TWI424336B - 電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置 - Google Patents

Description

電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置

本發明係關於一種輸入裝置的非接觸式供電裝置，特別是一種可產生分布均勻磁場的非接觸式供電裝置。

目前市面上的數位板都係搭配數位筆使用，當數位筆接近數位感應板時，數位筆會產生一電磁場，讓數位感應板可根據接收到電磁場的強度，來演算出數位筆目前的座標位置，再將該座標位置傳送到電腦端，以進行指標的控制。

目前提供數位筆工作所需的電源的方式主要有二種：一種係利用電池供電，另一種則是使用電磁共振的方式來取得供電。若採用電池供電的方式，數位筆必須頻繁的更換電池，對使用者來說極不方便也不環保。因此採用電磁共振的供電方式，不僅在使用上較為方便，也對於環境較為友善。

但是目前數位筆與數位感應板的電磁共振供電相關技術中，數位感應板內會裝置發射天線，此發射天線必須發射夠大的磁場強度，才能使數位筆得到足夠的電壓。

一般而言，數位感應板的發射天線係環設於機體內部周圍，亦即發射天線繞設成一框狀，發射天線之訊號強度係沿著發射天線為中心而遞減，如此將使得數位感應板中央位置處的訊號較弱。而當數位感應板的面積越大時，發射天線距離中央位置的距離也就愈遠，因此中央位置訊號衰弱的情形也將會越顯著。

鑒於以上的問題，本發明係提出一種電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置。此非接觸式供電裝置至少包括驅動電路與多個線圈。驅動電路提供多個不同相位的振盪訊號。多個線圈之中的至少二個線圈呈交疊配置，以於交疊之兩線圈形成一交疊區與二非交疊區。線圈係用於接收不同相位的振盪訊號。

其中，前述交疊區的兩線圈，所接收到的兩振盪訊號之相位差為30度至180度之間。

此外，本發明提出的非接觸式供電裝置適用於供電給一接收裝置。該非接觸式供電裝置進一步包括殼體與磁場產生裝置。

殼體係定義一供電區。此磁場產生裝置係於該供電區以非接觸式方式傳輸至少兩個不同相位的電磁能至該接收裝置。

磁場產生裝置至少包括驅動電路與多個線圈。驅動電路提供多個不同相位的振盪訊號。多個線圈之中的至少二個線圈呈交疊配置，以於交疊之兩線圈形成一交疊區與二非交疊區。該些線圈係用於接收不同相位的振盪訊號。

藉由輸入不同的交流電流至重疊的多數個線圈，可使磁場產生裝置產生均勻的磁場。因此，即使磁場產生裝置需要產生較大範圍的磁場，也不會因為線圈距離中央位置過遠，而導致中央位置的磁場強度衰減。

以下在實施方式中係進一步詳細說明本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

請參照『第1A圖』，係為本發明第一實施例之線圈相對位置示意圖。本發明所提出的磁場產生裝置10包括驅動電路30與多個線圈。

驅動電路30可用以提供多個具有不同相位差的振盪訊號。較佳的是，這些振盪訊號之間相差90度。

舉例來說，當驅動電路30產生兩個振盪訊號，可利用下列數種方式讓該兩振盪訊號的相位差相差90度，但並不限於下述例子。例如可將一個振盪訊號被通入一電阻電容電路，而經由此電阻電容電路輸出的振盪訊號，即與輸入的振盪訊號相差90度。此外，亦可將一個振盪訊號延遲四分之一個週期，也可產生一個與原本訊號相差90度的振盪訊號。

在此實施例中，為了方便說明，僅以二個線圈(第一線圈12與第二線圈14)為例進行說明，但並非用以限制本發明。第一線圈12與第二線圈14係以交疊的方式設置。

請同時參照『第1B圖』，係為本發明第一實施例之線圈相對位置示意圖。交疊的第一線圈12與第二線圈14所圈圍之區域係有部分重疊並形成交疊區23、及非交疊區22、24。交疊區23為同時被第一線圈12與第二線圈14所圍繞而構成的部分，非交疊區22為僅被第一線圈12圍繞而未被第二線圈14所包圍到的部分，非交疊區24為僅被第二線圈14圍繞而未被第一線圈12所包圍到的部分。

第一線圈12與第二線圈14可以一對一的方式，個別對應前述振盪訊號。第一線圈12在接收振盪訊號後，會產生第一主磁場區(即對應第一線圈12所圈圍的區域：非交疊區22與交疊區23)。第二線圈14在接收另一振盪訊號後，會產生第二主磁場區(即對應第二線圈14所圈圍的區域：非交疊區24與交疊區23)。因為第一線圈12與第二線圈14具有相互重疊的部分(交疊區23)，因此第一主磁場區與第二磁場區亦會具有重疊的區域。

電流迴圈上的磁場方向可以利用安培右手定則來判斷。安培右手定則為將右手拇指外的四根手指向手掌彎的方向視為磁場方向，則拇指所指的方向即為電流的方向。磁場係為一種向量場，也就是磁場具有方向與大小。當兩個磁場重疊時，若是磁場的方向相反，則此兩個磁場的大小會互相抵銷。

請參照『第1C圖』，『第1C圖』係為振盪訊號方向與磁場關係示意圖。在本實施例中，第一線圈12與第二線圈14係略呈一平面，也就是說，第一線圈12與第二線圈14所產生的主磁場方向實質上為平行。主磁場方向定義為第一線圈12或第二線圈14所圍繞而成的平面上的法線方向(即圖中標號為81,82之箭頭方向)。實質上平行則定義為兩方向之間的夾角為正負十度之間。特別要說明的是，『第1C圖』所代表的振盪訊號方向與磁場方向僅為示意之用，並不為本發明之限制。依『第1C圖』中可見，若是在一特定時間點，第一線圈12的振盪訊號方向82為圖示中的實線箭頭之方向(逆時針)，第一線圈12的主磁場方向81則為圖式中虛線箭頭之方向(向上)。而第二線圈14的振盪訊號方向84為圖示中的實線箭頭之方向(順時針)，第二線圈14的主磁場方向83為圖式中虛線箭頭之方向(向下)。第一線圈12與第二線圈14在交疊區23所產生磁場，會因為互相抵銷的關係，而使交疊區23的磁場強度變弱。也就是說，交疊區23的磁場強度會小於非交疊區22與非交疊區24的磁場強度。也就是說，第一線圈12與第二線圈14所產生的磁場強度會呈現不均勻的分布。

為了避免在交疊區23中，磁場互相干擾而造成磁場強度變弱的情況，在本發明之一實施例中，第一線圈12與第二線圈14係可通入不同相位的振盪訊號。請參照『第2A圖』，係為振盪訊號波形示意圖。第一振盪訊號41a與第二振盪訊號42a係為相同頻率且相同振幅，但相位相差90度的兩個振盪訊號。此處兩個振盪訊號相位差，係以『第1C圖』的振盪訊號方向為參考。也就是說，『第1C圖』中的相位差定義為0度。

第一振盪訊號41a與第二振盪訊號42a可分別輸入至第一線圈12與第二線圈14，以讓第一線圈12的第一導線段12a與第二線圈14的第二導線段14a在一特定時間點，不會產生相同方向的振盪訊號。

更進一步地說，當第一振盪訊號41a的振幅為峰值時，第二振盪訊號42a的振幅為零。而當第二振盪訊號42a的振幅為峰值時，第一震盪訊號41a的振幅為零。因此，第一線圈12的第一導線段12a與第二線圈14的第二導線段14a在交疊區23所產生磁場，不會因互相干擾而減弱。

『第2A圖』中的第三振盪訊號43a為第一振盪訊號41a與第二振盪訊號42a的差值。因為第一線圈12與第二線圈14在交疊區23所產生磁場的方向相反，因此第三振盪訊號43a(第一振盪訊號41a與第二振盪訊號42a的差值)正比於交疊區23上的磁場強度。從圖中可知，第三振盪訊號43a的峰值大約是第一振盪訊號41a或是第二振盪訊號42a的1.408倍。

第一線圈12與第二線圈14除了可通入相位相差90度的振盪訊號以外，亦可通入相位差為30度至180度之間的振盪訊號。請參照『第2B圖』至『第2H圖』，係為振盪訊號波形示意圖。

『第2B圖』代表輸入相位差為30度的振盪訊號，在『第2B圖』，第三震盪訊號43b的峰值大約是第一振盪訊號41b或是第二振盪訊號42b的0.515倍。『第2C圖』代表輸入相位差為45度的振盪訊號，在『第2C圖』，第三振盪訊號43c的峰值大約是第一振盪訊號41c或是第二振盪訊號42c的0.764倍。『第2D圖』代表輸入相位差為60度的振盪訊號，在『第2D圖』，第三振盪訊號43d的峰值大約是第一振盪訊號41d或是第二振盪訊號42d的1倍。『第2E圖』代表輸入相位差為120度的振盪訊號，在『第2E圖』，第三振盪訊號43e的峰值大約是第一振盪訊號41e或是第二振盪訊號42e的1.732倍。『第2F圖』代表輸入相位差為135度的振盪訊號，在『第2F圖』，第三振盪訊號43f的峰值大約是第一振盪訊號41f或是第二振盪訊號42f的1.732倍。『第2G圖』代表輸入相位差為150度的振盪訊號，在『第2G圖』，第三振盪訊號43g的峰值大約是第一振盪訊號41g或是第二振盪訊號42g的1.924倍。『第2H圖』代表輸入相位差為150度的振盪訊號，在『第2H圖』，第三振盪訊號43h的峰值大約是第一振盪訊號41h或是第二振盪訊號42h的2倍。

藉由輸入不同相位之振盪訊號，可使得交疊區23的磁場強度與非交疊區22的磁場峰值強度比值，介於0.5至2之間。於此，交疊區23、非交疊區22與非交疊區24的磁場強度的測量點，係為交疊區23、非交疊區22與非交疊區24之中，至第一線圈12與第二線圈14所組成的平面距離相同之點。因此，第一線圈12與第二線圈14所產生的磁場可為均勻分布，原本在線圈中央位置的磁場強度係可被增強。

另外，此實施例中振盪訊號係以具有相同振幅與相同頻率為例，但並不以此為限，為了達成均勻磁場之目的，亦可變動輸入第一線圈12與第二線圈14振盪訊號的振幅與頻率。舉例來說，第一線圈12與第二線圈14可輸入不同頻率的振盪訊號。

除了可重疊二個線圈以增加中央位置的磁場強度，本發明係另揭露可重疊多個線圈，以應用於大尺寸的磁場產生裝置10。

請參照『第3圖』，係為本發明第二實施例之線圈相對位置示意圖。磁場產生裝置10可包括第一線圈12、第二線圈14與第三線圈16。第一線圈12與第二線圈14係相互重疊，且第二線圈14與第三線圈16係相互重疊。

第一線圈12與第二線圈14之間交疊的部分為交疊區23，第二線圈14與第三線圈16之間交疊的部分為交疊區25。非交疊區22為僅被第一線圈12圍繞而未被第二線圈14所包圍到的部分，非交疊區24為僅被第二線圈14圍繞而未被第一線圈12或第三線圈16所包圍到的部分，非交疊區26為僅被第三線圈16圍繞而未被第二線圈14所包圍到的部分。

第一線圈12與第二線圈14係可輸入相差45度的振盪訊號，且第二線圈14與第三線圈16亦可輸入相差45度的振盪訊號。藉由輸入不同相位之振盪訊號，可使得交疊區23、交疊區25、第一非交疊區22、第二非交疊區24與第三非交疊區26之間兩兩的磁場強度峰值的比值，介於0.5至2之間。因此，相互重疊的第一線圈12、第二線圈14與第三線圈16，係可產生分布均勻的磁場。

請參照『第4圖』，係為本發明所揭露之非接觸式供電裝置。

本發明的非接觸式供電裝置可設置於數位感應板或是觸控式螢幕內，並且用以供應電力給接收裝置40。接收裝置40可為免電池式的數位手寫筆，讓數位手寫筆以無線的方式接收電能，用以執行數位感應板或是觸控式螢幕上的書寫或點選等動作。

非接觸式供電裝置係包括殼體50與磁場產生裝置10。

殼體50係包覆於非接觸式供電裝置之外側，並具有一包圍區域。距離此包圍區域的上方固定距離之內的空間則定義為一供電區。當接收裝置40被置於供電區時，接收裝置40在未接觸到非接觸式供電裝置時，即可以接收到非接觸式供電裝置所發出的磁場。

磁場產生裝置10包括多個線圈與驅動電路30。

驅動電路30係提供至少兩個不同相位的振盪訊號。多個振盪訊號之間的特性與前述之實施例相同。磁場產生裝置10係於供電區以非接觸式方式傳輸至少兩個不同相位的電磁能至接收裝置40。

此實施例同樣僅以二個線圈(第一線圈12與第二線圈14)為例進行說明。第一線圈12與第二線圈14具有交疊之部分。驅動電路30係用以產生多組振盪訊號，以分別供應給第一線圈12與第二線圈14。根據上述實施例，第一線圈12與第二線圈14係可分別輸入相差90度的振盪訊號，以使第一線圈12與第二線圈14於交疊區域上的磁場不會相互抵銷，讓第一線圈12與第二線圈14可產生均勻的磁場分布。

因為第一線圈12與第二線圈14係可產生分布均勻的磁場，接收裝置40於第一點51、第二點52與第三點53所接收到的磁場強度並不會相差太大。因此，當接收裝置40操作於磁場產生裝置10上的任何位置時，皆可接收到訊號強度接近的磁場，而讓接收裝置40能產生足夠的工作電能，不會因為線圈距離中央位置的距離過遠，而導致中央位置訊號衰弱的情形也將會越顯著。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10．．．磁場產生裝置

12．．．第一線圈

12a．．．第一導線段

14．．．第二線圈

14a．．．第二導線段

16．．．第三線圈

22．．．非交疊區

23．．．交疊區

24．．．非交疊區

25．．．交疊區

26．．．非交疊區

30．．．驅動電路

40．．．接收裝置

41a、41b、41c、41d、41e、41f、41g、41h．．．第一振盪訊號

42a、42b、42c、42d、42e、42f、42g、42h．．．第二振盪訊號

43a、43b、43c、43d、43e、43f、43g、43h．．．第三振盪訊號

50．．．殼體

51．．．第一點

52．．．第二點

53．．．第三點

81．．．主磁場方向

82．．．振盪訊號方向

83．．．主磁場方向

84．．．振盪訊號方向

『第1A圖』與『第1B圖』係為本發明第一實施例之線圈相對位置示意圖；

『第1C圖』係為振盪訊號方向與磁場關係圖；

『第2A圖』至『第2H圖』係為振盪訊號波形示意圖；

『第3圖』係為本發明第二實施例之線圈相對位置示意圖；以及

『第4圖』係為本發明所揭露之非接觸式供電裝置。

10．．．磁場產生裝置

12．．．第一線圈

14．．．第二線圈

30．．．驅動電路

Claims (4)

1. 一種電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置，至少包括：一驅動電路，提供至少二不同相位的振盪訊號；以及多個線圈，該些線圈中至少二個呈交疊配置，使該交疊之兩線圈形成一交疊區與二非交疊區，該些線圈係用於接收該至少二不同相位的振盪訊號，且該些線圈係對應地傳輸一對應相位的振盪訊號，以對一無線接收裝置進行感應供電。
2. 如請求項1所述之電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置，其中該交疊區中的兩個該線圈所接收到的該些振盪訊號之相位差為30度至180度之間。
3. 一種電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置，適於供電給一接收裝置，該非接觸式供電裝置包括：一殼體，該殼體係定義一供電區；以及一磁場產生裝置，係於該供電區以非接觸式方式傳輸至少兩個不同相位的電磁能至該接收裝置，其中該磁場產生裝置包括：一驅動電路，提供至少二不同相位的振盪訊號；以及多個線圈，該些線圈中至少二個呈交疊配置，使該交疊之兩線圈形成一交疊區與二非交疊區，該些線圈係用於接收該至少二不同相位的振盪訊號，且該些線圈係對應地傳輸一對應相位的振盪訊號，以對該接收裝置進行感應供電。
4. 如請求項3所述之電腦輸入裝置之非接觸式供電裝置，其中該 交疊區中的兩個該線圈所接收到的該些振盪訊號之相位差為30度至180度之間。