CN102257673B - 谐振型接收天线及接收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种谐振型接收天线,该谐振型接收天线具有:圆环状磁心,其形成具有一个间隙的闭环磁路;缠绕在所述圆环状磁心上的一个或多个线圈;和与各线圈的两端并联连接的电容器,从所述圆环状磁芯的几何中心延伸至所述线圈的中央的直线相对于从所述几何中心延伸至所述间隙的中央的直线所成的角度在10°~90°的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及适用于电波钟表、无钥匙进入系统、RFID标签系统等的谐振型接收天线及接收装置。
背景技术
电波钟表具有接收包含时刻信息的电磁波的磁场分量来校准时刻的功能。无钥匙进入系统具有持收发特定电磁波的单元的人能够以非接触的方式打开或关闭汽车、住所等的锁的功能。RFID(Radio FrequencyIdentification)系统通过特定的电磁波授受存储在标签中的信息,例如,若在公交车中安装输入了公交车等的目的地信息等的RFID标签,且在车站的显示板等埋设输入了时刻表信息的RFID标签,则使用者能够以非接触方式识别各种交通信息。
无钥匙进入系统等使用40~200kHz频率(数千米的波长)的电波。例如,在日本,使用40kHz和60kHz这两种电波,在海外,主要使用100kHz以下的频率。若设成接收这样的长波段的电波的电场分量的方式,则需要超过数百米的天线长度,因此不适合用于小型电波手表、无钥匙进入系统及RFID系统。因此,优选使用在磁心上缠绕了线圈的磁性传感器型的天线来接收长波段电波的磁场分量的方式。
如图14的等效电路所示,若输入到天线的电磁波的磁场分量流过磁心,则由缠绕在磁心上的线圈L感应的电压V通过线圈L和电容器C的并联谐振电路以Q倍的电压(Q是谐振电路的特征值)进行谐振,谐振电流流过线圈L。由于大多情况下将天线设置在金属制框体内,因此从磁心的端部出来的磁通量流过相邻的金属制框体,会以涡流损耗的方式损失磁能。因此,用于电波手表等的天线不仅要小型,而且还需为了降低涡流损耗而使泄漏磁通量较少。
在此基础上,在磁心的方向时时刻刻变化的手表、无钥匙进入系统、RFID系统等的接收天线中,要求具有无方向性,即无论相对于XYZ轴的哪个方向都要具有高的接收灵敏度。作为获得无方向性的技术,例如特开2002-217635号公开了一种天线装置,该天线装置将分别缠绕在多根棒状磁心上的线圈互相配置成直角方向,并串联连接。此外,特开2004-229144号公开了一种表面安装天线,该表面安装天线具有缠绕在从配置于中央的基台以十字状突出的多个磁心上的线圈。但是,由于这些天线具备多个棒状磁心,因此不适合用于小型且天线设置空间少的电波手表等。
特开2001-320223号公开了一种电波钟表,该电波钟表具备在与一体式的板状的环状磁心不同的方向上缠绕了多个线圈的无方向性天线。但是,在一体式的环状磁心上缠绕线圈比较麻烦。
特开2000-105285号公开了一种便携式电波钟表,该便携式电波钟表具备:机架、配置在所述机架的中央的钟表模块、所述模块的外部操作单元、以包围所述模块的方式设置在所述机架中的沟部、和搭载在所述沟部中的天线。天线由C型的磁心和缠绕在磁心上的一个线圈构成。但是,该结构的天线具有方向性强的不足。
特开2005-102023号公开了一种配置在金属框体内的接收天线结构体,该接收天线结构体具有在磁心上缠绕了线圈的主磁路部件和在磁心上没有缠绕线圈的副磁路部件,在沿着磁心的闭环磁路上设有间隙,以使在谐振时磁通量不会泄漏到外部。但是,该天线也具有方向性强的不足。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种适合在电波手表、无钥匙进入系统、RFID系统等的狭小的空间内进行配置的小型且无方向性的谐振型接收天线。
本发明的另一个目的在于提供一种具备该谐振型接收天线的接收装置。
本发明的第一谐振型接收天线,其特征在于具有:圆环状磁心,其形成具有一个间隙的闭环磁路;缠绕在所述圆环状磁心上的一个线圈;和与所述线圈的两端并联连接的电容器,从所述圆环状磁心的几何中心延伸至所述线圈的中央的直线相对于从所述几何中心延伸至所述间隙的中央的直线所成的角度在10°~90°的范围内。
本发明的第二谐振型接收天线,其特征在于具有:圆环状磁心,其形成具有一个间隙的闭环磁路;缠绕在所述圆环状磁心上的两个线圈;和与各线圈的两端并联连接的电容器,从所述圆环状磁心的几何中心延伸至各个线圈的中央的直线相对于从所述几何中心延伸至所述间隙的中央的直线所成的角度在10°~90°的范围内。
在第一及第二谐振型接收天线中,优选所述圆环状磁心的最长直径与最短直径之比在1~2的范围内。
本发明的第三谐振型接收天线,其特征在于具有:矩形环状磁心,其形成具有一个间隙的闭环磁路;缠绕在所述矩形环状磁心上的两个线圈;和与各线圈的两端并联连接的电容器,所述两个线圈的轴方向互相正交,且各个线圈与所述间隙之间的距离不同。
本发明的第四谐振型接收天线,其特征在于具有:圆环状磁心,其形成具有两个或三个间隙的闭环磁路;缠绕在所述圆环状磁心上的两个线圈;和与各线圈的两端并联连接的电容器,从所述圆环状磁心的几何中心延伸至各个线圈的中央的直线相对于从所述几何中心延伸至一个间隙的中央的直线所成的角度在10°~90°的范围内。
本发明的第五谐振型接收天线,其特征在于具有:矩形环状磁心,其形成具有两个或三个间隙的闭环磁路;缠绕在所述矩形环状磁心上的两个线圈;和与各线圈的两端并联连接的电容器,所述两个线圈的轴方向互相正交。
为了检测本发明的谐振型接收天线的磁心的Z轴方向的磁通量,也可以作为追加线圈而配置缠绕在空心线圈或铁氧体磁心上的线圈。
在上述的任一种谐振型接收天线中,优选所述磁心通过层叠由软磁性的非晶质合金或纳米晶体合金构成的薄带而形成,或者通过捆绑由软磁性的非晶质合金或纳米晶体合金构成的细线而形成。
本发明的接收装置,其特征在于具备所述谐振型接收天线,在所述谐振型接收天线的内侧配置有电路部件。
(发明效果)
具备形成具有一个间隙的闭环磁路的圆环状或矩形环状的磁心的本发明的谐振型接收天线,不仅在线圈的轴方向具有高的检测灵敏度,还在与轴方向正交的方向上具有高的检测灵敏度。
通过具备两个线圈,利用一个圆环状磁心也能得到在以圆环状磁心的几何中心为原点的XY平面的所有方向上具有高的检测灵敏度的天线。在使用矩形环状磁心的情况下,通过使两个线圈互相正交,可得到在XY平面的所有方向上具有高的检测灵敏度的天线。
通过在圆环状磁心的内侧配置电路部件,可减小电波对电路部件的影响,即使在高的输出电压的情况下也能得到噪声少的接收装置。此外,由软磁性合金的薄带或细线这样的高强度软磁性材料构成的圆环状磁心适合沿着金属制框体的内面配置。
由于本发明的谐振型接收天线对框体形状的制约少,因此适用于按照用户的嗜好具有各种形状的小型的电波钟表(特别是电波手表)、无钥匙进入系统、RFID标签系统等。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图2是表示实施例1和比较例1的谐振型接收天线的XY平面中的接收灵敏度的方向依赖性的极坐标图。
图3是表示本发明的另一实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图4(a)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图4(b)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图4(c)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图5是表示现有技术中的接收天线的示意图。
图6是表示比较例3的现有技术中的接收天线的XY平面中的接收灵敏度的方向依赖性的极坐标图。
图7是表示本发明的范围外的接收天线的示意图。
图8(a)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图8(b)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图8(c)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图9是表示实施例6的谐振型接收天线的XY平面中的接收灵敏度的方向依赖性的极坐标图。
图10(a)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图10(b)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图10(c)是表示本发明的其他实施方式所涉及的谐振型接收天线的示意图。
图11是表示实施例8的谐振型接收天线的XY平面中的接收灵敏度的方向依赖性的极坐标图。
图12(a)是表示具备本发明的谐振型接收天线的电波手表的一例的示意图。
图12(b)是表示具备本发明的谐振型接收天线的电波手表的另一例的示意图。
图13(a)是表示具备本发明的谐振型接收天线的RFID系统的一例的示意图。
图13(b)是表示具备本发明的谐振型接收天线的RFID系统的另一例的示意图。
图14是表示谐振型接收天线的等效电路的图。
具体实施方式
[1]实施方式
本发明的第一谐振型接收天线的特征在于,具备:形成具有一个间隙4的闭环磁路的圆环状磁心1、缠绕在圆环状磁心1上的线圈2、以及与线圈2的两端并联连接的电容器,从圆环状磁心1的几何中心O延伸至线圈2的中央的直线(外径)R2相对于从圆环状磁心1的几何中心O延伸至间隙4的中央的直线(外径)R4所成的角度θ在10°~90°的范围内。
本发明的第二谐振型接收天线的特征在于,具备:形成具有一个间隙4的闭环磁路的圆环状磁心1、缠绕在圆环状磁心1上的两个线圈2a、2b、以及分别与各个线圈2a、2b的两端并联连接的电容器,从圆环状磁心1的几何中心O延伸至各个线圈2a、2b的中央的直线(外径)R2a、R2b相对于从圆环状磁心1的几何中心O延伸至间隙4的中央的直线(外径)R4所成的角度θa、θb分别在10°~90°的范围内。
在第一及第二谐振型接收天线中,优选圆环状磁心1的最长直径Dmax与最短直径Dmin之比Dmax/Dmin在1~2的范围内。
本发明的第三谐振型接收天线的特征在于,具备:形成具有一个间隙4的闭环磁路的矩形环状磁心1、缠绕在矩形环状磁心1上的两个线圈2a、2b、以及与各线圈2a、2b的两端并联连接的电容器,两个线圈2a、2b的轴方向互相正交,且各个线圈2a、2b与间隙4之间的距离不同。
本发明的第四谐振型接收天线的特征在于,具备:形成具有两个或三个间隙4a、4b的闭环磁路的圆环状磁心1、缠绕在圆环状磁心1上的两个线圈2a、2b、以及分别与各个线圈2a、2b的两端并联连接的电容器,从圆环状磁心的几何中心O延伸至线圈2a、2b的中央的直线(外径)R2a、R2b相对于从圆环状磁心的几何中心O延伸至一个间隙4的中央的直线(外径)R4所成的角度θa、θb分别在10°~90°的范围内。
本发明的第五谐振型接收天线的特征在于,具备:形成具有两个或三个间隙4a、4b(4c)的闭环磁路的矩形环状磁心1、缠绕在矩形环状磁心1上的两个线圈2a、2b、以及与各线圈2a、2b的两端并联连接的电容器,两个线圈2a、2b的轴方向互相正交。
本发明的接收装置的特征在于具备上述谐振型接收天线的任一种,在所述谐振型接收天线的内侧配置有电路部件。
[2]谐振型接收天线
(1)磁心
本发明的接收天线具备具有间隙的环状磁心。关于磁心的形状所使用的用语“圆环状”并不限于正圆,只要没有角,还包括变形的圆形(例如,卵形、椭圆形、长圆形)。此外,用语“矩形环状”一般是指正方形或长方形的外形,但是角不一定是90°,也可以适当地带有圆形。
磁心能够组合C型磁心、I型磁心、U型磁心、コ字型磁心等来使用。对于间隙的宽度而言,根据磁心中所使用的磁性材料的磁导率和要求特性,其最佳值不同,在使用磁导率高的非晶质的合金薄带等的情况下,间隙的宽度越小越好。具体而言,优选间隙的宽度在0.1~3mm的范围内。间隙可以设置在磁心的任何部位上,例如,如图10(a)所示,也可以在一个磁心片1a的端面上相邻配置其他磁心片1c的侧面来形成间隙4a。另外,间隙可以是空隙,也可以填充树脂等非磁性体。
如果是圆环状磁心,则优选最长直径Dmax与最短直径Dmin之比Dmax/Dmin在1~2的范围内。Dmax/Dmin接近1的圆环状磁心的检测电压高。若Dmax/Dmin超过2,则检测到的电压显著降低,不能得到足够的检测灵敏度。更优选Dmax/Dmin为1~1.6。
磁心能够由软磁性的铁氧体、非晶态合金、纳米晶体合金等形成,优选层叠了由软磁性的非晶质合金或纳米晶体合金构成的薄带的磁心,或者捆绑了由软磁性的非晶质合金或纳米晶体合金构成的细线的磁心。特别是,由于非晶态合金的弹性变形区域广,因此能够在形成磁心之后扩大间隙来插入线圈,而且沿着框体的内壁配置磁心比较容易。另外,由于非晶态合金具有出色的耐冲击性,因此不会因掉落等冲击而被损坏,适合用于电波手表、无钥匙进入系统等便携物品。
非晶态合金的优选组成可用如下一般式来表示,即:(Fe1-aTa)balSixByMz(其中T是Co和/或Ni,M是从V、Mn、Nb、Ta、Cr、Mo及W选择出的至少一种元素,a、x、y及z分别是原子%,满足1≤a≤0、1≤x≤18、5≤y≤17、0≤z≤5、及17≤x+y+z≤25的条件)。
硅元素Si使合金的脆性变小,并使非晶态合金薄带的制造变得容易。为了得到该效果,优选含有1原子%以上的Si。为了提高软磁特性(特别是残留磁通量密度的降低),优选Si在18原子%以下。硼元素B在5原子%以上,有效地发挥合金的非晶质形成能。为了得到优选的软磁特性,优选B在17原子%以下。
钴Co及镍Ni对提高饱和磁通量密度有效,特别是,Co在耐蚀性方面也很出色。为了以少的空间获得有效的天线特性,优选Co系或Ni系的合金组成。Fe系合金为了防止生锈,需要树脂覆盖等防锈。
(2)线圈
缠绕在磁心上的线圈的数量并没有特别的限定,但是优选1~2。在圆环状磁心上设置一个或两个线圈的情况下,从圆环状磁心的几何中心O延伸至各线圈2的中央的直线R2相对于从圆环状磁心的几何中心O延伸至间隙4的中央的直线R4所成的角度θ需要在10°~90°的范围内。若角度θ小于10°,则检测灵敏度显著降低,因此并不优选。此外,若角度θ超过90°,则方向性变强,因此并不优选。若使两个线圈正交,则好像感应磁轴方向也会有90°的不同,但是可知由于间隙4的影响,两个线圈的轴方向的角度差与感应磁轴的角度差不同。
如图4(a)~图4(c)所示,在矩形环状磁心上设置两个线圈2a、2b的情况下,需要使两个线圈2a、2b的轴方向互相正交。此外,各个线圈2a、2b与间隙4之间的距离越是不同,对称性越低,变得更没有方向性,因此是优选的。
[3]追加的线圈
优选本发明的接收天线为了检测环状磁心1的Z轴方向(环状磁心1的轴方向)的磁通量而具备与环状磁心1平行的追加的线圈(Z轴线圈)。若具备Z轴线圈,则能够与环状磁心1的线圈2产生的XY轴方向的磁通量一同检测Z轴方向的磁通量,因此在全方向上具有高的检测灵敏度。Z轴线圈的内侧的面积越大,Z轴方向的检测灵敏度就越高,因此优选在框体的内面和电路部件的外周之间的间隙中配置Z轴线圈。Z轴线圈可以是空心,也可以具有磁心。优选使用检测从X轴线圈、Y轴线圈及Z轴线圈得到的电压QV来选择最高的电压值的电路。
[4]接收装置
优选本发明的接收装置在磁心的内侧配置电路部件(电容器、电池、电阻等),使得能够避免入射电波的影响。根据该结构,电波的检测灵敏度变高。此时,为了实现小型化以及提高耐冲击性,优选环状磁心由软磁性的薄带或软细线构成。例如,在电波钟表中,若沿着框体的内面配置环状磁心,则能够提高接收灵敏度。
在本发明的接收天线中,由于与缠绕在磁心上的线圈并联连接了电容器,因此谐振电流产生的磁通量几乎不贯穿金属制框体,可减少在金属制框体中产生的涡电流,并且天线灵敏度变高。
通过以下的实施例具体说明本发明,但是本发明并不限于这些实施例。
(实施例1及比较例1)
图1是示意性地表示本发明的第一谐振型接收天线。在该谐振型接收天线中,包括形成具有一个间隙4的闭环磁路的圆环状磁心1,从圆环状磁心1的几何中心O延伸至线圈2的中央的直线R2相对于从圆环状磁心1的几何中心O延伸至间隙4的中央的直线R4所成的角度θ是30°。
圆环状磁心1是通过层叠十张涂敷了2μm厚度的环氧树脂的、宽度为1mm及厚度为22μm的Co系非晶态合金(ACO5)的薄带,且被弯曲成间隙4为1mm、直径为40mm之后加热硬化环氧树脂,从而一体式形成的。上述Co系非晶态合金是日立金属株式会社制造的ACO5。利用线圈架(未图示)支承圆环状磁心1的外周。线圈2是通过如下方式制造的,即:在宽度为1mm、厚度为250μm的芯体部件的周围缠绕1000圈粗细为0.1mm的磁线(漆包线)之后,拔出芯体部件。线圈2与电容器3并联连接,构成了谐振电路。
在实施例1中,弹性扩张间隙4之后向线圈2插入圆环状磁心1,并在角度θ呈30°的位置上通过环氧粘接剂进行固定。在比较例1中,如图7所示,线圈2与间隙4的角度θ是180°。
在图2中表示对实施例1(θ=30°)及比较例1(θ=180°)的天线进行的以圆环状磁心1的几何中心O为原点的XY面中的全方向(360°)的磁通量的检测灵敏度的测量结果。极坐标图的半径方向轴表示在线圈2的两端检测出的电压值(mV)。
在比较例1的天线中,线圈2的检测灵敏度在轴方向(与经过线圈2的中央的圆环状磁心1的半径正交的方向,90°及270°)上约5mV时最大,在与轴方向正交的方向(0°及180°)上大致0mV时最小。即,天线具有明确的方向性。相对于此,在实施例1的天线中,线圈2的检测灵敏度在相对于轴方向的正交方向偏离了15°的方向(45°及225°)上约1.2mV时最小,在从轴方向(120°及300°)偏离了15°的方向(135°及315°)上约5.2mV时最大。由此,在实施例1中,在从线圈2的轴方向偏离了15°的方向上电压值最大。电压值的最小值与最大值之比(最小值/最大值)在比较例1中是0%(0/5),而在实施例1中是23%(1.2/5.2×100)。
(实施例2及比较例2)
对除了改变线圈2的角度θ以外与实施例1相同的天线,测量以圆环状磁心1的几何中心O为原点的XY面中的全方向(360°)的磁通量的检测灵敏度,并计算出电压值的最小值/最大值。表1表示结果。在角度θ为10°~90°的范围内,电压值的最小值/最大值之比超过了20%,在该范围外,降低至12.3%以下。
[表1]
(实施例3)
为了提高线圈的轴方向与正交方向的检测灵敏度,制造了在图1的天线中追加了一个线圈的图3的天线。从圆环状磁心1的几何中心O延伸至两个线圈2a、2b的中央的直线R2a、R2b相对于从圆环状磁心1的几何中心O延伸至间隙4的中央的直线R4所成的角度θa、θb分别是+30°和-30°。因此,各线圈2a、2b的轴方向是+60°和-60°。各线圈2a、2b并联连接了电容器。
测量了以圆环状磁心1的几何中心O为原点的XY面中的全方向(360°)的磁通量的检测灵敏度。θ=+30°的线圈2a的检测灵敏度在相对于轴方向的正交方向偏离了15°的方向(45°及225°)上最小也是约1.3mV,从轴方向(120°及300°)偏离了15°的角度(135°及315°)上最大约为5.4mV。线圈2a的电压值的最小值/最大值之比是24%(1.3/5.4×100)。
θ=-30°的线圈2b的检测灵敏度在相对于轴方向的正交方向偏离了15°的方向(135°及315°)上最小也是约1.2mV,在从轴方向(60°及240°)偏离了15°的角度(45°及225°)上最大约为5.4mV。线圈2b的电压值的最小值/最大值之比是22%(1.2/5.4×100)。
(实施例4)
对按照通过间隙4的中央的圆环状磁心1的外径R4为最长直径Dmax、与R4正交的外径为最短直径Dmin的方式改变了实施例3的圆环状磁心1的情况,调查了改变Dmax/Dmin之比时的天线的方向性的变化。若Dmax/Dmin在2以下,则检测出的最大电压值是实施例2的90%以上,但是若Dmax/Dmin超过2,则急剧减少至实施例2的80%以下。相反,在将R4设为Dmin、将与R4正交的外径设为Dmax来使圆环状磁心1变形的情况下,也得到了同样的倾向。同样,在实施例1的圆环状磁心1中也得到了同样的倾向。因此,优选Dmax/Dmin之比在1~2的范围内。
(实施例5)
图4(a)~图4(c)表示本发明的矩形环状谐振型接收天线的例子。矩形环状磁心1是通过以下方式形成的,即:将由与实施例1相同的Co系非晶态合金(ACO5)构成的宽度为50mm及厚度为22μm的薄带打通成纵向15mm、横向30mm及宽度1.5mm的矩形环状,在得到的各薄带片涂敷2μm厚度的环氧树脂之后,层叠10张这样的薄带片,并进行加热硬化。间隙4是1mm。
在图4(a)~图4(c)所示的任何例中,都在矩形环状磁心1上将两个线圈2a、2b设置成互相正交。两个线圈2a、2b在间隙4的两侧配置在距间隙4不同的位置。各线圈2a、2b是通过在宽度为2mm及厚度为300μm的芯体部件的周围缠绕1000圈粗细为0.1mm的磁线(漆包线)之后拔出芯体部件而制造出的。与各线圈2a、2b并联连接电容器,从而构成了谐振电路。
对于图4(a)~图4(c)所示的矩形环状谐振型接收天线,与实施例3同样地计算出电压值的最小值与最大值之比(最小值/最大值),其结果,在图4(a)~图4(c)所示的例子中,两线圈2a、2b都分别是22%(1.2/5.4×100)、24%(1.3/5.4×100)、及23%(1.2/5.3×100)。由此,因为两个线圈2a、2b正交,所以能够在XY面中的所有方向得到高的检测灵敏度。
(比较例3)
使两个棒状天线正交,从而制造出图5所示的现有技术中的接收天线。各棒状磁心10a、10b是通过以下的方式制造出的,即:在长度为10mm、宽度为1mm及厚度为22μm的Co系非晶态合金(ACO5)的薄带片上,涂敷2μm厚度的环氧树脂之后,层叠17张这样的薄带片,并进行加热硬化而制造出的。线圈11a、11b缠绕了710圈粗细为0.1mm的磁线(漆包线)。图6表示以两个棒状天线10a、10b的交点为原点测量了XY面中的全方向(360°)的磁通量的检测灵敏度的结果。在一个棒状天线中,与线圈的轴方向正交的方向上的检测电压值几乎为0,因此必须正交配置两个棒状天线。
(实施例6)
图8(a)表示本发明的圆环状谐振型接收天线的其他例。该圆环状谐振型接收天线具备由形成具有两个间隙4a、4b的闭环磁路的圆弧状磁心片1a、1b构成的圆环状磁心1、和分别设置在各磁心片1a、1b上的两个线圈2a、2b,从圆环状磁心1的几何中心O延伸至两个线圈2a、2b的中央的直线R2a、R2b相对于从圆环状磁心1的几何中心O延伸至一个间隙4a的中央的直线R4所成的角度θa、θb分别是+30°及-30°。因此,两个线圈2a、2b的中央相对于几何中心O所成的角度(θ+θb)是60°。此外,两个间隙4a、4b相对于几何中心O呈180°。与各线圈2a、2b并联连接电容器,从而构成了谐振电路。
圆环状磁心1是通过以下的方式制造出的,即:层叠5张涂敷了2μm厚度的环氧树脂的、宽度为1mm及厚度为14μm的Co系非晶态合金(ACO5)的薄带,并弯曲成直径为40mm之后,进行加热硬化而制造出的。各间隙4a、4b是1mm。利用线圈架(未图示)支承圆环状磁心1的外周。
各线圈2a、2b是通过以下的方式制造出的,即:在宽度为2mm及厚度为1.5mm的芯体部件的周围缠绕1000圈粗细为0.1mm的磁线(漆包线)之后拔出芯体部件。向各线圈2a、2b插入各磁心片1a、1b,并在角度θa、θb为+30°及-30°的位置上通过环氧粘接剂进行固定。
图9表示对该天线测量以圆环状磁心1的几何中心O为原点的XY面中的全方向(360°)的磁通量的检测灵敏度的测量结果。极坐标图的半径方向轴表示在线圈两端检测出的电压值(mV)。从图9可知,两个线圈2a、2b的磁通量的检测灵敏度最大的方向正交,而且各线圈2a、2b的磁通量的检测灵敏度最大的方向从轴方向偏离了15°。电压值的最小值与最大值之比(最小值/最大值)在两个线圈2a、2b中都是21%(1.7/8×100)。
图8(b)及图8(c)表示图8(a)的天线的变形例。在图8(b)的例中,两个间隙4a、4b的角度是90°,在图8(c)的例中,三个间隙4a、4b、4c设置在圆环状磁心1上。这些天线也能得到与图8(a)的天线相同程度的灵敏度。
(实施例7)
对按照通过间隙4的中央的圆环状磁心1的外径R4为最长直径Dmax、与R4正交的外径为最短直径Dmin的方式改变了图8(a)所示的圆环状磁心1的情况,调查了改变Dmax/Dmin之比时的天线的方向性的变化。若Dmax/Dmin在2以下,则检测出的最大电压值是实施例6(图9)的90%以上,但是若Dmax/Dmin超过2,则急剧减少至实施例6的80%以下。相反,在将R4设为Dmin、将与R4正交的外径设为Dmax来使圆环状磁心1变形的情况下,也得到了相同的倾向。同样,在图8(b)及图8(c)的圆环状磁心1中也得到了相同的倾向。因此,优选Dmax/Dmin之比在1~2的范围内。
(实施例8)
图10(a)表示矩形环状谐振型接收天线的其他例。矩形环状磁心1由外边都为20mm且宽度为1.5mm的L字型磁心片1a、长度为22mm及宽度为1.5mm的I字型磁心片1b、和长度为19mm及宽度为1.5mm的I字型磁心片1c构成。各磁心片是通过以下方式制造出的,即:在打通由与实施例1相同的Co系非晶态合金(ACO5)构成的厚度为14μm的薄带而得到的各薄带片上,涂敷2μm厚度的环氧树脂之后,层叠10张这样的薄带片,并进行加热硬化而制造出的。设间隙4a、4b为0.5mm,设间隙4c为1.5mm。
各线圈2a、2b是通过在宽度为2mm及厚度为300μm的芯体部件的周围缠绕1000圈粗细为0.1mm的磁线(漆包线)之后拔出芯体部件而制造出的。将线圈2a设置在I字型磁心片1b上,将线圈2b设置在I字型磁心片1c上。两个线圈2a、2b的轴方向正交。线圈2a与间隙4b之间的距离和线圈2b与间隙4a之间的距离相同。与各线圈2a、2b并联连接电容器,从而构成了谐振电路。
与实施例1相同,测量了以矩形环状磁心1的几何中心O为原点的XY面中的全方向(360°)的磁通量的检测灵敏度。图11表示结果。各线圈2a、2b的接收灵敏度在与轴方向正交的方向上最大。这是因为从一个线圈产生的谐振磁通量激励另一个线圈。电压值的最小值与最大值之比(最小值/最大值)在两个线圈2a、2b中都是约40%(0.25/0.63×100)。
图10(a)所示的谐振型接收天线具有三个磁心片1a、1b、1c,在I字型磁心片1b、1c上将线圈2a、2b设置成互相正交,如图10(b)及图10(c)所示,也可以具有两个磁心片1a、1b,且在各磁心片1a、1b上各设置一个线圈2a、2b。
(实施例9)
图12(a)及图12(b)示意性地表示内置了本发明的接收天线10的电波手表的例子。图12(a)表示在具有两个间隙4a、4b的圆环状磁心1上配置了两个线圈2a、2b的接收天线、图12(b)表示在具有一个间隙4的圆环状磁心1上配置了两个线圈2a、2b的接收天线。无论在哪一种情况下,电波手表都具备金属制(例如不锈钢制)的框体21、机芯22及周边部件、玻璃制的盖23、金属制(例如不锈钢制)的背盖24、以及接收天线10。接收天线10具有沿着框体21的内面大致绕机芯22的外周一圈的圆环状磁心1(由圆弧状磁心片1a、1b构成)、设置在圆环状磁心1的间隙4a(4)的附近的两个线圈2a、2b、以及与各线圈2a、2b连接的电容器3a、3b。通过在框体21与机芯22之间的间隙配置接收天线10,从而能够防止手表的大型化。此外,在圆环状磁心1的内侧,设有追加的线圈6和测量在该线圈内通过的磁通量引起的感应电压的单元(未图示)。
现有技术中的接收天线具有复杂的结构,为了固定在电路基板上,使用线圈架等部件,或者通过焊接等复杂的工序进行固定,因此在设置上费很大的功夫。相对于此,本发明的接收天线具有简单的形状,因此容易设置在框体内。
圆环状磁心1是通过以下方式制造出的,即:将涂敷了2μm厚度的环氧树脂的、宽度为1mm、厚度为18μm及规定长度的Co系非晶态合金(ACO5)的薄带层叠多张而形成期望的形状,并加热硬化环氧树脂而制造出的。
通过这种结构的接收天线10,能够在大致XY面的全方向上接收从框体21的外部流入的磁通量。此外,由于在圆环状磁心1的内侧设有接收在轴方向(Z轴方向)上流入圆环状磁心1的磁通量的追加线圈6,因此能够在金属框体21内接收XYZ轴的所有方向的电波。
(实施例10)
图13(a)及图13(b)示意性地表示内置了本发明的接收天线10的RFID标签的一种、即无钥匙进入系统用的钥匙主体的例。图13(a)示意性地表示在具有两个间隙4a、4b的圆环状磁心1上配置了两个线圈2a、2b的接收天线,图13(b)示意性地表示在具有一个间隙4的圆环状磁心1上配置了两个线圈2a、2b的接收天线。
具有大致卵形外形的钥匙主体具备:金属制的框体壳74、钥匙的开关按钮73、安装了各种部件的印刷布线基板71、以及接收天线10。接收天线10具有沿着框体74的内面的圆环状磁心1、设置在圆环状磁心1的间隙4a(4)附近的两个线圈2a、2b、以及与各线圈2a、2b连接的电容器3a、3b。通过沿着框体74内面配置接收天线10,能够防止钥匙主体的大型化。此外,在圆环状磁心1的内侧设有追加线圈6和测量在该线圈内通过的磁通量引起的感应电压的单元(未图示)。
圆环状磁心1是通过以下的方式制造出的,即:将涂敷了2μm厚度的环氧树脂的宽度1mm、厚度18μm及规定长度的Co系非晶态合金(ACO5)的薄带层叠多张而形成期望的形状,并加热硬化环氧树脂而制造出的。
通过这种结构的接收天线10,能够在大致XY面的全方向上接收从框体74的外部流入的磁通量。此外,由于在圆环状磁心1的内侧设有接收在轴方向(Z轴方向)上流入圆环状磁心1的磁通量的追加线圈6,因此能够在金属框体74内接收XYZ轴的所有方向的电波。
Claims (6)
1.一种谐振型接收天线,其特征在于具有:圆环状磁心,其形成具有一个~三个间隙的闭环磁路;缠绕在所述圆环状磁心上的第一线圈以及第二线圈;和与各线圈的两端并联连接的电容器,
在所述圆环状磁心上仅缠绕所述第一线圈以及第二线圈,
从所述圆环状磁心的几何中心延伸至所述第一线圈的中央的第二直线相对于从所述几何中心延伸至所述间隙之中的一个间隙的中央的第一直线所成的角度在10°~90°的范围内,
从所述几何中心延伸至所述第二线圈的中央的第三直线相对于所述第一直线所成的角度在-10°~-90°的范围内。
2.根据权利要求1所述的谐振型接收天线,其特征在于,
所述第一线圈和所述第二线圈相对于所述第一直线而位于对称处。
3.根据权利要求1或2所述的谐振型接收天线,其特征在于,
所述圆环状磁心的最长直径与最短直径之比在1~2的范围内。
4.根据权利要求3所述的谐振型接收天线,其特征在于,
在所述第一线圈与所述第二线圈之间的未设置所述间隙的一侧还具有间隙。
5.根据权利要求3所述的谐振型接收天线,其特征在于,
所述圆环状磁心通过层叠由软磁性的非晶质合金或纳米晶体合金构成的薄带而形成,或者通过捆绑由软磁性的非晶质合金或纳米晶体合金构成的细线而形成。
6.一种接收装置,其特征在于具备权利要求1~5任一项所述的谐振型接收天线,
在所述谐振型接收天线的所述圆环状磁心的内侧配置有电路部件。
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