CN110661324A - 穿戴式电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种穿戴式电子装置，包括电磁感应发电装置、整流电路与储能装置。电磁感应发电装置包括磁铁以及第一可挠式薄膜。第一可挠式薄膜设置有感应线圈。当磁铁改变与感应线圈的相对位置时，穿过感应线圈的磁通量发生改变而产生感应电流。整流电路电性连接于感应线圈与储能装置之间，用于接收感应电流以对储能装置充电。

Description

穿戴式电子装置

技术领域

本发明涉及一种穿戴式电子装置，尤其涉及一种具有动能转换电能功能的穿戴式电子装置。

背景技术

随着科技的快速发展，电子装置的型态与使用功能越来越多元，智能电子装置也频繁的应用在日常生活中。举例来说，可携式电子装置通过物联网(Internet of Things,IoT)可以串联至其他电子装置以提供更完整的服务。为了方便使用者随身携带，穿戴式电子产品也因应而生。

目前常见的穿戴式电子装置，例如：智能手环或是智能手表等，适于让使用者能够长时间配戴。现今的穿戴式电子装置采用充电电池，使用一段时间就容易没电，而目前的电池技术在发展上具有技术难度，尤其对穿戴式电子装置而言产品轻薄是很重要的特点，因此在扩充电池容量时仍要考虑到体积或重量问题。此外，充电的时候需要将穿戴式电子装置取下，造成不便。

因此在不影响使用者方便度以及电子装置的尺寸重量的条件下，如何延长穿戴式电子装置的使用时间成为一个重要的课题。

发明内容

本发明实施例提供一种穿戴式电子装置，具有动能转电能的功能并且结构轻薄小巧，能够在有限的成本下延长的使用时间。

本发明的一种穿戴式电子装置，包括电磁感应发电装置、整流电路与储能装置。电磁感应发电装置包括磁铁以及第一可挠式薄膜。第一可挠式薄膜设置有感应线圈。当磁铁改变与感应线圈的相对位置时，穿过感应线圈的磁通量发生改变而产生感应电流。整流电路电性连接于感应线圈与储能装置之间，用于接收感应电流以对储能装置充电。

基于上述，本发明实施例的穿戴式电子装置具有电磁感应发电装置以提供穿戴式电子装置所需的电力。通过在第一可挠式薄膜设置感应线圈以提供体积小密度高的感应线圈，因此当穿戴式电子装置移动时，利用电磁感应原理将动能转换成电能存储起来。本发明实施例的穿戴式电子装置不需要昂贵的制造成本，可以在有限的体积下产生高密度感应线圈，并提供额外的电力供穿戴式电子装置使用来延长穿戴式电子装置的使用时间，达到环保节能的优点，还具有提升使用者的方便度的优点，让使用者不需要时常穿脱穿戴式电子装置来进行充电。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明的一实施例的一种穿戴式电子装置的示意图。

图1B是图1A的穿戴式电子装置的电路方块示意图。

图2是图1A的穿戴式电子装置移动时磁铁跟着移动的情境示意图。

图3A是依照本发明的一实施例的一种第一可挠式薄膜的侧视示意图。

图3B是依照本发明的图3A实施例的一种第一可挠式薄膜的俯瞰示意图。

图4是依照本发明的图3A实施例的一种由第一可挠式薄膜所形成的感应线圈的示意图。

图5是依照本发明的另一实施例的一种第一可挠式薄膜的侧视示意图。

图6A是依照本发明的另一实施例的一种第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜的侧视示意图。

图6B是依照本发明的图6A实施例的一种第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜的俯瞰示意图。

图7是依照本发明的一实施例的感应线圈示意图。

图8A至图8D是依照本发明的图6A实施例的第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜连接过程示意图。

图9是依照本发明的图8B实施例的第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜连接方式的摊开示意图。

图10是依照本发明的一实施例的电磁感应发电装置的爆炸示意图。

附图标记说明

100：穿戴式电子装置

110：电磁感应发电装置

112：磁铁

120：储能装置

130：控制电路

140：整流电路

150：充电接口

170：复位装置

300、400、500：第一可挠式薄膜

302：上侧

304：下侧

310、510、530、540：第一导线

312、314、534、542、632、634：端点

320：接合区

330：表面

410：第二导线

420：第三导线

610、630：第四导线

520：第一接合区域

550、650：接点区域

600：第二可挠式薄膜

620：第二接合区域

710：通道

900：感应线圈

910：套管

BS：第二表面

C：虚线

N、S：磁极

P：外部电源

TS：第一表面

U：使用者

具体实施方式

图1A是依照本发明的一实施例的一种穿戴式电子装置的示意图，图1B是图1A的穿戴式电子装置的电路方块示意图，图2是图1A的穿戴式电子装置移动时磁铁跟着移动的示意图。请参照图1A至图2，本实施例的穿戴式电子装置100，例如：智能手表，适于穿戴于使用者U的身上，但穿戴式电子装置100的种类并不以此为限制。在其他实施例中，穿戴式电子装置100可以是智能手环或智能项链等，或是穿戴于使用者其他部位的穿戴式电子装置。本发明并不限制穿戴式电子装置100的设置方式或用途。

穿戴式电子装置100包括电磁感应发电装置110、储能装置120与整流电路140。电磁感应发电装置110包括磁铁112以及设置有感应线圈的第一可挠式薄膜(未显示在图1A至图2)，磁铁112配置为可以相对于感应线圈自由移动。请参照图2，当使用者U的手晃动时，穿戴式电子装置100跟着移动，相应地，磁铁112会因为惯性、加速度或重力等因素而相对于感应线圈移动。因此当穿戴式电子装置100移动时，磁铁112会改变与感应线圈的相对位置使得穿过感应线圈的磁通量发生改变并产生感应电流。整流电路140电性连接于感应线圈与储能装置120之间，用于从电磁感应发电装置110接收感应电流并将感应电流转换成电能以对储能装置120充电。

本发明一实施例中的感应线圈是设置在第一可挠式薄膜，第一可挠式薄膜的表面上具有多条第一导线。具体来说，感应线圈使用有机导电聚合物薄膜、氧化铟锡导电薄膜、金属、纳米碳管及石墨烯的至少其中之一，并以卷对卷印刷及网版印刷的至少其中之一而形成于第一可挠式薄膜。通过卷对卷印刷或网版印刷等等技术可以在第一可挠式薄膜的表面上制作出极细的导线跟各种图案且将第一可挠式薄膜卷曲以让这些第一导线连接成感应线圈。例如，导线的宽度小于等于5微米(μm)。因此本发明实施例不需要昂贵制作成本就可以制作出体积小但匝数密度高的感应线圈，与现有利用弯曲金属导线所成形的感应线圈不同。

进一步来说，请参照图1A与图1B，穿戴式电子装置100还包括控制电路130与充电接口150。充电接口150电性连接储能装置120，用以电性连接外部电源P。储能装置120通过充电接口150接收外部电源P所提供的电能以进行充电。充电的方式可以是有线充电或无线充电，本发明对此并不限制。

储能装置120通过整流电路140耦接电磁感应发电装置110。当穿戴式电子装置100被晃动或甩动连带让电磁感应发电装置110产生感应电流后，储能装置120通过整流电路140接收整流后的感应电流，并存储为电能。因此，在本实施例中，储能装置120可以存储由外部装置传送的电能也可以存储由穿戴式电子装置100的动能转换产生的电能。

以下将对第一可挠式薄膜形成感应线圈的方式进行详细地介绍。

图3A是依照本发明的一实施例的一种第一可挠式薄膜的侧视示意图，图3B是依照本发明的图3A实施例的一种第一可挠式薄膜的俯瞰示意图，图4是依照本发明的图3A实施例的一种由第一可挠式薄膜形成的感应线圈示意图。请参照图3A至图4，第一可挠式薄膜300的表面330上配置有多条第一导线310。这些第一导线310的二个端点，端点312与端点314，位于接合区320中。在本实施例中，多条第一导线310成列状排列，从表面330的一侧延伸到相对的另一侧，在此以上侧302延伸到下侧304为例。当第一可挠式薄膜300处于平置状态时，这些第一导线310的其中至少二条并未电性连接(如图3B显示)。

在图4的实施例中，当第一可挠式薄膜300卷曲为筒状结构时，这些第一导线310电性连接而形成感应线圈，使磁铁112能在相对于该筒状结构移动而使感应线圈产生感应电流。

为了形成筒状结构，将第一可挠式薄膜300卷曲且连接表面330的相对两侧(例如上侧302与下侧304)。详细来说，连接第一可挠式薄膜300的相对两侧是指将两个接合区320重叠，并利用导电胶分别电性连接各个端点312与端点314。例如，一条第一导线310的端点312会连接旁边另一条第一导线的端点314，因此这些第一导线310会头尾相接形成一个连续的螺旋线圈以作为感应线圈，如图4所显示，而磁铁112会被设置为能在筒状结构内移动(图4中未显示磁铁112)。

举例来说，上述的导电胶是异方性导电胶(Anisotropic Conductive Film，ACF)或是导电银胶等导电材料，本发明对于连接第一可挠式薄膜的方式并不限制。例如，在另一实施例中，可以使用导电材料电性连接各个端点312与端点314，并另外使用具有黏着性的材料固定两个接合区320。

除此之外，在本实施例中为了方便将这些第一导线310连接成连续的螺旋线圈，这些导线310可以是倾斜排列，如图3B所显示。在另一些实施例中，第一可挠式薄膜的形状可以是具有锐角的四边形，第一导线平行于其中一边而排列，本发明对于第一可挠式薄膜跟第一导线并不限制。

图5是依照本发明的另一实施例的一种第一可挠式薄膜的侧视示意图。图5的第一可挠式薄膜400与图3A的第一可挠式薄膜300相似，差别在于第一可挠式薄膜400的第一导线包括多条第二导线410及多条第三导线420。第一可挠式薄膜400具有彼此相对的第一表面TS与第二表面BS。第二导线410设置于第一可挠式薄膜400的第一表面TS，而第三导线420设置于第一可挠式薄膜400的第二表面BS。与图3A的实施例相似，为了形成如图4所显示的感应线圈，将第一可挠式薄膜400卷曲以让第一可挠式薄膜400的相对两侧连接以形成筒状结构。当第一可挠式薄膜400卷曲为筒状结构时，第二导线410电性连接第三导线420而形成感应线圈，感应线圈结构可参考图4，使磁铁112能相对于筒状结构移动而使感应线圈产生感应电流。关于形成感应线圈的实施方式可参考上述实施例的说明，在此不再赘述。

图6A是依照本发明的另一实施例的一种第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜的侧视示意图，图6B是依照本发明的图6A实施例的一种第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜的俯瞰示意图，图7是依照本发明的一实施例的感应线圈示意图。请参照图6A与图6B，电磁感应发电装置110的感应线圈包括第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600。第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600的表面上分别设置多条第一导线510与多条第四导线610。

当第一可挠式薄膜500及第二可挠式薄膜600处于一平置状态时，这些第一导线510的其中至少二条并未电性连接，并且这些第四导线610的其中至少二条并未电性连接。当弯曲并贴合第一可挠式薄膜500及第二可挠式薄膜600，第一可挠式薄膜500及第二可挠式薄膜600形成一筒状结构时，这些第一导线510电性连接这些第四导线610而形成感应线圈900(如图7所显示)，使磁铁112能相对于筒状结构移动而使感应线圈900产生感应电流，其中磁铁112的磁极以N与S表示。

在本实施例中，第一导线510与第四导线610皆排列成列状，并且第一导线510的排列倾斜方向与第四导线610的排列倾斜方向相反。为了形成线圈结构，也就是要连接第一导线510与第四导线610，第一可挠式薄膜500的相对两侧会连接第二可挠式薄膜600的相对两侧。以下将详细说明本实施的第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600的连接方式。

图8A至图8D是依照本发明的图6A实施例的第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜连接过程示意图，图9是依照本发明的图8B实施例的第一可挠式薄膜与第二可挠式薄膜连接方式的摊开示意图。详细来说，请先参照图8A与图8B，让第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600两方具有导线的表面面对面贴合，而第一导线510的二端暴露在第一接合区域520，第四导线610的二端暴露在第二接合区域620。使用导电胶接合第一导线510在第一接合区域520露出的部分与第四导线610在第二接合区域620露出的部分以在第一接合区域520与第二接合区域620连接第一导线510与第四导线610。

请参照图9，第四导线610的一端是连接对应的第一导线510的其中一端，但第四导线610的另一端是连接对应的第一导线510旁边的导线(另一条第一导线510)的另一端。以第四导线610的其中一条导线630举例来说，第四导线630的端点632连接第一导线510中对应的一条第一导线530的端点534，而第四导线630的另一端点634则是连接第一导线530旁边的另一条第一导线540的端点542，虚线C表示两端点处于连接状态。以此类推其他第一导线510与第四导线610的连接方式。

请参考图8C与图8D，对已连接的第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600进行侧向施压，使得第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600中间部分分开以在第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600之间形成通道710，磁铁112可在通道710内前后移动。当第一可挠式薄膜500及第二可挠式薄膜600形成筒状结构时，第一导线510电性连接第四导线610会形成一个连续的立体螺旋线圈，如为图7所显示的感应线圈900。另外，接点区域550与接点区域650则是可供其他线路电性连接感应线圈900的接点。

在另一实施例中，可以利用滚轮双面印刷，在第一可挠式薄膜500与第二可挠式薄膜600的一个表面上制作用以形成感应线圈的导线图案，在另一个表面上印刷其他的导线图案，例如近场通讯(Near Field Communication，NFC)线路，以提升可挠式薄膜的利用率并节约布线空间。

图10是依照本发明的一实施例的电磁感应发电装置的爆炸示意图。请参照图10，电磁感应发电装置110还包括套管910。在本实施例中，套管910配置于感应线圈900内，磁铁112被配置在套管910内。套管910设置用于使磁铁112在套管910内来回移动，而使穿过感应线圈900的磁通量发生改变以产生感应电流。套管910可以避免磁铁112移动时刮伤第一可挠式薄膜500或第二可挠式薄膜600。

套管910可以是塑胶材质或其他非金属材质，例如聚氯乙烯(PolyvinylChloride，PVC)或是压克力(acrylic)等等，本发明并不限制套管的材质种类。

请再搭配参照图2的实施例，电磁感应发电装置110还可以包括复位装置170。复位装置170可以配置于套管910的一端点，用以让移动到套管910的端点的磁铁112往套管910的另一端点移动。当磁铁112移动到套管910的端点或感应线圈的端点时，复位装置170会对磁铁112施加斥力以让磁铁112快速离开端点。例如，复位装置170是磁铁，复位装置170靠近磁铁112的那端的磁性会跟磁铁112朝向复位装置170那端的磁性相反，以排斥磁铁112。例如，复位装置170是弹簧，当磁铁112移动到底端接触到复位装置170，复位装置170的弹力会把磁铁112推回去。本发明并不限制复位装置170的实施方式。

综上所述，本发明实施例的穿戴式电子装置包括电磁感应发电装置、整流电路与储能装置。电磁感应发电装置包括磁铁以及由第一可挠式薄膜所形成的感应线圈。磁铁配置于感应线圈内，且当穿戴式电子装置移动时，磁铁在感应线圈内相应移动以产生感应电流，储能装置用以将感应电流转换成电能并存储起来以提供穿戴式电子装置所需的电力。本发明实施例的穿戴式电子装置可以将电能转换成电能存储起来，并且不需要昂贵的制造成本就可以产生高密度感应线圈，能在有限的重量体积下产生足够的感应电流，藉此延长穿戴式电子装置的使用时间，达到环保节能的优点，而且提升使用者的方便度，让使用者不需要时常穿脱穿戴式电子装置来进行充电。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (8)

1.一种穿戴式电子装置，其特征在于，包括：

储能装置，设置用于存储所述穿戴式电子装置所需的电力；

电磁感应发电装置，包括：

第一可挠式薄膜，设置有感应线圈；以及

磁铁，当所述磁铁改变与所述感应线圈的相对位置时，穿过所述感应线圈的磁通量发生改变而产生感应电流；以及

整流电路，电性连接于所述感应线圈与所述储能装置，用于接收所述感应电流以对所述储能装置充电。

2.根据权利要求1所述的穿戴式电子装置，其特征在于，所述电磁感应发电装置还包括多条第一导线，设置于所述第一可挠式薄膜，

其中，当所述第一可挠式薄膜处于平置状态时，所述多条第一导线的其中至少二条并未电性连接，且当所述第一可挠式薄膜卷曲为筒状结构时，所述多条第一导线电性连接而形成所述感应线圈，使所述磁铁能在所述筒状结构中移动而使所述感应线圈产生所述感应电流。

3.根据权利要求2所述的穿戴式电子装置，其特征在于，多条第一导线包括多条第二导线及多条第三导线，所述多条第二导线设置于所述第一可挠式薄膜的第一表面，而所述多条第三导线设置于所述第一可挠式薄膜的第二表面，

其中，当所述第一可挠式薄膜卷曲为所述筒状结构时，所述多条第二导线电性连接所述多条第三导线而形成所述感应线圈，使所述磁铁能在所述筒状结构中移动而使所述感应线圈产生所述感应电流。

4.根据权利要求1所述的穿戴式电子装置，其特征在于，所述电磁感应发电装置还包括第二可挠式薄膜、设置于所述第一可挠式薄膜的多条第一导线与设置于所述第二可挠式薄膜的多条第四导线，

其中，当弯曲并贴合所述第一可挠式薄膜及所述第二可挠式薄膜，使所述第一可挠式薄膜及所述第二可挠式薄膜形成筒状结构时，所述多条第一导线电性连接所述多条第四导线而形成所述感应线圈，使所述磁铁能在所述筒状结构中移动而使所述感应线圈产生所述感应电流。

5.根据权利要求4所述的穿戴式电子装置，其特征在于，当所述第一可挠式薄膜及所述第二可挠式薄膜处于平置状态时，所述多条第一导线的其中至少二条并未电性连接，并且所述多条第四导线的其中至少二条并未电性连接，且当所述第一可挠式薄膜及所述第二可挠式薄膜形成所述筒状结构时，所述多条第一导线电性连接所述多条第四导线而形成所述感应线圈。

6.根据权利要求1所述的穿戴式电子装置，其特征在于，电磁感应发电装置还包括：

套管，设置用于使所述磁铁在所述套管内移动，而使穿过所述感应线圈的磁通量发生改变以产生所述感应电流。

7.根据权利要求6所述的穿戴式电子装置，其特征在于，电磁感应发电装置还包括：

复位装置，配置于所述套管的端点，用于使移动到所述套管的所述端点的所述磁铁往所述套管的另一端点移动。

8.根据权利要求1所述的穿戴式电子装置，其特征在于，所述感应线圈使用有机导电聚合物薄膜、氧化铟锡导电薄膜、金属、纳米碳管及石墨烯的至少其中之一，并以卷对卷印刷及网版印刷的至少其中之一而形成于所述第一可挠式薄膜。

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