本實用新型一般關(guān)于一種能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)，具體而言，本實用新型關(guān)于一種將動能轉(zhuǎn)化為電能的能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)。

現(xiàn)有技術(shù)

近年來由于再生能源議題不斷受到重視，將環(huán)境中潛在能源轉(zhuǎn)化為電能，已成為自我供電系統(tǒng)中重要的設(shè)計考慮。環(huán)境中充斥著各種形式的能量，例如熱能、太陽能、動能等，其中振動能量的來源受限于外在環(huán)境因素影響較小，因此吸收外部振動能量并轉(zhuǎn)化為電能的研究廣泛地受到重視。

現(xiàn)有技術(shù)借由壓電效應(yīng)將動能轉(zhuǎn)化為電能的能量采集裝置通常需要刻意施加外力，以使壓電材料產(chǎn)生電能，因此在應(yīng)用上具有較多限制，且在操作上也須使用者配合造成使用上的不便，嚴(yán)重影響電能的產(chǎn)生效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的一目的在于提供一種有效提升電能產(chǎn)生效率的能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)。

本實用新型的另一目的在于提供一種能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)，其具有無須特意施加外力而可因應(yīng)使用者日?；顒幼园l(fā)產(chǎn)生電能的設(shè)計。

于一實施例，本實用新型提供一種能量采集裝置，其包含第一壓電傳感器、第二壓電傳感器、至少一動能傳遞帶及運(yùn)動物體，其中第二壓電傳感器與第一壓電傳感器相隔預(yù)設(shè)距離對應(yīng)設(shè)置；至少一動能傳遞帶連接于第一壓電傳感器及第二壓電傳感器的側(cè)邊，以于第一壓電傳感器及第二壓電傳感器之間界定運(yùn)動空間；運(yùn)動物體被限制在運(yùn)動空間內(nèi)活動；當(dāng)運(yùn)動物體于運(yùn)動空間中活動碰撞動能傳遞帶時，至少一動能傳遞帶為彈性變形以傳遞動能至第一壓電傳感器及第二壓電傳感器的至少其中之一，且第一壓電傳感器及第二壓電傳感器因應(yīng)動能產(chǎn)生電能。

于一實施例，第一壓電傳感器及第二壓電傳感器包含壓電聚合物材料。壓電聚合材料可為聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯或其組合。

于一實施例，運(yùn)動物體包含球體。兩相鄰的動能傳遞帶之間的空隙小于球體的直徑，以限制球體自運(yùn)動空間逃脫。

于一實施例，能量采集裝置更包含第三壓電傳感器，其中第三壓電傳感器借由至少一動能傳遞帶設(shè)置于第一壓電傳感器及第二壓電傳感器的側(cè)邊，且第三壓電傳感器因應(yīng)運(yùn)動物體于運(yùn)動空間中的活動產(chǎn)生電能。

于另一實施例，本實用新型提供一種能量采集裝置，其包含壓電傳感器、基板、至少一動能傳遞帶及運(yùn)動物體，其中基板與第一壓電傳感器相隔預(yù)設(shè)距離對應(yīng)設(shè)置；至少一動能傳遞帶連接于壓電傳感器及基板的側(cè)邊，以于壓電傳感器及基板之間界定運(yùn)動空間；運(yùn)動物體被限制在運(yùn)動空間內(nèi)活動，當(dāng)運(yùn)動物體于該運(yùn)動空間中活動碰撞動能傳遞帶時，至少一動能傳遞帶為彈性變形以傳遞動能至壓電傳感器，且壓電傳感器因應(yīng)動能產(chǎn)生電能。

于另一實施例，本實用新型提供一種能量采集系統(tǒng)，其包含前述的能量采集裝置、儲能裝置及能量采集電路，其中儲能裝置用以儲存電能；能量采集電路連接于能量采集裝置及儲能裝置之間，以控制電能自能量采集裝置傳遞至儲能裝置。

于一實施例，能量采集系統(tǒng)包含多個能量采集裝置，且多個能量采集裝置以陣列方式配置，而能量采集電路包含多個開關(guān)元件，分別電連接多個能量采集裝置。

于一實施例，能量采集電路包含多個開關(guān)元件，分別電連接多個能量采集裝置。多個開關(guān)元件可包含二極管、晶體管或其組合。

附圖說明

圖1A為本實用新型一實施例的能量采集裝置的示意圖。

圖1B為圖1A的能量采集裝置的作動示意圖。

圖2A至圖2D為本實用新型不同實施例的能量采集裝置的示意圖。

圖3A及圖3B為本實用新型不同實施例的能量采集裝置的示意圖。

圖4為本實用新型一實施例的能量采集系統(tǒng)的示意圖。

圖5為本實用新型另一實施例的能量采集系統(tǒng)的示意圖。

其中，附圖標(biāo)記：

1 能量采集系統(tǒng)

10、10a～10d 能量采集裝置

110 第一壓電傳感器

120 第二壓電傳感器

130 動能傳遞帶

140 運(yùn)動物體

150 第三壓電傳感器

160 壓電傳感器

170 基板

20 儲能裝置

30 能量采集電路

30a～30d 能量采集子電路

310 開關(guān)元件

D 預(yù)設(shè)距離

S 運(yùn)動空間

具體實施方式

本實用新型提供一種將動能轉(zhuǎn)化為電能的能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)，其具有無須特意施加外力而可因應(yīng)使用者日?；顒幼园l(fā)產(chǎn)生電能的設(shè)計，以有效提升電能產(chǎn)生效率。本實用新型的能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)可應(yīng)于任何合宜的設(shè)備或裝置，例如但不限于：行動裝置的殼體或保護(hù)套、可攜式照明設(shè)備、穿戴式商品等，以提供該等設(shè)備、裝置所需的電力，不但可以節(jié)省維護(hù)費(fèi)用，也可減少對環(huán)境的負(fù)面影響。參考圖式詳細(xì)說明本實用新型實施例的能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。

如圖1A及圖1B所示，于一實施例，能量采集裝置10包含第一壓電傳感器110、第二壓電傳感器120、至少一動能傳遞帶130及運(yùn)動物體140。第一壓電傳感器110與第二壓電傳感器120相隔預(yù)設(shè)距離D對應(yīng)設(shè)置，且至少一動能傳遞帶130連接于第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的側(cè)邊，以于第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120之間界定運(yùn)動空間S。運(yùn)動物體140被限制在運(yùn)動空間S內(nèi)活動，當(dāng)運(yùn)動物體140于運(yùn)動空間S中活動碰撞動能傳遞帶130時，至少一動能傳遞帶130為彈性變形以傳遞動能至第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120，或二者中至少其中之一，且第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120，或二者其中之一因應(yīng)傳遞的動能產(chǎn)生電能。

具體而言，第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120為利用壓電效應(yīng)借由壓電材料變形而產(chǎn)生電能(例如電壓或電流)的傳感器。舉例而言，第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120可包含相同或不同的壓電材料，例如壓電單晶體(例如石英、鈮酸鋰、鈮酸鉭等)、壓電多晶體(即壓電陶瓷，例如鋯鈦酸鉛(PZT))、壓電聚合物材料、壓電復(fù)合材料(例如壓電陶瓷和聚合物的復(fù)合材料)，其中壓電聚合物材料為較佳，因其材質(zhì)柔韌、低密度、低阻抗和高壓電性。壓電聚合物材料可包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚氯乙烯(PVC)或其組合等。再者，第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120較佳為膜片形式，且第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120較佳具有相同的大小、形狀并相隔預(yù)設(shè)距離D平行對準(zhǔn)設(shè)置，以使得第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的膜片表面相互面對。于此實施例，第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120以矩形例示，但不以此為限。于其他實施，第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120可為圓形、橢圓形、三角形、或任何合宜的幾何形狀。

動能傳遞帶130較佳為可撓性的帶狀物，其材質(zhì)例如聚丙烯(PP)或其他合宜的聚合物。動能傳遞帶130的兩端分別借由黏著方式連接于第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的同一側(cè)。舉例而言，如圖1A所示，四條動能傳遞帶130分別連接于第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的四個側(cè)邊，以定義出運(yùn)動空間S，但不以此為限。于另一實施例，如圖2A所示，動能傳遞帶130可以環(huán)繞方式，通過第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的表面，而連接第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的相對側(cè)邊。再者，圖1A雖例示動能傳遞帶130具有均勻?qū)挾鹊闹睏l帶狀，但不以此為限。于另一實施例，如圖2B所示，依據(jù)實際應(yīng)用，動能傳遞帶130可具有不均勻的寬度設(shè)計。此外，圖1A雖例示第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120各側(cè)以一條動能傳遞帶130連接，但不以此為限。于另一實施例，如圖2C所示，依據(jù)實際應(yīng)用，第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120各側(cè)可具有多條動能傳遞帶130，且可以任何合宜方式連接，例如平行或交叉。

在此需注意，動能傳遞帶130的材質(zhì)、形狀、大小、數(shù)量或設(shè)置方式以將運(yùn)動物體140限制在第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120之間的運(yùn)動空間S活動而不會自運(yùn)動空間S逃脫，且能在運(yùn)動物體140活動碰撞時將運(yùn)動物體140的動能傳遞至第一壓電傳感器110及/或第二壓電傳感器120為考慮。換言之，能量采集裝置10具有由第一壓電傳感器110、第二壓電傳感器120及動能傳遞帶130所形成的立體結(jié)構(gòu)，而運(yùn)動空間S是指在第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120之間受動能傳遞帶130所限制并容許運(yùn)動物體140活動又無法逃脫的三維空間。

運(yùn)動物體140較佳為球體，以達(dá)到最佳的活動性，但不以此為限。依據(jù)實際需求，運(yùn)動物體140可具有其他形狀。再者，多個運(yùn)動物體140可設(shè)置于運(yùn)動空間S中，以增加碰撞機(jī)會。如圖2D所示，于另一實施例，兩個運(yùn)動物體140設(shè)置于運(yùn)動空間S中，但不以此為限。運(yùn)動物體140的硬度較佳大于動能傳遞帶130的硬度，且其材質(zhì)可為金屬或非金屬，例如不銹鋼或高密度聚乙烯(HDPE)。當(dāng)運(yùn)動物體140為球體時，兩相鄰動能傳遞帶130之間的空隙小于球體的直徑，以限制球體自運(yùn)動空間S逃脫。再者，第一壓電傳感器110與第二壓電傳感器120相隔的預(yù)設(shè)距離D較佳大于球體的直徑。具體而言，運(yùn)動空間S的三維尺寸較佳皆略大于球體的直徑，以容許運(yùn)動物體140在運(yùn)動空間S的各個方向皆可自由活動，以增加碰撞機(jī)會，進(jìn)而提升電能產(chǎn)生效率。

再者，如圖3A所示，能量采集裝置10更包含第三壓電傳感器150，其中第三壓電傳感器150借由動能傳遞帶130設(shè)置于第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的側(cè)邊，且第三壓電傳感器150因應(yīng)運(yùn)動物體140于運(yùn)動空間S中的活動產(chǎn)生電能。具體而言，第三壓電傳感器150可為與第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120材質(zhì)相同或不同的膜片式壓電傳感器。一個或多個第三壓電傳感器150可對應(yīng)第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的側(cè)邊設(shè)置于第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120之間，以使得第三壓電傳感器150的膜片表面與第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120的膜片表面垂直。此外，依據(jù)實際應(yīng)用，同一側(cè)邊可設(shè)置一個或多個第三壓電傳感器150，且第三壓電傳感器150可借由黏著方式連接動能傳遞帶130，以使得運(yùn)動物體140于運(yùn)動空間S中活動碰撞動能傳遞帶130時，動能傳遞帶130為彈性變形以可傳遞動能至第三壓電傳感器150。

在此需注意，圖1A～圖3A的實施例雖例示能量采集裝置10可包含兩個以上的壓電傳感器(例如110、120、150)設(shè)置在不同側(cè)，但不以此為限。于其他實施例，能量采集裝置10可僅于一個側(cè)邊設(shè)置有一個或多個壓電傳感器。如圖3B所示，于另一實施例，能量采集裝置10包含壓電傳感器160、基板170、動能傳遞帶130及運(yùn)動物體140，基板170與壓電傳感器160相隔預(yù)設(shè)距離D對應(yīng)設(shè)置。動能傳遞帶130連接于壓電傳感器160及基板170的側(cè)邊，以于壓電傳感器160及基板170之間界定運(yùn)動空間S。運(yùn)動物體140被限制在運(yùn)動空間S內(nèi)活動，當(dāng)運(yùn)動物體140于運(yùn)動空間S中活動碰撞動能傳遞帶130時，動能傳遞帶130為彈性變形以傳遞動能至壓電傳感器160，且壓電傳感器160因應(yīng)動能產(chǎn)生電能。具體而言，壓電傳感器160可為類似上述第一壓電傳感器110、第二壓電傳感器120或第三壓電傳感器150的壓電傳感器。本實施例與圖1A實施例的差異在于以基板170取代壓電傳感器設(shè)置于壓電傳感器160的相對側(cè)?；?70可為一般金屬或非金屬板件，且動能傳遞帶130可借由黏著、鎖固等方式與基板170連接，但不以此為限。于其他實施例，基板170與動能傳遞帶130可借由模鑄方式成為一體成形的框架，以定義出運(yùn)動空間S。

于后參考圖1B說明本實用新型的能量采集裝置10的作動方式。舉例而言，當(dāng)能量采集裝置10應(yīng)用于手機(jī)的殼體或保護(hù)套時，由于運(yùn)動物體140在運(yùn)動空間S中的可活動特性，隨著使用者攜帶手機(jī)在日常生活中活動，運(yùn)動物體140會自然地在運(yùn)動空間S中活動或運(yùn)動，進(jìn)而不斷地碰撞第一壓電傳感器110、第二壓電傳感器120及動能傳遞帶130。當(dāng)運(yùn)動物體140碰撞到第一壓電傳感器110或第二壓電傳感器120時，運(yùn)動物體140直接施力于第一壓電傳感器110或第二壓電傳感器120，使得第一壓電傳感器110或第二壓電傳感器120受力變形而產(chǎn)生電能。當(dāng)運(yùn)動物體140碰撞到動能傳遞帶130時，動能傳遞帶130受到運(yùn)動物體140的撞擊而彈性變形，進(jìn)而產(chǎn)生拉力拉扯第一壓電傳感器110及/或第二壓電傳感器120，即將運(yùn)動物體140的動能傳遞至第一壓電傳感器110及/或第二壓電傳感器120，使得第一壓電傳感器110或第二壓電傳感器120受力變形而產(chǎn)生電能。圖3A及圖3B的實施例具有類似的作動方式，因此，使用者無需額外施加外力，本實用新型的能量采集裝置10即可因應(yīng)用戶日?；顒邮惯\(yùn)動物體140不斷發(fā)生碰撞進(jìn)而使壓電傳感器自發(fā)產(chǎn)生電能。

如圖4所示，于另一實施例，本實用新型提供一種能量采集系統(tǒng)1，其包含儲能裝置20、能量采集電路30及上述圖1A～圖3B任一實施例的能量采集裝置10。儲能裝置20用以儲存能量采集裝置10產(chǎn)生的電能，且儲能裝置20可為電池或電容。舉例而言，能量采集裝置10應(yīng)用于電子產(chǎn)品或其保護(hù)套時，儲能裝置20可為電子產(chǎn)品本身的電池或獨(dú)立于電子產(chǎn)品的額外電池。能量采集電路30連接于能量采集裝置10及儲能裝置20之間，以控制電能自能量采集裝置10傳遞至儲能裝置20。具體而言，能量采集電路30可包含開關(guān)元件310，以控制電能自能量采集裝置10傳遞至儲能裝置20而不會從儲能裝置20傳遞到能量采集裝置10。舉例而言，開關(guān)元件310可實施為二極管、晶體管等，且開關(guān)元件310的數(shù)量較佳對應(yīng)能量采集裝置10的壓電傳感器的數(shù)量，以圖1A為例則較佳為兩個開關(guān)元件310分別對應(yīng)連接第一壓電傳感器110及第二壓電傳感器120。

再者，能量采集系統(tǒng)1可包含多個能量采集裝置10，其中多個能量采集裝置10較佳以陣列方式配置且能量采集電路30包含多個開關(guān)元件310，分別電連接多個能量采集裝置10并連接到一個儲能裝置20，以整合多個能量采集裝置10所產(chǎn)生的電能。舉例而言，如圖5所示，四個能量采集裝置10a～10d以2x2的陣列方式配置，四個能量采集子電路30a～30d分別對應(yīng)電連接四個能量采集裝置10a～10d，以構(gòu)成能量采集系統(tǒng)1的能量采集電路30，且各能量采集子電路30a～30d共同連接到一個儲能裝置20，進(jìn)而控制對應(yīng)能量采集裝置10a～10d產(chǎn)生的電能傳遞到儲能裝置20。舉例而言，能量采集裝置10a～10d可為上述圖1A～圖3B任一實施例的能量采集裝置，且能量采集子電路30a～30d中的開關(guān)元件數(shù)目較佳分別對應(yīng)能量采集裝置10a～10d的壓電傳感器數(shù)目，以對應(yīng)連接能量采集裝置10a～10d的壓電傳感器，藉此可整合四個能量采集裝置10a～10d所產(chǎn)生的電能至儲能裝置20，以提升電能產(chǎn)生效率。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的能量采集裝置及能量采集系統(tǒng)借由能量采集裝置的立體結(jié)構(gòu)，使得運(yùn)動物體在運(yùn)運(yùn)動空間可自由活動，無須特意施加外力即可因應(yīng)使用者日?；顒幼园l(fā)產(chǎn)生電能，可有效提升電能產(chǎn)生效率，并可廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品而無須改變用戶的習(xí)性。

當(dāng)然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)本實用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍。