JP2004032754A

JP2004032754A - アンテナコイル

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Publication number: JP2004032754A
Application number: JP2003171189A
Authority: JP
Inventors: Hozumi Ueda; 上田　穂積; Tatsumi Nishino; 西野　竜実
Original assignee: Sumida Corp; Sumida Technologies Inc
Current assignee: Sumida Corp; Sumida Technologies Inc
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP4133609B2

Abstract

【課題】小型化により占有面積を小さくするとともに、アンテナコイルの設置位置の違いによる受信感度の低下を防止する。
【課題を解決する手段】フェライトコア２の巻枠部３に第１のコイル５と第２のコイル６をそれぞれの巻軸が直交するように巻線するとともに、第１のコイル５と第２のコイル６の巻軸に対して直交する巻軸を持つように、第１のコイル５と第２のコイル６の外周部に第３のコイル１２を巻回した。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、例えば，自動車のドアの施錠および開錠を無線操作により開閉するためのキーレスエントリーシステムや防犯装置の受信機などに用いる小型のアンテナコイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のキーレスエントリーシステムや防犯装置の受信機などに用いているアンテナコイルは、棒状のフェライトコアの長軸に沿って巻線を施したバーアンテナコイルが多用されていた。
【０００３】
即ち、上述のような構造のバーアンテナコイルは、フェライトコアの長軸と平行な方向から入射する電波に対して受信感度は最大になり、フェライトコアの長軸方向と垂直な方向から入射する電波に対しては受信感度が最小となる指向性を有しており、該バーアンテナコイルの設置方向によっては極端に受信感度が低下する。このため、該バーアンテナコイルは、単独で用いることは少なく、通常は複数のバーアンテナコイルを受信装置の回路基板のＸ軸およびＹ軸に沿わせて配置することによってアンテナコイル全体としての受信感度を向上させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように複数のバーアンテナコイルを受信装置の回路基板のＸ軸およびＹ軸に沿わせて配置すると、前記回路基板におけるアンテナコイル部分の占有面積が大きくなるため、アンテナコイルを設置する機器自体を大きくしなければならないので機器の小型化に逆行する。また、個々のバーアンテナコイルが互いに干渉して期待する受信感度が得られない場合もある。
【０００５】
本発明は上記のような従来のアンテナコイルが備えている問題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、小型軽量化を図ることのできるアンテナコイルを提供することである。また、他の目的は、干渉が少なく良好な受信感度を得ることのできるアンテナコイルを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るアンテナコイルは、偏平な略直方体状をなしている基部に対し、前記基部のＸ軸方向が軸となるように第１のコイルを巻回すると共に、前記基部のＹ軸方向が軸となるように第２のコイルを巻回して構成した第１のアンテナコイル部と、中央に形成された凹部へ前記第１のアンテナコイル部を収容し、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向が軸となるように第３のコイルが巻回された溝部を有する巻枠とを具備しており、前記巻枠には、前記第１、第２及び第３のコイルの巻き始めと巻き終わり端を接続する端子板が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明する。図１は本発明のアンテナコイルの第１の実施態様を示す斜視図、図２は前記アンテナコイルの平面図、図３は前記アンテナコイルに用いるフェライトコアの形状の一例を示す斜視図、図４は本発明のアンテナコイルの第２の実施熊様を示す斜視図、図５は図４の平面図、図６は図４、図５に用いたフェライトコアの形状を示す斜視図、図７は本発明のアンテナコイルの第３の実施態様を示す斜視図、図８は図７の実施態様の分解斜視図である。なお、各図において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ直交座標系の軸である。
【０００８】
図１乃至図３において、１は小型のアンテナコイルを示し、角型板状の巻線部３と前記巻線部３の四隅から突出して形成され、巻線のストッパーと電極の取り付け部とを兼ねた突出部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを一体に形成したフェライトコア２と、巻軸がフェライトコア２のＸ軸と平行になるように巻線部３の対向する二辺に巻線した第１のコイル５および巻軸が該フェライトコア２のＹ軸と平行になるように巻線部３の他の対向する二辺に巻線した第２のコイル６とで構成されている。換言すれば、第１のコイル５の巻軸と第２のコイル６の巻軸は水平面上で直交していることになる。また、第１のコイル５及び第２のコイル６の各巻き始め端及び各巻き終わり端は、それぞれフェライトコア２の突出部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに取り付けられる金属端子板または半田によって形成された電極部７を介して電子機器の図示しない回路基板に接続されるようにしてある。
【０００９】
図４、図５に示す第２の実施態様は、フェライトコア２の形状を十文字状に形成した場合の例を示し、巻線部３のＸ軸方向に延びる部位３−１には第１のコイル５が巻線され、その巻き始め端および巻き終り端は、それぞれ突出部４ｅ、４ｇに形成された電極部７に接続されている。また、巻線部３のＹ軸方向に延びる部位３−２には、第２のコイル６が巻線され、その巻き始め端および巻き終り端は、それぞれ突出部４ｆ、４ｈに形成された電極部７に接続されている。
【００１０】
図７、図８は前記２つの実施態様とは異なる第３の実施態様を示し、８は絶縁性の樹脂等で形成した巻枠で、中央部には孔または凹部９が形成してあり、壁部１０の上下の四周には平行に張り出した鍔部１１ａと１１ｂが形成されている。１２は巻枠８の壁部１０の外周に、巻軸がΖ軸と平行になるように巻線された第３のコイルである。そして、巻枠８の孔または凹部９の中には、図１で示す実施態様と同様な第１アンテナコイル部１３が水平に配置されている。即ち、第１アンテナコイル部１３は、角型板状の巻線部と巻線のストッパーとなる突出部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとを一体に形成したフェライトコア２と、巻軸がＸ軸と平行になるようにフェライトコア２の巻線部の対向する二辺に巻線した第１のコイル５と、巻軸がＹ軸と平行になるように前記巻線部の他の対向する二辺に巻線した第２のコイル６とで構成されている。また、第１アンテナコイル部１３の第１のコイル５および第２のコイル６の各巻き始め端及び巻き終り端と、第２アンテナコイルを形成する第３のコイル１２の巻き始め端及び巻き終り端は、それぞれ巻枠８の鍔部１１ａ、１１ｂの対向する辺に配設した電極７に接続されている。したがって、第２アンテナコイル部を形成する第３のコイル１２は巻枠８の壁部１０を介して第１アンテナコイル部１３を取り囲むように配置され、かつ、巻き軸が前記第１のコイル５と第２のコイル６に対して直交するように配置されたことになる。
【００１１】
図１、図２で示す第１の実施形態および図４、図５で示す第２の実施形態において、第１のコイル５と第２のコイル６のそれぞれに誘起される電界強度がほぼ等しくなるように各コイルの巻線数を調整してあり、また、第１のコイル５と第２のコイル６がそれぞれ独立した同調回路を形成し、各同調回路が高周波増幅回路に接続されて該高周波増幅回路が各同調回路の出力信号の強い方を選択的に増幅する場合、アンテナコイル１のＸ軸方向から入射する電波に対しては第１のコイル５に誘起される電界強度または磁界強度が強くなるため、第１のコイル５側同調回路の同調信号が高周波増幅回路で増幅される。また、アンテナコイル１のＹ軸方向から入射する電波に対してはコイル６に誘起される電界強度または磁界強度が強くなるため、第２のコイル６側の同調回路の同調信号が高周波増幅回路で増幅されることになる。このように、図１、図２および図４、図５で示す２つの実施形態では、アンテナコイル１のＸ軸とＹ軸が形成する面と水平な方向の電波に対して受信感度を良好にすることができる。
【００１２】
また、図７、図８で示す第３の実施形態においては、前記と同様に、第１アンテナコイル部１３を形成する第１のコイル５と第２のコイル６および第２アンテナコイル部を形成する第３のコイル１２のそれぞれに誘起される電界強度あるいは磁界強度がほぼ等しくなるように、各コイルの巻線数を調整してあり、また、第１のコイル５、第２のコイル６、第３のコイル１２がそれぞれ独立した同調回路を形成し、各同調回路が高周波増幅回路に接続されて該高周波増幅回路が各同調回路の出力信号の強い方を選択的に増幅する場合、該高周波増幅回路は、Ｘ軸方向から入射する電波に対しては第１のコイル５が形成する同調回路の出力信号を選択的に増幅し、Ｙ軸方向から入射する電波に対しては第２のコイル６が形成する同調回路の出力信号を選択的に増幅し、また、Ζ軸方向から入射する電波に対しては第３のコイル１２が形成する同調回路の出力信号を選択的に増幅する。斯して本実施形態では、アンテナコイル１はＸ軸とＹ軸が形成する面と水平な方向に加えて前記水平面に対して直交するΖ軸方向から入射する電波に対しても受信感度を良好にする。
【００１３】
図９乃至図１１に第４の実施形態に係るアンテナコイルを示す。このアンテナコイルにおいては、偏平な柱状をなしている基部２０に、第１のコイル５、第２のコイル６、第３のコイル１２を巻回した構成となっている。第１のコイル５は基部のＸ軸方向が軸となるように巻回され、第２のコイル６は基部のＹ軸方向が軸となるように巻回され、第３のコイル１２は基部のＺ軸方向が軸となるように巻回されている。基部２０はフェライトにより構成されている。
【００１４】
基部２０は偏平な略直方体状をなし、直方体をなす基部２０の８角に耳状部材２１が設けられている。上記耳状部材２１の平面形状は、４分の１の円による扇状に形成されている。基部２０の表面には、基部２０を偏平な状態に設置したときのＸ軸方向に最も深い第２の溝部２２が形成され、この第２の溝部２２に第２のコイル６が巻回される。耳状部材２１の第２の側部２１ｂは第２の溝部２２の側壁となる向きに配置されている。
【００１５】
基部２０の表面には、基部２０を偏平な状態に設置したときのＹ軸方向に第１の溝部２３が形成され、この第１の溝部２３に第１のコイル５が巻回される。耳状部材２１の第１の側部２１ａは第１の溝部２３の側壁となる向きに配置されている。平面部が相互に対向するように配置された２つの耳状部材２１の基部は、第３の溝部２４となっており、耳状部材２１の平面により挟まれた部分２１ｃが、第３のコイル１２が巻回される第３の溝部２４の側壁となる向き配置されている。
【００１６】
以上のように構成されている基部２０に対して、第２のコイル６が巻回され、次にその上であって直交する方向に第１のコイル５が巻回され、第３のコイル１２が周面に沿うように巻回される。この状態のアンテナコイルは、図１１に示されるように樹脂製のケース３０にセットされる。
【００１７】
ケース３０は、偏平な概ね四角柱を偏平に置いて、例えば上面から円盤状の穴部を穿設した形状を有する。上記穴部は図１０に示すアンテナコイルを設置可能な大きさである。また、偏平な四角柱における対向する側面の２対において、側面中央部が切り欠かれている。偏平な四角柱における四隅には、ケース３０の裏面にて板状に設けられた端子３１ａ〜３１ｄの一端側が突出されるように埋設されており、他端側はケース３０の側面に貼着されている。
【００１８】
第１のコイル５、第２のコイル６及び第３のコイル１２が巻回された基部２０を上記ケース３０の穴部に配置した状態（図１１では、コイルが巻回されていないが、実際には巻回されている）において、露出している４つの耳状部材２１には樹脂製の蓋３２が貼着される。蓋３２は平面形状が耳状部材２１とほぼ同一であって、偏平板状の端子３３が設けられている。
【００１９】
所定の１個の端子３３に対して、第１のコイル５、第２のコイル６及び第３のコイル１２における末端部のいずれか１をそれぞれ絡げて巻き付け、残りの３個の端子３３に対してそれぞれ、第１のコイル５の残りの末端部、第２のコイル６の残りの末端部及び第３のコイル１２における残りの末端部を１対１に対応付けて絡げて巻き付け、コイルの末端と各端子３２及び対応する端子３１ａ〜３１ｄの突出部を半田付けして電気的な接続を得る。図１１におけるケース３０の目視できない裏面が回路基板に半田付け実装され、目視できる面が上面とされる。
【００２０】
図１２、図１３には、本発明に係る第３、第４の実施形態に係るアンテナコイルを用いて構成した受信回路の構成例が示されている。以降の説明において、サフィックス（添字）の「Ｓ」をコイルの巻始め側末端、サフィックスの「Ｆ」をコイルの巻終り側末端とする。まず、図１２の構成例について説明を行う。第２のコイル６の巻終り側末端ＸＦ　と第１のコイル５の巻始め側末端ＹＳ　と第３のコイル１２の巻始め側末端ＺＳ　とを共通端子ＣＯＭに接続し、第２のコイル６の巻始め側末端ＸＳ　と第１のコイル５の巻終り側末端ＹＦ　と第３のコイル１２の巻終り側末端ＺＦ　のそれぞれを個別の端子に接続する。共通端子ＣＯＭは接地されている。
【００２１】
アンプ４１ａ〜４１ｃが設けられ、アンプ４１ａ〜４１ｃの入力端の一方が接地されている。アンプ４１ａにおける非接地側入力端が第２のコイル６の巻始め側末端ＸＳ　と接続される。アンプ４１ｂにおける非接地側入力端が第１のコイル５の巻終り側末端ＹＦ　と接続されている。アンプ４１ｃにおける非接地側入力端が第３のコイル１２の巻終り側末端ＺＦ　と接続される。
【００２２】
アンプ４１ａ〜４１ｃの各接地側入力端と各非接地側入力端との間にそれぞれコンデンサＣが接続されている。アンプ４１ａ〜４１ｃの各出力端は、無線装置等の受信選択手段４２に接続されている。受信選択手段４２は、アンプ４１ａ〜４１ｃの各出力端から出力される信号の内の最も大きな信号を選択する。
【００２３】
第４の実施形態においても、各コイルの巻線数を調整してあり、また、第１のコイル５、第２のコイル６、第３のコイル１２がそれぞれ独立した同調回路を形成し、各同調回路が高周波増幅回路（アンプ４１ａ〜４１ｃ）に接続されて該高周波増幅回路が各同調回路の出力信号の強い方を増幅し選択的する。上記高周波増幅回路は、Ｘ軸方向から入射する電波に対しては第１のコイル５が形成する同調回路の出力信号を増幅選択し、Ｙ軸方向から入射する電波に対しては第２のコイル６が形成する同調回路の出力信号を増幅選択し、また、Ζ軸方向から入射する電波に対しては第３のコイル１２が形成する同調回路の出力信号を増幅選択する。斯して、この第４の実施形態においても、アンテナコイルはＸ軸、Ｙ軸、Ζ軸方向から入射する電波に対しても受信感度を良好にすることができる。
【００２４】
次に、図１３の構成例について説明を行う。図１２に構成例において、コンデンサＣがアンプ４１ａ〜４１ｃの各接地側入力端と各非接地側入力端との間にそれぞれ接続されているのであるが、図１３の構成例では、コンデンサＣが第２のコイル６に並列に接続され、コンデンサＣが第１のコイル５に並列に接続され、コンデンサＣが第３のコイル１２に並列に接続されている。
【００２５】
アンプ４１ａ〜４１ｃの一方の各入力端が共通接続されて接地されており、第２のコイル６の巻終り側末端ＸＦ　と第１のコイル５の巻始め側末端ＹＳ　と第３のコイル１２の巻始め側末端ＺＳ　とが共通端子ＣＯＭに接続され、これが上記アンプ４１ａ〜４１ｃの共通接続端子に接続される。この構成によっても、図１２の構成と同様にアンテナコイルはＸ軸、Ｙ軸、Ζ軸方向から入射する電波に対して選択的に受信感度を良好にすることができる。
【００２６】
上記図１２、図１３において示したように、アンテナコイル側において各コイルの末端を共通端子ＣＯＭに接続する。この場合、上記図１２、図１３における例では、第２のコイル６の巻終り側末端ＸＦ　と第１のコイル５の巻始め側末端ＹＳ　と第３のコイル１２の巻始め側末端ＺＳ　とを共通端子ＣＯＭに接続した。共通端子に接続し得る末端としては、第２のコイル６においては末端ＸＦ　末端ＸＳ　、第１のコイル５においては末端ＹＦ　と末端ＹＳ　、第３のコイル１２においては末端ＺＦ　と末端ＺＳ　がある。図１２、図１３に示したように、末端ＸＦ　と末端ＹＳ　と末端ＺＳ　を選択した例についてサフィックをもってＦＳＳと表記すると、いずれの末端を３つ組み合わせるかの組合は、２３　＝８通りである。
【００２７】
上記の８通りについてサフィックスをもって記述すると、ＳＳＳ、ＦＦＦ、ＦＦＳ、ＦＳＦ、ＦＳＳ、ＳＦＦ、ＳＦＳ、ＳＳＦである。この８通りの内のいずれが好適な受信感度特性となるかの試験を周波数特性を測定することにより行ったところ、図１２、図１３に示したように、末端ＸＦ　と末端ＹＳ　と末端ＺＳ　を選択した例であるＦＳＳが最も好適であった。
【００２８】
つまり、左側にＸ軸方向から入射する電波に対する周波数特性を示し、中央にＹ軸方向から入射する電波に対する周波数特性を示し、右側にΖ軸方向から入射する電波に対する周波数特性を示すと、ＦＳＳの場合には図１４に示すように、グラフのピーク部分である共振周波数におけるインピーダンス値が最も高く安定しており、また、いずれの軸方向に対してもほぼ同様な周波数特性を有し受信感度が良好となることがわかる。なお、各チャートにおいて、縦軸はインピーダンスであり、１目盛りが５０ＫΩであり、横軸は周波数であり、横軸の中心が１３４．２ＫＨｚ、横軸の幅が３０ＫＨｚである。なお、各コイルの巻数は４００ターン、基部２の直径は９ミリメートル、最も薄い部分の厚みは０．９ミリメートル、耳状部材２１を含む最も厚い部分の厚みは２．８ミリメートル、コンデンサＣの容量は２００ｐＦとした。
【００２９】
上記に対して、例えば、ＦＦＳの場合には図１５に示すように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向に対して共振周波数及びインピーダンス値のばらつきがあり、しかも、Ｘ軸方向とＺ軸方向に対しては、他のコイルと干渉することによって生じるピーク部分の潰れなどの不適切な特性がみられる。ＦＳＳを除く、ＦＦＳ以外の共通接続の例でもＦＦＳとほぼ同様であり、３軸方向に揃った特性が得難いことや不適切な周波数特性がみられた。
【００３０】
以上の説明では、基部２０に対して耳状部材２１を設けた例を示したが、基本的には図１６に示されるボビン５０を用いることができる。つまり、このボビン５０は、偏平な柱状をなしている基部５１と、基部５１のＸ軸方向が軸となるように第１のコイルを巻回するために設けられた第１の溝５２と、基部５１のＺ軸方向が軸となるように第３のコイルを巻回するために設けられた第２の溝５３とを有する。基部５１のＹ軸方向に向かって長尺状に延びる４本の棒状部材５４が、基部５１の４辺に沿って設けられている。この棒状部材５４を横切るように第２のコイルが巻回される。つまり巻軸方向がＹ軸となるように第２のコイルが巻回される。この図１６においては、第１、第２及び第３のコイルは図示していないものである。係る構成のアンテナコイルによっても第４の実施形態に係るアンテナコイルと同様の効果を得ることができる。更に、上記各実施態様におけるフェライトコア２は、例えば樹脂製のコアに変更しても良く、また、基部２０、５１についても材質はフェライトに限らず樹脂等を用いることが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るアンテナコイルによれば、１つのコアや基部のＸ軸Ｙ軸方向に、或いはＸ軸Ｙ軸及びＺ軸方向に、コイルを巻回しているので、複数のバーアンテナコイルを集合してアンテナコイルとする場合と比べて小型にできるとともに、直交する３方向から入射する電波に対する受信感度が良好もものを選択できるため、アンテナコイルの設置位置に拘らず受信感度を好適にすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナコイルの第１の実施態様を示す斜視図。
【図２】本発明のアンテナコイルの第１の実施態様の平面図。
【図３】本発明の第１の実施態様に係るアンテナコイルに用いるフェライトコアの形状の一例を示す斜視図。
【図４】本発明のアンテナコイルの第２の実施態様を示す斜視図。
【図５】本発明のアンテナコイルの第２の実施態様の平面図。
【図６】本発明のアンテナコイルの第２の実施態様に用いるフェライトコアの形状の一例を示す斜視図。
【図７】本発明のアンテナコイルの第３の実施態様の斜視図。
【図８】本発明のアンテナコイルの第３の実施態様の斜視図。
【図９】第４の実施形態に係るアンテナコイルの基部を示す斜視図。
【図１０】第４の実施形態に係るアンテナコイルにおけるコイルが巻回された基部を示す斜視図。
【図１１】第４の実施形態に係るアンテナコイルにおけるコイルが巻回された基部がケースにセットされた状態を示す斜視図。
【図１２】第４の実施形態に係るアンテナコイルを用いて構成した受信回路の構成図。
【図１３】第４の実施形態に係るアンテナコイルを用いて構成した受信回路の構成図。
【図１４】第４の実施形態に係るアンテナコイルにおいて、各コイルにおける所定の１つの末端を共通接続したときに、最も良好となる接続を行ったときの周波数特性を示す図。
【図１５】第４の実施形態に係るアンテナコイルにおいて、各コイルにおける所定の１つの末端を共通接続したときに、最も良好となる接続以外の接続を行ったときの周波数特性を示す図。
【図１６】第５の実施形態に係るアンテナコイルの基部を示す斜視図。
【符号の説明】
１　アンテナコイル
２　フェライトコア
３　巻線部
４ａ〜４ｈ　突出部
５　第１のコイル
６　第２のコイル
７　電極部
８　巻枠
９　孔（または凹部）
１０　壁部
１１ａ、１１ｂ　鍔部
１２　第３のコイル
１３　第１アンテナコイル部
２０　基部
２１　耳状部材
２２　第２の溝部
２３　第１の溝部
２４　第３の溝部
３０　ケース
３１ａ〜３１ｄ　端子
３２　蓋
３３　端子
４１ａ〜４１ｃ　アンプ
４２　受信手段
５０　ボビン
５１　基部
５２　第１の溝部
５３　第２の溝部
５４　棒状部材

Claims

偏平な略直方体状をなしている基部に対し、前記基部のＸ軸方向が軸となるように第１のコイルを巻回すると共に、前記基部のＹ軸方向が軸となるように第２のコイルを巻回して構成した第１のアンテナコイル部と、
中央に形成された凹部へ前記第１のアンテナコイル部を収容し、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸に直交するＺ軸方向が軸となるように第３のコイルが巻回された溝部を有する巻枠とを具備しており、
前記巻枠には、前記第１、第２及び第３のコイルの巻き始めと巻き終わり端を接続する端子板が設けられていることを特徴とするアンテナコイル。