TW201523536A

TW201523536A - 用於電子物品監視之單匝磁力驅動迴路

Info

Publication number: TW201523536A
Application number: TW103126483A
Authority: TW
Inventors: Ronald David Jesme; Dean Michael Dowdle
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2015-06-16
Also published as: WO2015017558A1; EP3028264A1; US20150035716A1; US9424724B2

Abstract

本發明揭示一種單匝迴路電子物品監視(EAS)閘。該閘包含：一封閉磁心；一多匝一次繞組，其捲繞於該磁心；以及一二次迴路，其通過該磁心一次。該二次迴路係一自支撐單匝迴路，且該二次迴路係一傳輸迴路，其產生用於該物品偵測閘系統的一驅動磁場。

Description

用於電子物品監視之單匝磁力驅動迴路

本發明係關於電子物品監視(EAS)系統，且更具體而言，係關於具有自支撐(self-supporting)單匝傳輸迴路之EAS系統。

EAS系統可用於防止自商店或零售環境未經授權地取走商品，以及防止未先登記借閱情況下從圖書館取走書籍或其他的出借媒體。EAS系統通常包含偵測系統，偵測系統通常由兩個側閘製成，每個人必須從兩個側閘之間通過才能離開商店或圖書館。上述側閘產生一電磁場，用於激發一來自附於商品、書或媒體的防盜標籤(security tag)的回應。在EAS系統中運用有各式各樣的標籤，包含磁力(magnetomechanical)(亦稱為聲磁式)標籤、射頻辨識(RFID)標籤以及磁性(亦稱為磁諧波)標籤。

EAS系統面臨了各種難處，包含：供應出產生足以完全覆蓋兩個閘之間區域之驅動磁場的閘；在設計或置放標籤上，使標籤不易被屏蔽於EAS閘所產生的驅動磁場；以及供應出具成本效益的EAS閘和標籤，使其成本與所用於追蹤之商品或媒體的價值成比例。

本發明提供適用於EAS閘的優質解決方案，其中傳輸迴路係由單匝迴路所製成。此構造提供優於現有EAS閘的數項優點。舉例而言，單匝迴路構造提供一輕量型解決方案，允許閘更容易被支撐。上述的單匝迴路構造由於材料及勞力成本皆較低，因此可有比現有EAS閘更低成本的製造選擇。一更簡單的構造亦可使閘故障的可能性降低。本發明亦允許EAS閘的構造不需要一模製外型，從而提供更窄的閘以改善美觀。

在一實施例中，本發明提供一種單匝迴路電子物品監視閘。該閘包含：一封閉磁心；一多匝一次繞組，其捲繞於該磁心；以及一二次迴路，其通過該磁心一次。該二次迴路係一自支撐單匝迴路，且該二次迴路係一傳輸迴路，其產生用於該閘的一驅動磁場。

在另一實施例中，本發明提供一種電子物品監視系統。該電子物品監視系統包含一閘，該閘包含一接收線圈及一傳輸迴路。該傳輸迴路係一鋼性迴路，其形成一變壓器的一二次迴路。該變壓器進一步包含一封閉磁心及一捲繞於該磁心之一次繞組。該接收線圈是由兩個對稱迴路所構成。

10‧‧‧單匝迴路電子物品監視(EAS)閘

12‧‧‧傳輸迴路

14‧‧‧磁心

16‧‧‧多匝繞組

22‧‧‧薄磁條

24‧‧‧磁心

26‧‧‧中心形式

30‧‧‧EAS閘

32‧‧‧傳輸迴路

33‧‧‧電流方向

38‧‧‧磁場通量

40‧‧‧EAS閘對

41‧‧‧EAS閘

42‧‧‧傳輸迴路

42A至42D‧‧‧水平區段

44‧‧‧經罐封之磁心

48‧‧‧接收線圈

48A、48B‧‧‧對稱迴路/接收線圈

49‧‧‧區域充填物

51‧‧‧圓形截面

51A‧‧‧實心圓形截面

52‧‧‧矩形截面

52A‧‧‧實心矩形截面

53‧‧‧正方形截面

53A‧‧‧實心正方形截面

54‧‧‧扁平截面

55‧‧‧U形截面

56‧‧‧V形截面

57‧‧‧T形截面

58‧‧‧D形截面

61‧‧‧扁平截面

62‧‧‧管狀截面

63‧‧‧實心圓形截面

64‧‧‧實心圓形截面

65‧‧‧正方形截面

70‧‧‧閘

72‧‧‧傳輸迴路/單匝迴路

74A、74B‧‧‧接收線圈

75‧‧‧差動放大器

76‧‧‧接收電路

77‧‧‧信號來源

78‧‧‧驅動器電路

79‧‧‧電容器

80‧‧‧環狀變壓器

鑑於下文實施方式並結合附圖可更完全瞭解本發明，圖式中：圖1所示為單迴路匝EAS閘。

圖2所示為例示性封閉磁心。

圖3所示為EAS閘的傳輸迴路所產生之驅動磁場的圖解說明。

圖4所示為含有傳輸迴路及接收線圈的EAS閘系統。

圖5A至圖5K所示為傳輸迴路的例示性橫切面形狀。

圖6為圖解說明與傳輸迴路的各種橫切面有關的電阻之圖表。

圖7所示為圖解說明單迴路匝EAS閘之電路圖。

以下是所圖解實施例的說明，請參照所搭配的圖式，圖式中圖解說明可實施本發明的各種實施例。應明白，實施例是可被使用及可變更結構，且未脫離本發明範疇。圖式非必然按比例繪製。在圖式中所使用的相似元件符號指稱相似的組件。但是，應明白，在一給定圖式中使用一數字指稱一組件，並非意圖限制在另一圖式中用相同數字標示該組件。

下文的描述提供關於本發明的更詳細資訊，包含本發明的各種實施例圖解說明。磁性EAS系統通常係由成對的閘所形成。各閘可包含用來傳輸信號以產生磁場的一繞組或迴路，以及用來接收或偵測信號的一第二繞組或迴路，該信號是由標籤回應於所產生磁場而生。

EAS閘的傳輸迴路產生之磁場的數值通常大於50微特士拉(μT)，且涵蓋面積夠大足以建置一入口，使得人可易於行走於一對此類EAS閘之間。此類入口的橫切面大小通常在1平方公尺範圍以內。磁場係藉由驅動電流通過迴路或線圈而產生。磁場量值與電流乘線圈匝數之乘積(單位為安培-匝數)成正比。若要在所要體積內產生50μT或以上磁場，在驅動繞組中必須產生大約200安培-匝數。舉例而言，藉由驅動10安培通過20匝的線圈，可建立此磁場。

多匝傳輸線圈可具有相關聯的數項成本。舉例而言，此類線圈通常需要某種類型的機械支撐，這使製造成本增加。多匝傳輸線圈經由勞倫茲力亦會產生聽覺上的噪音，當電流被驅動通過線圈匝時，勞侖茲力傾向於引起相鄰線圈匝的互相吸引，通常導致會令人不快的可聽振動。

多匝傳輸線圈所需要的電壓會高於本發明中所需要的電壓。舉例而言，某些多匝傳輸線圈在其傳輸線圈上可能具有高達100V的電壓。此類電壓位準可能會需要使多匝迴路被電性絕緣，以防止人曝露於高電壓。此類絕緣之形式可能為大型模製結構，從而更增加了製造成本。

對比於由數個(或甚至許多)匝製成之傳輸線圈，本揭示中所描述之單匝迴路可藉由在單匝迴路中驅動約200安培-匝數來產生足夠的磁場。此構造可用較低的電壓提供適當的安培-匝數，諸如1V至5V範圍內之電壓。此迴路可為自支撐且具有若干其它優點，如本揭示各處所論述。

圖1所示為一單匝迴路EAS閘10之圖式。閘10包含傳輸迴路12、磁心14及多匝繞組16，上述元件一起運作為一變壓器，用以產生一環繞該閘之磁場。閘10運作以驅動足夠的安培-匝數(通常約200安培-匝數範圍內)通過傳輸迴路12以產生磁場，用以在一對閘之間偵測附於可攜物品的防盜標籤。

該變壓器可具有一系列的組態。舉例而言，多匝繞組16能具有各種匝數，例如，介於50與100個匝之間。被驅動通過多匝繞組的電流可與多匝繞組16中之匝數成反向變化。舉例而言，在多匝繞組16具有84個匝的實施例中，電流位準可在2.25至2.75安培範圍內。可藉由將驅動通過多匝繞組16的電流乘多匝繞組16中之匝數來計算傳輸迴路12所驅動之安培-匝數。舉例而言，若要驅動200安培-匝數通過傳輸迴路12，可驅動2.38安培通過一84匝繞組。替代地，可驅動4安培通過一50匝繞組。

實際上，傳輸迴路12、封閉磁心14及多匝繞組16可由各種材料建構而成。在一實施例中，傳輸迴路12在一實施例中可例如由下列製成：具有0.375吋直徑之圓形實心銅；或具有0.625吋外徑及0.62吋壁厚度之銅管。雖然可使用各種大小及組態之傳輸迴路12，但是具有較小直徑的結構通常可使傳輸信號時的損失較低並且更加美觀。傳輸迴路12亦可由鋁製成。傳輸迴路12亦可由主要包括鋁或銅之混合組成物製成。傳輸迴路12可具有各種形狀，從而覆蓋各種區域範圍。在一實施例中，傳輸迴路12圍封之區域在0.8m²至1.0m²範圍內。在某些實施例中，傳輸迴路12可為自支撐，使得當裝在基座處時其保持其垂直結構。

如關於圖2所進一步詳細論述，封閉磁心14可由模製、包繞或以其他方式塑形之磁性材料所形成，諸如矽鐵、鐵氧體或任何其他熟悉此項技術者所知之適當材料。封閉磁心是一種連續或實質上連續磁心。封閉形式之一實例係一環體(toroid)。

多匝繞組16包繞封閉磁心14且可係由任何適當傳導材料所製成，諸如絞合之銅、鋁或另一類型之電線。電線可額外絕緣。多匝繞組16之匝數可基於特定設計而變化。

圖2所示為例示性封閉磁心24。在此實施例中，磁心24係由一薄磁條22包繞或捲繞於一中心形式26而形成。在某些實施例中，中心形式26可為暫時性且僅供用於形成封閉磁心24。磁條22可係由各種材料所製成，例如，矽鐵、鐵氧體或任何其他熟悉此項技術者所知之適當材料。

磁心24亦可為各種形狀。在一實施例中，磁心24可為圓柱形。磁心24亦可為環形、具有正方形周長、或為任何其他適當形狀。

磁心24的大小可基於各種因素而變化。磁心的飽和度會限制磁心24可以是多小，且諸如成本及美觀等其他因素可作為磁心24的上限尺寸因素。在某些實施例中，磁心24的橫切面可在500mm²至1,500mm²範圍內。此外，磁心24之直徑應足夠大以允許繞組16的匝及迴路12(圖1)通過磁心24之中孔。

多匝繞組包繞磁心24後，包含磁心24及多匝繞組16兩者之構造可經罐封(potted)以防止因電流被驅動通過多匝繞組16而產生的機械運動。罐封通常包含用硬化材料充填空隙。硬化材料通常為非傳導性的，可防止濕氣或運動，並且因此防止噪音，且可增加耐久性及改良絕緣電阻。

圖3所示為由一EAS閘30之一傳輸迴路32所產生的磁場通量38之圖解說明。箭頭33所指示為傳輸迴路32中之電流方向。所得磁場通量38在傳輸迴路32上依循右手法則。驅動磁場的量值取決於經由傳輸迴路32驅動之安培-匝數之數目。

驅動磁場的頻率範圍可大幅變化，但一般是一較低頻率。舉例而言，驅動磁場的頻率可為約400Hz、約500Hz、或在200Hz至1,000Hz範圍內。決定驅動磁場的頻率時要考量若干因素。隨著驅動磁場之頻率的增加，傳輸迴路32歸因於增加的傳輸迴路AC電阻而歷經愈大損失。但是，對於通過磁場之防盜標籤而言，較高頻率的驅動磁場增加了接收線圈的輸出振幅。

設計EAS閘的一項重要挑戰在於，要確保一對EAS閘30之間沒有「死區」，即通過死區之標籤會無法被偵測到。變動驅動磁場之覆蓋範圍的一種方式為變更傳輸迴路32之形狀。舉例而言，圖4所示為具有經變化之傳輸迴路形狀以提供改善之磁場覆蓋範圍的EAS閘。EAS閘30可經組態使得傳輸迴路32能夠產生自EAS閘30延伸至少0.4公尺、0.5公尺或以上之驅動磁場。

圖4所示為包含一傳輸迴路42及一接收線圈48之一EAS閘對40。在此組態中，個別EAS閘41相互間隔約1公尺。可依據各自所占區的可近性(accessibility)需求來決定EAS閘41之間的距離。各EAS閘41包含具有一多匝繞組之一經罐封之磁心44，電流經驅動通過該多匝繞組至傳輸迴路42。傳輸迴路42產生一驅動磁場，各驅動磁場約延伸至EAS閘對40之間的中途。

各EAS閘41進一步包含一接收線圈48。接收線圈48可具有各種組態。在此組態中，接收線圈48捲繞於區域充填物49上並且與傳輸迴路共面。接收線圈48可與傳輸迴路42包含在相同外殼、柵格或閘內並且可與傳輸迴路42共面或非共面。

在一組態中，接收線圈48可由兩個對稱迴路48A與48B所形成。各別迴路48A與48B被反向地捲繞，即，一迴路為順時針方向且另一迴路為逆時針方向。使用兩個對稱迴路的一個益處在於，兩個迴路48A與48B抵消了來自傳輸迴路42之驅動電路通量的感應電壓，使得迴路48A與48B可充分地偵測標籤所引起的磁場擾動。接收線圈48可圍封相當大的面積。舉例而言，在某些實施例中，接收線圈48可圍封或接收線圈48A與48B累計可圍封傳輸迴路42所圍封面積之75%或以上。

在圖4所示之組態中，傳輸迴路42各包含四個水平區段42A至42D。由於水平區段42A至42D提供傳輸迴路42所產生之驅動磁場之方向的變化性，因此可知其優點在於能提供EAS閘對40之間區域之更完全場覆蓋範圍。

在某些組態中，傳輸迴路42可係由接合在一起的數件材料所製成，或可由在一位置接合的一單件式材料所建構而成。由於如本發明中所描述之可行的低電壓，傳輸迴路42可形成EAS 閘41的外結構，且可曝露傳輸迴路42之表面，使得行走通過或接近EAS閘對40的個人可觸及傳輸迴路42。

EAS閘對40經組態以聯合運作，使得傳輸迴路42所發射的累計驅動磁場覆蓋EAS閘對40之間大多數區域。當軟磁性材料、RF標籤或其他標籤或防盜物品通過於EAS閘對40之間時，該物品會擾動磁場，且接收線圈A及/或B接著可偵測到此類物品或軟磁性材料之存在並且觸發警示。

雖然圖4圖解說明EAS閘對40之一實施例，但是符合本發明的EAS閘對可採用各種組態，其中EAS閘41之間的距離、傳輸迴路42與相關聯之接收線圈48之組態有所變更，安裝方式、區域充填物49及其他物品有所不同。

圖5A至圖5K所示為傳輸迴路之例示性橫切面形狀。雖然圖4中之傳輸迴路42繪示為圓形銅管，但是傳輸迴路的橫切面之各種形狀將影響充當導體之傳輸迴路42的電阻。傳輸迴路42之橫切面形狀亦影響併入傳輸迴路42之EAS閘之美感呈現。

圖5A至圖5K所示為傳輸迴路導體之例示性橫切面形狀，包含圓形橫切面51、矩形橫切面52、正方形橫切面53、扁平橫切面54、U形橫切面55、V形橫切面56、T形橫切面57、D形橫切面58、實心圓形橫切面51A、實心矩形橫切面52A及實心正方形橫切面53A。在這些各種橫切面形狀中，隅角可與橫切面形狀一致地被圓化。此外，某些橫切面為封閉式，諸如圓形橫切面51、矩形橫切面52、正方形橫切面53及D形橫切面58。其他橫切面則為開放式，諸如扁平橫切面54、U形橫切面55、V形橫切面56及T形橫切面57。橫切面可為實心或中空。符合本發明的傳輸迴路可具有封閉式橫切面或開放式橫切面。

實例1 橫切面形狀變化

在符合本揭示的銅傳輸迴路中所可使用的各種橫切面之AC電阻可相對於變更的頻率予以模型化。在圖6中所示為此類模型化之結果。

下列表1中所示為經模型化之各種類型橫切面及相對應之結果識別號。

上面的表1所示為經模型化之各種類型橫切面及識別號碼。提供AC電阻之模型化可使得能夠基於其他設計特徵來智慧地選擇傳輸迴路之橫切面。

舉例而言，在傳輸迴路可以各種頻率操作之組態中，可期望具有相對平坦AC電阻之橫切面以達到一致效能之目的。舉例而言，橫切面62之電阻在所示頻率範圍上相對平坦且可為用於此設計案例的良好選項。

在另一案例中，對於經設計成以特定頻率(舉例而言，400Hz)操作之閘而言，可期望選擇在該特定頻率下為最低的傳輸迴路橫切面。因此，橫切面64將為經設計成以400Hz操作之閘提供一良好選項。

實例2 用於傳輸迴路之例示性驅動電路

圖7所示為例示性閘70之電路圖。閘70包含傳輸迴路72以及接收線圈74A與74B。接收線圈74A與74B為以相反方向捲繞且串聯連接之相類似的接收器子線圈。接收線圈74A與74B連接至一差動放大器75。來自接收線圈74A與74B之放大信號被傳遞至接收電路76之餘部(remainder)，於該處進一步處理所接收之信號。

一信號來源77產生一正弦信號，該正弦信號被傳遞至一驅動器電路78。在此實例中，信號來源77所產生之信號之RMS值為0.59V。驅動器電路78提供經由單匝迴路產生所要磁場所需之電流及電壓。在此例項中，驅動器電路78所產生之驅動電流及電壓為2.5安培及22.1V。環狀變壓器的一次所呈現的電感與電容器79共振且值為5.5μF，使得驅動器電路78驅動一純電阻性負載。環狀變壓器80及電容器79提供驅動器電路78與單匝迴路72之間之一阻抗匹配。經驅動通過單迴路匝的電流為200安培，且跨單迴路匝之電壓為1.6V。磁場是由單匝迴路72之200安培-匝數所產生。

10‧‧‧單匝迴路電子物品監(EAS)閘

12‧‧‧傳輸迴路

14‧‧‧磁心

16‧‧‧多匝繞組

Claims

一種電子物品監視(EAS)閘，其包括：一封閉磁心；一多匝一次繞組，其捲繞於該磁心；以及一二次迴路，其通過該磁心一次；其中該二次迴路係一自支撐單匝迴路，且其中該二次迴路係一傳輸迴路，其產生用於該EAS閘的一驅動磁場。
如請求項1之閘，其中該磁心係一環形形狀。
如請求項1之閘，其中該磁心係由一線圈式磁條建構而成。
如請求項1之閘，其進一步包括一接收線圈，其中該接收線圈與該傳輸迴路共面。
如請求項1之閘，其進一步包括一接收線圈，其中該接收線圈與該傳輸迴路包含在相同外殼、柵格或閘內。
如請求項1之閘，其中該傳輸迴路所圍封的面積係在0.8m²至1.0m²範圍內。
如請求項1之閘，其中該磁心之一橫切面係在500mm²至1,500mm²範圍內。
如請求項1之閘，其中該二次迴路主要由銅或鋁構成。
如請求項1之閘，其中該磁場驅動場的頻率係介於200Hz與1kHz之間。
如請求項1之閘，其中該傳輸迴路包含兩個或兩個以上水平區段。
如請求項1之閘，其中該傳輸迴路係由在一位置接合的一單件式材料所建構而成。
如請求項1之閘，其中該一次繞組經罐封以防止機械運動。
如請求項1之閘，其中曝露該傳輸迴路之表面。
如請求項1之閘，其中該傳輸迴路之一橫切面為封閉的且係下列至少一者：圓形、矩形，或正方形。
如請求項1之閘，其中該傳輸迴路之一橫切面為開放的且係下列至少一者：扁平、U形，或T形。
一種電子物品監視系統(EAS)，其包括：一閘，該閘包含一接收線圈及一傳輸迴路；其中該傳輸迴路係一剛性迴路，其形成一變壓器之一二次迴路，且其中該變壓器進一步包含一封閉磁心、捲繞於該磁心之一一次繞組；並且其中該接收線圈是由兩個對稱線圈所構成。
如請求項16之EAS系統，其中該接收線圈所圍封的面積等於該傳輸迴路所圍封面積之至少百分之七十五。
如請求項16之EAS系統，其中該接收線圈捲繞在與該傳輸迴路共面之一區域充填物上。
如請求項16之EAS系統，其中該系統經組態以偵測因存在軟磁性材料而引起的磁場失真或擾動之存在。
如請求項16之EAS系統，其中該閘經組態以產生自該閘延伸至少0.4公尺之一場。
如請求項16之EAS系統，其中該接收線圈與該傳輸迴路共面。
如請求項16之EAS系統，其中該接收線圈與該傳輸迴路包含在相同外殼、柵格或閘內。