TWI420788B - 振動式電磁發電機 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種發電機，且特別是有關於一種振動式電磁發電機。
隨著電子產品功能愈來愈多樣化，電子產品所需之電能亦相對地增加，因此各式各樣能夠提供電能的發電裝置亦陸續被發展出來，其中之一的發電裝置即為電磁發電機。所述電磁發電機能夠利用半導體或微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技術來製造，因此具備了小型化的特性，極能符合目前電子產品的供電需求。
有鑑於此，本發明提供一種振動式電磁發電機。
依據上述之目的，本發明提供一種振動式電磁發電機包含基板、金屬導線以及磁性件。基板包含振臂件以及設置在此振臂件的開口；金屬導線配置在基板而繞經此開口，所述金屬導線具有第一電極端與第二電極端；磁性件配置在開口；其中，當振臂件接受外力時，金屬導線利用振臂件之振動而與磁性件感應一電能並利用第一電極端與第二電極端輸出此電能。
依據上述之目的，本發明亦提供一種振動式電磁發電機包含第一基板、第二基板、第一金屬導線、第二金屬導線以及磁性件。第一基板包含第一振臂件以及設置在此第一振臂件的第一開口；第二基板設於第一基板上，所述第二基板包含第二振臂件以及設置在此第二振臂件的第二開口；第一金屬導線配置在第一基板而繞經此第一開口，所述第一金屬導線具有第一電極端與第二電極端；第二金屬導線配置在第二基板而繞經此第二開口，所述第二金屬導線具有第三電極端與第四電極端，第三電極端電性連接至第二電極端；磁性件配置在第一開口與第二開口；其中，當第一、第二振臂件之結合體接受外力時，第一、第二金屬導線利用該第一、第二振臂件之振動而與磁性件感應一電能並利用第一電極端與第四電極端輸出此電能。
運用本發明之特點在於：將金屬導線配置在基板而繞經開口，因此當振臂件接受外力時，金屬導線利用振臂件之振動而與磁性件感應出電能並利用電極端輸出此電能；另外，基板能夠設置成多層型態，且於每一層基板之振臂件的開口能夠配置磁性件，以使每一層基板之振臂件接受外力時，每一層基板之金屬導線利用振臂件之振動與磁性件感應出電能，其感應電壓為各層電壓之總和。最後，利用電極端輸出此電能。
為讓本發明之上述目的、特徵和特點能更明顯易懂，茲配合圖式將本發明相關實施例詳細說明如下。
請參閱圖1A與圖1B，圖1A為本發明一實施例振動式電磁發電機的分解圖；圖1B為圖1A之磁性件配置在開
口的組合圖。如圖1A與圖1B所示，振動式電磁發電機1包含基板10、金屬導線11以及磁性件12。
基板10包含振臂件101以及設置在振臂件101的開口102。其中振臂件101具有可撓性，且振臂件101更配置有配重單元103，以增加振臂件101接受一外力時的振動重量。所述配重單元103的重量能夠依振臂件101的實際振動需求(例如振臂件101的振動頻率)而設計；另外，基板10更包含一空間104以供振臂件101接受此外力時於此空間104內振動。
金屬導線11配置在基板10的振臂件101上而繞經開口102。所述金屬導線11具有設置於該基板10上的第一電極端111與第二電極端112，其能夠視為振動式電磁發電機1的金屬線圈。金屬導線11的材質能夠由銅、金或銀等金屬實現，但並非限定於此。
磁性件12配置在開口102而位於基板10內，磁性件12於實際運用時能夠以磁鐵來實現。
其中，所述振動式電磁發電機1能夠利用下列方法來製作：例如燒結製程技術、雷射(Laser)加工技術、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)製程技術、多層陶瓷電容(Multilayer ceramic capacitor,MLCC)製程、半導體積體電路(Integrated circuits)製程、低溫共燒陶瓷(Low temperature co-fire ceramic,LTCC)製程技術或軟性印刷電路板(Flexible printed circuit,FPC)製程等，如此以滿足微型化的需求，進而使得振動式電磁發電機1能夠運用於各種精密的電子產品。
請同時參閱圖1C，圖1C為圖1B振動式電磁發電機提供電能至負載的示意圖。
如圖1C所示，金屬導線11的第一電極端111與第二電極端112能夠電性連接至一負載13，因此當使用者欲利用振動式電磁發電機1發出電能至負載13時，使用者能夠施加一外力於振動式電磁發電機1，當振臂件101接受外力F時，振臂件101便能夠於空間104中振動，並利用配重單元103具有配重的關係，以增加振臂件101的振動重量，金屬導線11利用振臂件101之振動(如圖1C中以箭頭表示上、下振動的方向)而與磁性件12感應一電能(亦即此電能是利用金屬導線11與磁性件12之間的相對運動原理所產生)，之後金屬導線11利用第一電極端111與第二電極端112輸出此電能至負載13以供負載13使用。
請參閱圖2A，圖2A為本發明另一實施例振動式電磁發電機的立體圖。
如圖2A所示，此之實施例振動式電磁發電機2包含基板20、金屬導線21以及磁性件22。與上一實施例的差異在於：此實施例振動式電磁發電機2的振臂件201設置有多個開口202，並於基板20以及每一開口202設置磁性件22，利用多個磁性件22便能夠增加振動式電磁發電機2的感應磁場強度以提升金屬導線21所感應的電能強度。其中每一磁性件22以具有相對磁極(S極與N極)的磁鐵來實現，且每一磁性件22以SN、NS或NS、SN相對應的磁極關係依序排列在開口202內。另外，基板20包含空間204以供振臂件201接受外力時於此空間204內振動。
請同時參閱圖2B，圖2B為圖2A振動式電磁發電機提供電能至負載的示意圖。
如圖2B所示，金屬導線21的第一電極端211與第二電極端212能夠電性連接至一負載23，因此當使用者欲利用振動式電磁發電機2發出電能至負載23時，使用者能夠施加一外力於振動式電磁發電機2，當振臂件201接受外力F時，振臂件201便能夠於空間204中振動，並利用配重單元203具有配重的關係，以增加振臂件201的振動重量，金屬導線21利用振臂件201之振動(如圖2B中以箭頭表示上、下振動的方向)而與磁性件22感應一電能(亦即此電能是利用金屬導線21與磁性件22之間的相對運動原理所產生)，之後金屬導線21利用第一電極端211與第二電極端212輸出此電能至負載23以供負載23使用。
請參閱圖3A，圖3A為本發明另一實施例振動式電磁發電機的分解圖。如圖3A所示，振動式電磁發電機3包含第一基板31、第二基板32、第一金屬導線33、第二金屬導線34以及磁性件35。
第一基板31包含第一振臂件311以及設置在第一振臂件311的第一開口312。其中第一振臂件311具有可撓性，且第一振臂件311更配置有第一配重單元313，以增加第一振臂件311接受一外力時的振動重量。所述第一配重單元313的重量能夠依第一振臂件311的實際振動需求(例如第一振臂件311的振動頻率)而設計；另外，第一基板31更包含一第一空間314以供第一振臂件311接受此外力時於此第一空間314內振動。
第二基板32設於第一基板31的正上方。第二基板32包含第二振臂件321以及設置在第二振臂件321的第二開口322。其中第二振臂件321具有可撓性，且第二振臂件321更配置有第二配重單元323，以增加第二振臂件321接受一外力時的振動重量。所述第二配重單元323的重量能夠依第二振臂件321的實際振動需求(例如第二振臂件321的振動頻率)而設計；另外，第二基板32更包含一第二空間324以供第二振臂件321接受此外力時於此第二空間324內振動；另外，第二基板32更包含一導電通孔325。
第一金屬導線33配置在第一基板31而繞經第一開口312。所述第一金屬導線33具有第一電極端331與第二電極端332，第一金屬導線33視為振動式電磁發電機3的金屬線圈。第一金屬導線33的材質能夠由銅、金或銀等金屬實現，但並非限定於此。
第二金屬導線34配置在第二基板32而繞經第二開口322。所述第二金屬導線34具有第三電極端341與第四電極端342，亦視為振動式電磁發電機3的金屬線圈。其中，第三電極端341電性連接至第二電極端332，例如，第三電極端341利用導電通孔325電性連接至第二電極端332；另外，第二金屬導線34的材質能夠由銅、金或銀等金屬實現，但並非限定於此。
磁性件35配置在相對應的第一開口312與第二開口322內，磁性件35於實際運用時能夠以磁鐵來實現。
其中，因第一振臂件311與第二振臂件321之結合體於接受一外力時為同步振動，故於各層之配置完成後將第一基板31與第二基板32結合。
上述振動式電磁發電機3能夠利用下列方法來製作：例如燒結製程技術、雷射(Laser)加工技術、微機電系統(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)製程技術、多層陶瓷電容(Multilayer ceramic capacitor,MLCC)製程、半導體積體電路(Integrated circuits)製程、低溫共燒陶瓷(Low temperature co-fire ceramic,LTCC)製程技術或軟性印刷電路板(Flexible printed circuit,FPC)製程等，如此以滿足微型化的需求，進而使得振動式電磁發電機3能夠運用於各種精密的電子產品。
圖3B為圖3A振動式電磁發電機提供電能至負載的示意圖。如圖3A與圖3B所示，第一電極端331與第四電極端342電性連接至一負載36，因此當使用者欲利用振動式電磁發電機3發出電能至負載36時，使用者施加一外力於振動式電磁發電機3，當第一振臂件311與第二振臂件321之結合體接受一外力F時，第一振臂件311與第二振臂件321之結合體便能夠於第一空間314或第二空間324內振動，並分別利用第一配重單元313與第二配重單元323具有配重的關係，以增加第一振臂件311與第二振臂件321結合體的振動重量，使得第一金屬導線33與第二金屬導線34利用第一振臂件311與第二振臂件321結合體之振動(如圖3B中以箭頭表示上、下振動的方向)而與磁性件35感應一電能，並利用第一電極端331與第四電極端342輸出此電能至負載36以供負載36使用。
由此可知，利用多層的基板結構，能夠增加振動式電磁發電機3的感應導體電路密集度以提升振動式電磁發電機3的整體發電效率，亦即振動式電磁發電機3能夠提供更多的電能供負載36使用。
其中，應說明的是，所述多層的基板結構並非限定於上述之第一基板31與第二基板32，於二層以上之基板皆適用，以提升振動式電磁發電機3的整體發電效率。
圖4為本發明另一實施例振動式電磁發電機的立體圖。如圖4所示，此實施例振動式電磁發電機4包含第一基板41、第二基板42、第一金屬導線、第二金屬導線44以及磁性件45。與上一實施例的差異在於：此實施例振動式電磁發電機4的第一振臂件與第二振臂件421之結合體分別設置有多個相對應的第一開口與第二開口422，並於第一基板41與第二基板42以及每一第一開口與每一第二開口422設置磁性件45。利用多個磁性件45便能夠增加振動式電磁發電機4的感應磁場強度以提升第一金屬導線與第二金屬導線44所感應的電能強度。其中每一磁性件45以具有相對磁極(S極與N極)的磁鐵來實現，且每一磁性件45以SN、NS或NS、SN相對應的磁極關依序排列在相對應的第一開口與每一第二開口422內。為了簡明起見，第一基板41的第一金屬導線與第一振臂件由於視角的關係，於圖4中未顯示，此部份請參考圖3A的第一基板即可。
第一電極端431與第四電極端442能夠電性連接至一負載46，因此當使用者欲利用振動式電磁發電機4發出電能至負載46時，使用者能夠施加一外力於振動式電磁發電機4，當第一振臂件與第二振臂件421之結合體接受外力時，第一振臂件與第二振臂件421之結合體便能夠於第一空間或第二空間424內振動，並分別利用第一配重單元與第二配重單元423具有配重的關係，以增加第一振臂件與第二振臂件421之結合體的振動重量，使得第一金屬導線與第二金屬導線44利用第一振臂件與第二振臂件421之結合體的振動而與磁性件45感應一電能，之後利用第一電極端431與第四電極端442輸出此電能至負載46以供負載46使用。
由此可知，振動式電磁發電機4除了具有多層基板提升整體發電效率外，同時利用多個磁性件45更能夠增加振動式電磁發電機4的感應磁場強度以提升第一金屬導線與第二金屬導線44所感應的電能強度，進而提高振動式電磁發電機4之輸出電功率與電功率密度。
承上述，本發明所提供之振動式電磁發電機具有下列之特點：
1.將金屬導線配置在基板而繞經開口，因此當振臂件接受外力時，金屬導線利用振臂件之振動而與磁性件感應出電能並利用電極端輸出此電能以供負載使用。
2.基板能夠設置成多層型態，且於每一層基板之振臂件的開口能夠配置磁性件，以使每一層基板之振臂件接受外力時，每一層基板之金屬導線利用振臂件之振動與磁性件感應出電能，其感應電壓為各層電壓之總和，並利用電極端輸出此電能以供負載使用。
3.振動式電磁發電機除了能夠設置多層基板提升整體發電效率外，同時利用多個磁性件更能夠增加振動式電磁發電機的感應磁場強度以提升每一層基板之金屬導線所感應的電能強度，進而提高振動式電磁發電機之輸出電功率與電功率密度。
4.振動式電磁發電機能夠利用例如燒結製程技術、雷射加工技術、微機電系統製程技術、多層陶瓷電容製程、半導體積體電路製程、低溫共燒陶瓷製程技術或軟性印刷電路板製程來製造，如此以滿足微型化的需求，進而使得振動式電磁發電機能夠運用於各種精密的電子產品。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
1，2，3，4．．．振動式電磁發電機
10，20．．．基板
101，201．．．振臂件
102，202．．．開口
103，203．．．配重單元
104，204．．．空間
11，21．．．金屬導線
111，211，331，431．．．第一電極端
112，212，332．．．第二電極端
12，22，35，45．．．磁性件
13，23，36，46．．．負載
31，41‧‧‧第一基板
311‧‧‧第一振臂件
312‧‧‧第一開口
313‧‧‧第一配重單元
314‧‧‧第一空間
32，42‧‧‧第二基板
321，421‧‧‧第二振臂件
322，422‧‧‧第二開口
323，423‧‧‧第二配重單元
324，424‧‧‧第二空間
325‧‧‧導電通孔
33‧‧‧第一金屬導線
34，44‧‧‧第二金屬導線
341‧‧‧第三電極端
342，442‧‧‧第四電極端
F‧‧‧外力
圖1A為本發明一實施例振動式電磁發電機的分解圖；
圖1B為圖1A之磁性件配置在開口的組合圖；
圖1C為圖1B振動式電磁發電機提供電能至負載的示意圖；
圖2A為本發明另一實施例振動式電磁發電機的立體圖；
圖2B為圖2A振動式電磁發電機提供電能至負載的示意圖；
圖3A為本發明另一實施例振動式電磁發電機的分解圖；
圖3B為圖3A振動式電磁發電機提供電能至負載的示意圖；以及
圖4為本發明另一實施例振動式電磁發電機的立體圖。
4．．．振動式電磁發電機
41．．．第一基板
42．．．第二基板
421．．．第二振臂件
422．．．第二開口
423．．．第二配重單元
424．．．第二空間
431．．．第一電極端
44．．．第二金屬導線
442．．．第四電極端
45．．．磁性件
46．．．負載
Claims (13)
- 一種振動式電磁發電機，包含：一基板，包含一振臂件以及設置在該振臂件的一開口；一金屬導線，配置在該基板的該振臂件上而繞經該開口，該金屬導線具有設置於該基板上的一第一電極端與一第二電極端；以及一磁性件，配置在該開口；其中，當該振臂件接受一外力時，該金屬導線利用該振臂件之振動而與該磁性件感應一電能並利用該第一電極端與該第二電極端輸出該電能。
- 如申請專利範圍第1項所述之振動式電磁發電機，其中該振臂件更配置一配重單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之振動式電磁發電機，其中該振臂件具有可撓性。
- 如申請專利範圍第1項所述之振動式電磁發電機，其中該基板更包含一空間以供該振臂件接受該外力時振動。
- 如申請專利範圍第1項所述之振動式電磁發電機，其中該磁性件為一磁鐵。
- 如申請專利範圍第1項所述之振動式電磁發電機，其中該第一電極端與該第二電極端更電性連接至一負載以輸出該電能至該負載。
- 一種振動式電磁發電機，包含：一第一基板，包含一第一振臂件以及設置在該第一振臂件的一第一開口；一第二基板，設於該第一基板上，該第二基板包含一第二振臂件以及設置在該第二振臂件的一第二開口；一第一金屬導線，配置在該第一基板而繞經該第一開口，該第一金屬導線具有一第一電極端與一第二電極端；一第二金屬導線，配置在該第二基板而繞經該第二開口，該第二金屬導線具有一第三電極端與一第四電極端，該第三電極端電性連接至該第二電極端；以及一磁性件，配置在該第一開口與該第二開口；其中，當該第一與該第二振臂件之結合體接受一外力時，該第一與該第二金屬導線利用該第一與該第二振臂件結合體之振動而與該磁性件感應一電能並利用該第一電極端與該第四電極端輸出該電能。
- 如申請專利範圍第7項所述之振動式電磁發電機，其中該第一與該第二振臂件更配置一配重單元。
- 如申請專利範圍第7項所述之振動式電磁發電機，其中該第一與該第二振臂件具有可撓性。
- 如申請專利範圍第7項所述之振動式電磁發電機，其中該第一與該第二基板更包含一空間以供該第一與該第二振臂件之結合體接受該外力時振動。
- 如申請專利範圍第7項所述之振動式電磁發電機，其中該磁性件為一磁鐵。
- 如申請專利範圍第7項所述之振動式電磁發電機，其中該第一電極端與該第四電極端更電性連接至一負載以輸出該電能至該負載。
- 如申請專利範圍第7項所述之振動式電磁發電機，其中該第二基板更包含一導電通孔，該第三電極端利用該導電通孔電性連接至該第二電極端。
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