TWI415357B - Non - contact power supply - Google Patents

Description

非接觸式電能供應裝置

本發明係關於一種電能供應裝置，特別是一種透過電磁共振之非接觸式電能供應裝置。

目前市面上的數位板都係搭配數位筆使用，當數位筆接近數位板時，數位筆會產生一電磁場，讓數位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。

目前數位筆工作所需的電源主要使用二種方式取得供電：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板的電磁共振供電相關技術中，數位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，如此將使得數位板中央位置處的訊號較弱。

為了使發射天線所發射出的磁場強度能夠更為均勻，避免數位板中央訊號較弱的情況，已知技術中係在發射天線的下方設置一片高導磁金屬板，比如說鎳合金材料板材。這些高導磁金屬板係根據數位板機體大小而設計，也就是完全配合機體內部之面積，並使高導磁金屬板之範圍 大於發射天線之框形範圍，高導磁金屬板可以增益發射天線所發射之電磁波，即透過高導磁金屬板能夠強化發射天線訊號強度，進而使數位板中央位置處亦能夠有效地與數位筆電磁共振而供應所需電能。

已知技術雖然解決了數位板與數位筆之間電磁共振的問題。然而，高導磁金屬板目前的單價仍然非常高，因此使用大面積的高導磁金屬板將會提高生產的成本。也就是說，在數位板的設計上，面臨到了效能與成本之間的技術衝突。

已知技術中，數位板之發射天線與高導磁金屬板在效能與成本間產生了技術衝突，因此本發明係提出一種改變發射天線與導磁構件配置關係之非接觸式電能供應裝置。

非接觸式電能供應裝置包括發射天線與導磁構件。發射天線以環繞方式形成一天線迴圈，並構成一迴圈範圍。導磁構件設置於發射天線的下方。導磁構件構成一導磁區域，並且導磁區域的至少一邊界落於迴圈範圍之內。

本發明的一實施例中，導磁區域的長度為迴圈範圍長度的二分之一，導磁區域的寬度為迴圈範圍寬度的四分之三，而導磁區域係位在迴圈範圍下方中央位置處。

本發明的一實施例中，導磁區域的為迴圈範圍長度的二分之一，導磁區域的寬度大於迴圈範圍寬度，導磁區域位在迴圈範圍中央位置處，導磁區域之長邊落在迴圈範圍外，而導磁區域之寬邊落在迴圈範圍之內。

本發明的一實施例中，導磁區域的長度大於迴圈範圍的長度，而導磁區域的寬度為迴圈範圍寬度的二分之一，導磁區域位在迴圈範圍中央位置處，導磁區域之寬邊落在迴圈範圍外，而導磁區域之長邊落在迴圈範圍之內。

本發明的一實施例中，導磁區域的長度同樣為迴圈範圍長度 的二分之一，導磁區域的寬度為迴圈範圍寬度的二分之一，導磁區域位在迴圈範圍中央位置處，且導磁區域之長邊與寬邊皆落在迴圈範圍之內。

根據本發明所提出之非接觸式電能供應裝置，只需要少面積的導磁構件，以降低生產成本，同時亦能使數位板中央訊號增強，達到增強效能的功效。因此，本發明可兼顧效能與成本之間的考量。

10‧‧‧無線指向裝置

20‧‧‧數位板

200‧‧‧非接觸式電能供應裝置

202‧‧‧位置偵測裝置

210‧‧‧發射天線

212‧‧‧天線迴圈

214‧‧‧迴圈範圍

220‧‧‧導磁構件

224‧‧‧導磁區域

『第1圖』係為本發明具有數位板與指向裝置之外觀示意圖；『第2圖』係為本發明數位板之側視圖；『第3圖』係為本發明發射天線與導磁構件關係示意圖；『第4圖』係為本發明第一實施例之結構示意圖；『第5圖』係為本發明第二實施例之結構示意圖；『第6圖』係為本發明第三實施例之結構示意圖；『第7圖』係為本發明第四實施例之結構示意圖；以及『第8圖』係為本發明第五實施例之結構示意圖。

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1圖』與『第2圖』。『第1圖』係為具有數位板與指向裝置之外觀示意圖。『第2圖』係為數位板之側視圖。

數位板20可連接至一電腦主機，用以輸入控制訊號至此電腦主機。在數位板20中，包括非接觸式電能供應裝置200與位置偵測裝置202。非接觸式電能供應裝置200可發出電磁波，傳送至指向裝置10。指向裝置10利用電磁共振方式，將電磁波轉換成電源，使指向裝置10可以進行 運作。數位板20的位置偵測裝置202則可用來偵測指向裝置10的位置，並將此位置轉換成控制訊號，傳送至電腦主機。

非接觸式電能供應裝置200包括發射天線210與導磁構件220。發射天線210可由漆包線纏繞而成，或是設置於印刷電路板上。在餽入訊號後，發射天線210即可發射電磁波。其導磁構件220位於發射天線210的下方，且導磁構件220可以增益磁場強度。導磁構件220係可為一低頻磁場防護材料。此處所謂的低頻，係為30KHz(千赫)左右之頻率。導磁構件220所使用的材料，可為但不限於鎳合金。

位置偵測裝置202係位於導磁構件220上。位置偵測裝置202具有多個線圈與一微處理器。多個線圈可用來偵側指向裝置10所發出訊號的強弱，微處理器可根據訊號強弱來控制。位置偵測裝置202亦可設置於印刷電路板上。

為了使發射天線210向上發射的磁場強度能夠有效的增強，且降低數位板20的生產成本，本發明所提出之非接觸式電能供應裝置200說明如下。

請參照『第3圖』，係為本發明發射天線210與導磁構件220之配置關係。其中發射天線210以單圈或是多圈的方式環繞而形成天線迴圈212，並且繞於數位板20內部周圍。由天線迴圈212所圍繞而成的範圍，稱為迴圈範圍214。

導磁構件220係構成導磁區域224，導磁區域224具有多個邊界，其中一邊界落於迴圈範圍214，而導磁區域224有部分位於迴圈範圍214內，並有部分位於迴圈範圍外。為提供有效之磁場強度並且適當的配置導磁構件220之尺寸及位置，請參閱以下實施例，而為清楚說明配置關係，在以下實施例中迴圈範圍212定義長邊L1、L2及寬邊W1、W2，導磁區域定義長邊L3、L4及寬邊W3、W4。

L1、L3定義為使用者操作方向的上方，L2、L4定義為使用者操作方向的下方，W1、W3定義為使用者操作方向的左方，W2、W4定 義為使用者操作方向的右方。

請參照『第4圖』所示本發明第一實施例，在第一實施例中，迴圈範圍214的長度與寬度被分割為四等分，導磁區域224的長度為迴圈範圍214長度的二分之一(L3=1/2 L1、L4=1/2 L2)，導磁區域224的寬度為迴圈範圍214寬度的四分之三(W3=3/4 W1、W4=3/4 W2)。而導磁區域224係位在迴圈範圍214下方中央位置處，即導磁區域224之長邊L3及寬邊W3、W4落在迴圈範圍214之內。本發明第一實施例適用於大尺寸的數位板20，比如說9英吋乘以12英吋尺寸大小的數位板20。

請參照『第5圖』所示本發明第二實施例，在第二實施例中，迴圈範圍214的長度與寬度同樣被分割為四等分，導磁區域224的長度同樣為迴圈範圍214長度的二分之一(L3=1/2 L1、L4=1/2 L2)，導磁區域224的寬度大於迴圈範圍214寬度(W3>W1、W4>W2)。導磁區域224係位在迴圈範圍214中央位置處，但導磁區域224之長邊L3、L4落在迴圈範圍214外，而導磁區域224之寬邊W3、W4落在迴圈範圍214之內，即導磁區域224左方及右方落在迴圈範圍214之內。

請參照『第6圖』所示本發明第三實施例，在第三實施例中，迴圈範圍214的長度與寬度同樣被分割為四等分，導磁區域224的長度大於迴圈範圍214的長度(L3>L1、L4>L2)，而導磁區域224的寬度為迴圈範圍214寬度的二分之一(W3=1/2 W1、W4=1/2 W2)。導磁區域224係位在迴圈範圍214中央位置處，但導磁區域224之寬邊W3、W4落在迴圈範圍214外，而導磁區域224之長邊L3、L4落在迴圈範圍214之內，即導磁區域224上方及下方落在迴圈範圍214之內。

請參照『第7圖』所示本發明第四實施例，在第四實施例中，迴圈範圍214的長度與寬度同樣被分割為四等分，導磁區域224的長度同樣為迴圈範圍214長度的二分之一(L3=1/2 L1、L4=1/2 L2)，而導磁區域224的寬度為迴圈範圍214寬度的二分之一(W3=1/2 W1、W4=1/2 W2)。導磁區域224係位在迴圈範圍214中央位置處，且導磁區域224之長邊L3、L4與 寬邊W3、W4皆落在迴圈範圍214之內，即導磁區域224上方、下方、左方及右方皆落在迴圈範圍214之內。本發明第四實施例適用於小尺寸的數位板20，比如說3英吋乘以4英吋尺寸大小的數位板。

請參照『第8圖』所示本發明第五實施例，在第五實施例中，天線迴圈212可以根據實際數位板20機體的形狀而設置，亦即除了可以矩形之方式圍繞外，亦可以其他形狀進行圍繞，比如圖中所示的橢圓形。同樣的，導磁區域224亦有邊界落於迴圈範圍214之內。亦即第五實施例可以搭配前述第一至第四實施例之導磁區域224配置關係。

為證明本發明確實可以達成降低成本並達到增加效能之功效，茲針對本發明第一實施例與第二實施例進行實驗，其中在迴圈範圍214內等距分佈九個測試點(由左至右，由上至下)，發射天線210所產生之充電電壓必須大於0.8V，無線指向裝置10方能利用電磁共振方式，將電磁波轉換成電源，使無線指向裝置10可以進行運作，經實測數據如下：

經實測得知，本發明所提出之非接觸式電能供應裝置，只需要少面積的導磁構件，以降低生產成本，同時亦能使數位板中央訊號增強，達到增強效能的功效。因此，本發明可兼顧效能與成本之間的考量。

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。

20‧‧‧數位板

210‧‧‧發射天線

212‧‧‧天線迴圈

214‧‧‧迴圈範圍

220‧‧‧導磁構件

224‧‧‧導磁區域

Claims (8)

1. 一種非接觸式電能供應裝置，用與一指向裝置產生電磁共振供應電能，包括：一發射天線，以環繞方式形成一天線迴圈，並構成一迴圈範圍；以及一導磁構件，設置於該發射天線的下方，該導磁構件構成一導磁區域，該導磁區域的至少一邊界落於該迴圈範圍之內；其中，該導磁區域的長度為該迴圈範圍長度的二分之一，該導磁區域寬度為該迴圈範圍寬度的四分之三，而該導磁區域係位在該迴圈範圍下方中央位置處。
2. 如請求項1所述之非接觸式電能供應裝置，其中該導磁構件係為一低頻磁場防護材料。
3. 如請求項2所述之非接觸式電能供應裝置，其中該導磁構件係為一鎳合金。
4. 如請求項1所述之非接觸式電能供應裝置，其中該發射天線係為一漆包線纏繞。
5. 如請求項1所述之非接觸式電能供應裝置，其中該發射天線係設置於一印刷電路板上。
6. 一種非接觸式電能供應裝置，用與一指向裝置產生電磁共振供應電能，包括：一發射天線，以環繞方式形成一天線迴圈，並構成一迴圈範圍；以及一導磁構件，設置於該發射天線的下方，該導磁構件構成一導磁區域，該導磁區域的至少一邊界落於該迴圈範圍之內；其中，該導磁區域的長度為該迴圈範圍長度的二分之一，該導磁區域的寬度大於該迴圈範圍寬度，該導磁區域位在該迴圈範圍中央位置 處，該導磁區域之長邊落在該迴圈範圍外，而該導磁區域之寬邊落在迴圈範圍之內。
7. 一種非接觸式電能供應裝置，用與一指向裝置產生電磁共振供應電能，包括：一發射天線，以環繞方式形成一天線迴圈，並構成一迴圈範圍；以及一導磁構件，設置於該發射天線的下方，該導磁構件構成一導磁區域，該導磁區域的至少一邊界落於該迴圈範圍之內；其中，該導磁區域的長度大於該迴圈範圍的長度，而該導磁區域的寬度為該迴圈範圍寬度的二分之一，該導磁區域位在該迴圈範圍中央位置處，該導磁區域之寬邊落在該迴圈範圍外，而該導磁區域之長邊落在該迴圈範圍之內。
8. 一種非接觸式電能供應裝置，用與一指向裝置產生電磁共振供應電能，包括：一發射天線，以環繞方式形成一天線迴圈，並構成一迴圈範圍；以及一導磁構件，設置於該發射天線的下方，該導磁構件構成一導磁區域，該導磁區域的至少一邊界落於該迴圈範圍之內；其中，該導磁區域的長度為該迴圈範圍長度的二分之一，該導磁區域的寬度為該迴圈範圍寬度的二分之一，該導磁區域位在該迴圈範圍中央位置處，且該導磁區域之長邊與寬邊皆落在該迴圈範圍之內。