TW201641818A - 能量採集器、能量儲存器、和相關系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種織物構造，其具有：一第一纖維，該第一纖維被配置成用以將一或更多種形式的週遭能量轉換成電位；複數個第二纖維，它們會以機械方式耦合該第一纖維，用以定義一織物；一電氣連接器，其在操作上被耦合至該第一纖維，用以傳導該電位給一互補配置的電氣裝置。本發明還提供一種能量採集平台，其具有此織物構造。該互補配置的電氣裝置能夠為一平台配件。

Description

能量採集器、能量儲存器、和相關系統及方法

本申請案以及本文中所揭示的創新及相關的主要內容(統稱為「本揭示內容」)係關於能量採集器、能量儲存器、被配置成以可利用的形式來採集能量及/或儲存能量的系統及相關的方法。更明確的說，但是沒有竭盡性，本文所揭的採集器能夠被施行為編織織物以及非編織(舉例來說，針織品、氈製品、…等)織物。於特殊的實施例中，除了使用此些織物之外，亦能夠使用此些織物來取代熟悉產品中的習知織物，舉例來說，其包含衣服、運動用品、行李、遮雨篷、以及其它拼板式織物，用以將浪費的或是無法使用的週遭能量轉換成一或更多種可以使用的能量形式。本文中雖然配合體育服裝、運動用品、及/或鞋類來說明併入此些創新織物的系統的特定範例；不過，熟習遵照本揭示內容之技術的人士便會瞭解與明白，本文中所揭示的創新原理亦可以被施行在各式各樣的其它實施例之中。

相關申請案

本申請案主張2015年3月13日提申的美國臨時專利申請案第62/133,203號的權利與優先權，本文以全面引用的方式將其完全併入。

舉例來說，使用個人電子式裝置(舉例來說，其包含智慧型電話)的主要限制為缺少可用的電源。舉例來說，電池的傳統問題係會基於消費者行動需求所造成的尺寸與重量限制而有有限的容量，且因此，會有有限的使用時間。可攜式電池已經被使用在需要行動電力的情況中。電池選項之前係使用氣體供電式發電機。電池的重量重，而發電機則需要化學燃料輸入。電池同樣會故障，因而需要隨著時間經過而進行替換。替換電池的成本昂貴、耗時、並且欠缺環境維持性。

然而，對於電力的需求卻持續的增加。隨著對於電力與電能的需求的增加，對於行動電力的需求亦隨之增加。與此平行並且越來越焦慮的係，綠色能量與再生能源的需求亦隨之增加。

克服有限電池壽命的一種有效方式係利用轉換自可利用環境能量的能量來一電池進行再充電。有許多環境能源(亦稱為週遭能源)可以利用：太陽能、風能、熱能、水力發電、人類或動物移動發電、以及機械能(舉例來說，動能或是機械位能)。在服裝以及織物應用的背景中雖然通常可以利用太陽能與機械能(風、雨、以及移動)；但是，此能量的習知採集器卻不適用於消費性用品。

習知的能量採集器有各式各樣不同的形式。光伏太陽能電池已經藉由將太陽能片切割成更小的太陽能片而從堅硬剛性的太陽能片改良成具有撓性的太陽能片。目前的研究朝向有機光伏電池胞發展，咸信，它們的維持性大於早期的光伏電池胞。某些先前的能量採集器已經被用來供電給微處理器、感測器、街燈、停車計費表、LED、閃光燈、無線電、…等。在較大型的電子應用中，許多產品都併入太陽能片。因為很難提高太陽能 片的效率，所以，有許多太陽能片都沒有品牌並且無法得知它們的效能。

光伏片已經被黏貼至或者被放置在織物基板上並且被併入於背包、服裝、以及帳篷之中。然而，先前提出的光伏片覆蓋龐大的面積並且它們的難看的外觀會限制消費性用品(其包含服裝、背包、以及帳篷)的美學變化與訴求。當應用此些片時同樣會失去習知織物的其它所希望的特點，舉例來說，撓性、透氣性(breathability)、以及清洗該織物的能力。將光伏片併入於背包、服裝、以及衣服之中還可能會需要額外的裁縫以及清洗技術，其會增加擁有的總成本並且阻礙在織物中使用光伏能量採集器。

雖然也有人提出風能以及雨能採集器；然而，此些採集器卻難以併入於織物以及服裝之中。舉例來說，由風驅動的風力渦輪機(wind turbine)能夠被用來供電給一發電機，用以將機械能轉換成電能。然而，此些渦輪機卻無法輕易地被併入於可用在消費性重點產品(例如，衣服、鞋類、行李、…等)的織物之中或之上。習知太陽能電池胞的製造非常昂貴並且大部分依然非常剛硬而且效率不彰，從而在配合特定產品種類(舉例來說，服裝；鞋類；頭飾；以及「機能性產品(gear)」，舉例來說，運動用品以及行李)使用時會有設計限制。

因此，本技術領域仍然需要能夠提供連續性再生能源並且兼具效率以及低成本的能量採集器。本技術領域還需要改良用於行動平台的能量採集技術的效率以及應用。本技術領域還進一步需要可呈現雷同於習知織物的一或更多項特徵(例如，耐洗性、撓性、容易整合、蓬鬆性(以及不蓬鬆性)、壽命、成本、一般美學、以及容易製造)的能量採集器，同時又可提供有效的能量轉換以及實用的輸出電力。

本文中所揭示的創新性可以克服先前技術中的許多問題並且解決前述或是其它需求中的一或更多項需求。於某些方面中，本文中所揭示的創新性係關於能量採集器、能量儲存器、被配置成以可利用的形式來採集能量及/或儲存能量的系統及相關的方法。於某些實施例中，此些能量採集器能夠被併入於織物結構之中，舉例來說，獨特的纖維。於其它實施例中，此些能量採集器能夠由被結合在編織織物結構、針織織物結構、或是非編織(舉例來說，捲織(entangled)或是鋪織(matted))織物結構之中的互補式纖維來形成。此些織物結構接著則能夠被併入於熟悉的形式之中，用以配合鞋類、服裝、頭飾、行李、運動用品(它們係此些熟悉形式的特殊範例)提供一種強化的使用者體驗。於其中一特殊範例中，併入如本文中所述之能量採集織物的衣服會藉由將可利用的週遭能量轉換成適合供電給一電子裝置的實用能量形式而提供該電子裝置之延伸性及/或連續性的無電柵(off-the-grid)使用。

根據其它觀點，能量採集織物能夠提供一種有效、舒適、並且安全的平台，用以提供電力給並且相容於各式各樣的電力消耗裝置。於此平台的其中一範例中，併入能量採集織物的衣服會包含一適合傳輸已採集的電能給附屬裝置(舉例來說，照明、無線電傳收器、智慧型電話、計算桌、GPS裝置、生物類型或其它類型感測器、以及目前已知或以後所開發的任何各式各樣其它電力消耗裝置)的實體及/或近場電氣連接器。如本文中的用法，「近場電氣連接器」的意義為適合傳送或者適合接收具有可用於供電給一電子裝置之形式的電磁能量的無線耦合器。如本文中的用法，近場 電氣連接器不同於傳送或接收攜載能量之信號的無線電傳送器或接收器。

從參考隨附圖式的下面詳細說明中會更明白前面以及其它特點與優點。

10‧‧‧隔離網

11‧‧‧第一織物面

12‧‧‧第二織物面

13‧‧‧壓電式纖維

14a、14b‧‧‧邊緣

15a、15b‧‧‧電極

20a‧‧‧導電纖維

20b、20c‧‧‧電氣導體

30‧‧‧鞋類物品

31‧‧‧電氣連接器

40‧‧‧配件單元

40a、40b‧‧‧發光照明

50‧‧‧衣服

51‧‧‧連接器

51b‧‧‧配件

70‧‧‧背包

72‧‧‧電氣連接器

72a‧‧‧內表面

73‧‧‧肩帶

90a、90b‧‧‧能量平台

91、92‧‧‧加熱器/加熱元件

93‧‧‧控制器

100‧‧‧綁帶系統

101‧‧‧鞋類物品

102‧‧‧腳趾包

103‧‧‧陀螺儀/GPS感測器/壓力感測器

1100‧‧‧計算環境

1110‧‧‧中央處理單元

1120‧‧‧記憶體

1130‧‧‧最基本的配置

1140‧‧‧儲存器

1150‧‧‧輸入裝置

1160‧‧‧輸出裝置

1170‧‧‧通信連接線

1180‧‧‧軟體

除非另外詳述，否則，隨附的圖式所示的便係本文中所述之創新主要內容的觀點。參考圖式，其中，在所有視圖以及整篇說明書中，相同的元件符號表示相同的部件，本文中所揭示之原理的數個實施例會透過範例來作解釋，而並沒有限制意義，其中：圖1所示的係一併入能量採集纖維的隔離網(spacer mesh)的範例；圖2A所示的係併入一導體纖維或紗線的範例；圖2B所示的係一併入電氣導體的編織織物的範例；圖2C所示的係一併入電氣導體的針織織物的範例；圖3A所示的係被具現為一鞋類物品的能量平台；圖3B所示的係圖3A中所描繪的能量平台結合一被具現為在圖4中所描繪之類型的照明元件的相容配件；圖4所示的係被具現為照明元件的配件；圖5所示的係被具現為衣服的能量平台，且更明確的說，其被具現為外衣物品；圖5A、5B、5C、以及5D所示的係被具現為各種衣服的能量平台；圖6所示的係圖5中所描繪的能量平台結合一相容配件；圖7A所示的係被具現為背包的能量平台；圖7B所示的係圖7A中所描繪的能量平台結合一相容配件； 圖8A與8B所示的係被具現為鞋類的能量平台，其結合被具現為壓力感測器、智慧型材料、以及控制器的數個配件；圖8C所示的係一對能量平台，每一個能量平台皆被具現為一個手套，其結合雷同於圖8A與8B中所示的配件；圖9A、9B、以及9C所示的係被具現為鞋類的能量平台，其結合被具現為壓力感測器、智慧型材料、以及控制器的數個配件；圖10所示的係被具現為鞋類的能量平台，其結合被具現為壓力感測器、智慧型材料、以及控制器的數個配件；以及圖11所示的係適合施行一或更多種已揭技術範例的計算環境的略圖。

下面將參考能量採集纖維與織物以及併入此些纖維與織物的設備及系統的特定範例(且更明確的說，但是沒有竭盡性，下面將參考併入此些纖維與織物的衣服、鞋類、運動用品、以及行李的特殊實施例)以及適合用於一或更多個能量採集器的電氣與電子配件的特定實施例來說明和能量採集器、能量儲存器、被配置成以可利用的形式來採集能量及/或儲存能量的系統及相關的方法有關的各種創新原理。然而，該些已揭原理中的一或更多項原理亦能夠被併入於各種其它裝置、系統、或是方法之中，用以達到任何各式各樣的對應所希望的特徵。配合特殊配置、應用、或是用途所說明的技術以及系統僅為併入本文中所揭之創新原理中的一或更多項原理的技術以及系統的範例並且係被用來解釋該些所揭原理的一或更多項創新觀點。

因此，具有和本文中所討論之特定範例不同的屬性的裝置、 系統、以及方法亦能夠具現該些創新原理中的一或更多項原理並且能夠被使用在本文中沒有詳細說明的應用之中。據此，此些替代實施例同樣落在本揭示內容的範疇裡面。

概述

本發明所揭示之基於纖維的能量採集器有撓性並且重量輕，而且能夠被形成於(舉例來說，編織、針織、捲織、…等)多種配置以及許多功能性結構之中，其並不會干擾或脫離目前已知並且眾所理解的織物形成方法。織物形成方法的數種範例已在美國專利申請案第61/991,293號以及相關的國際專利申請案第PCT/US2015/027975號中作過說明，本文以全面引用的方式將其內容完全併入。

舉例來說，某些已揭的織物結構(不論係針織、編織、及/或捲織)能夠併入一或更多種能量採集纖維。此些纖維會包含下面之中的一或更多者：被配置成用以藉由移動該纖維而將機械能量轉換成電流的壓電式纖維；被配置成用以將光能量轉換成電流的光伏纖維；及/或具有組合式壓電特性與光伏特性的纖維，俾使得其被配置成用以將機械能量以及入射光轉換成電流。某些已揭的織物結構包含由習知纖維和能量採集纖維所組成的混合結構，以便藉由結合使用該些習知纖維和能量採集纖維而提供一種具有混合的能量採集特徵與習知特徵的織物。於特定的實施例中，某些已揭的織物結構會包含電氣導體(舉例來說，導電的纖維、細絲、沉積物(舉例來說，印刷油墨)、…等)，其被排列成用以傳導已採集的電能給一共用的平面、匯流排、電路、連接器、或是其它裝置，以便進一步傳導電流給一電氣或電子配件及/或電池或是其它電氣儲存裝置(舉例來說，電容器)。織物結 構的相互連接能夠為並聯或是串聯，舉例來說，以便藉由該些互連的織物結構而提高電壓電位或是電流。

具有上面簡要說明之類型的能量採集器能夠被併入於一或更多個基於織物的裝置(例如，鞋類、服裝、頭飾、行李、運動用品、…等)之中。接著，此基於織物的裝置便能夠作為一相容於各式各樣可相互操作(舉例來說，經由專屬連接器或是開放公用的連接器)之配件的能量源。此些連接器能夠為導體式(也就是，被配置成用以實體相互耦合一電路的第一部分與第二部分，用以允許電流從該些部分中的其中一部分處流至該些部分中的另一部分)或是誘發式(也就是，被配置成用以藉由磁場來相互耦合一電路的第一部分與第二部分，以便對應於通過其中一部分的電流在另一部分之中誘發電流)。此可相互操作的配件(有時候會被稱為「平台配件」)通常能夠為任何電氣裝置，舉例來說，智慧型電話、感測器、傳送器、接收器、定位信標、GPS裝置、照明、加熱器、電池、智慧型材料、手錶、頭戴式耳機、…等。

範例1：基於織物的能量採集器

目前為止已經有許多研究報告針對用於織物及/或織物應用的撓性能量採集器。舉例來說，Sphelar Power Corporation已經創造出被編織於一件織物之中的小型球狀太陽能電池胞。此織物係由晶圓-被編織在一起的多個薄太陽能電池胞所製成。所謂的Power Felt能夠將溫差轉換成電流。在Power Felt之中，並列放置的碳奈米管層以及塑膠絕緣層能夠將任何溫差轉換成電流。Parasol(http：//www.ncmbc.us/product-providers/documents/ParaSol_Enertex_Technology_F arahi.pdf)使用運用波導管輔助式能量採集的纖維來收集與集中光伏電池胞的相對較小面積上的入射光。

目前在許多美國以及國際的大學與機構仍在繼續研究能量採集技術。在許多的研究中都是專注在將太陽能採集技術併入於織物纖維織中。

有兩個歐洲組織專注研究在基於織物的光伏式新穎纖維。Dephotex係一歐洲共同研究計畫，其目標在開發撓性的光伏織物，用以供電給穿戴式消費性用品以及有/無電柵系統(http：//www.dephotex.com/)。Powerweave為專注在開發用於電能產生與儲存的織物的計畫，其係由歐盟第七期架構計畫所支持，用於研究以及技術性開發針對能量與環境保護市場的先進織物。該計畫的目的係以織物的開發為基礎在一完全纖維性的基質內產生(10W/m2)並且儲存(10Wh/m2)能量。

在賓州州立大學已經開發出具有太陽能電池胞功能之基於矽的光纖。該纖維可以將多條太陽能電池胞矽質電線編織在一起，用以創造撓性、彎曲、或是扭轉的太陽能織物。

除了所有此些開發結果之外，博爾頓大學也已經創造出一種新穎的低成本技術，其整合壓電式聚合物基板及有機光伏塗料系統，用以創造一種能夠從自然中(其包含太陽、雨、風、波浪、以及潮汐)採集能量的3D纖維結構。它們為撓性並且能夠被併入於地面、水底、以及太空的各式各樣應用中的織物之中(http：//www.idtechex.com/events/presentations/smart-functional-materials-for-energy-hravesting-from-laboratory-to-commercialisation-006028.asp)。該纖維結合撓性的 光伏材料以及撓性的壓電式纖維。此纖維會藉由採集太陽能能量以及採集因移動、雨、以及風所產生的能量而產生電力。博爾頓大學亦已經開發出其它基於纖維及/或織物的能量採集器。舉例來說，在美國公開案第2013/0257156號、第2014/0145562號、以及第2014/0331778號中便說明過此些採集器，本文以全面引用的方式將每一案完全併入。

於某些實施例中，如圖1中所示，一隔離網10具有一第一織物面11以及一反向的第二織物面12，在兩個織物面之間會併入一或更多個壓電式纖維13。倘若該隔離網被擠壓的話(舉例來說，面11、12朝向彼此被推動)，那麼，該壓電式纖維便會物理性變形並且產生一電流及/或電位。該隔離網會被配置成用以沿著壓電式纖維13的一或更多個邊緣14a、14b而從每一個壓電式纖維13處收集電流/電位，並且用以傳導此電流/電位至電極15a、15b，電極15a、15b被配置成用以將該隔離網電氣耦合至另一織物結構及/或電氣耦合至一電路或是其一部分。

亦可以使用適合傳導電力的其它排列方式。舉例來說，其它編織、針織、非編織織物會併入一壓電式(Piezo-Electric，PE)纖維、一光伏(PV)纖維、或是一混合PE/PV纖維、或是適合將週遭能量轉換成可利用的電能的其它纖維。於其中一範例中，一編織織物的至少一經紗(warp yarn)及/或緯紗(weft yarn)會包括此能量採集纖維，用以形成一能量採集織物。接著，該能量採集織物便會以雷同於圖1中概略圖解的電極15a、15b的方式併入電極，用以將已採集的電能傳導至一被耦合至該織物的電路，例如，經由一已揭的連接器。

適合將週遭能量轉換成可利用的電能的纖維的位置會在一 給定的織物裡面被選定，一PV纖維會曝露於一在使用期間預期會曝露於光中的區域處。舉例來說，一織物片會被配向成用以將一PE纖維曝露於所希望數額的移動中(舉例來說，放在一鞋類物品上方於使用者跨步中係曝露於撓曲中的區域之中)。

圖2A、2B、以及2C所示的係適合在上面所述類型的能量採集器之間傳導電流的導電的織物結構的範例。在圖2A中，一導電纖維20a或紗線會被併入於一織物片之中(舉例來說，如圖1中所示)，其係以適合該纖維20a電氣耦合至電極15a、15b中的其中一者的排列方式被併入。或者，一電氣導體20b、20c的沉積層會被塗敷至一織物片的表面，分別如圖2B(編織織物)以及2C(針織織物)中所示。於某些實施例中，該沉積層會包含適合織物印刷的導電油墨。此外，或者，於一替代例中，該沉積層會包含一或更多個電氣裝置(舉例來說，電阻器、電容器、電感器、電晶體、記憶胞、處理器、可操作的電路、有電氣操作性的材料、…等)，用以形成一智慧型織物及/或用以形成一織物片，其能夠與一或更多個其它織物片及/或一習知的印刷電路板相互連接。

電極15a、15b會被耦合至一第一電感器線圈(圖中並未顯示)。一相鄰的織物片或配件會包含一互補的第二電感器線圈(圖中並未顯示)，並且由通過該第一線圈的電流所誘發的磁場會在該第一電感器線圈之中誘發一對應的第二電流。該第二電流會供電給該相鄰織物或配件之中的電路。此織物或配件會包含目前已知或以後所開發的一或更多個電氣裝置。

範例2：能量平台

一可操作的裝置會併入能量採集纖維及/或織物，用以形成 一能量平台，可相互操作的配件能夠耦合至該能量平台並且能夠從該能量平台處接收電力(舉例來說，以電流的形式)。舉例來說，一基於PE的隔離網會被併入於一鞋類物品的鞋底單元(sole unit)之中。如本文中的用法，鞋底單元會構成一鞋類物品的鞋底內層(insole)、鞋底夾層(midsole)、鞋底外層(outsole)、或是它們的組合。一可相互操作的配件會直接或間接耦合至該隔離網的電力輸出，以便從該隔離網處接收電力用以操作該配件。此配件能夠為本文中所述的任何各式各樣配件。

於許多已設計範例的數個其它範例中，一能量平台會包含背包、遮雨篷或帳篷、其它戶外機能性產品、及/或服裝。應該明白的係，根據要放置能量平台的織物的可能用途，某些能量平台比較適合併入一基於PE的織物來進行能量採集，而某些能量平台則比較適合基於混合PE/PV或是單獨基於PV的織物。舉例來說，鞋底單元可能會曝露於許多擠壓/減壓負載循環，並且可能不會曝露於有意義數額的入射光能量中。據此，具有鞋底單元配置之形式的能量平台適合依賴基於PE的織物。另一方面，風帆(需要教導而不可以漂流)則主要曝露於光能中並且僅曝露於中等數額的機械變形中。據此，具有風帆形式的能量平台便適合主要依賴基於PV的織物。於又一範例中，單車褲(cycling pants)則會曝露於大量的光能以及物理性變形中。因此，具有單車褲形式的能量平台便適合依賴基於PE/PV的織物。

不論一給定能量平台的特定實施例為何，和該給定平台互補或是可相互操作的配件皆可以使用。舉例來說，電池(舉例來說，可充電電池及/或印刷電池)、沉積電路(舉例來說，印刷導體油墨、沉積或印刷電子，舉例來說，LED、感測器)、無線充電、以及手勢控制器等皆能夠在操作上 耦合至一給定的能量平台，以便提供完整功能性及自主性的使用者體驗。

又，隨著電子進化，舉例來說，基於軟體升級以及新的應用程式，本發明所揭示的能量平台只要藉由以新的配件來取代較舊的配件便仍然能夠提供擴充的使用者體驗。此種可相互操作器件的模組式排列可以跨越平台來採用以及摻混新舊充電技術。於其中一範例中，微軟的AutoCharge燈能夠被併入於背包與服裝之中。於此情況中，舉例來說，一感測器會在一電話機進入房間時偵測電話機電池的電量電力位準。在偵測之後，一直接且聚焦的光束便會被引導至一基於PV的織物的片處，用以誘發電流，並且接著能夠充電一電池或是供應電力給一配件。

範例3：鞋類

如上面所示，鞋類的鞋底單元會併入一隔離網並且從走路與跑步的衝擊中採集能量(隔離網的壓縮與擴張)。能量亦能夠藉由撓曲該隔離網而被採集。於某些實施例中，此撓曲會發生在整個鞋床中，舉例來說，從腳跟至腳趾。該隔離網亦能夠被放置於特定的區域之中，例如，腳跟與前腳的高衝擊區域之中。

使用壓電式纖維的隔離網的耐受性足以持續該鞋類的整個壽命。又，某些鞋底單元亦能夠被移除並且被置放於新的鞋類之中。

將一能量採集裝置併入於鞋類中可達成效率遠高於從前的許多不同的開發作法。因為能量被持續地提供，因此，目前被用來供電給一給定電氣裝置的電池的尺寸便能夠縮減，從而可以移除將電子併入於織物之中的既有障礙。印刷電路或沉積電路會提供額外的作法以縮減重量。

可印刷的導體油墨(例如，石墨烯)能夠被放置在圍繞該鞋底 單元及/或一對應鞋面的各種區域之中。如圖3A中所示，一鞋類物品30會有一電氣連接器31。

在整篇揭示內容中，應該瞭解的係，電氣連接器一詞包含導體式連接器以及誘發式或「近場」連接器，用以相互耦合多個電路部分並且驅使電流通過一選定的電路部分。

於某些實例中，該電氣連接器31被定位在該鞋類的內部，被定位在該鞋類的外部，或者舉例來說，被埋置在該鞋類的鞋面。該連接器31會包含或者被形成為一沉積層。如圖4中所示，一配件單元40會包含一或更多個照明。於將一配件耦合至一能量平台的其中一解釋性範例中，該些照明40會以可以配合該些連接器31(圖3A)來操作的關係被黏貼至或者被耦合至該鞋類物品30。該些配件會接收適合供電給該些配件的電能，如圖3B中的發光照明40a、40b所示。

除了併入一基於PE的織物的鞋底單元之外，鞋面亦能夠併入PE/PV混合式織物(或者，必要的話，亦能夠併入基於PE的織物或是基於PV的織物)。被用來形成鞋面的織物會包含針織材料或編織材料，舉例來說，用以併入該混合PE/PV纖維。據此，相較於僅併入一能量採集鞋底單元的鞋類，一併入能量採集織物的鞋面會提供採集自該鞋類的額外能量。舉例來說，一鞋面經常會曝露於陽光以及室內照明中，並且還會在使用者行走中曝露於彎曲所產生的移動中。

某些能量採集織物的撓性足以讓該鞋類鞋面利用各種選定的針織及/或編織技術以單件織物來建構。在組裝該鞋類之後亦能夠加入器件以及電氣連接線。或者，某些預期的配件(舉例來說，感測器以及電子器 件)亦能夠在擠輸出期間被併入於一纖維的一或更多層之中(多層核鞘)。

應該瞭解的係，併入基於織物之能量採集器的能量平台能夠配合在紗線與纖維中使用纖維電池、纖維能量採集器、以及纖維感測器進一步最佳化。又，紗線與纖維會在先進的針織與編織機中進行對齊，舉例來說，以便建構單件式鞋類鞋面使其在特定的(舉例來說，所希望的)位置處具有能量採集、感測器、及/或電池紗線/纖維。同樣地，於強力旋塗的情況中(舉例來說，單件式鞋類鞋面)，此些纖維、纖維網、纖維感測器、纖維電池、電子器件、以及其它能量採集器會在將纖維強力旋塗於鞋楦上之前、之後、或是期間被放置在該強力旋塗製程之中。於衣服/鞋類組成的單件式衣服的情況中，如果強力旋塗於一模型或模具上，此些器件同樣會被併入。強力旋塗的觀點已經揭示於國際專利申請案第PCT/US14/045484號之中，本文以全面引用的方式將其內容完全併入並且再生於隨附的附件之中。

範例4：電氣導體

導體電線或是其它常見的電路元件雖然能夠被用來收集與傳導來自該隔離網的電流；不過，在選定能量平台的背景中(舉例來說，鞋類)，此些組合卻係體積龐大並且笨重。

據此，某些實施例會併入智慧型導體織物與纖維，如配合圖2A、2B、以及2C中的說明。導體纖維會包含合成纖維/天然纖維，於其中會有沉積的金屬顆粒、可能被或者沒有被一合成纖維/天然纖維捲繞的金屬電線、裡面有導體顆粒的聚合物。為縮減空間並且減少使用電線與金屬，可以使用沉積層(其包含導電油墨)。此些沉積材料的常見供應商包含T-ink、Nagase、以及DuPont。

於某些實施例中，基於PE的織物會被囊封，俾使得比較不會受到水或是其它液體的破壞。一導電的印刷油墨會連接至該隔離網上的兩條導線15a、15b。該些導體油墨接著會連接至一位於該鞋類上或之中的可充電電池。

範例5：電池

本發明所揭示的電池能夠為任何選定的電力容量或大小。某些預期的電池包括並列放置在織物上的沉積材料層，其適合組合用以形成一電池。其它電池會併入用於儲存的基於纖維的電池。於某些實例中，能量採集纖維會被編織、針織、或是以其它方式接合，以便結合該些電池纖維而形成一織物結構。咸信，當考量到大小、重量、以及電量保留容量等競爭必要條件時，此些電池非常適用於鞋類(以及其它能量平台)。

於任何情況中，預期的電池皆能夠脫離該能量平台(舉例來說，鞋類)或是完全整合於該能量平台之中。於可脫離的電池的情況中，預期會有不同的方式將該電池附接至該鞋類，其包含綁帶系統、磁鐵、鉤環扣件、速扣件、拉鍊袋、以及其它已知的扣件。應該明白的係，此電池會有不規則的形狀，用以混摻該鞋類及/或用以提供所希望的美觀性(舉例來說，用以混摻並且提供無痕外觀)。

一給定的電池可以有一或更多個充電埠(舉例來說，USB-C埠)，用以在各式各樣的額定電流中充電各種配件及/或用以從一輔助電源(舉例來說，習知的牆上插座)處來充電該電池。該電池可以在操作上直接或間接耦合至如下面更完整說明的任何各式各樣配件。

範例6：衣服

併入基於PE的纖維、基於PV的纖維、以及基於混合PE/PV的纖維的能量採集織物會形成被併入於各式各樣衣服之中的一或更多個片。除此之外，導電纖維及/或沉積層(於一特殊的範例中，當沿著一隙縫時，該隙縫會係一防水隙縫)則會收集與傳導由該採集器所產生的電流。一或更多個電池、器件、及/或配件會在操作上被耦合至該些採集器，如本文中的其它範例中所述。

某些特定、非限制性的衣服範例包含性能衫、連帽衫、以及外衣。圖5、5A、5B、5C、5D、以及6圖解示範性衣服50，其併入一能量採集織物並且具有複數個連接器51，該些連接器51在操作上被耦合至該織物，雷同於圖3A與3B中所示的連接器31。如在圖3B中，在圖6中所示的數個配件51b係利用從該能量採集織物處所取得的電力來操作。

範例7：運動用品、遮雨篷、以及帳篷

各種運動用品以及機能性產品(舉例來說，其包含遮雨篷、帳篷、以及門簾)會併入基於PE的纖維、基於PV的纖維、以及基於混合PE/PV的纖維的能量採集織物所製成的一或更多個片。此些織物片會將太陽能以及機械能(舉例來說，從風及/或落雨中被傳輸至該織物的動量)轉換成可以利用的電能。如同上面所述的鞋類以及衣服範例，電氣導體會以如同上面所述的方式收集與傳導電流至一連接器及/或一配件。

範例8：行李、袋子、以及背包

參考圖7A與7B，各種行李、袋子、以及背包會併入基於PE的纖維、基於PV的纖維、以及基於混合PE/PV的纖維的能量採集織物。舉例來說，基於PE/PV的纖維會涵蓋整個背包70，用以提供一連續的電力。 一電池會先被無線充電，並且接著透過該混合纖維被連續性地充電。這能夠以無線或是纜線被用來充電任何的電子組合。其還會提供額外的電力給被併入於該背包之中的額外物品，其包含，但是並不受限於：相機、照明、揚聲器、手勢控制裝置、…等。此些物品中的一部分或是全部能夠透過藍芽或是被連接至軟性電路切換器的印刷與導體油墨來控制。藉由能量採集器的特性，肩帶73能夠在拉伸以及移動期間採集能量，並且該隔離網會被插設在該包包的底部，用以在一負載的擠壓期間採集能量。

如圖7A中所示，舉例來說，一或更多個電氣連接器72會與一主要使用者接觸表面(舉例來說，肩帶73的內表面72a或是背包70中接觸使用者背部的面)處於操作關係之中。同樣地，一相容於背包70的可相互操作的衣服50(圖5)亦會併入一或更多個互補定位的連接器51，用以從背包70處接收電力或是將電力傳遞至該背包70，從而達成提高該組合式能量平台(於此範例中為背包與襯衫)的能量採集與儲存。

範例9：頭飾、連指手套、以及一般手套

於本文中所述的其它範例衣服以及外衣中，一能量採集織物會形成頭飾及/或一般手套的一或更多個片，並且已採集的電流會被傳導至連接器及/或配件。

範例10：平台配件

本文雖然透過範例說明平台配件的數個實施例，不過熟習本技術人士以探討本揭示內容為基礎便明白平台配件的許多其它實施例。

圖8A、8B、以及8C概略圖解數個能量平台實施例90a、90b，其以加熱器91、92以及一控制器93的形式併入一平台配件。當電流流過加 熱器91、92時，加熱器91、92會因電阻性加熱而提高溫度。該些加熱元件91、92能夠利用沉積層來形成，舉例來說，導體且可印刷的油墨，例如，石墨烯。因為它們的自然電阻的關係，此些材料很少會過熱或者起火，並且能夠安全地被使用在衣服與鞋類中並且配合其它能量採集平台來使用。

於以大量絕緣為基礎來加熱鞋類、衣服、以及一般手套或連指手套的習知方式中，該材料不會讓空氣透過或者並不透氣，或者會併入體積龐大的電池。不良的電路系統以及習知的連接器會起火並且提早失效。此些鞋子雖然溫暖；但是，它們卻同樣又熱又濕黏。

本文所揭示的能量採集平台會併入一控制器93，以便能夠立即性地調節送往加熱元件91、92的電力並且可以改變冬靴與冬鞋的構造。使用者能夠從一智慧型電話處來設定一合宜的溫度範圍。一感測器會監視溫度並且該控制器93會發射一控制信號，其適合響應於被觀察的溫度下降至選定的臨界溫度以下而啟動一加熱元件。因為在使用期間會有採集自能量平台90a、90b的一恆定或是持久性能量源，所以，加熱元件91、92及/或控制器93可以連續的操作。相較於習知的冷天服裝、鞋類、以及機能性產品，配合不斷調節的加熱元件，冷天服裝、鞋類、以及機能性產品會更輕並且更具撓性，從而可以達成空氣更容易透過並且透氣性更佳的不同構造以及減少在習知的冷天服裝、鞋類、以及機能性產品之中經常發生的過熱以及濕黏感受。這可輕易地應用於滑雪靴、工作靴、…等。

結合本文中所述的能量採集、印刷電子、感測器、藍芽、無線充電、及/或電池系統範例可以進行從前無法想像的許多鞋類修改。可以保持恆定能量源的能力會提供一能量平台給自動調節的綁帶系統100使 用，舉例來說，如圖9A、9B、9C、以及10中所示。

當跑者長距離跑步時(高里程以及半馬拉松以及更長的距離)，他們的腳經常會開始腫脹。習知的鞋類無法回應此腫脹問題並且該鞋類經常會變得太小而不適合跑者已腫脹的腳。當腳腫脹時，腳趾會摩擦該鞋類物品101中的腳趾包102的末端，從而導致起水泡並且拔離腳指甲造成流血以及讓穿鞋者不舒服。

組合運用一或更多項上面所述的技術範例，自動調節的綁帶系統便能夠被設計於一新穎的鞋類物品101之中。舉例來說，從智慧型電話應用或其它計算環境中，該綁帶系統之所希望的壓力會對應於選定的活動(舉例來說，走路、健行、跑步、或是站立)被設定。舉例來說，每一項選定的活動皆能夠利用陀螺儀/GPS感測器/壓力感測器103(舉例來說，為於該鞋類之中或者被併入於智慧型裝置中)來觀測。

當使用者增加活動力時，該綁帶系統100便會啟動。位於鞋面的壓力感測器會繼續監視腳部腫脹，或者，一計時器會監視一活動的時間持續長度。一旦超過選定的壓力或是時間持續長度臨界值，該綁帶系統100會放鬆壓縮，從而減輕腳部的壓力。該綁帶系統能夠完全取代習知的鞋帶、連同鞋帶一起被併入、或者被放置在鞋面周圍的各個地方(腳踝/腳跟、腳趾包、鞋弓)。於該綁帶系統中能夠使用不同的材料。此系統能夠當作智慧型纖維直接被編織或針織於該鞋面之中並且連接不同的器件，或者，在建構該鞋面期間被分開縫製。智慧型聚合物以及形狀記憶聚合物以及形狀記憶金屬皆能夠作為綁帶系統。

然而，理想上，為配合能量採集來使用並且整合於此系統之 中，會使用聚合物合成肌肉。許多研究人員正在開發用於機器人肢體的人工肌肉系統。此些人工肌肉系統的成本低並且能夠開關窗簾、…等。此些材料能夠用於綁帶系統100並且被用來調節溫度。倘若完全針織或編織於織物之中的話，張開與閉合纖維及紗線之間的孔隙空間可以導致鞋面收縮與擴張，如圖10中的實線與虛線之對照描繪。

於綁帶系統的情況中，MIT、位於美國達拉斯市的德州大學、臥龍岡大學(澳洲)已經開發出能夠作為撓性綁帶系統以及溫度調節系統的不同形式的人工肌肉。人工肌肉能夠以下面不同的刺激為基礎而擴張與收縮：濕度、熱度、電刺激。此些纖維能夠單獨運作或者以管狀並且編綁在一起來運作。在後者中，Ikeda Seichusho以及岡山大學已經創造出會隨著被編綁成管之中的氣流擴張與收縮的人工肌肉。如果需要熱度的話，那麼，該些纖維則會被導體纖維包圍，該些導體纖維能夠使用電阻性加熱(其係利用流經該纖維的電流)來啟動該人工肌肉。此些綁帶系統100會在跑步時收縮並且在站立以及走路時放鬆。被併入於該鞋子之中的感測器會感測移動(運動)，而用以感測衝擊、壓力、以及腳的位置的感測器則會額外響應於腳的不同的緊繃區域。

和上面所述的人工肌肉雷同的方式亦可以開發減震系統，而且目前已有人正在開發，其會改變對不同硬度表面上的衝擊減震程度。舉例來說，圖9B便顯示一著陸於軟草坪，而圖9C則便顯示在硬表面上的腳部著地。鞋部外底的彈性或硬度會根據觀察到的表面硬度而被調整，從而在各種表面硬度上為使用者提供一致性的減震感受與程度。舉例來說，感測衝擊與速度能夠讓該鞋類配件調節必要的減震作用。該些材料會包含以 不同的方式製造上面的智慧型人工肌肉纖維。除此之外，該鞋部外底亦能夠以雷同的方式被調節。

相容於一或更多項上面所述技術範例的其它合宜配件包含能量儲存裝置(舉例來說，電池)、電容器、電力感測器、高空症預測裝置、電話的輔助螢幕、連接至一給定配件的外部連接線或是從一給定配件處連接出來的外部連接線(舉例來說，USB連接器)、照明元件(舉例來說，LED)、適應性或是其它智慧型材料(舉例來說，其包含所希望的功能或是可調適的特徵)、藍芽或是其它無線通信裝置、溫度感測器、電力感測器、心跳速率監視器、傳送器及/或如本文中所述的計算環境。

計算環境

圖11所示的係一合宜的計算環境1100的通用範例，舉例來說，於該計算環境中可以施行和控制平台配件、能量採集器、…等有關的已述方法、實施例、技巧、技術。該計算環境1100並沒有對該項技術的使用範疇或功能有任何限制的意圖，因為該項技術亦可以被施行在各式各樣的一般用途或特殊用途的計算環境之中。舉例來說，每一項已揭技術皆可以利用其它電腦系統配置來施行，該些電腦系統配置包含：手持式裝置、多處理器系統、以微處理器為基礎或是可程式化的消費性電子、網路PC、迷你電腦、大型電腦、以及類似物。每一項已揭技術亦可以被實行於分散式計算環境之中，於該環境中，工作係由遠端的的處理裝置來實施並且經由一通信網路來連結。於一分散式計算環境中，程式模組可以位於區域及遠端的記憶體儲存裝置之中。

參考圖11，該計算環境1100包含至少一中央處理單元1110 以及記憶體1120。在圖11中，此最基本的配置1130包含在一虛線裡面。中央處理單元1110會執行電腦可執行的指令並且可以為一真實或是一虛擬處理器。於一多處理系統中，多個處理單元會執行電腦可執行的指令用以提高處理能力，且因此，多個處理器會同步運轉。記憶體1120可以為揮發性記憶體(舉例來說，暫存器、快取、RAM)、非揮發性記憶體(舉例來說，ROM、EEPROM、快閃記憶體等)、或者該兩者的特定組合。記憶體1120會儲存軟體1180，舉例來說，其會施行本文中所述之新穎技術中的一或更多項。

一計算環境還可以有額外的特點。舉例來說，該計算環境1100包含儲存器1140、一或更多個輸入裝置1150、一或更多個輸出裝置1160、以及一或更多條通信連接線1170。一互連機制(圖中並未顯示)(例如，匯流排、控制器、或是網路)會互連該計算環境1100中的器件。一般來說，作業系統軟體(圖中並未顯示)會為於該計算環境1100中執行的其它軟體提供一作業環境，並且協調該計算環境1100中的該些器件的活動。

儲存器1140可以為抽取式或非抽取式，並且包含磁碟、磁帶或卡匣、CD-ROM、CD-RW、DVD、或是任何其它有形的媒體，其能夠被用來儲存資訊並且能夠於該計算環境1100裡面被存取。該儲存器1140會儲存軟體1180的指令，其能夠施行本文中所述的技術。

該(些)輸入裝置1150可以為一觸控輸入裝置(例如，鍵盤、小鍵盤、滑鼠、觸控筆、軌跡球)、語音輸入裝置、掃描裝置、或是其它裝置，其會提供輸入至計算環境1100。對音頻來說，該(些)輸入裝置1150可以為：一音效卡或是雷同的裝置，其會接收類比或數位形式的的音頻輸入； 一CD-ROM讀取機，其會提供音頻取樣至計算環境1100。該(些)輸出裝置1160可以為一顯示器、印刷機、揚聲機、CD寫入機、或是其它裝置，其會提供來自計算環境1100的輸出。

該(些)通信連接線1170可以在一通信媒體(舉例來說，連接網路)上與另一計算實體進行通信。該通信媒體會傳播資訊，例如，電腦可執行的指令、經壓縮的圖形資訊、或是經調變的資料信號中的其它資料。該資料信號會包含和被一感測器觀測到的物理性參數有關的資訊或是和由一控制器所發出的命令(舉例來說，用以改變該系統10(圖1)中的一器件的操作)有關的資訊。

有形的電腦可讀取媒體為能夠在一計算環境1100裡面被存取的任何可利用的有形媒體。舉例來說，但是沒有任何限制，配合計算環境1100，電腦可讀取媒體包含記憶體1120、儲存器1140、通信媒體(圖中並未顯示)、以及上面的任何組合。有形的電腦可讀取媒體不包含暫態信號。

其它實施例

上面所述的範例大體上關於能量採集織物以及相關的系統及方法。上面詳細說明的實施例以外的其它實施例能夠以本文中所揭示的原理為基礎連同本文中所述之個別設備的配置中的任何伴隨改變來設計。併入本文中所揭示的原理可以提供被調適成用以將可利用的週遭能量轉換成用於供電給各式各樣互補式電氣及/或電子電路中的任一者之可用形式的各式各樣系統，舉例來說，帆船風帆、自動車中的內裝、…等。

本文中可能使用方向以及其它相對參考方向(舉例來說，上、下、頂端、底部、左、右、往後、往前、…等)來幫助討論本文中的圖 式以及原理；但是，並沒有限制的意圖。舉例來說，本文中可能會使用到諸如下面的特定術語：「上」、「下」、「上方」、「下方」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、以及類似術語。當處理相對的關係時，尤其是針對圖中所示的實施例，如果適用的話，會使用此些術語用以提供清楚的說明。然而，此些術語並沒有隱喻關係、位置、及/或方位的意圖。舉例來說，以一物體為基準，只要翻轉該物體，「上方」表面便會成為「下方」表面。然而，其仍然係相同的表面並且該物體亦保持相同。如本文中的用法，「及/或」的意義為「及」或者「或」以及「及」與「或」。又，本文中所提的所有專利以及非專利文獻皆以全面引用的方式被完全併入本文之中。

熟習遵循本揭示內容之探討的技術的人士便會明白，上面配合任何特殊技術範例所述的原理能夠結合本文中配合本文所述其它技術範例所述的原理。據此，此詳細說明不應被視為有限制意義，並且熟習本技術的人士依照本揭示內容的探討便會明白該些各式各樣的能量採集平台及/或電力傳送平台以及併入具有此些平台之已揭配件的相關系統，其能夠利用本文中所述的各種觀念來設計。又，熟習本技術的人士便會明白，本文中所揭示的示範性實施例能夠適應於各種其它配置及/或用途，其並不會脫離已揭原理。

因此，已揭實施例的前面說明係被提供用以讓熟習本技術的任何人士製造或利用已揭創新。據此，目前主張或者在未來所主張的任何創新皆不受限於本文中明確顯示或說明的實施例；相反地，它們的完整範疇會與申請專利範圍的文字相符，其中，本文中所引用的某個元件的單數形式，例如，冠詞「一」，除非另外明確敘述，否則並沒有「一個且唯一一 個」的意義，而係「一或更多個」。熟習本技術的人士便會知道或者以後便會知道，本文中所述且主張的特點希望涵蓋在整篇揭示內容中所述之各種實施例中的元件的所有結構性與功能性等效例。又，不論本揭示內容是否在申請專利範圍中被明確提及，本文中所揭的任何內容皆沒有貢獻於大眾的意圖。除非專利敘述係利用「用於…的手段」或是「用於…的步驟」的語詞來表達，否則，該項敘述不應被視為受到35 U.S.C.112(f)條款的規範。

因此，有鑑於能夠套用所揭原理的許多可能實施例，本案發明人保留主張本文中所述特點之任何與所有組合的權利，並且它們全部皆落在前面說明的範疇與精神裡面。

10‧‧‧隔離網

11‧‧‧第一織物面

12‧‧‧第二織物面

13‧‧‧壓電式纖維

14a、14b‧‧‧邊緣

15a、15b‧‧‧電極

Claims (19)

1. 一種能量採集平台，其包括：一織物構造，其包括一纖維，該纖維被配置成用以將一或更多形式的週遭能量轉換成電位；以及一電氣連接器，其在操作上被耦合至該織物構造，並且被配置成用以傳導該電位給一互補配置的平台配件。
2. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該織物構造包括下面之中的一或更多者：編織結構、針織結構、捲織結構、以及鋪織結構。
3. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該織物構造包括一隔離網。
4. 根據申請專利範圍第3項的能量採集平台，其中，該隔離網包括由個別的織物片所定義的反向的第一主面與第二主面，且其中，被配置成用以將一或更多形式的週遭能量轉換成電位的纖維從該織物片中的一者延伸至該織物片中的另一者。
5. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該連接器包括一沉積層。
6. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該連接器包括一近場連接器。
7. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其進一步包括該平台配件。
8. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該織物構造包括一織物片。
9. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該織物構造包括一鞋類物品、一衣服、一運動用品、一遮雨篷、一風帆、及/或一帳篷。
10. 根據申請專利範圍第1項的能量採集平台，其中，該一或更多形式的週遭能量包括具有下面一或更多者形式的能量：陽光、人造光、熱、動能、機械位能、以及位於不可見且非紅外光頻譜之中的電磁能。
11. 根據申請專利範圍第10項的能量採集平台，其中，被配置成用以將一或更多形式的週遭能量轉換成電流的纖維在該織物構造內進行定位及/或配向，以對應於該織物構造曝露於該一或更多形式的週遭能量各自的一模式在。
12. 一種織物構造，其包括：一第一纖維，其被配置成用以將一或更多形式的週遭能量轉換成電位；複數個第二纖維，其以機械方式被耦合於該第一纖維，用以定義一織物；以及一電氣連接器，其在操作上被耦合至該第一纖維，用以傳導該電位給一互補配置的電氣裝置。
13. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其中，該纖維與具有雷同或不同配置的另一纖維一起編織、針織、捲織、或是鋪織。
14. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其進一步包括彼此反向定位的第一織物片與第二織物片，其中，該纖維從該第一織物片延伸至該第二織物片。
15. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其中，該連接器包括一沉積層。
16. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其進一步包括並列放置的複數個沉積材料層，其被配置成用以形成一電儲存器。
17. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其中，該第一纖維與該第二纖維中的一或更多者一起針織、編織、鋪織、捲織。
18. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其中，該織物包括一第一織物，該織物構造進一步包括一第二織物，其包括：一對應的第一纖維，該對應的第一纖維被配置成用以將一或更多形式的週遭能量轉換成電位；對應的複數個第二纖維，其以機械方式被耦合於該第一纖維；以及一電氣連接器，其被配置成用以將對應於該第二織物的第一纖維耦合到對應於該第一織物的第一纖維。
19. 根據申請專利範圍第12項的織物構造，其中，該織物包括一鞋類物品、一衣服、一運動用品、一遮雨篷、一風帆、及/或一帳篷。