撑件分别相应于该些致动元件，其中支撑件是用以传递致动元件所产生的振动惯性力至振板。其中，该二支撑件固设于相邻致动元件之间，及致动元件与振板之间。在一实施例中，致动元件的两相对面均分别设有一支撑件。 
借由上述技术方案，本发明能量转换模块至少具有下列优点及有益效果：本发明具有模块化架构，可增强振动惯性力，且可接近原本单一致动元件的共振模态及有效工作范围。 
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。 
附图说明
图1显示一种传统能量转换器的主视图。 
图2显示另一种传统能量转换器的主视图。 
图3显示又一种传统能量转换器的主视图。 
图4A显示本发明第一实施例的能量转换模块的主视图。 
图4B显示本发明第一实施例的能量转换模块的剖面视图。 
图5示本发明第一实施例的能量转换模块与图1所示传统能量转换器的共振模态比较示意图。 
图6例示本发明第一实施例的能量转换模块与图2所示传统能量转换器的共振模态比较示意图。 
图7例示本发明第一实施例的能量转换模块与图3所示传统能量转换器的共振模态比较示意图。 
图8显示本发明第一实施例变化型的能量转换模块的剖面视图。 
图9A至图9B显示本发明第一实施例变化型的能量转换模块的剖面视图。 
图10A显示本发明第二实施例的能量转换模块的主视图。 
图10B显示本发明第二实施例的能量转换模块的剖面视图。 
图11例示本发明第二实施例的能量转换模块与图4A、图4B所示第一实施例的能量转换模块的共振模态比较示意图。 
10：致动元件                  11：致动元件 
12：支撑件                    40A：第一致动元件 
40B：第二致动元件             41A：第一支撑件 
41B：第二支撑件               41C：第三支撑件 
42：振板                      43：质量块 
50：共振曲线(第一实施例)      52：共振曲线(图1能量转换器) 
54：共振曲线(图2能量转换器)   56：共振曲线(图3能量转换器) 
58：共振曲线(第二实施例) 
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的能量转换模块其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。 
图4A显示本发明第一实施例的能量转换模块的主视图，图4B则显示其剖面视图。在本实施例中，能量转换模块包含至少二致动元件(actuator)，如图示中的第一致动元件40A及第二致动元件40B。每一致动元件40A/40B相应有一支撑件41A/41B，其可为顶块。如图所示，第一致动元件40A与第二致动元件40B之间固设第一支撑件41A，第二致动元件40B与振板(例如触控荧幕)42之间固设第二支撑件41B。支撑件41A/41B不但用以连接相邻致动元件(例如第一致动元件40A与第二致动元件40B)，或者连接致动元件与振板(例如第二致动元件40B与振板42)，支撑件41A/41B更用以传递40A/40B所产生的振动惯性力至振板42。 
在本实施例中，第二致动元件40B所产生的振动惯性力，由第二支撑件41B传递至振板42；第一致动元件40A所产生的振动惯性力，依序由第一支撑件41A，经过第二致动元件40B，再由第二支撑件41B传递至振板42。 
根据本发明第一实施例的特征之一，该些致动元件41A/41B具有相同的外观尺寸。如图4A/图4B所例示，第一致动元件41A与第二致动元件41B具有相同的厚度、长度及宽度。在本说明书中，外观尺寸“相同”是指彼此在公差范围内尺寸互为相等。 
除了外观尺寸相同之外，该些致动元件41A/41B也具相同的材质，其可为压电(piezoelectric)材料(例如锆钛酸铅(lead zirconate titanate，PZT))、电活性聚合物(electroactive polymer，EAP)、形状记忆合金(shapememory alloy，SMA)、磁性收缩材料(magnetostrictive material)、音圈马达(voice coil motor)或线性共振致动器(linear resonanceactuator，LRA)，但不限定于此。 
再者，该些致动元件41A/41B受到相同控制信号的驱动，因而具有近乎相同的共振模态以及近乎同相的振动。藉此，使得致动元件41A/41B产生的振动得以接近同相(in phase，即建设性干涉)，并加以强化所传递的振动惯性力。 
图5例示本发明第一实施例的能量转换模块与图1所示传统能量转换器的共振模态比较示意图。其中，横轴表示频率(单位：赫兹(Hz))，纵轴表示振动惯性力(单位：牛顿(N))。根据图示可得知，本实施例的能量转换模块的共振曲线50类似于传统能量转换器的共振曲线52，但是具有较大的振动惯性力。换句话说，本实施例可接近传统单片致动元件的共振模态，并增加所产生的振动惯性力。如果增加本实施例的振动元件数目，将 可得到更大的振动惯性力并接近原单一致动元件的共振模态。也就是说，本发明实施例为一种模块化元件，使用者可依据所需的振动惯性力，或行动电子装置、人机介面装置内部的可装配空间，而决定出需要使用几层的致动元件及其相应的支撑件，不需担心共振模态的改变。 
图6例示本发明第一实施例的能量转换模块与图2所示传统能量转换器的共振模态比较示意图。如前所述，传统直接叠加的能量转换器(图2)会改变了原本致动元件的共振模态，使其共振频率明显上升，而必须重新调整配置，如曲线54所示；且因为共振频率的上升，使得低音表现不佳，因而缩减了有效工作范围。反观本实施例的能量转换模块的共振曲线50，其不但接近原单一致动元件的共振模态，且具有较大的振动惯性力。换句话说，本实施例较传统直接叠加的能量转换器(图2)具有较大工作范围及较大振动惯性力。 
图7例示本发明第一实施例的能量转换模块与图3所示传统能量转换器的共振模态比较示意图。如前所述，图3所示传统能量转换器，各具不同的共振模态，因此会破坏了原本致动元件的共振模态，如曲线56所示，且因共振模态的相异，使得各自产生的振动难以接近同相(in phase，即建设性干涉)，因此对惯性力的增加有限；且实施上容易彼此干扰，并增加了设计上的复杂度。反观本实施例的能量转换模块的共振曲线50，其不但接近原单一致动元件的共振模态，且具有较大的振动惯性力。 
上述实施例所示的致动元件41A/41B，可使用单压电晶片(unimorph)、双压电晶片(bimorph)或多压电晶片(multimorph)。此外，如图8所示，还可于致动元件41A/41B的表面设置质量块43，用以改变共振频率或增强振动效能。本实施例所述致动元件41A/41B的形状不限定于图示的形状，例如可为圆形、矩形、不规则等等。 
虽然图4A/图4B所示的支撑件41A/41B设于致动元件40A/40B的中央，但不限定于此。如图9A及图9B所例示，支撑件41A/41B也可设于致动元件40A/40B的其他位置。如图9A所示，支撑件41A/41B的设定位置靠近致动元件40A/40B的相同端。如图9B所示，支撑件41A/41B的设定位置靠近致动元件40A/40B的相反端。 
图10A显示本发明第二实施例的能量转换模块的主视图，图10B则显示其剖面视图。和图4A、图4B所示第一实施例不同的是，本实施例额外使用第三支撑件41C，设于第一致动元件40A与第一支撑件41A相对的一面。相较于第一实施例，本实施例的每一致动元件40A/40B两相对面均对称设置有一个支撑件41A/B/C。 
图11例示本发明第二实施例的能量转换模块，与图4A、图4B所示第一实施例的能量转换模块的共振模态比较示意图。由于第二实施例的每一 致动元件40A/40B两相对面，均对称设置有一个支撑件41A/B/C，较第一实施例具有对称架构，可使两致动元件40A/40B的共振模态更趋一致，且因支撑件41C的配置让致动元件40A/40B更趋完整，而形成更一致的波峰曲线。此外，第二实施例的共振曲线58较第一实施例的共振曲线50具较大振动惯性力，亦可由图11当中的局部扩展图看出来。 
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (12)

1.一种能量转换模块，其特征在于其包含：
至少二致动元件，其中该致动元件具有相同的外观尺寸；及
至少二支撑件，分别相应于该致动元件，其中该支撑件用以传递该致动元件所产生的振动惯性力至一振板；
其中，该二支撑件分别固设于相邻该致动元件之间，及该致动元件与该振板之间。
2.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件包含相同的材质。
3.根据权利要求2所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件的材质包含压电材料、电活性聚合物、形状记忆合金、磁性收缩材料、音圈马达或线性共振致动器。
4.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件受到相同控制信号的驱动。
5.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件受到同相的驱动。
6.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件为双压电晶片。
7.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件为单压电晶片。
8.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件为多压电晶片。
9.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其更包含至少一质量块，设于该致动元件的表面。
10.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该支撑件分别设于该致动元件的中央。
11.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该支撑件的设定位置分别靠近该致动元件的端点。
12.根据权利要求1所述的能量转换模块，其特征在于其中该致动元件的两相对面均分别设有一个该支撑件。
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