DE102022110670A1

DE102022110670A1 - Antennenvorrichtung und drahtlose energieübertragungsvorrichtung mit derselben

Info

Publication number: DE102022110670A1
Application number: DE102022110670.5A
Authority: DE
Inventors: Shoma Kajikiya; Noritaka CHIYO
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2022-05-02
Publication date: 2022-11-24
Also published as: US20220374673A1; JP2022179866A; CN115395237A

Abstract

Es wird eine Antennenvorrichtung beschrieben, die ein erstes Spulenmuster mit mindestens einer ersten, zweiten und dritten Windung aufweist. In einer Spulenachsenrichtung gesehen, weist jede der ersten, zweiten und dritten Windung eine Öffnung auf, deren Breite in einer ersten Richtung größer ist als in einer zweiten, zur ersten Richtung orthogonalen Richtung. Die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung ist größer als eine Breite der Öffnung der ersten Windung in der zweiten Richtung. Die Breite der Öffnung der dritten Windung in der zweiten Richtung ist größer als die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung und kleiner als eine Breite der Öffnung der ersten Windung in der ersten Richtung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
--Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung und eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung mit derselben.
--Beschreibung des Stands der Technik
JP 2002-298095A offenbart ein Lese-/Schreibgerät, das eine Datenkommunikation mit einer IC-Karte berührungslos durchführt.
Eine Antennenspule in dem in der JP 2002-298095A beschriebenen Lese-/Schreibgerät hat eine Kreisform, so dass die Kommunikation je nach Position einer in eine IC-Karte eingebauten Antennenspule instabil werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine Antennenvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, unabhängig von der Position einer in eine IC-Karte eingebauten Antennenspule zufriedenstellende Kommunikationseigenschaften zu erreichen, sowie eine drahtlose Energiekommunikationsvorrichtung mit einer solchen Antennenvorrichtung.
Eine Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein erstes Spulenmuster mit mindestens einer ersten, zweiten und dritten Windung auf. In der Spulenachsenrichtung gesehen weist jede der ersten, zweiten und dritten Windung eine Öffnung auf, deren Breite in einer ersten Richtung größer ist als in einer zweiten, zur ersten Richtung orthogonalen Richtung, wobei die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung größer ist als die Breite der Öffnung der ersten Windung in der zweiten Richtung, und die Breite der Öffnung der dritten Windung in der zweiten Richtung größer ist als die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung und kleiner als die Breite der Öffnung der ersten Windung in der ersten Richtung.
Mit dieser Konfiguration kann eine Antennenvorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, unabhängig von der Position einer in eine IC-Karte eingebauten Antennenspule zufriedenstellende Kommunikationseigenschaften zu erreichen.
Figurenliste
Die obigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung der Struktur einer Antennenvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 eine schematische Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 11 des ersten Substrats 10 ausgebildeten Leitermusters zeigt;
3 eine schematische transparente Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 12 des ersten Substrats 10 ausgebildeten Leitermusters von der Seite der Oberfläche 11 des ersten Substrats 10 aus gesehen zeigt;
4 eine schematische Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 21 des zweiten Substrats 20 ausgebildeten Leitermusters zeigt;
5 eine schematische transparente Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 22 des zweiten Substrats 20 ausgebildeten Leitermusters von der Seite der Oberfläche 21 des zweiten Substrats 20 aus gesehen zeigt;
6 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktion der Antennenvorrichtung 1; und
7 ein Blockdiagramm einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 90, in der die Antennenvorrichtung 1 Verwendung findet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung der Struktur einer Antennenvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 1 dargestellt, weist die Antennenvorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform ein erstes Substrat 10 und ein zweites Substrat 20 auf, die jeweils aus einer PET-Folie hergestellt sind, ein erstes Spulenmuster CP1, das auf einer Oberfläche 11 des ersten Substrats 10 vorgesehen ist, ein zweites Spulenmuster CP2 und ein drittes Spulenmuster CP3, die jeweils auf der einen Oberfläche 21 und der anderen Oberfläche 22 des zweiten Substrats 20 vorgesehen sind, und eine Magnetfolie 30. Das erste Spulenmuster CP1 und das dritte Spulenmuster CP3 sind jeweils eine Antennenspule für die Nahfeldkommunikation (NFC, Near Field Communication), und das zweite Spulenmuster CP2 ist eine Übertragungsspule für die drahtlose Energieübertragung. Das erste Spulenmuster CP1 und das zweite Spulenmuster CP2 überlappen sich in der Spulenachsenrichtung. Die Spulenachsenrichtung jedes der ersten bis dritten Spulenmuster CP1 bis CP3 ist die z-Richtung, und das erste Substrat 10, das zweite Substrat 20 und die Magnetfolie 30 sind von oben in dieser Reihenfolge angeordnet, so dass sie sich gegenseitig überlappen. Insbesondere ist das zweite Substrat 20 zwischen dem ersten Substrat 10 und der Magnetfolie 30 angeordnet, und somit ist der Abstand zwischen der Magnetfolie 30 und dem ersten Substrat 10 in z-Richtung größer als der Abstand zwischen der Magnetfolie 30 und dem zweiten Substrat 20 in z-Richtung.
2 ist eine schematische Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 11 des ersten Substrats 10 ausgebildeten Leitermusters zeigt.
Wie in 2 dargestellt, sind auf der Oberfläche 11 des ersten Substrats 10 Leitermuster 51 und 52, die das erste Spulenmuster CP1 bilden, und ein Kondensatorelektrodenmuster CE1 ausgebildet. Das Leitermuster 51 weist eine erste Windung T1, eine zweite Windung T2 und eine dritte Windung T3 auf, die jeweils in einer im Wesentlichen rechteckigen Form gewickelt sind und deren eines Ende und deren anderes Ende jeweils mit Durchgangsleitern 53 und 54 verbunden sind, die das erste Substrat 10 durchdringen. Die erste Windung T1 ist die innerste Windung des ersten Spulenmusters CP1. Die
Öffnung der ersten Windung T1 weist eine Breite Y1 in der y-Richtung und eine Breite X1 in der x-Richtung auf. Die x-Richtung ist zum Beispiel eine erste Richtung und die y-Richtung ist zum Beispiel eine zweite Richtung. Die zweite Windung T2 ist außerhalb der ersten Windung T1 gewickelt. Die Öffnung der zweiten Windung T2 weist eine Breite Y2 in y-Richtung auf, die größer ist als die Öffnungsbreite Y1 der ersten Windung T1 (Y2 > Y1). Die dritte Windung T3 wird außerhalb der zweiten Windung T2 gewickelt. Die Öffnung der dritten Windung T3 weist eine Breite Y3 in y-Richtung auf, die größer ist als die Öffnungsbreite Y2 der zweiten Windung T2 (Y3 > Y2) und kleiner als die Öffnungsbreite X1 der ersten Windung T1 (Y3 < XI). Wie oben beschrieben, sind die Öffnungsbreiten der Öffnungen der zweiten und dritten Windung T2 und T3 in x-Richtung nahezu gleich der Öffnungsbreite X1 der ersten Windung T1. Dementsprechend haben die erste, zweite und dritte Windung T1, T2 und T3 alle eine seitlich langgestreckte Form, bei der ein sich in x-Richtung erstreckender Abschnitt die lange Seite und ein sich in y-Richtung erstreckender Abschnitt eine kurze Seite ist.
Das Leitermuster 52 bildet eine vierte Windung T4, deren eines Ende und deren anderes Ende jeweils mit Durchgangsleitern 55 und 56 verbunden sind, die das erste Substrat 10 durchdringen. Die vierte Windung T4 hat ebenfalls eine seitlich langgestreckte Form, bei der ein sich in x-Richtung erstreckender Abschnitt die lange Seite und ein sich in y-Richtung erstreckender Abschnitt eine kurze Seite ist. Die vierte Windung T4 ist die äußerste Windung des ersten Spulenmusters CP1. Die Öffnung der vierten Windung T4 weist eine Breite Y4 in y-Richtung auf, die größer ist als die Öffnungsbreite Y3 der dritten Windung T3 (Y4 > Y3). Die Öffnungsbreite der vierten Windung T4 in x-Richtung ist nahezu gleich der Öffnungsbreite X1 der ersten Windung T1. Das Kondensatorelektrodenmuster CE1 ist in einem Spalt in y-Richtung angeordnet, der in z-Richtung gesehen zwischen der langen Seite der zweiten Windung T2 und der langen Seite der dritten Windung T3 gebildet wird, und ist mit einem Durchgangsleiter 57 verbunden.
3 ist eine schematische transparente Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 12 des ersten Substrats 10 ausgebildeten Leitermusters von der Seite der Oberfläche 11 des ersten Substrats 10 aus gesehen zeigt.
Wie in 3 dargestellt, sind auf der Oberfläche 12 des ersten Substrats 10 Leitermuster 61 und 62, die das erste Spulenmuster CP1 bilden, und ein Kondensatorelektrodenmuster CE2 ausgebildet. Beide Enden des Leitermusters 61 sind jeweils mit den Durchgangsleitern 53 und 55 verbunden, wodurch das eine Ende des Leitermusters 51 und das eine Ende des Leitermusters 52 kurzgeschlossen sind. Ferner sind beide Enden des Leitermusters 62 mit den Durchgangsleitern 54 bzw. 57 verbunden, wodurch das andere Ende des Leitermusters 51 und das Kondensatorelektrodenmuster CE1 kurzgeschlossen sind. Das Kondensatorelektrodenmuster CE2 ist an einer Position angeordnet, die das Kondensatorelektrodenmuster CE1 in der z-Richtung gesehen überlappt. Das Kondensatorelektrodenmuster CE2 ist mit dem Durchgangsleiter 56 verbunden, wodurch das andere Ende des Leitermusters 52 und das Kondensatorelektrodenmuster CE2 kurzgeschlossen sind.
Die Kondensatorelektrodenmuster CE1 und CE2 liegen einander durch das erste Substrat 10 hindurch gegenüber, um einen zweiten Kondensator C2 zu bilden (siehe 7). Das erste Spulenmuster CP1 ist an seinem einen und seinem anderen Ende mit dem Paar von Kondensatorelektrodenmustern CE1 und CE2 verbunden, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, der mit keinem externen Stromkreis verbunden ist. Die Resonanzfrequenz des ersten Spulenmusters CP1 kann durch die Flächen der Kondensatorelektrodenmuster CE1 und CE2 gesteuert werden. Obwohl das erste Substrat 10 in der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet ist, dass die Oberfläche 12 der Oberfläche der Magnetfolie 30 zugewandt ist, kann es auch so angeordnet sein, dass die Oberfläche 11 der Oberfläche der Magnetfolie 30 zugewandt ist.
4 ist eine schematische Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 21 des zweiten Substrats 20 ausgebildeten Leitermusters zeigt.
Wie in 4 dargestellt, sind auf der Oberfläche 21 des zweiten Substrats 20 ein spiralförmiges Leitermuster 100, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, und Leitermuster 41 und 42, die das dritte Spulenmuster CP3 bilden, ausgebildet.
Das Leitermuster 100, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, weist eine Konfiguration mit sechs Windungen auf, die aus den Windungen 110, 120, 130, 140, 150 und 160 gebildet ist, wobei die Windungen 110 und 160 am äußeren bzw. inneren Umfang angeordnet sind. Die Windungen 110, 120, 130, 140 und 150 sind jeweils radial durch drei spiralförmige Schlitze in vier geteilt. Die Windung 160 ist durch einen einzigen spiralförmigen Schlitz radial in zwei geteilt. So ist die Windung 110 in vier Leitungen 111 bis 114, die Windung 120 in vier Leitungen 121 bis 124, die Windung 130 in vier Leitungen 131 bis 134, die Windung 140 in vier Leitungen 141 bis 144, die Windung 150 in vier Leitungen 151 bis 154 und die Windung 160 in zwei Leitungen 161 und 162 unterteilt.
Die Leitungen 111, 121, 131, 141, 151 und 161 sind durchgehende Leitungen, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils am äußersten Umfang in der entsprechenden Windung liegen. Die Leitungen 112, 122, 132, 142, 152 und 162 sind durchgehende Leitungen, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und von der äußersten Leitung in der entsprechenden Windung gezählt jeweils die zweite Leitung sind. Die Leitungen 113, 123, 133, 143 und 153 sind durchgehende Leitungen, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind und von der innersten Leitung in der entsprechenden Windung gezählt jeweils die zweite Leitung sind. Die Leitungen 114, 124, 134, 144 und 154 sind durchgehende Leitungen, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils die innerste Leitung sind, die in der entsprechenden Windung am innersten Umfang liegt.
Die äußeren Umfangsenden der Leitungen 111 bis 114 sind gemeinsam mit einer Anschlusselektrode E1 verbunden. Die inneren Umfangsenden der Leitungen 161, 162, 153 und 154 sind jeweils mit Durchgangsleitern 301 bis 304 verbunden, die das zweite Substrat 20 durchdringen.
Die Leitermuster 41 und 42, die das dritte Spulenmuster CP3 bilden, sind außerhalb des Leitermusters 100 angeordnet, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet. Das Leitermuster 41 ist eine durchgehende Leitung, die in etwa einer Windung gewickelt ist, und das Leitermuster 100 ist im Öffnungsbereich (Innendurchmesserbereich) des Leitermusters 41 angeordnet. Ein Ende des Leitermusters 41 ist mit einer Anschlusselektrode E3 verbunden, das andere Ende mit einem Durchgangsleiter 43, der das zweite Substrat 20 durchdringt. Ein Ende des Leitermusters 42 ist mit einer Anschlusselektrode E4 verbunden, das andere Ende mit einem Durchgangsleiter 44, der das zweite Substrat 20 durchdringt.
5 ist eine schematische transparente Draufsicht, die die Form eines auf der Oberfläche 22 des zweiten Substrats 20 ausgebildeten Leitermusters von der Seite der Oberfläche 21 des zweiten Substrats 20 aus gesehen zeigt.
Wie in 5 dargestellt, sind auf der Oberfläche 22 des zweiten Substrats 20 ein spiralförmiges Leitermuster 200, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, und ein Leitermuster 45, das das dritte Spulenmuster CP3 bildet, ausgebildet. Obwohl das zweite Substrat 20 in der vorliegenden Ausführungsform so angeordnet ist, dass die Oberfläche 22 der Oberfläche der Magnetfolie 30 zugewandt ist, kann es auch so angeordnet sein, dass die Oberfläche 21 der Oberfläche der Magnetfolie 30 zugewandt ist.
Das Leitermuster 200, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, hat die gleiche Form wie das Leitermuster 100. Das Leitermuster 200 weist eine Konfiguration mit sechs Windungen auf, die aus den Windungen 210, 220, 230, 240, 250 und 260 gebildet ist, wobei die Windungen 210 und 260 am äußeren bzw. inneren Umfang angeordnet sind. Die Windungen 210, 220, 230, 240 und 250 sind jeweils radial durch drei spiralförmige Schlitze in vier geteilt. Die Windung 260 ist durch einen einzigen spiralförmigen Schlitz radial in zwei geteilt. So ist die Windung 210 in vier Leitungen 211 bis 214, die Windung 220 in vier Leitungen 221 bis 224, die Windung 230 in vier Leitungen 231 bis 234, die Windung 240 in vier Leitungen 241 bis 244, die Windung 250 in vier Leitungen 251 bis 254 und die Windung 260 in zwei Leitungen 261 und 262 unterteilt.
Die Leitungen 211, 221, 231, 241, 251 und 261 sind durchgehende Leitungen, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils am äußersten Umfang in der entsprechenden Windung liegen. Die Leitungen 212, 222, 232, 242, 252 und 262 sind durchgehende Leitungen, die in sechs Windungen spiralförmig gewickelt sind und von der äußersten Leitung in der entsprechenden Windung gezählt jeweils die zweite Leitung sind. Die Leitungen 213, 223, 233, 243 und 253 sind durchgehende Leitungen, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind und von der innersten Leitung in der entsprechenden Windung gezählt jeweils die zweite Leitung sind. Die Leitungen 214, 224, 234, 244 und 254 sind durchgehende Leitungen, die in fünf Windungen spiralförmig gewickelt sind und jeweils die innerste Leitung sind, die in der entsprechenden Windung am innersten Umfang liegt.
Die äußeren Umfangsenden der Leitungen 211 bis 214 sind über Durchgangsleiter gemeinsam mit einer Anschlusselektrode E2 verbunden. Die inneren Umfangsenden der Leitungen 261, 262, 253 und 254 sind jeweils mit den Durchgangsleitern 304, 303, 302 und 301 verbunden. Somit sind vier Leitungen mit jeweils 11 Windungen zwischen den Anschlusselektroden E1 und E2 parallel geschaltet.
Das Leitermuster 45, das das dritte Spulenmuster CP3 bildet, ist eine durchgehende Leitung, die in etwa einer Windung gewickelt und außerhalb des Leitermusters 200 angeordnet ist, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet. Das heißt, das Leitermuster 200 ist im Öffnungsbereich (Innendurchmesserbereich) des Leitermusters 45 angeordnet. Ein Ende und das andere Ende des Leitermusters 45 sind jeweils mit den Durchgangsleitern 43 und 44 verbunden. Folglich weist das dritte Spulenmuster CP3 insgesamt etwa zwei Windungen auf.
Wie durch die gestrichelte Linie in 4 dargestellt, überlappt das dritte Spulenmuster CP3 teilweise die vierte Windung T4 des ersten Spulenmusters CP1, wodurch das erste Spulenmuster CP1 mit dem dritten Spulenmuster CP3 gekoppelt ist. Im Gegensatz zu dem zweiten und dritten Spulenmuster CP2 und CP3 weist das erste Spulenmuster CP1 keine Anschlusselektrode für einen externen Anschluss auf und bildet einen geschlossenen Stromkreis, der durch die auf den Oberflächen 11 und 12 des ersten Substrats 10 ausgebildeten Leitermuster gebildet wird. Das erste Spulenmuster CP1 fungiert als Booster-Antenne, indem es mit dem dritten Spulenmuster CP3 gekoppelt ist. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird die NFC-basierte Kommunikation durch das dritte Spulenmuster CP3 als Hauptantenne und das erste Spulenmuster CP1 als Booster-Antenne erreicht.
Das erste Spulenmuster CP1 als Booster-Antenne weist die erste Windung T1 mit der Öffnungsbreite Y1 in der y-Richtung, die zweite Windung T2 mit der Öffnungsbreite Y2 (> Y1) in der y-Richtung und die dritte Windung T3 mit der Öffnungsbreite Y3 (> Y2) in der y-Richtung auf, wobei die Öffnungsbreite Y3 der dritten Windung T3 in der y-Richtung kleiner ist als die Öffnungsbreite X1 der ersten Windung T1 in der x-Richtung. Dies kann die Kommunikationseigenschaften für eine IC-Karte mit einer seitlich länglichen Form wie eine Kreditkarte verbessern und die Kommunikationseigenschaften unabhängig von der Position einer Antennenspule in y-Richtung, die in eine solche IC-Karte eingebaut ist, zufriedenstellend machen.
Wie durch die gestrichelte Linie in 2 dargestellt, überlappt die erste Windung T1 des ersten Spulenmusters CP1 den Musterbereich des zweiten Spulenmusters CP2 in z-Richtung vollständig, während die zweite und dritte Windung T2 und T3 des ersten Spulenmusters CP1 den Musterbereich des zweiten Spulenmusters CP2 jeweils nicht teilweise überlappen. Der Musterbereich des zweiten Spulenmusters CP2 bezieht sich auf den Bereich, in dem das Leitermuster, das das zweite Spulenmuster CP2 bildet, in einer Draufsicht vorhanden ist, und die Abmessung in einer Richtung (radiale Richtung) orthogonal zur Erstreckungsrichtung (Umfangsrichtung) des Leitermusters ist die Wicklungsbreite des Musterbereichs. Dies reduziert die Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Spulenmuster CP1 und CP2 bei gleichzeitiger Reduzierung der Flächengröße des ersten Spulenmusters CP1, wodurch zufriedenstellende Kommunikationseigenschaften erzielt werden können.
Angenommen, ein Spalt in y-Richtung zwischen der langen Seite der ersten Windung T1 und der langen Seite der zweiten Windung T2 ist G1, ein Spalt in y-Richtung zwischen der langen Seite der zweiten Windung T2 und der langen Seite der dritten Windung T3 ist G2, und ein Spalt in y-Richtung zwischen der langen Seite der dritten Windung T3 und der langen Seite der vierten Windung T4 ist G3, dann sind die Spalte G1 und G2 nahezu gleich groß und jeweils etwa halb so groß wie die Öffnungsbreite Y1, und der Spalt G3 ist kleiner als die Spalte G1 und G2. Dadurch können die Kommunikationseigenschaften unabhängig von der Position einer in die IC-Karte eingebauten Antennenspule in y-Richtung zufriedenstellend sein und die Größe der Antennenvorrichtung 1 in y-Richtung verringert werden. Wie in 2 dargestellt, ist ferner die vierte Windung T4 des ersten Spulenmusters CP1 in ihrer Öffnungsbreite in y-Richtung im mittleren Bereich in x-Richtung vergrößert, so dass sie das zweite Spulenmuster CP2 nicht überlappt. Dies ermöglicht es, die Kopplung zwischen dem ersten Spulenmuster CP1 und dem dritten Spulenmuster CP3 zu erhöhen und gleichzeitig die Kopplung zwischen dem ersten Spulenmuster CP1 und dem zweiten Spulenmuster CP2 zu verringern.
Außerdem überlappen die Kondensatorelektrodenmuster CE1 und CE2 in z-Richtung gesehen den Musterbereich des zweiten Spulenmusters CP2. Dadurch wird der vom zweiten Spulenmuster CP2 erzeugte Magnetfluss mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf die Kondensatorelektrodenmuster CE1 und CE2 übertragen, wodurch ein Wirbelstrom reduziert wird. Insbesondere sind die Kondensatorelektrodenmuster CE1 und CE2 in z-Richtung gesehen im Spalt in y-Richtung zwischen der langen Seite der zweiten Windung T2 des ersten Spulenmusters CP1 und der langen Seite der dritten Windung T3 angeordnet, und dementsprechend sind die Positionen der Kondensatorelektrodenmuster CE1 und CE2 nach außen von der Mittelposition der Wicklungsbreite des Musterbereichs des zweiten Spulenmusters CP2 versetzt. Dadurch wird der Abstand zwischen dem Öffnungsbereich des zweiten Spulenmusters CP2, in dem die Dichte des vom zweiten Spulenmuster CP2 erzeugten Magnetflusses am höchsten ist, und den Kondensatorelektrodenmustern CE1 und CE2 vergrößert, um dadurch einen Wirbelstrom wirksam zu reduzieren.
6 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktion der Antennenvorrichtung 1.
Wie in 6 dargestellt, stellt, wenn die Antennenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eine Gegenvorrichtung 2 als Kommunikationsziel einander durch einen Raum 3 gegenübergestellt werden, der Magnetfluss ϕ1, der vom ersten und dritten Spulenmuster CP1 und CP3 erzeugt wird, eine Verbindung mit einem vierten Spulenmuster CP4 her, das in der Gegenvorrichtung 2 enthalten ist, wodurch eine NFC-basierte drahtlose Kommunikation erreicht wird. Durch drahtlose Kommunikation übertragene Signale werden dem dritten Spulenmuster CP3 über die Anschlusselektroden E3 und E4 zugeführt. Das dritte Spulenmuster CP3 ist als Hauptantenne mit dem ersten Spulenmuster CP1 gekoppelt, wie durch das Symbol A in 6 dargestellt. Somit werden auch dem ersten Spulenmuster CP1 als Booster-Antenne Signale zugeführt. Der vom zweiten Spulenmuster CP2 erzeugte Magnetfluss ϕ2 stellt eine Verbindung mit einem fünften Spulenmuster CP5 her, das in der Gegenvorrichtung 2 enthalten ist, und ermöglicht so eine drahtlose Energieübertragung.
7 ist ein Blockdiagramm einer drahtlosen Energieübertragungsvorrichtung 90, in der die Antennenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Verwendung findet.
Die in 7 dargestellte drahtlose Energieübertragungsvorrichtung 90 weist die Antennenvorrichtung 1 mit den ersten bis dritten Spulenmustern CP1 bis CP3, eine Kommunikationsschaltung 91, die mit dem dritten Spulenmuster CP3 verbunden ist, und eine Energieübertragungsschaltung 92 auf, die mit dem zweiten Spulenmuster CP2 verbunden ist. Die Kommunikationsschaltung 91 und die Energieübertragungsschaltung 92 sind mit einer Steuerschaltung 93 verbunden. So können die über eine Kommunikationsleitung 94 zu übertragenden/empfangenden Daten über die ersten und dritten Spulenmuster CP1 und CP3 für NFC kommunizieren, und die von einer Stromversorgung 95 gelieferte Energie kann drahtlos über das zweite Spulenmuster CP2 übertragen werden, das für die drahtlose Energieübertragung geeignet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das dritte Spulenmuster CP3 der Antennenvorrichtung 1 mit der Kommunikationsschaltung 91 verbunden; es kann jedoch auch das erste Spulenmuster CP1 mit der Kommunikationsschaltung 91 verbunden und das dritte Spulenmuster CP3 weggelassen werden, um eine NFC-basierte Kommunikation unter Verwendung des ersten Spulenmusters CP1 als Hauptantenne zu erreichen.
Wie in 7 dargestellt, ist das erste Spulenmuster CP1 mit dem zweiten Kondensator C2 verbunden, und das dritte Spulenmuster CP3 ist mit einem ersten Kondensator C1 verbunden. In 7 ist der erste Kondensator C1 parallel zum zweiten Spulenmuster CP2 geschaltet; anstelle dessen oder zusätzlich dazu kann der erste Kondensator C1 jedoch auch in Reihe mit dem zweiten Spulenmuster CP2 geschaltet sein.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden, wobei alle diese Modifikationen in der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
Die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die folgenden Konfigurationsbeispiele, ist aber nicht auf diese beschränkt.
Eine Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein erstes Spulenmuster mit mindestens einer ersten, zweiten und dritten Windung auf. In der Spulenachsenrichtung gesehen weist jede der ersten, zweiten und dritten Windung eine Öffnung auf mit einer Breite, die in einer ersten Richtung größer als in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist, wobei die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung größer ist als die Breite der Öffnung der ersten Windung in der zweiten Richtung und die Breite der Öffnung der dritten Windung in der zweiten Richtung größer ist als die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung und kleiner als die Breite der Öffnung der ersten Windung in der ersten Richtung. Mit dieser Konfiguration kann eine Antennenvorrichtung bereitgestellt werden, die in der Lage ist, unabhängig von der Position einer in eine IC-Karte eingebauten Antennenspule zufriedenstellende Kommunikationseigenschaften zu erreichen.
Die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner ein zweites Spulenmuster aufweisen, das das erste Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung überlappt, und jede der zweiten und dritten Windung des ersten Spulenmusters kann einen Abschnitt aufweisen, der das zweite Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung überlappt, und einen anderen Abschnitt, der das zweite Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung nicht überlappt. Dadurch wird die Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Spulenmuster reduziert, während die Flächengröße des ersten Spulenmusters verringert wird, wodurch zufriedenstellende Kommunikationseigenschaften erzielt werden können.
Die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ferner aufweisen: ein erstes Substrat, auf dem das erste Spulenmuster ausgebildet ist; ein zweites Substrat, auf dem das zweite Spulenmuster ausgebildet ist; ein Paar von Kondensatorelektrodenmustern, die jeweils auf der einen Oberfläche und der anderen Oberfläche des ersten Substrats derart vorgesehen sind, dass sie einander durch das erste Substrat hindurch gegenüberliegen; und ein drittes Spulenmuster, das auf der einen Oberfläche oder der anderen Oberfläche des zweiten Substrats derart vorgesehen ist, dass es das zweite Spulenmuster umgibt. Das erste Spulenmuster kann an seinem einen und dem anderen Ende mit dem Paar von Kondensatorelektrodenmustern verbunden sein, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, und kann ferner eine vierte Windung aufweisen, die außerhalb der dritten Windung angeordnet ist und das dritte Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung gesehen zumindest teilweise überlappt. Somit fungiert das dritte Spulenmuster als Hauptantenne und das erste Spulenmuster als Booster-Antenne.
In der Spulenachsenrichtung gesehen, kann die Breite der Öffnung der vierten Windung in der ersten Richtung größer sein als in der zweiten Richtung, und ein Spalt in der zweiten Richtung zwischen dem Abschnitt der vierten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, und dem Abschnitt der dritten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, kann schmaler sein als ein Spalt in der zweiten Richtung zwischen dem Abschnitt der dritten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, und dem Abschnitt der zweiten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt. Dadurch können die Kommunikationseigenschaften unabhängig von der Position einer in einer IC-Karte eingebauten Antennenspule in der zweiten Richtung zufriedenstellend sein und die Größe der Antennenvorrichtung in der zweiten Richtung verringert werden.
Außerdem kann das Paar von Kondensatorelektrodenmustern, in der Spulenachsenrichtung gesehen, in einem Spalt in der zweiten Richtung zwischen dem Abschnitt der dritten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, und dem Abschnitt der zweiten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, angeordnet sein. Dadurch kann der Einfluss eines Wirbelstroms reduziert werden.
Ferner weist eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf: die oben beschriebene Antennenvorrichtung; eine Kommunikationsschaltung, die mit dem dritten Spulenmuster verbunden ist; und eine Energieübertragungsschaltung, die mit dem zweiten Spulenmuster verbunden ist. Mit dieser Konfiguration kann eine drahtlose Energieübertragung und NFC-basierte Kommunikation erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002298095 A [0002, 0003]

Claims

Eine Antennenvorrichtung, umfassend ein erstes Spulenmuster mit mindestens einer ersten, zweiten und dritten Windung, wobei, in einer Spulenachsenrichtung gesehen, jede der ersten, zweiten und dritten Windung eine Öffnung aufweist mit einer Breite, die in einer ersten Richtung größer als in einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung ist, wobei eine Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung größer ist als eine Breite der Öffnung der ersten Windung in der zweiten Richtung, und wobei eine Breite der Öffnung der dritten Windung in der zweiten Richtung größer als die Breite der Öffnung der zweiten Windung in der zweiten Richtung und kleiner als eine Breite der Öffnung der ersten Windung in der ersten Richtung ist.
Die Antennenvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, ferner umfassend ein zweites Spulenmuster, das das erste Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung überlappt, wobei jede der zweiten und dritten Windung des ersten Spulenmusters einen Abschnitt aufweist, der das zweite Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung überlappt, und einen anderen Abschnitt, der das zweite Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung nicht überlappt.
Die Antennenvorrichtung wie in Anspruch 2 beansprucht, ferner umfassend: ein erstes Substrat, auf dem das erste Spulenmuster ausgebildet ist; ein zweites Substrat, auf dem das zweite Spulenmuster ausgebildet ist; ein Paar von Kondensatorelektrodenmustern, die jeweils auf einer Oberfläche und einer anderen Oberfläche des ersten Substrats derart vorgesehen sind, dass sie einander durch das erste Substrat hindurch gegenüberliegen; und ein drittes Spulenmuster, das auf einer Oberfläche oder einer anderen Oberfläche des zweiten Substrats derart vorgesehen ist, dass es das zweite Spulenmuster umgibt, wobei das erste Spulenmuster an seinem einen und anderen Ende mit dem Paar von Kondensatorelektrodenmustern verbunden ist, um einen geschlossenen Stromkreis zu bilden, und wobei das erste Spulenmuster ferner eine vierte Windung aufweist, die außerhalb der dritten Windung angeordnet ist und das dritte Spulenmuster in der Spulenachsenrichtung gesehen zumindest teilweise überlappt.
Die Antennenvorrichtung wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei, in der Spulenachsenrichtung gesehen, eine Breite einer Öffnung der vierten Windung in der ersten Richtung größer ist als in der zweiten Richtung und wobei ein Spalt in der zweiten Richtung zwischen einem Abschnitt der vierten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, und einem Abschnitt der dritten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, schmaler ist als ein Spalt in der zweiten Richtung zwischen dem Abschnitt der dritten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, und einem Abschnitt der zweiten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt.
Die Antennenvorrichtung wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei das Paar von Kondensatorelektrodenmustern, in der Spulenachsenrichtung gesehen, in einem Spalt in der zweiten Richtung zwischen dem Abschnitt der dritten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, und dem Abschnitt der zweiten Windung, der sich in der ersten Richtung erstreckt, angeordnet ist.
Eine drahtlose Energieübertragungsvorrichtung, umfassend: die Antennenvorrichtung wie in einem der Ansprüche 3 bis 5 beansprucht; eine Kommunikationsschaltung, die mit dem dritten Spulenmuster verbunden ist; und eine Energieübertragungsschaltung, die mit dem zweiten Spulenmuster verbunden ist.