CN104737370A - 电子设备及线圈模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供装入了发挥良好的通信特性的线圈模块的电子设备。在装入有线圈模块（1）的电子设备中，线圈模块（1）具备：以面状卷绕的环形线圈（5）；以及通过磁性材料形成并与环形线圈（5）的一部分重叠的片状的磁性片（4），磁性片（4）配置在至少从环形线圈（5）的中心到一侧。

Description

电子设备及线圈模块

技术领域

本发明涉及内置有具备环形线圈和磁性片的线圈模块的电子设备。本申请以在日本于2012年10月17日申请的日本专利申请号特愿2012－230267为基础主张优先权，通过参照该申请，引用于本申请。

背景技术

近年来的无线通信设备中，搭载有电话通信用天线、GPS用天线、无线LAN/BLUETOOTH（注册商标）用天线、以及称为RFID（无线射频识别：Radio Frequency Identification）的多个RF天线。除这些之外，随着非接触充电的引入，还趋于搭载电力传输用的环形线圈。在非接触充电方式中采用的电力传输方式，可举出电磁感应方式、电波接收方式、磁共振方式等。这些，都是利用一次侧线圈与二次侧线圈间的电磁感应或磁共振的方式，例如在非接触充电的Qi标准或RFID的NFC（近距离无线通信：Near Field Communication）标准中，利用电磁感应。

为了可靠地进行通信，天线模块需要以天线线圈接受来自读写器等的发送器的某一值以上的磁通。因此，在现有例所涉及的天线模块中，在便携电话机的壳体设置环形线圈，以该线圈接受来自读写器的磁通。

例如，在专利文献1中，作为提高内置于便携终端装置的环形天线的特性的方法，提出了在内置电池的周围配置挠性电缆或扁形电缆的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－303541号公报。

发明内容

发明要解决的课题

上述专利文献1记载的发明有这样的问题，即，由于在壳体内的间隙配置天线，难以固定其形状，由于电感的变化量变大，所以谐振频率的变动较大。

特别是，在以挠性电缆形成天线的情况下，在上述专利文献1记载的发明中存在这样的问题，即，由于难以调整布线间的分布电容，所以调整谐振频率需要庞大的工时数。

进而，环形线圈还出现这样的问题，即，通过环形线圈的来自读写器的磁通，使得在线圈的导线沿一个方向绕圈的环形线圈的一侧和线圈的导线沿另一方向绕圈的环形线圈的另一侧产生相反方向的电流，不能使之有效率地耦合。

本发明鉴于这样的实情而提出，目的在于装入了能够实现良好的通信特性的线圈模块的电子设备以及线圈模块。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题，本发明所涉及的电子设备，是装入了线圈模块的电子设备，其中，上述线圈模块具备：以面状卷绕的环形线圈；以及通过磁性材料形成并且与上述环形线圈的一部分重叠的片状的磁性片，上述磁性片配置在上述环形线圈的至少从中心到一侧。

另外，本发明所涉及的线圈模块，是使一部分与配置在电子设备壳体的内部的内部结构体重叠地配置的线圈模块，上述线圈模块具备：以面状卷绕的环形线圈；以及通过磁性材料形成并与上述环形线圈的一部分重叠的片状的磁性片，上述磁性片配置在上述环形线圈的至少从中心到一侧。

依据本发明，线圈模块由于磁性片从环形线圈的中心重叠到一侧，在该一侧能有效率地引入磁通，并且能降低另一侧的发电效率，能够相对降低与在该一侧产生的电流相反方向的电流量。由此，线圈模块具备良好的通信特性。

附图说明

图1是示出适用本发明的线圈模块的立体图；

图2中图2A是示出适用本发明的线圈模块的平面图，图2B是截面图；

图3是示出适用本发明的电子设备的内部的立体图；

图4是示出适用本发明的电子设备的内部的截面图；

图5是示出无线通信系统的概略结构的立体图；

图6是示出比较例所涉及的线圈模块的平面图；

图7是示出比较例的结构的立体图；

图8是示出比较例的耦合系数和读写器的移动距离的相关的图表；

图9是示出实施例所涉及的线圈模块的平面图；

图10是示出实施例的结构的立体图；

图11是示出实施例的耦合系数和读写器的移动距离的相关的图表。

具体实施方式

以下，参照附图，对适用本发明的电子设备进行详细说明。此外，本发明并不只限定于以下的实施方式，显然在不脱离本发明的要点的范围内可进行各种变更。另外，附图为示意性的，各尺寸的比率等有与现实不同的情况。具体的尺寸等应当参考以下说明进行判断。另外，附图相互间显然还包括互相的尺寸的关系、比率不同的部分。

[天线装置的结构]

适用本发明的电子设备为例如便携电话等的便携型电子设备，装入有线圈模块1。线圈模块1实现近距离无线通信功能。具体而言，适用本发明的线圈模块1如图1、图2所示，是NFC等的RFID用的模块，具备：通过磁性材料形成的片状的磁性片4；以及粘贴磁性片4的、以面状卷绕的螺旋线圈状的天线线圈5。

磁性片4例如由NiZn类铁氧体的烧结体构成。磁性片4通过将预先涂敷成较薄的片状的铁氧体粒子在高温环境下烧结而进行片化，然后，以既定形状冲切而形成。或者，磁性片4也能通过预先将铁氧体粒子以与最终形状相同的形状涂敷成片状，并烧结而形成。此外，磁性片4也能通过向具有长方形截面的模填入铁氧体粒子，将铁氧体粒子烧结成俯视为矩形状的长方体，并将该烧结体切成薄片来得到既定形状。

此外，磁性片4也可以包含由软磁性粉末构成的磁性粒子和作为粘结材料的树脂。

另外，磁性粒子能够使用铁氧体等的氧化物磁性体；铁硅铝磁合金、坡莫合金等的Fe类、Co类、Ni类、Fe－Ni类、Fe－Co类、Fe－Al类、Fe－Si类、Fe－Si－Al类、Fe－Ni－Si－Al类等的结晶类、微晶类磁性体；或者Fe－Si－B类、Fe－Si－B－C类、Co－Si－B类、Co－Zr类、Co－Nb类、Co－Ta类等的非晶金属磁性体的粒子。

其中，用于NFC等的RFID用天线模块的磁性片4，作为磁性材料优选使用上述的NiZn类铁氧体。

粘结材料能够采用利用热、紫外线照射等来硬化的树脂等。作为粘结材料，能够使用例如环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂、不饱和聚酯等的树脂；或者硅酮橡胶、聚氨酯橡胶、丙烯橡胶、丁基橡胶、乙烯丙烯橡胶等的众所周知的材料。此外，粘结材料也可以对上述树脂或橡胶适量添加难燃剂、反应调整剂、交联剂或硅烷耦合剂等的表面处理剂。

此外，磁性片4不会仅限于以单一的磁性材料构成的情况，也可以混合2种类以上的磁性材料使用，或者也可以层叠多层而形成。另外，磁性片4即便是同一磁性材料，也可以选择多种的磁性粒子的粒径和/或形状并加以混合，或者也可以层叠多层而形成。

天线线圈5是在由聚酰亚胺等形成的柔性基板7上由Cu箔等构成的导电图案以螺旋线圈状形成而成。柔性基板7大致以矩形状形成，沿着外侧边缘形成有大致以矩形状绕圈的天线线圈5。

磁性片4隔着粘接剂层6重叠在柔性基板7的一面7a上。粘接剂层6能够使用粘接剂、粘接带等公知材料。另外，磁性片4与天线线圈5的至少一部分重叠。由此，线圈模块1有效率地向天线线圈5引入磁通，通过感应耦合来与读写器磁耦合，接收被调制的电磁波。接收信号经由与天线线圈5连续的端子部向存储器供给。

[本申请构成]

在此，磁性片4对应于柔性基板7的形状而形成为大致矩形状，至少从天线线圈5的中心重叠到宽度方向的一侧。由此，线圈模块1在磁性片4重叠的宽度方向的一侧，比未重叠磁性片4的宽度方向的另一侧，提高了耦合效率。

在此，如图2所示，线圈模块1中，通过天线线圈5的来自读写器的磁通F，使得在线圈的导线沿一个方向绕圈的天线线圈5的一侧和线圈的导线沿另一方向绕圈的天线线圈5的另一侧，产生相反方向的电流，不能有效率地使之耦合。

然而，线圈模块1由于磁性片4从天线线圈5的中心重叠到宽度方向的一侧，所以城该一侧能有效率地引入磁通，并且能降低宽度方向的另一侧的发电效率，从而能够相对降低与在该一侧产生的电流相反方向的电流量。由此，线圈模块1能够具备良好的通信特性。

此外，磁性片4哪怕有一部分从天线线圈5的卷绕中心重叠到宽度方向的一侧，也能发挥上述的效果，但是优选与该一侧的整个区域重叠。

该线圈模块1在装入电子设备的壳体内时，如图3及图4所示，具有天线线圈5的一部分与电子设备壳体的内部结构体10重叠的重叠部1a和从内部结构体10的主面部10a向外侧伸出的伸出部1b。

在此，内部结构体10具有与进行通信的读写器对置的主面部10a，片状的线圈模块1与该主面部10a重叠而配置。即，线圈模块1以使形成有天线线圈5的柔性基板7的一部分与设于电子设备壳体内的电池盒等的内部结构体10重叠，并且从该内部结构体10的外缘部向外侧伸出的方式配置。由此，线圈模块1连天线线圈5也有一部分与内部结构体10重叠，并且其他一部分不与内部结构体10重叠。

该磁性片4优选重叠到该天线线圈5的与内部结构体10重叠的面侧的、天线线圈5的不与内部结构体10重叠的一侧。特别是，在内部结构体10为电池盒等的金属体的情况下，线圈模块1在与内部结构体10重叠的天线线圈5的宽度方向的另一侧，磁场分量与金属体干涉（耦合），天线线圈5的电感实质上减少，因此有谐振频率会偏移的担忧，另外，因为电感的实质减少，接收灵敏度下降。另一方面，线圈模块1在磁性片4重叠的天线线圈5的宽度方向的一侧，不会与金属体干涉，且如上所述能够有效率良地引入磁通。

由此，线圈模块1抑制重叠部1a中的耦合，不仅相对降低与在伸出部1b产生的电流相反方向的电流量，而且通过磁性片4使磁通从重叠部1a向伸出部1b感应，促进伸出部1b中的耦合，能够谋求提高通信特性。

另外，线圈模块1由于设在伸出部1b的磁性片4不与电池盒等的内部结构体10重叠，在该电子设备壳体内，线圈模块1中只有形成天线线圈5的柔性基板7与内部结构体10重叠，磁性片4不重叠。因此，电子设备壳体在内部结构体10的厚度方向上，能谋求相当于磁性片4及粘接剂层的厚度的量的薄型化。

[其他构成1]

另外，线圈模块1优选天线线圈5的从中心到另一侧的整个区域与内部结构体10重叠。由此，线圈模块1能够尽可能地减少天线线圈5的该另一侧的电流量。即，能够尽可能地减少与天线线圈5的一侧中的电流相反方向的电流。

[其他构成2]

另外，线圈模块1优选使天线线圈5的中心与内部结构体10的外缘部对齐而设置，磁性片4设在天线线圈5的与内部结构体10重叠的面侧的不与内部结构体10重叠的位置、即伸出部1b。

由此，粘贴有磁性片4的天线线圈5的一侧不会受到金属体的影响，且能够通过磁性片4有效率地引入磁通。

[近距离无线通信系统]

接着，对利用线圈模块1进行的近距离无线通信功能进行说明。例如如图5所示，线圈模块1装入例如便携电话机30的壳体20内部，线圈模块1作为RFID用的无线通信系统40而加以使用。

无线通信系统40是读写器41对与线圈模块1一起装入便携电话机30的存储器模块42进行存取系统。在此，线圈模块1和读写器41在三维正交坐标系xyz的xy平面中以互相对置的方式配置。

读写器41作为对于在xy平面中互相对置的线圈模块1的天线线圈5沿z轴方向发送磁场的发送器起作用，具体而言，具备向天线线圈5发送磁场的天线43和与存储器模块42进行通信的控制基板44。

即，读写器41配置有与天线43电连接的控制基板44。在该控制基板44安装有由一个或多个集成电路芯片等的电子部件构成的控制电路。该控制电路基于经由天线线圈5从存储器模块42接收的数据，执行各种处理。例如，控制电路在对存储器模块42发送数据的情况下，对数据进行编码，基于编码后的数据，调制既定频率（例如，13.56MHz）的载波，将调制后的调制信号放大，以放大后的调制信号驱动天线43。另外，控制电路在从存储器模块42读出数据的情况下，放大用天线43接收的数据的调制信号，并将放大后的数据的调制信号进行解调，对解调后的数据进行解码。此外，在控制电路中，采用一般的读写器所使用的编码方式及调制方式，例如，使用曼彻斯特编码方式或ASK（幅移键控：Amplitude Shift Keying）调制方式。

线圈模块1中，天线线圈5接受从读写器41发送的磁场并与读写器41感应耦合，向装入便携电话机30的存储介质即存储器模块42供给信号。

天线线圈5在接受到从读写器41发送的磁场时，利用感应耦合与读写器41磁耦合，接收被调制的电磁波，经由端子部8a、8b将接收信号供给存储器模块42。

存储器模块42利用流过天线线圈5的电流来驱动，在与读写器41之间进行通信。具体而言，存储器模块42对所接收的调制信号进行解调，并将解调后的数据进行解码，将解码后的数据写入该存储器模块42所具有的内部存储器。另外，存储器模块42从内部存储器读出向读写器41发送的数据，并将读出的数据进行编码，基于编码的数据对载波进行调制，经由利用感应耦合而磁耦合的天线线圈5，将调制后的电波向读写器41发送。

以上，作为本发明所涉及的线圈模块1，以适用RFID用的天线模块的情况为例进行了说明，但本发明除了适用于RFID用的天线模块之外，也可以适用于例如Qi等的非接触充电用的模块或其他的天线模块。

实施例

接着，对比较适用了本发明的线圈模块1和现有的线圈模块的实施例进行说明。如图7及图10所示，实施例及比较例都使线圈模块与读写器对置地配置，求出使读写器缓缓向图7及图10中箭头Y轴方向移动时的k值的变化。

＜比较例＞

如图6所示，比较例所涉及的线圈模块50具有：沿着柔性基板的外侧缘而形成的天线线圈51；以及将磁通引入天线线圈51的磁性片53，磁性片53插入天线线圈51的中心。另外，线圈模块50使相对置的长度方向的侧缘部的一侧邻接于当作内部结构体10的金属板55而配置，与金属板55一起与读写器41对置。

磁性片4具有与天线线圈51大致相同的宽度，遍及天线线圈51的大致整个区域而重叠。另外，磁性片4在比天线线圈51的中心靠近金属板55侧，磁性片4配置在读写器41侧，在比天线线圈51的中心靠近与金属板55相反一侧，天线线圈51配置在读写器41侧。

对从使该线圈模块50和读写器41对置的既定位置改变读写器41与线圈模块50的相对位置关系时的通信特性进行了评价。

作为具体的评价条件如下。即，读写器41的天线43将以xy轴方向规定的外形设为70mm×70mm且1.5mm间距的2匝线圈。另外，线圈模块50的天线线圈51是以xy轴方向规定的外形为30mm×10mm且1mm间距的4匝的线圈。线圈模块50的磁性片53采用非透磁率120且用保护膜覆盖厚度0.2mm的铁氧体片的部件，经由粘接剂层遍及天线线圈51的整个面而粘接。

金属板是以xy轴方向规定的外形为100mm×50mm且厚度1.0mm的不锈钢。另外，金属板55和天线线圈51的距离为1.0mm。

进而，以z轴方向规定的、从读写器41的天线43到天线线圈51为止的距离为40mm。

在此，作为表示读写器41和天线线圈51的相对位置关系的值，采用以下的a。即，a是这样的距离：在假设通过读写器41的天线43的中心的z轴方向的轴线43a和通过金属板55的中心的z轴方向的轴线55a时，将两轴线43a、55a一致的位置设为0（mm），并将读写器41从此处沿图7中箭头Y方向及反箭头Y方向移动时的、两轴线43a、55a间的距离。

在以上那样的条件下，模拟求出将a的值从－30mm变化到＋30mm时的、天线线圈51的耦合系数。在图8中示出耦合系数的变化。

＜实施例＞

在本实施例中，如图9所示，采用比天线线圈5的中心更靠一侧粘贴磁性片4的线圈模块1。线圈模块1中，比天线线圈5的中心更靠另一侧成为在金属板55上重叠的重叠部1a，天线线圈5的中心对齐金属板55的外缘部而配置，比天线线圈5的中心更靠一侧成为从金属板55伸出的伸出部1b。另外，磁性片4粘贴在比天线线圈5的中心更靠一侧的伸出部1b的整个区域。

而且，在本实施例中也对使线圈模块1和读写器41对置，并且使读写器41和线圈模块1的相对位置关系变化时的通信特性进行了评价。

关于读写器41、金属板55、从读写器41的天线43到天线线圈5为止的距离，具体评价条件与上述的比较例相同。线圈模块1的天线线圈5设为以xy轴方向规定的外形为30mm×20mm且1.5mm间距的4匝线圈。磁性片4采用与比较例所涉及的磁性片52相同的非透磁率120、厚度0.2mm、用保护膜覆盖以xy轴方向规定的外形为30mm×10mm的铁氧体片的部件，经由粘接剂层粘接到线圈模块1的伸出部1b。

作为表示读写器41和天线线圈5的相对位置关系的值，与比较例同样，采用这样的距离，即，假设通过读写器41的天线43的中心的z轴方向的轴线43a和通过金属板55的中心的z轴方向的轴线55a时，将两轴线43a、55a一致的位置设为0（mm），使读写器41从此处沿图10中箭头Y轴方向及反箭头Y轴方向移动时的、两轴线43a、55a间的距离a。

在以上那样的条件下，模拟求出使a的值从－30mm变化到＋30mm时的、天线线圈5的耦合系数。在图11中示出耦合系数的变化。依据实施例，可知耦合系数相比于比较例得到提高。这是因为天线线圈5的尺寸较大，实施例相比于比较例有利的缘故，至少可以说实施例具有与比较例相等以上的耦合系数。

这是因为依据实施例所涉及的线圈模块1，能够抑制与粘贴磁性片4的天线线圈5的一侧的电流相反方向的电流量，并且通过磁性片4能够有效率地引入磁通。

即，依据实施例所涉及的构成，能够实现良好的通信特性。另外实施例中，磁性片4不会与金属板55重叠而能够谋求电子设备壳体的厚度方向薄型化，能够提供采用也能搭载到狭小的空间的线圈模块的电子设备。

标号说明

1　线圈模块，1a　重叠部，1b　伸出部，4　磁性片，5　天线线圈，6　粘接剂层，7　柔性基板，10　内部结构体，10a　主面部，20　电子设备壳体，20a　侧壁，30　便携电话机，40　无线通信系统，41　读写器，42　存储器模块，43　天线，44　控制基板，45　电池盒，45a　主面部。

Claims (11)

1. 一种装入有线圈模块的电子设备，其中，

所述线圈模块具备：

以面状卷绕的环形线圈；以及通过磁性材料形成并且与所述环形线圈的一部分重叠的片状的磁性片，

所述磁性片配置在所述环形线圈的至少从中心到一侧。

2. 如权利要求1所述的电子设备，其中，

所述磁性片与所述环形线圈的所述一侧的整个区域重叠。

3. 如权利要求1或权利要求2所述的电子设备，其中，

所述线圈模块从所述环形线圈与壳体的内部结构体重叠的位置遍及到不与该内部结构体重叠的位置而配置。

4. 如权利要求3所述的电子设备，其中，

所述磁性片不与所述内部结构体重叠。

5. 如权利要求3所述的电子设备，其中，

所述线圈模块中，从所述环形线圈的中心到另一侧与所述内部结构体重叠。

6. 如权利要求4所述的电子设备，其中，

所述线圈模块中，从所述环形线圈的中心到另一侧与所述内部结构体重叠。

7. 如权利要求5所述的电子设备，其中，

所述线圈模块中，所述环形线圈的中心与所述内部结构体的外缘部对齐而设置。

8. 如权利要求6所述的电子设备，其中，

所述线圈模块中，所述环形线圈的中心与所述内部结构体的外缘部对齐而设置。

9. 如权利要求3所述的电子设备，其中，

所述内部结构体为金属体。

10. 一种线圈模块，使一部分与配置在电子设备壳体的内部的内部结构体重叠地配置，其中，

所述线圈模块具备：

以面状卷绕的环形线圈；以及通过磁性材料形成并与所述环形线圈的一部分重叠的片状的磁性片，

所述磁性片配置在所述环形线圈的至少从中心到一侧。

11. 如权利要求10所述的线圈模块，其中，

所述磁性片与所述环形线圈的所述一侧的整个区域重叠。