TW201318441A - 能量轉換模組 - Google Patents

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Abstract

一種能量轉換模組，包含至少二致動元件，其具有相同的外觀尺寸。至少二支撐件，分別相應於該些致動元件，用以傳遞振動慣性力至振板。該二支撐件分別固設於相鄰致動元件之間，及致動元件與振板之間。

Description

能量轉換模組
  本發明係有關一種致動元件，特別是關於一種堆疊式能量轉換模組。
  致動元件（actuator）為一種能量轉換元件，可將電能轉換為機械能，再進一步產生聲波或觸覺感知回饋（haptic feedback）。致動元件常應用於行動電子裝置或人機介面裝置。且目前其應用上的主要趨勢，是要求配置於裝置內的致動元件，具有較高的振動慣性力量輸出；另一趨勢是，在現今要求裝置小型化的潮流下，這些裝置內部可配置致動元件之空間自然有限。
  第一圖顯示一種傳統能量轉換器的透視圖，其包含一致動元件10以及一支撐件12。其中，支撐件12的一端固設於致動元件10的表面，另一端則連接至振板（未顯示）。第一圖所示的傳統能量轉換器雖然構造簡單，但最大缺點就是所輸出的振動慣性力較小，因此應用上較有缺憾。
  第二圖顯示另一種傳統能量轉換器的透視圖，其包含複數致動元件10及11，兩者直接疊加在一起。此種能量轉換器雖可改善振動慣性力太小的問題，但是卻會改變了原本致動元件的共振模態，使其共振頻率顯著上升，而必須重新調整配置；且因為共振頻率的上升，使得低音共振表現不佳，因而縮減了有效工作範圍。
  第三圖顯示又一種傳統能量轉換器的透視圖，如美國專利第7,684,576號所揭示者，題為“共振元件能量轉換器（Resonant Element Transducer）”，其包含尺寸大小各自相異的複數致動元件10、11，相鄰致動元件之間設有支撐件12。
  由於每一個致動元件10/11各具不同的共振模態，因此會破壞了原本致動元件的共振模態；且因共振模態的相異，使得其各自產生之振動難以接近同相（in phase，即建設性干涉），因此對慣性力的增加有限；且實施上容易彼此干擾，因而造成使用者應用上的不便，並增加了設計上的複雜度。
  目前，亟需提出一種新穎的能量轉換模組，不但可增強振動慣性力，且可接近原單一致動元件的共振模態。
  鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種能量轉換模組，其具有模組化架構，可增強振動慣性力，且可接近原本單一致動元件的共振模態及有效工作範圍。
  根據本發明實施例，能量轉換模組包含至少二致動元件及至少二支撐件，該些致動元件具有相同的外觀尺寸。該些支撐件分別相應於該些致動元件，其中支撐件係用以傳遞致動元件所產生的振動慣性力至振板。其中，該二支撐件固設於相鄰致動元件之間，及致動元件與振板之間。在一實施例中，致動元件的兩相對面均分別設有一支撐件。
  第四A圖顯示本發明第一實施例之能量轉換模組的透視圖，第四B圖則顯示其剖面視圖。在本實施例中，能量轉換模組包含至少二致動元件（actuator），如圖示中的第一致動元件40A及第二致動元件40B。每ㄧ致動元件40A/40B相應有一支撐件41A/41B，其可為頂塊。如圖所示，第一致動元件40A與第二致動元件40B之間固設第一支撐件41A，第二致動元件40B與振板（例如觸控螢幕）42之間固設第二支撐件41B。支撐件41A/41B不但用以連接相鄰致動元件（例如第一致動元件40A與第二致動元件40B），或者連接致動元件與振板（例如第二致動元件40B與振板42），支撐件41A/41B更用以傳遞40A/40B所產生的振動慣性力至振板42。
  於本實施例，第二致動元件40B所產生之振動慣性力，由第二支撐件41B傳遞至振板42；第一致動元件40A所產生之振動慣性力，依序由第一支撐件41A，經過第二致動元件40B，再由第二支撐件41B傳遞至振板42。
  根據本發明第一實施例的特徵之一，該些致動元件41A/41B具有相同的外觀尺寸。如第四A/B圖所例示，第一致動元件41A與第二致動元件41B具有相同的厚度、長度及寬度。在本說明書中，外觀尺寸“相同”係指彼此在公差範圍內尺寸互為相等。
  除了外觀尺寸相同之外，該些致動元件41A/41B也具相同的材質，其可為壓電（piezoelectric）材料（例如鋯鈦酸鉛（lead zirconate titanate，PZT））、電活性聚合物（electroactive polymer，EAP）、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)或線性共振致動器(linear resonance actuator，LRA)，但不限定於此。
  再者，該些致動元件41A/41B受到相同控制信號的驅動，因而具有近乎相同的共振模態以及近乎同相的振動。藉此，使得致動元件41A/41B產生之振動得以接近同相（in phase，即建設性干涉），並加以強化所傳遞的振動慣性力。
  第五圖例示本發明第一實施例之能量轉換模組與第一圖所示傳統能量轉換器的共振模態比較。其中，橫軸表示頻率（單位：赫茲（Hz）），縱軸表示振動慣性力（單位：牛頓（N））。根據圖示可得知，本實施例之能量轉換模組的共振曲線50類似於傳統能量轉換器的共振曲線52，但是具有較大的振動慣性力。換句話說，本實施例可接近傳統單片致動元件的共振模態，並增加所產生的振動慣性力。如果增加本實施例的振動元件數目，將可得到更大的振動慣性力並接近原單一致動元件的共振模態。也就是說，本發明實施例為一種模組化元件，使用者可依據所需的振動慣性力，或行動電子裝置、人機介面裝置內部的可裝配空間，而決定出需要使用幾層的致動元件及其相應的支撐件，不需擔心共振模態的改變。
  第六圖例示本發明第一實施例之能量轉換模組與第二圖所示傳統能量轉換器的共振模態比較。如前所述，傳統直接疊加的能量轉換器（第二圖）會改變了原本致動元件的共振模態，使其共振頻率明顯上升，而必須重新調整配置，如曲線54所示；且因為共振頻率的上升，使得低音表現不佳，因而縮減了有效工作範圍。反觀本實施例之能量轉換模組的共振曲線50，其不但接近原單一致動元件的共振模態，且具有較大的振動慣性力。換句話說，本實施例較傳統直接疊加的能量轉換器（第二圖）具有較大工作範圍及較大振動慣性力。
  第七圖例示本發明第一實施例之能量轉換模組與第三圖所示傳統能量轉換器的共振模態比較。如前所述，第三圖所示傳統能量轉換器，各具不同的共振模態，因此會破壞了原本致動元件的共振模態，如曲線56所示，且因共振模態的相異，使得各自產生之振動難以接近同相（in phase，即建設性干涉），因此對慣性力的增加有限；且實施上容易彼此干擾，並增加了設計上的複雜度。反觀本實施例之能量轉換模組的共振曲線50，其不但接近原單一致動元件的共振模態，且具有較大的振動慣性力。
  上述實施例所示的致動元件41A/41B，可使用單壓電晶片（unimorph）、雙壓電晶片（bimorph）或多壓電晶片（multimorph）。此外，如第八圖所示，還可於致動元件41A/41B的表面設置質量塊43，用以改變共振頻率或增強振動效能。本實施例所述致動元件41A/41B的形狀不限定於圖示的形狀，例如可為圓形、矩形、不規則等等。
  雖然第四A/B圖所示的支撐件41A/41B設於致動元件40A/40B的中央，但不限定於此。如第九A圖及第九B圖所例示，支撐件41A/41B也可設於致動元件40A/40B的其他位置。如第九A圖所示，支撐件41A/41B的設定位置靠近致動元件40A/40B的相同端。如第九B圖所示，支撐件41A/41B的設定位置靠近致動元件40A/40B的相反端。
  第十A圖顯示本發明第二實施例之能量轉換模組的透視圖，第十B圖則顯示其剖面視圖。和第四A、四B圖所示第一實施例不同的是，本實施例額外使用第三支撐件41C，設於第一致動元件40A與第一支撐件41A相對的一面。相較於第一實施例，本實施例的每ㄧ致動元件40A/40B兩相對面均對稱設置有一個支撐件41A/B/C。
  第十一圖例示本發明第二實施例之能量轉換模組，與第四A、四B圖所示第一實施例之能量轉換模組的共振模態比較。由於第二實施例的每ㄧ致動元件40A/40B兩相對面，均對稱設置有一個支撐件41A/B/C，較第一實施例具有對稱架構，可使兩致動元件40A/40B的共振模態更趨一致，且因支撐件41C的配置讓致動元件40A/40B更趨完整，而形成更一致的波峰曲線。此外，第二實施例的共振曲線58較第一實施例的共振曲線50具較大振動慣性力，亦可由第十一圖當中的局部擴展圖看出來。
  以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
10．．．致動元件
11．．．致動元件
12．．．支撐件
40A．．．第一致動元件
40B．．．第二致動元件
41A．．．第一支撐件
41B．．．第二支撐件
41C．．．第三支撐件
42．．．振板
43．．．質量塊
50．．．共振曲線(第一實施例)
52．．．共振曲線(第一圖能量轉換器)
54．．．共振曲線(第二圖能量轉換器)
56．．．共振曲線(第三圖能量轉換器)
58．．．共振曲線(第二實施例)
第一圖顯示一種傳統能量轉換器的透視圖。
第二圖顯示另一種傳統能量轉換器的透視圖。
第三圖顯示又一種傳統能量轉換器的透視圖。
第四A圖顯示本發明第一實施例之能量轉換模組的透視圖。
第四B圖顯示本發明第一實施例之能量轉換模組的剖面視圖。
第五圖例示本發明第一實施例之能量轉換模組與第一圖所示傳統能量轉換器的共振模態比較。
第六圖例示本發明第一實施例之能量轉換模組與第二圖所示傳統能量轉換器的共振模態比較。
第七圖例示本發明第一實施例之能量轉換模組與第三圖所示傳統能量轉換器的共振模態比較。
第八圖顯示本發明第一實施例變化型之能量轉換模組的剖面視圖。
第九A圖至第九B圖顯示本發明第一實施例變化型之能量轉換模組的剖面視圖。
第十A圖顯示本發明第二實施例之能量轉換模組的透視圖。
第十B圖顯示本發明第二實施例之能量轉換模組的剖面視圖。
第十一圖例示本發明第二實施例之能量轉換模組與第四A、四B圖所示第一實施例之能量轉換模組的共振模態比較。
40A．．．第一致動元件
40B．．．第二致動元件
41A．．．第一支撐件
41B．．．第二支撐件

Claims (12)

  1. 一種能量轉換模組，包含：
    　 至少二致動元件，其中該些致動元件具有相同的外觀尺寸；及
    　 至少二支撐件，分別相應於該些致動元件，其中該些支撐件用以傳遞該些致動元件所產生的振動慣性力至一振板；
    　 其中，該二支撐件分別固設於相鄰該致動元件之間，及該致動元件與該振板之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該些致動元件包含相同的材質。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之能量轉換模組，其中該致動元件的材質包含壓電（piezoelectric）材料、電活性聚合物（electroactive polymer，EAP）、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)或線性共振致動器(linear resonance actuator，LRA)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該些致動元件受到相同控制信號的驅動。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之能量轉換模組，其中該些致動元件受到同相的驅動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該致動元件為雙壓電晶片（bimorph）。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該致動元件為單壓電晶片（unimorph）。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該致動元件為多壓電晶片（multimorph）。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，更包含至少一質量塊，設於該致動元件的表面。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該些支撐件分別設於該些致動元件的中央。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該些支撐件的設定位置分別靠近該些致動元件的端點。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之能量轉換模組，其中該致動元件的兩相對面均分別設有一個該支撐件。
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