TWI474223B - Modular transformer and the use of the combined transformer non-contact power Pool charging device - Google Patents

Description

組合式變壓器及使用該組合式變壓器的非接觸電 池充電裝置

本發明是有關於一種變壓器，特別是指一種組合式變壓器與一種使用該組合式變壓器的非接觸電池充電裝置。

通常安裝於一觸控筆中用來供應電力的一次性電池是設計來使用一次即丟。因此，這類的觸控筆必須頻繁地更換電池，從而造成使用上的不便。再者，電池更換的頻繁需求更導致額外成本與環境問題。

習知用以對觸控筆充電的電池充電器通常利用一插頭連接器(plug connector)插入到一設於觸控筆的插孔連接器(jack connector)，建立於充電期間的電性連接。插頭連接器和插孔連接器的每一個具有容易氧化的外露電性接觸點。插頭連接器可能因碰撞而變形。因此，插頭連接器的劣化可能引起插頭連接器與插孔連接器間的不良電性連接。

因此，前述技術仍有待改善的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種使用組合式變壓器的非接觸電池充電裝置，其能克服先前技術的上述缺失。

根據本發明的一觀點，提供有一種適用於電池充電裝置中用以對一觸控筆充電的組合式變壓器。本發明組合式變壓器包含一管狀絕緣線管、一個一次繞組、一個長磁芯和一個二次繞組。

管狀絕緣線管准許該觸控筆貫穿其本身。一次繞組直接捲繞到該管狀絕緣線管。磁芯係適於被同軸固定在該觸控筆中。當該觸控筆經由該管狀絕緣線管延伸要被充電時，一部分的磁芯係同軸位於該管狀絕緣線管中，以使得該一次繞組係同軸設置環繞該部分磁芯。該二次繞組係適於設置在該觸控筆中，且直接捲繞到該磁芯上。當該觸控筆經由該管狀絕緣線管延伸時，該二次繞組與該一次繞組同軸。

根據本發明的另一觀點，提供有一種用以對一觸控筆充電的非接觸電池充電裝置。本發明非接觸電池充電裝置包含一筆座、一組合式變壓器、一個頻率信號產生器和一充電器。

筆座具有一個用以容納該觸控筆的插座。該插座具有一允許該觸控筆經由其插入到該插座中的開口。

組合式變壓器包括一管狀絕緣線管、一個一次繞組、一個長磁芯和一個二次繞組。該管狀絕緣線管被固 定在該筆座的插座中並准許該觸控筆貫穿其本身。一次繞組係直接捲繞到該管狀絕緣線管上。該磁芯係適於被同軸固定在該觸控筆中。當該觸控筆經由該開口被插入到該筆座的插座中並經由該管狀絕緣線管延伸要被充電時，一部分的磁芯係同軸位於該管狀絕緣線管，以使得該一次繞組被同軸設置環繞該部分磁芯。該二次繞組係適於被設置在該觸控筆中並直接捲繞到該磁芯上。當該觸控筆經由該管狀絕緣線管延伸時，該二次繞組與該一次繞組同軸。

頻率信號產生器係設於該筆座，用以產生一個高頻電壓信號並將該高頻電壓信號施加至該組合式變壓器的一次繞組。

充電器係適於被設置在該觸控筆中，並具有該磁芯和該組合式變壓器的二次繞組的組合。該充電器係可操作來根據跨於該組合式變壓器的一次繞組的一輸入電壓，將一充電電壓供應給該觸控筆的可充電電池。

當該觸控筆被插入到該筆座的插座中要被充電時，該充電器將一利用在高頻震盪下的電磁感應於該組合式變壓器的二次繞組所感應的輸出電壓轉換成該充電電壓。

10‧‧‧充電座

11‧‧‧筆座

111‧‧‧上開口

112‧‧‧插座

12‧‧‧頻率信號產生器

13‧‧‧絕緣線管

20‧‧‧充電器

21‧‧‧整流濾波電路

22‧‧‧充電電路

300‧‧‧平板電腦

30‧‧‧電腦殼體

32‧‧‧容納槽

40‧‧‧觸控筆

41‧‧‧筆桿

411‧‧‧書寫端

412‧‧‧插入端

42‧‧‧可充電電池

C‧‧‧磁芯

T‧‧‧組合式變壓器

Wp‧‧‧一次繞組

Ws‧‧‧二次繞組

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一透視圖，顯示本發明用以對一觸控筆充電的非接觸電池充電裝置的第一較佳實施例； 圖2是一概要電路方塊圖，說明第一較佳實施例；圖3是一不完整的部分截面概要視圖，說明在非組合狀態下，第一較佳實施例的組合式變壓器；圖4是一不完整的截面概要視圖，說明在組合狀態下，第一較佳實施例的組合式變壓器；圖5是一概要視圖，顯示本發明用以對一觸控筆充電的非接觸電池充電裝置的第二較佳實施例；及圖6是一概要視圖，顯示第二較佳實施例的一種變化。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1至圖4，本發明用以對一觸控筆40充電的非接觸電池充電裝置的第一較佳實施例包括一筆座11、一組合式變壓器T、一頻率信號產生器12及一充電器20。觸控筆40包括一筆桿41，和一個安裝於筆桿41的可充電電池42。本實施例中，筆桿41具有一書寫端411，與一個相反於書寫端411的錐狀插入端412。

筆座11具有一個用以容納觸控筆40的插座112。本例中，插座112具有一上開口111，其只允許觸控筆40的筆桿41的插入端412經由其插入到插座112中(見圖3)。這樣，觸控筆40就能藉著上開口111而定位，且被筆座11所支撐(見圖4)。

組合式變壓器T包括一管狀絕緣線管13、一個一次繞組Wp、一個長磁芯C，以及一個二次繞組Ws。

絕緣線管13由塑料製成，且固定於筆座11的插座112中。絕緣線管13允許觸控筆40的筆桿41的插入端412貫穿其本身。

一次繞組Wp係直接捲繞到絕緣線管13上。

磁芯C是適於被同軸固定在觸控筆40的筆桿41中。當觸控筆40的筆桿41的插入端412經由上開口111插入到筆座11的插座112中並貫穿絕緣線管13要被充電時，一部分的磁芯C係同軸位於絕緣線管13中，使得一次繞組Wp被同軸設置環繞該部分磁芯C。本實施例中，為了達到最大磁激效應，整個磁芯C被同軸設置於觸控筆40的筆桿41的插入端412(見圖3)中，使得當觸控筆40被插入到筆座11中要被充電時(見圖4)，一次繞組Wp係同軸設置環繞該整個磁芯C。

二次繞組Ws係適於被設置在觸控筆40的筆桿41中並直接捲繞到磁芯C上。當觸控筆40的筆桿41的插入端412貫穿絕緣線管13時，二次繞組Ws與一次繞組Wp同軸。當觸控筆40與筆座11分離時，組合式變壓器T處於一非組合狀態。

當觸控筆40被插入到筆座11要被充電時，組合式變壓器T處於一組合狀態。當組合式變壓器T處於組合狀態，組合式變壓器T能夠藉由一次繞組Wp和二次繞組Ws間的電感耦合來轉換能量。一次繞組Wp的變化電流產生了磁芯C的變化磁通量以及從而通過二次繞組Ws的變化磁通量。此變化的磁通量感應出於二次繞組Ws的一變 化電動勢(electromotive force,EMF)，或一跨於二次繞組Ws的輸出電壓Vs。這個效應稱作電感耦合。跨於該二次繞組Ws所感應出的輸出電壓Vs可從法拉第(Faraday)感應定律所獲得，其內容為： 其中，Vs是瞬間電壓，Ns是二次繞組Ws的匝數，且Φ是通過二次繞組Ws的一匝的磁通量。如果該等線圈匝係垂直面向於該等磁場線，則通量為磁通量密度與其穿過之面積的乘積。該面積是不變的，等於磁芯C的橫截面面積，而根據一次繞組Wp的激發，磁場隨時間而改變。理想上，相同的磁通量通過一次繞組Wp和二次繞組Ws。因此，跨於一次繞組Wp的瞬間輸入電壓Vp能用以下方程式來表示：

取Vs和Vp之方程式(1)和(2)的比例得到以下方程式：

頻率信號產生器12係設置於筆座11內，用以產生一個高頻電壓信號，其是一弦波信號和一方波信號的其中之一。頻率信號產生器12係耦接至一次繞組Wp，用於將高頻電壓信號施加至一次繞組Wp。

請注意，筆座11配合絕緣線管13和一次繞組Wp的組合以及頻率信號產生器12構成一充電座10。

充電器20係適於被在設置於觸控筆40的筆桿41中並具有磁芯C和的二次繞組Ws的組合。充電器20係可操作來根據跨於組合式變壓器T的一次繞組Wp的輸入電壓Vp，供應一充電電壓給觸控筆40的可充電電池42。當觸控筆40被插入筆座11的插座112中要被充電時，充電器20將利用在高頻震盪下的電磁感應於二次繞組Ws所感應的輸出電壓Vs轉換成該充電電壓。本實施例中，充電器20包括一個整流濾波電路21，和一個充電電路22。整流濾波電路21係耦接至二次繞組Ws，用於將跨於二次繞組Ws的輸出電壓Vs整流且濾波，以便產生一直流電壓。充電電路22係耦接至整流濾波電路21，用於將來自整流濾波電路21的直流電壓轉換成該充電電壓，並然後將該充電電壓供應給觸控筆40的可充電電池42。

在此配置下，觸控筆40在插入到筆座11中時，容易被本發明非接觸電池充電裝置充電，因此導致使用上的方便。再者，本發明非接觸電池充電裝置利用了無須電性接觸點的電磁感應，因此避免了因為電性接觸點氧化而造成不良電性傳導。

圖5繪示本發明用以對一觸控筆40充電的非接觸電池充電裝置的第二較佳實施例，其為第一較佳實施例的修飾。本實施例中，該充電座係設於一種與觸控筆40搭配使用之可攜式電腦，例如一平板電腦300中。平板電腦 300具有一個電腦殼體30，其用作充電座的筆座。電腦殼體30具有一個形成有向上延伸之容納槽32的底側，容納槽32係相鄰於一側邊設置並用作筆座的插座，用於容納整個觸控筆40。本實施例中，一次繞組Wp和絕緣線管13的組合被固定於容納槽32中並被設置相鄰於電腦殼體30的頂側。這樣，當觸控筆40被插入容納槽32中以便移動到一充電位置時，磁芯C和二次繞組Ws的組合係位於絕緣線管13中，且觸控筆40的筆桿的書寫端係相鄰於電腦殼體30的底側。在此情況下，觸控筆40於是能被充電。

圖6繪示第二較佳實施例的一種變化。圖6的非接觸電池充電裝置異於圖5的非接觸電池充電裝置之處在於，一次繞組Wp和絕緣線管13的組合係設置相鄰於電腦殼體30的底側。於是，當觸控筆40被插入容納槽32中以便移動到該充電位置時，觸控筆40的筆桿的書寫端係相鄰於電腦殼體30的頂側。

當本發明被描述而連結被視為最實用且較佳的實施例，可以理解本發明並不侷限於所揭露的實施例，但意欲涵蓋包括最廣解釋的精神與範圍的多種不同安排，以涵蓋所有這樣的修飾與等效配置。

10‧‧‧充電座

12‧‧‧頻率信號產生器

20‧‧‧充電器

21‧‧‧整流濾波電路

22‧‧‧充電電路

42‧‧‧可充電電池

T‧‧‧組合式變壓器

Wp‧‧‧一次繞組

Ws‧‧‧二次繞組

Claims (11)

1. 一種適用於電池充電裝置中以對一觸控筆充電的組合式變壓器，包含：一管狀絕緣線管，准許該觸控筆貫穿其本身；一個一次繞組，直接捲繞到該管狀絕緣線管上；一個長磁芯，適於被同軸固定於該觸控筆中，當該觸控筆經由該管狀絕緣線管延伸而被充電時，一部分的磁芯係同軸位於該管狀絕緣線管中，以使得該一次繞組係同軸設置環繞該部分磁芯；及一個二次繞組，適於設置在該觸控筆中且直接捲繞到該磁芯上，當該觸控筆經由該管狀絕緣線管延伸時，該二次繞組與該一次繞組同軸。
2. 如請求項1所述的組合式變壓器，其中，該二次繞組被設置環繞該部分磁芯。
3. 如請求項1所述的組合式變壓器，其中，該管狀絕緣線管由塑料製成。
4. 一種用以對一觸控筆充電的非接觸電池充電裝置，包含：一筆座，具有一個用以容納該觸控筆的插座，該插座具有一允許該觸控筆經由其插入到該插座中的開口；一組合式變壓器，包括，一管狀絕緣線管，固定在該筆座的插座中並允許該觸控筆貫穿其本身，一個一次繞組，直接捲繞到該管狀絕緣線管上， 一個長磁芯，適於被同軸固定於該觸控筆中，當該觸控筆係經由該開口插入到該筆座的插座中、並經由該管狀絕緣線管延伸而被充電時，一部分的磁芯被係同軸位於該管狀絕緣線管中，以使得該一次繞組係同軸設置環繞該部分磁芯，及一個二次繞組，適於被設置於該觸控筆中且直接捲繞到該磁芯上，當該觸控筆經由該管狀絕緣線管延伸時，該二次繞組與該一次繞組同軸；一個頻率信號產生器，設置在該筆座中，用以產生一個高頻電壓信號，且將該高頻電壓信號施加至該組合式變壓器的一次繞組；及一個充電器，適於被設置在該觸控筆中並具有該磁芯和該組合式變壓器的二次繞組的組合，該充電器係可操作來根據跨於該組合式變壓器的一次繞組的一輸入電壓，供應一充電電壓給該觸控筆的可充電電池；其中，當該觸控筆被插入到該筆座的插座中要被充電時，該充電器將利用在高頻震盪下之電磁感應所感應於該組合式變壓器的二次繞組的一輸出電壓轉換成該充電電壓。
5. 如請求項4所述的非接觸電池充電裝置，其中，該管狀絕緣線管由塑料製成。
6. 如請求項4所述的非接觸電池充電裝置，其中，該高頻電壓信號是一弦波信號和一方波信號的其中一種。
7. 如請求項4所述的非接觸電池充電裝置，其中，該二次 繞組被設置環繞該部分磁芯。
8. 如請求項4所述的非接觸電池充電裝置，其中，該充電器包括：一個整流濾波電路，耦接到該組合式變壓器的二次繞組，用於將跨於該二次繞組的輸出電壓整流與濾波以便產生一直流電壓；及一個充電電路，耦接至該整流濾波電路，用於將來自該整流濾波電路的直流電壓轉換成該充電電壓、並將該充電電壓供應給該觸控筆的可充電電池。
9. 如請求項4所述的非接觸電池充電裝置，其中，該筆座配合該管狀絕緣線管與該組合式變壓器之一次繞組的組合以及該頻率信號產生器構成一個充電座。
10. 如請求項9所述的非接觸電池充電裝置，其中，該充電座係設於一個與該觸控筆搭配使用的可攜式電腦裝置中。
11. 如請求項10所述的非接觸電池充電裝置，其中，該可攜式電腦裝置是一個平板電腦。