JP2021513084A

JP2021513084A - 磁気ホイール装置及びその回転情報の計算方法

Info

Publication number: JP2021513084A
Application number: JP2020560520A
Authority: JP
Inventors: ユェンヂーリー
Original assignee: Hanvon Ugee Technology Co Ltd
Current assignee: Hanvon Ugee Technology Co Ltd
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2021-05-20
Also published as: EP3745239A1; EP3745239A4; WO2019144473A1; CN108152525A

Abstract

多極磁石（１）と、ＭＣＵと、複数のホール素子（２）と、タブレットに設けられたホイールとを備え、前記多極磁石（１）は前記ホイールに設けられ、前記多極磁石（１）は少なくとも極性が逆である一対の磁極を備え、前記複数のホール素子（２）の出力端はいずれもＭＣＵの入力端に接続される磁気ホイール装置及びその回転情報の計算方法である。機械ホイールとタッチホイールの代わりに、多極磁石（１）とホイールとで構成された磁気ホイール装置を用いてタブレットのデータ調整を行い、複数のホール素子（２）とＭＣＵとを協働して磁気ホイール装置の回転情報の計算と取得を実現し、機械ホイールの体積が大きい欠点を解消するとともに、タッチホイールが干渉されやすく、誤接触されやすく、生産の一致性が悪いという問題も解決されており、体積が小さく、干渉されにくく、誤接触率が低く、生産の一致性が良く、タブレット分野に広く適用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タブレットの分野に関し、特に磁気ホイール装置及びその回転情報の計算方法に関する。

タブレット市場では、ホイールが広く使用されている。ホイールは通常、連続的なデータ調整に用いられ、使用したとき、非常に便利で且つ観察しやすいものである。現在、よく使用されているホイールは主に機械ホイールとタッチホイールとを含み、機械ホイールは安定した特性を有するものの、その体積が大きく、配線基板のかなりのスペースを占める。その一方、タッチホイールは、やや薄型であるが、干渉されやすく、誤接触されやすいものであり、生産の一致性が悪い等の問題があった。

上記技術課題を解決するために、本発明は、体積が小さく、干渉されにくく、誤接触率が低く、且つ生産の一致性に優れた磁気ホイール装置及びその回転情報の計算方法を提供することを目的とする。

本発明が採用する第一の態様は以下のとおりである。
多極磁石と、ＭＣＵと、複数のホール素子と、タブレットに設けられたホイールとを備え、前記多極磁石は前記ホイールに設けられ、前記多極磁石は少なくとも、極性が逆である一対の磁極を備え、前記複数のホール素子の出力端はいずれもＭＣＵの入力端に接続される、磁気ホイール装置。

さらに、前記複数のホール素子は、いずれも多極磁石の磁界誘導空間における同一平面に位置し、前記複数のホール素子と多極磁石との間の距離は等しい。

さらに、前記複数のホール素子のうち、隣り合う２つのホール素子間の距離は、多極磁石における各磁極幅の半分未満である。

さらに、前記多極磁石の回転方向は、各前記ホール素子の位置に垂直または平行である。

さらに、前記多極磁石は、ラジアル磁石またはアキシャル磁石である。

さらに、前記複数のホール素子は、いずれもアナログ量の出力またはデジタル量の出力が可能なホールセンサを含む。

さらに、前記複数のホール素子はいずれも同一のＩＣチップに封入され、又はそれぞれ異なるＩＣチップに封入される。

本発明が採用する第二の態様は以下のとおりである。
複数のホール素子は、多極磁石の回転時に、対応する電気信号を取得してＭＣＵに送信し、前記多極磁石は少なくとも、極性が逆である一対の磁極を備え、前記複数のホール素子と多極磁石との間の距離は等しいものであり、かつ前記複数のホール素子は、いずれも多極磁石の磁界誘導空間における同一平面に位置するものであるステップと、
ＭＣＵは、複数のホール素子が取得した電気信号に基づいて判定と計算を行い、多極磁石の、位置情報と回転速度情報とを含む回転情報を取得するステップとを含む、磁気ホイール装置の回転情報の計算方法。

さらに、前記ＭＣＵが、複数のホール素子の取得した電気信号に基づいて判定と計算を行い、多極磁石の回転情報を取得するステップは、具体的に、
ＭＣＵは、複数のホール素子から任意の2つの隣り合うホール素子を選択することと、
ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の大きさに基づいて判定を行い、多極磁石の回転方向と現在位置とを特定することと、
ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の変化量に基づいて多極磁石の回転速度を計算することが含まれる。

さらに、前記ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の大きさに基づいて判定を行い、多極磁石の回転方向と現在位置とを特定するステップは、具体的に、
選択したホール素子における２つのホール素子の電気信号の大きさが等しいか否かを判定し、等しいであれば、多極磁石の現在磁極の中心が２つのホール素子の中間に位置すると判定し、そうでなければ、多極磁石が２つのホール素子のうち電気信号の大きい方のホール素子方向に回転すると判定し、その中、選択したホール素子のうちの２つのホール素子間の距離が多極磁石の各磁極幅の半分未満である。

さらに、前記ＭＣＵが選択したホール素子の電気信号の変化量に基づいて多極磁石の回転速度を計算するステップは、具体的に、
ＭＣＵは、選択したホール素子内のいずれかのホール素子の所定時間内の電気信号の変化量を取得することと、
ＭＣＵは、取得した電気信号の変化量と所定時間に基づいて多極磁石の回転速度を計算することが含まれる。

本発明の有益な効果については、本発明の磁気ホイール装置及びその回転情報の計算方法によれば、機械ホイールとタッチホイールの代わりに、多極磁石とホイールとで構成された磁気ホイール装置を用いてタブレットのデータ調整を行い、複数のホール素子とＭＣＵとを協働して磁気ホイール装置の回転情報の計算と取得を実現し、機械ホイールの体積が大きいという欠点を解消するとともに、タッチホイールが干渉されやすく、誤接触されやすく、生産の一致性が悪いという問題も解決されており、体積が小さく、干渉されにくく、誤接触率が低く、生産の一致性が良いものである。

図１は、本発明の磁気ホイール装置の全体構成を示すブロック図である。図２は、多極磁石の回転方向とホール素子の位置とが垂直である場合の第１種の構造概略図である。図３は、多極磁石の回転方向とホール素子の位置とが垂直である場合の空間構造を示す図である。図４は、多極磁石の回転方向とホール素子の位置とが垂直である場合の第２種の構造概略図である。図５は、多極磁石の回転方向とホール素子の位置とが平行である場合の第１種の構造概略図である。図６は、多極磁石の回転方向とホール素子の位置とが平行である場合の第２種の構成図である。図７は、多極磁石の回転方向とホール素子の位置とが平行である場合の空間構造の模式図である。図８は、ラジアル磁石の構成模式図である。図９は、アキシャル磁石の構成模式図である。図１０は本発明の磁気ホイール装置の回転情報を計算するための具体的な実施構造概略図である。図１１は図１０の多極磁石の回転方向とホール素子が出力する信号波形との関係図である。図１２はタブレット・グラフィックタブレットの構成模式図である。

本発明は、タブレットに運用される磁気ホイール技術を開示し、複数のホール素子を利用して、ＭＣＵとホイールに固定された多極磁石とを協働して、タブレットの連続したデータの読み書きを実現する。ホイールが回転すると、多極磁石がこれとともに回転して、変化する磁界が発生し、この変化した磁界が固定位置の複数のホール素子に作用してホール効果（ＨａｌｌＥｆｆｅｃｔ）が生じる。各ホール素子の位置が異なるため、同一時点において、各ホール素子に誘起されるホール電圧（位相、電流等）はいずれも異なる。ＭＣＵは、この現象から各ホール素子が出力する信号の差異を判定・取得し、さらに多極磁石（すなわちホイール）の回転情報を判定・計算する。

以下、明細書の図面及び具体的な実施例を参照して本発明をさらに述べて説明する。

図１を参照して、本実施例の磁気ホイール装置は、多極磁石と、ＭＣＵと、複数のホール素子と、タブレットに設けられたホイールとを備え、前記多極磁石は前記ホイールに設けられ、前記多極磁石は、少なくとも極性が逆である一対の磁極を含み、前記複数のホール素子の出力端は何れもＭＣＵの入力端に接続される。その中、複数のホール素子は、ホール素子１、ホール素子２、・・・ホール素子nを含み、nは２以上の整数である。多極磁石における磁極の対数は、１、２、３ …としてもよい。

さらに好ましい実施形態として、前記複数のホール素子は、いずれも多極磁石の磁界誘導空間における同一平面上に位置し、前記複数のホール素子と多極磁石との間の距離は等しい。

さらに好ましい実施形態として、前記複数のホール素子のうち隣り合う２つのホール素子間の距離は、多極磁石における各磁極幅の半分未満である。

本実施例では、複数のホール素子を多極磁石の磁界誘導空間内の同一平面上に設置し、ホール素子と多極磁石との間の距離が等しくなるようにし、且つ多極磁石における各磁極幅の半分未満にする。その目的は、複数のホール素子に信号の違いを持たせ、後続の回転情報を統一した規格で算出することを容易にするためである。

図２、図３、図４、図５、図６および図７を参照して、さらに好ましい実施形態として、前記多極磁石１の回転方向は、各前記ホール素子２の位置に垂直または平行である。

図２〜図７において、ホール素子２はいずれも、ホール素子２１とホール素子２２との２つのホール素子を含む。本開示のホール素子２の数は、３つ又は３つ以上であってもよいことは、当業者にとって明白である。なお、図２、図３および図４における多極磁石１の回転方向は、ホール素子２の位置と垂直な位置関係となる。図５、図６および図７における多極磁石１の回転方向は、ホール素子２の位置と水平な位置関係となる。

図８および図９を参照して、さらに好ましい実施形態として、前記多極磁石１は、ラジアル磁石またはアキシャル磁石である。図８はラジアル磁石であり、図９はアキシャル磁石であり、ユーザが適宜に選択できる。

さらに好ましい実施形態として、前記複数のホール素子はいずれも、アナログ量の出力またはデジタル量の出力が可能なホールセンサを含む。

本実施例では、ホールセンサには、リニア型ホールセンサを選択してもよく、これは、ホール素子、リニアアンプ、エミッタフォロワからなり、アナログ量を出力する。ホールセンサには、スイッチ型ホールセンサを選択してもよく、これは、レギュレータ、ホール素子、差動増幅器、シュミットトリガ、出力段からなり、デジタル量を出力する。

さらに好ましい実施形態として、前記複数のホール素子はいずれも同一のＩＣチップに封入され、又はそれぞれ異なるＩＣチップに封入される。本実施例の複数のホール素子は実際の必要により集約型封入又は分離型封入を選択することができ、非常に柔軟で便利である。

なお、本実施例の複数のホール素子は、多極磁石の直下に置かれてよく、多極磁石の非直下に置かれてもよく、複数のホール素子が磁界変化を感知できればよい。

本実施例の複数のホール素子の出力は、ＭＣＵにアクセスし、ＭＣＵにおけるプログラムによる判定と計算を経て、ホイール回転の情報（回転速度、回転方向等を含む）を出力することができる。

図１の磁気ホイール装置に対応して、本実施例はさらに、磁気ホイール装置の回転情報の計算方法を提供し、以下のステップを含む。

複数のホール素子は、多極磁石の回転時に、対応する電気信号を取得してＭＣＵに送信し、前記多極磁石は、少なくとも極性が逆である一対の磁極を含み、前記複数のホール素子と多極磁石との間の距離が等しいものであり、かつ前記複数のホール素子は、いずれも多極磁石の磁界誘導空間における同一平面上に位置することと、
ＭＣＵは、複数のホール素子が取得した電気信号に基づいて判定と計算を行い、多極磁石の、位置情報および回転速度情報を含む回転情報を取得することである。

なお、複数のホール素子が取得する電気信号は、デジタル電圧信号またはアナログ電圧信号であってもよく、ホール素子に用いられたホールセンサの種類による。

さらに好ましい実施形態として、前記ＭＣＵが、複数のホール素子が取得した電気信号に基づいて判定と計算を行い、多極磁石の回転情報を取得するステップは、具体的に、
ＭＣＵは、複数のホール素子から任意の２つの隣り合うホール素子を選択することと、
ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の大きさに基づいて判定し、多極磁石の回転方向と現在位置を特定することと、
ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の変化量に基づいて多極磁石の回転速度を計算することが含まれる。

さらに好ましい実施形態として、前記ＭＣＵが選択したホール素子の電気信号の大きさに基づいて判定し、多極磁石の回転方向と現在位置とを特定するステップは、具体的に、
選択したホール素子における２つのホール素子の電気信号の大きさが等しいか否かを判定し、等しいであれば、多極磁石の現在磁極の中心が２つのホール素子の中間に位置すると判定し、そうでなければ、多極磁石が２つのホール素子のうち電気信号の大きい方のホール素子方向に回転すると判定し、その中、選択したホール素子のうちの２つのホール素子間の距離が多極磁石の各磁極幅の半分未満である。

本実施例では、複数のホール素子を多極磁石の磁界誘導空間内の同一平面上に設置し、ホール素子と多極磁石との間の距離が等しくなるようにし、且つ多極磁石における各磁極幅の半分未満にする。その目的は、複数のホール素子に信号の違いを持たせ、後続の回転情報を統一した規格で算出することを容易にするためである。ホール素子が異なる位置に置かれるため、磁気ホイールが回転すると、いつでも信号上の差異がある。

多極磁石は連続的に回転するが、複数のホール素子は位置が固定されているため、異なる時刻においてホール素子毎に作用する磁極が異なる。よって、多極磁石における現在磁極の位置を特定する必要がある。

さらに好ましい実施形態として、前記ＭＣＵが選択したホール素子の電気信号の変化量に基づいて多極磁石の回転速度を計算するステップは、具体的に、
ＭＣＵは、選択したホール素子内のいずれかのホール素子の所定時間内の電気信号の変化量を取得することと、
ＭＣＵは、取得した電気信号の変化量と所定時間に基づいて多極磁石の回転速度を計算することが含まれる。

本発明において、複数のホール素子があるため、２つの隣り合うのホール素子から得られた信号の差の関係から、現在、その多極磁石におけるある磁石の位置を知ることができる。

具体的には、図１０に示すホール素子２１とホール素子２２の２つのホール素子、および多極磁石を例にとり、その出力する電気信号波形と回転方向との関係を図１１に示す。ホール素子２１とホール素子２２の２つのホール素子から出力される電気信号の大きさが等しい場合は、当該多極磁石における現在磁石の中心がこれら２つのホール素子の中間に位置することを意味する。ホール素子２１の出力する電気信号がホール素子２２の電気信号値よりも大きい場合は、磁気ホイールがホール素子２１の方向に回転したことがわかる。ホール素子２２の出力する電気信号がホール素子２１の電気信号値よりも大きい場合は、磁気ホイールがホール素子２２の方向に回転したことがわかる。回転方向が変わらない前提で、再びホール素子２１とホール素子２２の電気信号が等しくなると、ホール素子２１とホール素子２２の電気信号の大小関係が逆転する。ホール素子２１とホール素子２２の２つのホール素子の電気信号が絶えず変化している場合は、磁気ホイールが絶えず回転していることを意味する。単位時間内において、同一のホール素子の電気信号の変化量は磁気ホイールの回転速度に相当する。ＭＣＵは上記の論理判定原理及び単位時間内の電気信号の変化量の統計に基づいて、磁気ホイールの回転方向と相対回転速度を知ることができる。

本発明の磁気ホイール装置の効果をより良く説明するために、図１２に示すタブレット・グラフィックタブレットを取り入れた。図１２に示すように、タブレット・グラフィックタブレットは、一般的に左利きも右利きも適用できることが求められるため、ＵＳＢのケーブルの出口（つまりＵＳＢインタフェース）３は通常タブレット・グラフィックタブレットの中間にある。こうして、タブレット・グラフィックタブレットが左方向へ１８０度回転するか、右方向へ１８０度回転するかに関わらず、ＵＳＢのケーブルがいつも中間にある。従来の機械ホイールは、配線基板のかなりのスペースを占めるので、ＵＳＢインタフェース３に収納されることができない。よって、ホイールから基板の縁までの距離を増加させたり、ホイールを非中心位置（つまりＵＳＢインタフェースを図１２に示す位置以外の位置に置く）に置かなければならない。しかし、ホイールから基板の縁までの距離を増加させる分、トータルコストの増加につながる。非中心位置にホイールを置くと、使用しにくくなる。ところで、タッチホイールは、マザーボード上に多くのスペースを占めないが、そのタッチパネルが独立したＰＣＢであり、組み立てる時にマザーボードとフレキシブルフラットケーブルを介して接続する必要があるため、生産の複雑性が高く、しかもタッチ技術が干渉されやすく、誤接触されやすく、生産の一致性の問題もある。タッチホイールや機械ホイールと異なり、本発明の磁気ホイール装置は、基板上にホール素子を置くだけであるため、ＵＳＢインタフェース３を置くのに十分なスペースがあり、ホール効果を利用し、別のＰＣＢ板が要らなく、容易に構成され、体積が小さく、干渉されにくく、誤接触率が低く、生産の一致性に優れている。

以上は、本発明の好適な実施形態について具体的に説明したが、当業者にとって、本発明は、その趣旨に反しない範囲において種々の変形や置き換えが可能であり、それら均等の変形や置き換えは、いずれも本願特許請求の範囲に記載された範囲に含まれる。

Claims

多極磁石と、ＭＣＵと、複数のホール素子と、タブレットに設けられたホイールとを備え、前記多極磁石は前記ホイールに設けられ、前記多極磁石は少なくとも、極性が逆である一対の磁極を備え、前記複数のホール素子の出力端はいずれもＭＣＵの入力端に接続されることを特徴とする磁気ホイール装置。
前記複数のホール素子は、いずれも多極磁石の磁界誘導空間における同一平面に位置し、前記複数のホール素子と多極磁石との間の距離は等しいことを特徴とする請求項１に記載の磁気ホイール装置。
前記複数のホール素子のうち、隣り合う２つのホール素子間の距離は、多極磁石における各磁極幅の半分未満であることを特徴とする請求項２に記載の磁気ホイール装置。
前記多極磁石の回転方向は、各前記ホール素子の位置に垂直または平行であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ホイール装置。
前記多極磁石は、ラジアル磁石またはアキシャル磁石であることを特徴とする請求項１に記載の磁気ホイール装置。
前記複数のホール素子はいずれも同一のＩＣチップに封入され、又はそれぞれ異なるＩＣチップに封入されることを特徴とする請求項１に記載の磁気ホイール装置。
複数のホール素子は、多極磁石の回転時に、対応する電気信号を取得してＭＣＵに送信し、前記多極磁石は少なくとも、極性が逆である一対の磁極を備え、前記複数のホール素子と多極磁石との間の距離は等しいものであり、かつ前記複数のホール素子は、いずれも多極磁石の磁界誘導空間における同一平面に位置するものであるステップと、
ＭＣＵは、複数のホール素子が取得した電気信号に基づいて判定と計算を行い、多極磁石の、位置情報と回転速度情報とを含む回転情報を取得するステップとを含むことを特徴とする磁気ホイール装置の回転情報の計算方法。
前記ＭＣＵが、複数のホール素子の取得した電気信号に基づいて判定と計算を行い、多極磁石の回転情報を取得するステップは、具体的に、
ＭＣＵは、複数のホール素子から任意の２つの隣り合うホール素子を選択することと、
ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の大きさに基づいて判定を行い、多極磁石の回転方向と現在位置とを特定することと、
ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の変化量に基づいて多極磁石の回転速度を計算することが含まれることを特徴とする請求項７に記載の磁気ホイール装置の回転情報の計算方法。
前記ＭＣＵは、選択したホール素子の電気信号の大きさに基づいて判定を行い、多極磁石の回転方向と現在位置とを特定するステップは、具体的に、
選択したホール素子における２つのホール素子の電気信号の大きさが等しいか否かを判定し、等しいであれば、多極磁石の現在磁極の中心が２つのホール素子の中間に位置すると判定し、そうでなければ、多極磁石が２つのホール素子のうち電気信号の大きい方のホール素子方向に回転すると判定し、その中、選択したホール素子のうちの２つのホール素子間の距離が多極磁石の各磁極幅の半分未満であることを特徴とする請求項８に記載の磁気ホイール装置の回転情報の計算方法。
前記ＭＣＵが選択したホール素子の電気信号の変化量に基づいて多極磁石の回転速度を計算するステップは、具体的に、
ＭＣＵは、選択したホール素子内のいずれかのホール素子の所定時間内の電気信号の変化量を取得することと、
ＭＣＵは、取得した電気信号の変化量と所定時間に基づいて多極磁石の回転速度を計算することが含まれることを特徴とする請求項８に記載の磁気ホイール装置の回転情報の計算方法。