CN1989654B - 线圈天线 - Google Patents

Abstract

一种线圈天线(11)包括磁芯(12)与围绕线轴(14)形成的线圈(13)，以便将这些整个元件容纳于外壳(15)内。磁芯(12)与线轴(14)的一端与盖(17)。磁芯(12)与线轴的一端用泡沫元件(20)覆盖，并进一步用凝胶元件(30)覆盖。该泡沫元件通过成形工艺形成，且粘合化合物被设置在磁芯(12)与泡沫元件(20)之间。

Description

线圈天线

技术领域

本发明涉及用于具有LF频带(频率为30到300kHz的长波)的短距离通信系统的线圈天线。

背景技术

在具有LF频带(频率为30到300kHz的长波)的短距离通信系统中，线圈天线由围绕磁芯形成的线圈制成(以下线圈天线本身将称为绕组结构)。线圈天线被用来装入外壳中。

图1示出专利文件1中公开的线圈发射天线1的一个配置示例。该线圈天线1包括：磁芯2；用于容纳磁芯2的线轴4；以及通过在线轴4上卷绕导线形成的主线圈3。该线圈天线1还包括容纳磁芯2、线轴4、以及主线圈3的外壳5。在磁芯2、线轴4、主线圈3、以及外壳5之间设置灌封材料。

磁芯2使用诸如铁磁性锰锌(Mn-Zn)铁氧体的铁磁物质、不同于铁磁性锰锌(Mn-Zn)铁氧体的非晶磁性物质、以及挤压成形磁粉。这些磁性物质具有极低韧性和脆裂性特性。当韧性由于温度和湿度的影响而进一步退化时，仅施加小负载也可能使磁芯2发生故障。磁芯2的这种故障会引起谐振频率的改变，并破坏线圈天线1的辐射磁场的稳定。

然后，在专利文件1中，用灌封材料10完全填充外壳5，并且在灌封材料10中产生气泡时，通过真空铸造而不留下空隙(以下此无气泡的构造将称为脱气元件)。因此，可防止磁芯2由于温度和湿度而进一步退化，并防止磁芯2、线轴4、以及主线圈3与外壳5接触。

通过柔性橡胶材料形成脱气元件10，则施加到外壳的静态变形与负载因脱气元件10的变形而被吸收，从而防止该静态变形与负载经由脱气元件10施加到磁芯2。

专利文件1：日本未审查专利申请公开No.2001-358522

发明内容

通过本发明将要解决的问题

然而，因为使用此脱气元件填充外壳而不留下空隙，所以当在外壳中暂时产生变形、或负载被施加于外壳时，脱气元件不能变形(漂移)且响应性不是很好。因此，变形与负载被立即传导到磁芯，从而导致磁芯的损坏。

当通过真空铸造用脱气元件填充外壳时，由于脱气元件在固化期间的变形而在磁芯中产生偏移，这会使得磁芯由于脱气元件的较薄部分、或者具有施加其上的外部力的磁芯的硬化而损坏。

因此，本发明的一个目的是防止磁芯损坏、并提供适用于具有LF频带的短距离通信系统的天线的线圈天线。

用于解决问题的手段

根据本发明的线圈天线包括：包括磁芯与围绕磁芯形成的线圈的绕组结构；容纳该绕组结构并具有一开口端和另一封闭端的筒状外壳；以及用于装入外壳的开口端、以及用于支承绕组结构的盖，其中在绕组结构与外壳之间的空隙的至少一部分中设置泡沫元件。

根据本发明的泡沫元件在本文中表示在粘弹性材料内部基本均匀地产生气泡的结构，尤其表示聚氨酯泡沫或有机硅泡沫的泡沫或海绵状物。

因为此泡沫元件在内部具有气泡，与上述脱气元件相比，变形和负载可以被更快地吸收。因此，通过在绕组结构与外壳之间的空隙中设置泡沫元件，可防止绕组结构与外壳接触，并且吸收静态变形与负载，甚至还通过快速反应吸收瞬时负载或变形以便防止磁芯的损坏。

泡沫元件由于其内部气泡而具有极轻的重量，从而线圈天线11的总重量通过使用泡沫元件而变得更轻，从而改进了对诸如跌落冲击的冲击负载的抵抗力。

在根据本发明的线圈天线中，泡沫元件可设置在邻近外壳封闭端的空隙中。

因此，可以可靠地防止绕组结构与外壳接触。

在根据本发明的线圈天线中，泡沫元件可在沿着从外壳的封闭端到开口端的范围内的空间中设置。

甚至当负载或变形瞬间施加到线圈天线时，在防止绕组结构与外壳接触的同时，撞击由此被极有效地吸收以便防止该撞击被传导到磁芯。

在根据本发明的线圈天线中，可通过成形工艺形成泡沫元件。

由此，与铸塑成型相比，绕组结构的端部可被固定在外壳中，从而泡沫元件的厚度可基本上统一。

在根据本发明的线圈天线中，可在泡沫元件与绕组结构之间设置粘合化合物。

由此，可以可靠地防止外壳中泡沫元件的偏移。

在根据本发明的线圈天线中，可在泡沫元件与外壳之间设置凝胶元件。

由此，绕组结构可被更稳定地保持在外壳的中间。

本发明的效果

根据本发明，在防止由磁芯及线圈构成的绕组结构与外壳接触的同时，还可防止静态负载与变形经由泡沫元件传导到磁芯，且此外可防止瞬间负载与变形被传导到磁芯。即，几乎不发生对磁芯的损坏，从而可提供适于短距离通信系统的具有LF频带的线圈天线。

附图说明

图1是示出常规线圈天线的配置的示图。

图2包括示出根据第一实施例的线圈天线的配置的示图。

图3包括示出根据第二实施例的线圈天线的配置的示图。

标号

1，11：线圈天线

2，12：磁芯

3，13：线圈

4，14：线轴

5，15：外壳

10：灌封材料(脱气元件)

16：小磁芯

17：盖

18：外部互连线

19：电容器

20：泡沫元件

21：底部

22：端部

23A，23B：支柱

26：凸起

27A，27B：线圈连接端子

28A，28B：输入-输出端子

29：开口

30：凝胶元件

具体实施方式

然后，将参考图2描述根据本发明第一实施例的线圈天线。图2(A)是线圈天线11的平面图；图2(B)是线圈天线11的前视图。在这些示图中，为了便于图示，透明地示出了外壳15的一部分与泡沫元件20使用透明显示。

线圈天线11包括由铁磁性锰锌(Mn-Zn)铁氧体制成的磁芯12。线圈天线11最好还使用不同于铁磁性锰锌(Mn-Zn)铁氧体的非晶磁性物质、以及挤压成型磁粉。磁芯12是一矩形片(薄壁柱状物)，且可容纳于线轴14内部。围绕容纳磁芯12的线轴14形成线圈13。线轴14、磁芯12、以及线圈13在本文中构成根据本发明的绕组结构。

线轴14保护磁芯12，并抑制磁芯12因在制造或使用期间施加弯曲负载或撞击的损坏。线轴14使用PBT(聚对苯二甲丁二醇酯)整体地由端部22、底部21、以及支柱23A和23B。

端部22与底部21用沿磁芯12的轴向延伸的支柱23A和23B连接在一起。端部22具有垂直于磁芯12的长度方向(在示图左右两侧的平面)的椭圆形平面(具有倒角的矩形)、以及用于容纳磁芯12的开口(未示出)。通过将磁芯12从开口插入(压入配合)到底部12，磁芯12容纳在线轴14内。因此，线轴14的横截面几乎与磁芯12相同。

底部21具有垂直于磁芯12的长度方向(在示图左右两侧的平面)椭圆形平面(具有倒角的矩形)，与端部22中相同。在垂直平面之一(在示图的右侧)上，设置有凹槽(未示出)用于安装磁芯12。该凹槽具有与用于安装磁芯12的横截面几乎相同的横截面，以便于安装磁芯12。该平面(在示图的右侧)被配置成将其接合到磁芯12。同时，支柱23A与23B被排列成从该平面(在示图的右侧)沿磁芯12的长度方向延伸。

底部21也设置有开口29，该开口29形成为穿过磁芯12的主平面(在示图的前面)。在开口29内，设置有分配端子且电容器19与该端子相连。通过设置开口29，线圈天线11作为整体重量较轻，从而对诸如跌落冲击的冲击负载的冲击抵抗性得到改进。

底部21还设置有输入-输出端子28A与28B，这些输入-输出端子28A与28B形成于与磁芯12相切的平面相反的平面上，且外部互连线18与该输入-输出端子28A与28B相连。底部21还设置有在磁芯12的主平面的横向伸出的线圈连接端子27A与27B，且线圈13与该线圈连接端子27A与27B相连。输入-输出端子28A和28B经由设置在开口29中的端子和诸如电容器19的器件与线圈连接端子27A和27B连接在一起。

线圈连接端子27A与27B还可并列置于底部21的侧面上。开口29并不是必需的。如果略去开口29，则电容器19可能不能一体化地配置。

底部21还包括具有底部的孔，且小磁芯16被容纳在该具有底部的孔中。小磁芯16是椭圆柱状的并由磁性材料制成。因为小磁芯16置于磁芯12的磁通匝数穿过的位置，所以小磁芯16磁耦合到磁芯12。因为小磁芯16是椭圆柱状的，所以当它旋转时，小磁芯16与磁芯12之间的空隙改变从而改变粘结力。因此，可通过小磁芯16的旋转来调节线圈13的电感。在调节之后，小磁芯16用粘合剂固定。

支柱23A与23B设置有在磁芯12的主平面的横向伸出的凸起26。在形成线圈时，凸起26用来固定金属线，且它们的位置和数量根据线圈的匝数来适当地设计。凸起26在本文中排列在线圈13的一端。通过排列凸起26，卷绕线圈13的工作效率得到改进。

由上述底部21、端部22、以及支柱23A和23B所包围的空隙(开口)被配置成从中露出磁芯12，从而整个线圈天线11可减小平板厚度。因此，通过减小线圈13的有效卷绕直径，可减小线圈13的实际阻抗。同时，通过减小整个线圈天线11的重量，对诸如跌落冲击的冲击负载的冲击抵抗性可得到改进。

磁芯12与线轴14的形状并不仅限于根据本发明的配置。例如，线圈可直接围绕磁芯形成而不设置支柱23A和23B。也可略去或单独排列端部22。

如上所述，磁芯12容纳于线轴14内，围绕线轴14形成线圈13。线圈13由绝缘镀层的铜(Cu)制盘条(导线)形成。

电容器19被串联连接到线圈13以便形成LC串联谐振电路。通过使用具有谐振电路的谐振频率的电源，甚至在低电压下线圈天线11也可具有大线圈电流，从而获得较大磁输出。此线圈天线11适用于具有LF频带的短距离通信系统的线圈发射天线。

线圈天线11还包括外壳15与盖17。外壳15与盖17由PBT(聚对苯二甲丁二醇酯)铸模。外壳15为筒状，且其一端张开而另一端封闭。

在外壳15内容纳由线轴14、磁芯12、以及线圈13构成的绕组结构。在容纳该结构期间，泡沫元件20被粘合到绕组结构。推后，具有粘合其上的泡沫元件20的绕组结构被插入外壳15。

盖17设置有允许两外部互连线18穿过其中的通孔，且该通孔使用密封化合物(未示出)紧密地填充。通过密封该通孔，线圈天线11的环境抵抗性得到改进。用密封化合物来固定外部互连线18，从而通过盖17支承线轴14与磁芯12。通过将盖17安装到筒状外壳15的开口，泡沫元件20与线轴14被装入在外壳15与盖17内。

根据线轴14分别设置盖17；或者，甚至当盖17与线轴14铸模成整体时，本发明也可按需结合。

通过切割聚乙烯泡沫片(本文中所使用的是INOAC公司生产的聚氨酯泡沫)制成泡沫元件20，且具有粘合在其一侧的压敏双镀层片(未示出)。由此，基本上统一泡沫元件20的厚度，从而可稳定外壳中绕组结构的端位置(邻近外壳封闭端的端位置)。

发明人使用实验证实：需要使用时处于压缩状态的泡沫元件20的厚度为初始厚度的40％或更大。该事实是考虑到：当厚度低于初始厚度的40％时，泡沫元件20内部的气泡被压破，从而使瞬间负载与变形的吸收性会极度恶化。同时还证实：使用不同于上述聚乙烯泡沫(使用INOAC公司生产的聚氨酯泡沫)的各种材料的吸收性能，其中当泡沫元件20的硬度为300N或更小时，吸收性能变理想。

泡沫元件20覆盖由磁芯12、线轴14、以及基本上沿着从外壳15的封闭端到开口端的整个长度的线圈13所构成的绕组结构。由此防止绕组结构与外壳15接触。也防止施加到磁芯12上的弹力与撞击。用这种方式，几乎不会发生对磁芯12的损坏。

另外，泡沫元件20的材料还可以是不同于聚乙烯泡沫的有机硅泡沫。同时，泡沫元件20并不是必须通过成形工艺来形成，而是也可通过使用聚氨酯泡沫或有机硅泡沫铸模成型。

泡沫元件20并不是必须覆盖由磁芯12、线轴14、以及基本上整个的线圈13构成的绕组结构，并且它也可只设置在磁芯12的端部22的附近。

接着，将参考图3描述第二实施例。图3(A)是根据第二实施例的线圈天线的平面图；图3(B)是根据该实施例的线圈天线的侧视图。在图3中，相同标号表示与上述实施例相同的元件。在这些示图中，为了便于图示，透明地显示外壳15的一部分、泡沫元件20、以及凝胶元件30。

根据实施例的线圈天线11具有类似于上述实施例的配置；然而，泡沫元件的形状和组成是不同的，并且也设置有凝胶元件30。

泡沫元件20是由聚乙烯泡沫(使用INOAC公司生产的聚氨酯泡沫)的成形工艺形成的片状元件，且具有粘合在其一侧的压敏双镀层片(未示出)。使用该压敏双镀层片将泡沫元件粘合到线轴14与磁芯12的端部22的附近。

凝胶元件30由硅树脂(本文中使用GE Toshiba Silicones公司生产的硅树脂)。溶胶硅树脂(固化之前的凝胶元件30)被预先注入到外壳15；粘合有泡沫元件20的线轴14被插入外壳15；然后，通过热处理(1000℃，1小时)固化硅树脂以便使溶胶硅树脂转变成凝胶树脂。

当用凝胶元件30以这种方式覆盖泡沫元件20时，即使仅通过该泡沫元件不能获得足以防止接触的硬度，可在端部22与外壳15之间获得适当的缓冲。

发明人使用实验证实：需要凝胶元件30沿外壳15的一半长度或更少覆盖外壳15。如果凝胶元件30占用外壳15的体积过大，则凝胶元件30对撞击的吸收性能会极度恶化；然而，凝胶元件30仅覆盖外壳15的一半，且此外，它覆盖线轴14且其间具有泡沫元件，从而不会削弱凝胶元件20的流动性，从而最佳地保持了凝胶元件30的吸收性能。

同时证实使用时处于压缩状态的泡沫元件20的厚度应为初始厚度的40％或以上，且泡沫元件20的硬度为300N或更小。

凝胶元件30的材料也可以是不同于硅树脂的环氧树脂与聚氨酯树脂。

当泡沫元件20使用一类密封式泡沫，则密封性与绝热性可得到改进。当泡沫元件20使用敞开式泡沫类型，则可获得极好的撞击吸收性能。

Claims (6)

1.一种线圈天线，其特征在于，包括：

包括磁芯与围绕所述磁芯形成的线圈的绕组结构；

具有一开口端与另一封闭端的、其中容纳所述绕组结构的筒状外壳；

用于安装于所述外壳的所述开口端、并用于支承所述绕组结构的盖；以及

容纳所述磁芯的线轴，

其中泡沫元件被设置在所述绕组结构与所述外壳之间的空间的至少一部分，且所述泡沫元件覆盖所述磁芯和所述线轴的至少一部分。

2.如权利要求1所述的线圈天线，其特征在于，所述泡沫元件设置在邻近所述外壳的所述封闭端的所述空间中。

3.如权利要求1所述的线圈天线，其特征在于，所述泡沫元件设置在沿所述外壳的所述封闭端到所述开口端的范围的所述空间中。

4.如权利要求1到3的任一项所述的线圈天线，其特征在于，所述泡沫元件通过成形工艺形成。

5.如权利要求4所述的线圈天线，其特征在于，粘合化合物设置在所述泡沫元件与所述绕组结构之间。

6.如权利要求1所述的线圈天线，其特征在于，凝胶元件设置在所述泡沫元件与所述外壳之间。