JP2005175965A - 送信アンテナコイル - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型化を実現することのできる送信アンテナコイルを得る。
【解決手段】 磁性体コア１１と、該コア１１を収容したボビン１２と、該ボビン１２の外周部に巻回された導線１５とを備えた送信アンテナコイル。ボビン１２の外周部には導線１５の巻回部分１５ａ，１５ｂ，１５ｃを区切るための鍔部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されており、かつ、その巻回部分１５ａ，１５ｂ，１５ｃに実装高さ方向に磁性体コア１１の表面が露出する窓状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。導線１５は鍔部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄによって区切られた領域に巻回されて一つのコイルとして形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送信アンテナコイル、特に、近距離におけるＬＦ帯の通信システムで使用される送信アンテナコイルに関する。

従来、ＬＦ帯（低周波３０〜３００ｋＨｚ）の近距離での通信システムで使用される送信アンテナコイルとしては、特許文献１に記載のように、磁性体コアが挿入されたボビンの胴部に形成した複数の鍔部の間に導線を連続的に巻回して複数のコイルを近接状態で形成したものが知られている。

しかしながら、車載用途などで狭小なスペースに設置される送信アンテナコイルにおいては、小型・薄型化が求められ、ボビンの肉厚部上に導線を巻回したものでは、薄型化の要求に対応することができなかった。
実開平６−１３２１３号公報

そこで、本発明の目的は、薄型化を実現することのできる送信アンテナコイルを提供することにある。

本発明の他の目的は、前記目的を達成すると共に、導線の巻回数を増加させて出力を高めてもインダクタンスが増加することなく、Ｑ値が低く広帯域での使用が可能な送信アンテナコイルを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、磁性体コアと、該磁性体コアを収容したボビンと、該ボビンの外周部に巻回された導線とを備えた送信アンテナコイルにおいて、前記ボビンの外周部に前記導線の巻回部分を区切るための複数の鍔部が形成されており、かつ、該鍔部によって区切られた巻回部分に実装高さ方向に前記磁性体コアの表面が露出する窓状開口部が形成されており、前記導線は前記ボビンの外周部に前記鍔部によって区切られた領域に巻回されて一つのコイルとして形成されていることを特徴とする。

以上の構成からなる本発明において、鍔部によって区切られた巻回部分に実装高さ方向に磁性体コアの表面が露出する窓状開口部が形成されているため、ボビンは上面部分及び／又は下面部分の肉厚が欠如して薄肉化され、導線は該薄肉化された領域に巻回されているために薄型化された送信アンテナコイルを得ることができる。しかも、コイルの巻線径が小さくなるために実抵抗分が小さくなり、Ｑ値が若干上昇するため、駆動電流を小さくしても大きな磁界出力を発生させることができる。

また、本発明に係る送信アンテナコイルにおいて、導線はボビンの外周部に非巻回部分を間に介して複数の巻回部分からなる一つのコイルとして形成されていることが好ましい。この場合、ボビンの外周部には４個以上の鍔部が形成されることがある。

一つのコイルを非巻回部分を間にして複数の巻回部分から構成すると、非巻回部分で磁束の漏れ（磁束リーケージ）が多くなり、自己インダクタンスの上昇が抑制される。従って、従来と同じ巻回数であってもＱ値を低くできてブロード性が良好になる。換言すれば、磁界出力を上げるために導線の巻回数を増加させてアンペアターン数（抵抗値）を大きく設定しても、インダクタンスの増加やＱ値の増加、帯域の狭まりを生じることがない。

本発明に係る送信アンテナコイルにおいて、導線は鍔部によって区切られた複数の巻回部分からなる一つのコイルとして形成され、非巻回部分は鍔部の間に設定されていてもよい。

以下、本発明に係る送信アンテナコイルの実施例について添付図面を参照して説明する。

(第１実施例、図１及び図２参照）
図１及び図２に本発明に係る第１実施例である送信アンテナコイル１０Ａを示す。この送信アンテナコイル１０Ａは、例えば、ＬＦ帯の電磁波を利用して、近距離において情報又は電力を伝達するシステムに使用されるものである。

送信アンテナコイル１０Ａは、直方体形状の磁性体コア１１と、該コア１１が挿入されているボビン１２と、該ボビン１２の外周部に巻回されている導線１５とを備えている。磁性体コア１１はＭｎ−Ｚｎ系のフェライトなどを素材としている。ボビン１２はＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などを素材としている。なお、磁性体コア１１としては、フェライトとは異なるアモルファス系磁性体あるいは磁性体微粉末を圧着したものを用いてもよい。

ボビン１２にはその外周部に４個の鍔部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されている。導線１５は、鍔部１４ａ，１４ｂ、１４ｂ，１４ｃ、１４ｃ，１４ｄの間にそれぞれ巻回され（巻回部分１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）、一つのコイルとして形成されている。

より詳しくは、巻回部分１５ａ，１５ｂ，１５ｃにおいて、即ち、鍔部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの間において、ボビン１２の外周部の上下面部分をカットして窓状の開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている（図１（Ｂ）参照）。開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃからはコア１１の表面が露出しており、導線１５は開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃ上に巻回されている。

以上の構成からなる送信アンテナコイル１０Ａにおいては、図示しない共振コンデンサとでＬＣ共振回路を構成し、導線１５に交流電流を流すことで、空間に磁界を発生させる。

この送信アンテナコイル１０Ａにあっては、鍔部１４ａ〜１４ｄによって区切られた巻回部分１５ａ〜１５ｃに実装高さ方向に磁性体コア１１の表面が露出する窓状開口部１３ａ〜１３ｃが形成されているため、ボビン１２は上面部分及び下面部分の肉厚が欠如して薄肉化され、導線１５はこのように薄肉化された領域に巻回されているためにコイル１０Ａが全体として薄型化されることになる。しかも、コイルの巻線径が小さくなるために実抵抗分が小さくなり、Ｑ値が若干上昇するため、駆動電流を小さくしても大きな磁界出力を発生させることができる。

（第２実施例、図３〜図７参照）
第２実施例である送信アンテナコイル１０Ｂは、図３及び図４に示すように、前記第１実施例である送信アンテナコイル１０Ａと基本的には同様の構成を有し、同じ部品、部分には共通の符号を付し、重複した説明は省略する。

この送信アンテナコイル１０Ｂにおいて、ボビン１２にはその外周部に４個の鍔部１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが形成されている。導線１５は、鍔部１４ｂ，１４ｃの間である非巻回部分１６ａを介して、鍔部１４ａ，１４ｂの間と鍔部１４ｃ，１４ｄの間にそれぞれ巻回され（巻回部分１５ａ，１５ｂ）、一つのコイルとして形成されている。勿論、ボビン１２には前記第１実施例と同様に窓状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成され、送信アンテナコイル１０Ｂの薄型化を図っている。

ところで、送信コイルから発生される磁界出力は、以下の式（１）に基づいてコイルのアンペアターン数によって決まる。

アンペアターン数＝巻回数×コイル電流 （１）

送信アンテナコイルにおいて、磁界出力を大きくするために、巻回数を増やすとインダクタンスが増加してコイル電流が小さくなり、アンペアターン数がそれほど大きくならないという問題点を生じていた。また、巻回数を増やすとコイルのインダクタンスが上昇してＱ値が高くなり、共振帯が狭くなりブロード性が低下するという問題点も生じていた。

そのため、コアの外径を大きくしてコイルの実抵抗値を上げてＱ値を抑える対策が採用されていたが、これでは薄型化の要求に対応できず、実際的ではない。

そこで、この送信アンテナコイル１０Ｂにあっては、窓状開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃを形成して薄型化が図られる共に、巻回部分１５ａ，１５ｂの間に非巻回部分１６ａが存在するため、非巻回部分１６ａで磁束の漏れ（磁束リーケージ）が多くなり、自己インダクタンスの上昇が緩和され、Ｑ値が低くなる。なお、開口部１３ａ，１３ｂ，１３ｃの形成によってＱ値が若干上昇するが、その上昇分よりも磁束リーケージによるＱ値の低下が大きくなる。

図６は、前記送信アンテナコイル１０Ｂにおいて、非巻回部分１６ａの幅寸法ｗ（図３参照）を０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させたときのＱ値を示すグラフである。このグラフから明らかなように、非巻回部分１６ａの幅寸法ｗが増加するに伴ってＱ値が低下している。

また、この種の送信アンテナコイルは、周囲の温度変化などに起因して共振周波数が変化して受信感度が低下する、即ち、ブロード性が低下する。図７は、非巻回部分１６ａの幅寸法ｗを０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍに変化させ、動作周波数に対して共振周波数が２％変化したときの受信感度の低下率を示すグラフである。このグラフから明らかなように、非巻回部分１６ａの幅寸法ｗが増加するに伴って受信感度の低下率が小さくなっており、ブロード性が良好である。

即ち、送信アンテナコイル１０Ｂにあっては、従来と同じ巻回数であってもＱ値を低くできてブロード性が良好になる。換言すれば、磁界出力を上げるために導線１５の巻回数を増加させてアンペアターン数を大きく設定しても、インダクタンスの増加やＱ値の増加を抑えることができ、帯域の狭まりを生じることがない。また、Ｑ値を抑えるためのコア１１の外径を大きくすることがないので、薄型化の要求を満たしつつ高出力及び広帯域とすることができる。

なお、送信アンテナコイル１０Ｂにおいて、非巻回部分１６ａである鍔部１４ｂ，１４ｃの間は樹脂で充填されていてもよい。あるいは、鍔部１４ｂ，１４ｃのいずれかを省略して３個の鍔部で構成してもよい。

即ち、複数個の鍔部で巻回部分を区切ることは、各巻回部分の巻回数を任意に設定できること、巻始め位置あるいは巻終わり位置を鍔部で規定できる利点を有している。一方、鍔部を３個で構成することは、一対の鍔部の間に導線を１００％巻回するのではなく、一方の鍔部に隣接した部分を非巻回部分として残す。この場合、巻回数などを変化させることで、非巻回部分の幅を変化させることが容易にできる。

また、送信アンテナコイル１０Ｂにあっては、非巻回部分は一つである必要はなく、図５に示すように、ボビン１２の外周部に６個の鍔部１４ａ〜１４ｆを形成したものであってもよい。この場合、鍔部１４ａ，１４ｂの間、鍔部１４ｃ，１４ｄの間及び鍔部１４ｅ，１４ｆの間をそれぞれ巻回部分１５ａ，１５ｂ，１５ｃとし、鍔部１４ｂ，１４ｃ及び鍔部１４ｄ，１４ｅの間をそれぞれ非巻回部分１６ａ，１６ｂとする。そして、ボビン１２には開口部１３ａ〜１３ｅが形成される。

（他の実施例）
なお、本発明に係る送信アンテナコイルは前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、コアやボビンの構造、形状の細部は任意である。また、第１及び第２実施例において、開口部１３ａ〜１３ｅは上下面部分をカットしているが、上面部分又は下面部分のいずれか一方をカットしたものであってもよい。

本発明の第１実施例である送信アンテナコイルを示し、（Ａ）は全体の斜視図、（Ｂ）はボビンの斜視図である。 前記第１実施例である送信アンテナコイルを示す断面図である。 本発明の第２実施例である送信アンテナコイルを示す斜視図である。 前記第２実施例である送信アンテナコイルを示す断面図である。 前記第２実施例である送信アンテナコイルの変形例を示す断面図である。 前記第２実施例である送信アンテナコイルにおいて、非巻回部分の幅寸法とＱ値の関係を示すグラフである。 前記第２実施例である送信アンテナコイルにおいて、非巻回部分の幅寸法と受信感度の低下率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０Ａ，１０Ｂ…送信アンテナコイル
１１…磁性体コア
１２…ボビン
１３ａ〜１３ｅ…開口部
１４ａ〜１４ｆ…鍔部
１５…導線
１５ａ〜１５ｃ…巻回部分
１６ａ，１６ｂ…非巻回部分

Claims (3)

1. 磁性体コアと、該磁性体コアを収容したボビンと、該ボビンの外周部に巻回された導線とを備えた送信アンテナコイルにおいて、
   前記ボビンの外周部に前記導線の巻回部分を区切るための複数の鍔部が形成されており、かつ、該鍔部によって区切られた巻回部分に実装高さ方向に前記磁性体コアの表面が露出する窓状開口部が形成されており、
   前記導線は前記ボビンの外周部に前記鍔部によって区切られた領域に巻回されて一つのコイルとして形成されていること、
   を特徴とする送信アンテナコイル。
2. 前記導線は前記ボビンの外周部に非巻回部分を間に介して複数の巻回部分からなる一つのコイルとして形成されていることを特徴とする請求項１に記載の送信アンテナコイル。
3. 前記ボビンの外周部には４個以上の鍔部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の送信アンテナコイル。