CN104113097A - 充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充电装置，应用在电磁式位置指针、电容式位置指针、手标系统的指扣等设备的充电，通过配置多个可配置软电极，实现了平面接触充电，充电过程方便快捷。

Description

充电装置

技术领域：

本发明涉及一种充电装置，应用在电磁式位置指针、电容式位置指针、手标系统的指扣等设备的充电，也可以用在其他电子设备上，特别是微功耗设备上。现有的电磁式位置指针系统又包括点读机、数位板、手写平板电脑、电子白板等。

背景技术：

现有的数位板系统，分为无线无源、无线有源系统，无线无源是指电磁笔上没有连线、笔内没有电池，无线有源是指电磁笔上没有连线、笔内有电池。他们各有特点无线有源系统检测系统简单、功耗低、成本低，但需要更换电池，并且不容易小型化、轻型化；无线有源系统检测系统复杂、功耗高、成本高，笔中没有电池可以轻型化、小型化。为了兼顾这两方面的优点专利号为200420003999.7标题为“一种为微功耗电子设备提供电能的装置”的实用新型、专利号为200610167004.4标题为“位置输入装置以及计算机系统”的发明，提出了无线充电的方案，使用磁耦合方式传输电能给设备充电。

鉴于磁耦合的能量传输效率不高，而且笔要插入指定耦合孔内，要较大的耦合座，对于像平板电脑、蓝牙数位板这样的需要低功耗待机的便携设备无论是从功耗、还是体积上都需要进一步改进现有系统。

另外一些微功耗设备也有同样的问题，比如专利号为201210105438.7标题为“位置指示器”的发明的笔也使用电池或者使用磁耦合供电；如果使用本发明同样可以起到本发明的有益效果。

发明内容：

本发明的目的在于实现一种充电装置，实现电子设备的碰触充电；

提供平面充电装置；

减小系统体积、重量；

提升用户体验；

降低系统成本；

比较随意的接触充电；

支持多个设备同时充电；

提高电能传输效率；

建立数据传输链路。

为了达到上述目的实现本发明提出以下方案，

技术方案1的发明为一种充电装置，包括供电适配器、受电适配器，其特征在于：包括动适配端子；包括至少一个定适配端子；所述适配端子包括至少两个电极；所述动适配端子包括至少三个极性可配置电极。

技术方案2的发明为根据技术方案1所述的充电装置，其特征在于：所述适配端子中至少有一个适配端子是软性适配端子。这样为适配端子不同角度的良好接触提供可能。

技术方案3的发明为根据技术方案2所述的充电装置，其特征在于：所述软性适配端子的触点的材料是导电橡胶。导电橡胶优选的软性端子材料。

技术方案4的发明为根据技术方案3所述的充电装置，其特征在于：所述导电橡胶配置成多个截面为矩形的柱体；所述多个柱体组成的截面成网状。是优选的制作工艺形成的结构。

技术方案5的发明为根据技术方案1所述的充电装置，其特征在于：所述动适配端子配置在供电适配器上；所述受电适配器的定适配端子中的至少一个电极连接有整流器件。整流器件使定端子的电极的正负可以鉴别。

技术方案6的发明为根据技术方案5所述的充电装置，其特征在于：所述受电适配器包括超级电容。与化学能电池比减小的体积，提高充电速度，延长了使用寿命。

技术方案7的发明为根据技术方案5所述的充电装置，其特征在于：所述定适配端子的极性可配置电极连接有选择开关；所述供电适配器包括电压检测装置。

技术方案8的发明为根据技术方案2、技术方案5所述的充电装置，其特征在于：所述供电端子配置在面板上。使整个系统的使用方便、快捷、用户体验佳。

技术方案9的发明为根据技术方案2、技术方案5所述的充电装置，其特征在于：所述受电端子配置在笔形装置的顶部。是优选的配置位置。

技术方案10的发明为根据技术方案2、技术方案5、技术方案9所述的充电装置，其特征在于：所述供电端子配置在筒状结构底部；所述笔形装置倒置于所述筒中。

技术方案11的发明为根据技术方案1所述的充电装置，其特征在于：所述定端子电极之间的最小距离大于所述极性可配置电极最大外径；所述定端子电极最小外径大于所述极性可配置电极之间的最大距离。是优选配置保证了在任意位置、任意角度的接触都不会使定端子电极之间被动端子电极短路，保证了每个定端子电极必有不同的动端子电极与其连接。

透过上面的技术方案，可以看到可以实现本发明的目的。

为了更准确的理解本发明，对本说明书中的名词解释如下：

电磁式位置指针是指，至少包括一个待检线圈的使用电磁耦合原理检测其位置的目标装置。如果没有特别说明本发明中简称位置指针或者指针。也称电磁笔。

供电适配器，包括控制电路，供电适配端子，为受电适配器提供电能。

受电适配器，包括控制电路，受电适配端子，为接受来自供电适配器的电能。

供电适配端子，供电适配器的向外供电的电气接口；简称供电端子。

受电适配端子，受电适配器的接受外部供电的电气接口；简称受电端子。

电极，端子上用来建立电气连接的电气上连接在一起的供电或者受电导体。

触点，电极的一部分，位于电极与电极的结合位置。一个电极包括一个或者多个触点。

动适配端子，动不是指移动，是指在充电期间端子上的电极是极性可配置，简称动端子。

定适配端子，动不是指固定位置，是指在充电期间端子上的电极是极性不可配置，简称定端子。

超级电容，容量较大电容，可以为电子设备长时间的提供电源，充放电特性和普通电容基本相同。

附图说明：

图1本发明的供电适配器平面配置示意图

图2本发明的供电适配器配置在笔筒底部示意图

图3电磁笔简单系统电路示意图

图4电磁笔复杂系统电路示意图

图5供电适配器电路原理示意图

图6导电橡胶触点层与动连接端子电路板装配示意图

图7定连接端子的结构示意图

图8定连接端子的金属件正面结构示意图

图9定连接端子的金属件反面结构示意图

图10充电控制流程图

图中标号列表

1：电磁笔

11：定端子、受电端子

111：电极

1111：正电极触点片

1112：负电极触点片

2：供电适配器

21：动端子、供电端子

211：导电橡胶触点层

2111：导电橡胶触点

212：线路板

2121：电极

22：usb线

D1：二极管

C1：超级电容器

L1：待检线圈

P+：定端子正极

P-：定端子负极

S1-S36：选择开关

P1-P18：动端子电极

具体实施方式：

下面使用本发明的实施例说明系统原理、实现方法。

如图1所示供电适配器平面配置示意图，其配置在操作平面上，操作平面可以是平板电脑、数位板、lcd屏数位板一体机等，使用时将笔倒转，将笔的顶端的受电端子按压供电端子，由于供电端子或者受电端子是软性的所以有较大的紧配合接触面，供电适配器识别受电电极，将电能传输到选定的受电电极，受电电极将电能输送给超级电容，供电适配器检测受电适配器的充电电压，并将数据提供给系统并显示电池充电状态，当检测到电源充满时，将笔抬起即可使用，充电过程可以配置成10秒以内，优选配置充电过程可以达到1秒以内，一碰即充满。与现有的电磁耦合方案比速度要快很多，并且其只占用一些面板面积，没有突出部分，使用时也不必要插入孔中。

如图2所示供电适配器配置在笔筒底部示意图，比较适合固定办公场所，笔筒通过usb与主机相连，pc机为其提供电源，笔在不使用时倒置在笔筒中，两个充电端子和受电端子接触，开始充电直到充满，并且可以多个笔放入一笔筒中同时充电，相比现有的使用电磁耦合方案的无线充电要插入指定的笔孔要自由的多。此方案中笔中的电源使用充电电池(锂电池、镍氢电池)也是较优方案。使用连线usb与pc机相连。

如图3所示电磁笔简单系统电路示意图，正电极配置一个二极管，二极管连接到超级电容，超级电容给振荡电路供电，振荡电路中包括一个开放电感发射电磁感应信号供位置检测装置检测位置。图3中的振荡电路是功能执行电路，用在电磁式数位板系统中，当使用其他系统时，可以将其替换成对应形式。

如图4所示电磁笔复杂系统电路示意图，与图3相比增加了电压检测电路、电平转换、逻辑电路。在使用时，逻辑电路可以记录来自电压检测电路的输出值，通过改变谐振电路的幅值、频率、相位调制数字信号，将其发送给系统主机，进而将信息提供给使用者；在充电时，供电适配器通过端子形成的电气连线通过电平转换与电磁笔通信，读取其身份信息，读取电池电压值，控制其停止发送电磁感应信号，控制其休眠等；供电适配器与电磁笔的通信协议优选1-ware协议。图4中的振荡电路是功能执行电路，用在电磁式数位板系统中，当使用其他系统时，可以将其替换成对应形式。

如图5所示供电适配器电路原理示意图，动适配端子配置在供电适配器上，与其相连的选择开关可以为继电器、三极管、可控硅、模拟开关等，可配置电源的可以输出不同输出阻抗、不同输出电压的电源，电压检测检测检测电极的电压，限流保护电路保护模拟开关、触点等相关电路不被意外损坏。

图5中各电路部分详细描述如下：

逻辑电路可以是cpu、asic、fpga等时序控制电路，完成对其他相关电路的控制，负责与主机通信，报告充电器本身的状态、电磁笔的状态等信息，还负责主机与电磁笔之间的信息交换。

可配置电源，可以提供以下不同特性的电源，Vs1：输出阻抗10k欧、电源电压＞笔中电池电压+整流电路的电压成；Vs2：输出阻抗10k欧、电源电压＜笔中电池电压+整流电路的电压；Vs3：输出阻抗＜10欧、电源电压＞笔中电池电压+整流电路的电压。Vs1用于在充电器空闲时判断是否有笔的受端子接触供电端子，Vs2用来产生信息通讯的高电平，Vs3提供充电能量。其中优选电压Vs1＝5V、Vs2＝3.0V、Vs3＝5V。如果输入电压小于最大输出电压，电源电路中配置升压电路。如果系统提供的瞬间电流小于最大提供电流，应该增加迅速放电储能电路，比如超级电容，在空闲时充电，在有设备需要充电时放电。

限流器，将电流限制在指定阈值以下，防止有电极有短路的情况下造成电路伤害。其中优选阈值500mA。

电压检测，检测供电电极上的电压，结合电源的输出阻抗可以判断是否有受电电极接入，并判断电极的正负，还能识别供电电极之间是否短路。

选择开关，由于选择开关只有单向电流流过，所以图5中的S1-S36既可以是双向的继电器、模拟开关也可以是单向的三级管、mosfet等晶体管，优选使用三级管作为选择开关，更进一步将三级管与其选择逻辑控制电路集成在一起形成IC；优选使用mosfet作为选择开关，更进一步将mosfet与其选择逻辑控制电路集成在一起形成IC；优先使用模拟开关作为选择开关，更进一步将模拟开关与其选择逻辑控制电路集成在一起形成IC。

主机可以是数位板的cpu或者是pc机。另外当主机是功能板时，逻辑电路可以集成到主机中。

图6是导电橡胶触点层与动连接端子电路板装配示意图，由于触点太多为了表达清楚图6中只取了端子中的一部分，线路板的焊盘与图5中的S1-S36等选择开关相连，为了表达清楚图6中软性端子与电路板分开了，实际使用时紧密压在一起，导电橡胶触点贯穿软性端子与线路板的电极连在一起。导电橡胶触点配置成每个触点与其相邻的触点距离相同为2mm，触点为正方形边长为0.5mm；其制备方法是，准备导电橡胶片、绝缘橡胶片，设在x、y、z空间操作，导电橡胶片(0.5mm厚)、绝缘橡胶片(1.5mm厚)z法向叠层-粘接-x法向切片成为斑马片(0.5mm厚)，方向不动将斑马片中间增加绝缘橡胶片(1.3mm厚)x法向叠层-粘接-y法向切片成为网格片(211的母片)，将网格片切割成需要的形状形成导电橡胶触点层(211)。

图7是定端子的结构示意图，其有图8、图9所示金属电极和塑料骨架组成，使用时将其焊接在电路板上，分别与图3或者图4中的P+、P-相连。正电极与负电极的表面上最小距离为1mm大于导电橡胶触点的对角长度，防止导电橡胶触点将正电极和负电极连接在一起；正电极负电极都有局部的触点片，每个触点片的最小边距为2.5mm，保证了每个触点片至少有一个导电橡胶触点与其接触；整个定端子成球冠形，保证了笔在大的角度范围内都可操作。

图10是控制流程，单笔、多个笔充电的过程，其中判断是否是有笔接触的条件是，找到一个电极对接入Vs1，正向电压小于设定阈值，反向断路；判断是否充满的条件是，选定电极对接入Vs1时的电压差达到设定阈值；判断是否短路的条件是，电极对接入Vs1，电极对之间的电压小于D1的导通电压；判断是否断路的条件是，电极对接Vs1，电极对之间的电压接近Vs1；给多个笔充电的策略是充满一个再充下一个直到全部充满。笔与充电适配器的通讯，当充满电后进行，高电平是Vs2低电平是gnd。

电极扫描方式如下：先选择一个电极接地，然后将所有的其他当前位置笔可能接触到的电极按顺序依次接Vs1，如果检测到小于指定阈值的电阻，然后将当前的电极正负颠倒(当前接地电极接Vs1，当前接Vs1电极接地)，判断是否断路，是则找到了待充电笔，进入充电状态，否则是短路，跳过；充电完成后继续按照原来的扫描位置、状态扫描；如果检测不到小于指定阈值的电阻，则选择下一电极接地，重复扫描动作，如所有电极的都扫描过后还是检测不到小于指定阈值的电阻则没有笔接入，重新扫描。

上面的方案中可替换配置有，笔的电极触点使用导电橡胶，动端子触点使用金属；笔的电极触点、动端子触点都是用导电橡胶；供电端子使用定端子、受电端子使用动端子；二极管反向配置在负电极；正电极形状交换配置；电极触点配置成其他形状；电极触点配置成其他相对位置；改变电极数量；配置更小的电极触点减小接触力度；配置更大的电极触点减少电极数量等。

注：说明书记载的具体实施方式，是优选的实施方案，其可以整体上说明发明的目的、手段和效果，并不是发明实例穷举。

Claims (11)

1.一种充电装置，包括供电适配器、受电适配器，其特征在于：

包括动适配端子；

包括至少一个定适配端子；

所述适配端子包括至少两个电极；

所述动适配端子包括至少三个极性可配置电极。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：

所述适配端子中至少有一个适配端子是软性适配端子。

3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于：

所述软性适配端子的触点的材料是导电橡胶。

4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于：

所述导电橡胶配置成多个截面为矩形的柱体；

所述多个柱体组成的截面成网状。

5.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：

所述动适配端子配置在供电适配器上；

所述受电适配器的定适配端子中的至少一个电极连接有整流器件。

6.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于：

所述受电适配器包括超级电容。

7.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于：

所述定适配端子的极性可配置电极连接有选择开关；

所述供电适配器包括电压检测装置。

8.根据权利要求2、权利要求5所述的充电装置，其特征在于：

所述供电端子配置在面板上。

9.根据权利要求2、权利要求5所述的充电装置，其特征在于：

所述受电端子配置在笔形装置的顶部。

10.根据权利要求2、权利要求5、权利要求9所述的充电装置，其特征在于：

所述供电端子配置在筒状结构底部；

所述笔形装置倒置于所述筒中。

11.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：

所述定端子电极之间的最小距离大于所述极性可配置电极最大外径；

所述定端子电极最小外径大于所述极性可配置电极之间的最大距离。