JP2007043588A - Coil antenna - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、LF帯(長波30kHz〜300kHz)の近距離通信システムなどで使用されるコイルアンテナに関する。 The present invention relates to a coil antenna used in a short-range communication system in the LF band (long wave 30 kHz to 300 kHz).
図1に特許文献1に開示されているコイルアンテナ1の構成例を示す。コイルアンテナ1は磁性体コア2と磁性体コア2に接合されるベース4とを備える。磁性体コア2には、強磁性を示す例えばMn−Zn系フェライトや、それ以外のアモルファス系磁性体、磁性体微粉末を圧縮成型したものなどが用いられる。磁性体コア2には、導線が巻回されてコイル3が形成される。また、コア軸(コイルに生じる鎖交磁束に対して平行な軸であって、鎖交磁束に垂直な磁性体コア断面の中心をとおる軸である。)に対して並行するように、ベース4にめねじ穴を設けている。このベース4のめねじ穴には、円柱状の側面におねじが切られた磁性体からなる小型コア5が螺合される。
FIG. 1 shows a configuration example of a coil antenna 1 disclosed in Patent Document 1. The coil antenna 1 includes a
このコイルアンテナ1のコイルには、コンデンサが直列に接続されLC直列共振回路が構成される。このLC直列共振回路は(共振周波数で発振する)交流電源に接続されることにより、低電圧でも大きなコイル電流をコイル3に流せ、大きな磁界出力を得ることができる。このようなコイルアンテナ1はLF帯(長波30kHz〜300kHz)の近距離通信システムなどの送信用コイルアンテナとして適したものになる。
A capacitor is connected in series to the coil of the coil antenna 1 to form an LC series resonance circuit. This LC series resonance circuit is connected to an AC power source (oscillating at a resonance frequency), so that a large coil current can flow through the
また、このような構成では小型コア5のねじ込み量によって磁性体コア2と小型コア5との隙間寸法が調整でき、実効的なコア軸方向の寸法(以下、コア長という。)を変更できる。これによりコイルのインダクタンス値や、コイルアンテナ1を用いた回路の共振周波数が微調整できる。
ところで、磁性体コアに使用される前述のフェライトなどの磁性体材料は、靭性が極めて低く、脆性破壊しやすい性質を持つ。そのため、従来のコイルアンテナにおいては、小さな衝撃荷重や小さな曲げ荷重が加わるだけで磁性体コアが破損してしまうことがあった。また、コイルアンテナにおいては長い磁性体コアを使用すると大きな磁界出力が得られることが知られているが、長い磁性体コアを使用する場合には、さらに脆性破壊が生じ易くなるため、このような長い磁性体コアを用いてコイルアンテナの磁界出力を大きくすることに困難があった。 By the way, magnetic materials such as the above-mentioned ferrite used for the magnetic core have extremely low toughness and are susceptible to brittle fracture. Therefore, in the conventional coil antenna, the magnetic core may be damaged only by applying a small impact load or a small bending load. Moreover, it is known that a large magnetic core output can be obtained in a coil antenna when a long magnetic core is used. However, when a long magnetic core is used, brittle fracture is more likely to occur. It has been difficult to increase the magnetic field output of the coil antenna using a long magnetic core.
また、従来の小型コアの調整により共振周波数を調整する構成では、共振周波数を所望の値に調整するには、コイルのインダクタンス値の変動幅が小さすぎ、所望の共振周波数を得ることができない場合があった。 Also, in the conventional configuration in which the resonance frequency is adjusted by adjusting the small core, in order to adjust the resonance frequency to a desired value, the fluctuation range of the coil inductance value is too small to obtain the desired resonance frequency. was there.
そこで、この発明の目的は、磁性体コアの耐衝撃性を改善しながら、磁界出力を高める事が容易で、広い調整幅で共振周波数の設定ができるコイルアンテナを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a coil antenna that can easily increase the magnetic field output while improving the shock resistance of a magnetic core and can set a resonance frequency with a wide adjustment range.
そして、LF帯の近距離通信システムなどで使用される送信用のコイルアンテナとして好適なコイルアンテナを提供するものである。 Then, a coil antenna suitable as a transmission coil antenna used in an LF band short-range communication system or the like is provided.
この発明のコイルアンテナは、複数の磁性体コアと、前記複数の磁性体コアに巻回した複数のコイルと、前記磁性体コア間を接合するジョイントと、を備え、前記複数のコイルの鎖交磁束の向きが略一致するように前記複数の磁性体コアを前記ジョイントを介して配したものである。 The coil antenna according to the present invention includes a plurality of magnetic cores, a plurality of coils wound around the plurality of magnetic cores, and a joint that joins the magnetic cores, and the linkage of the plurality of coils. The plurality of magnetic cores are arranged via the joints so that the directions of magnetic fluxes substantially coincide.
このように複数の磁性体コアでコイルアンテナを構成するために、それぞれの磁性体コアのコア長を短くできる。これにより、衝撃荷重が加わったり、曲げ荷重が加わったりした場合の、磁性体コアそれぞれに係る荷重が抑制され、磁性体コアの破損を防止できる。また、コイルの鎖交磁束の向きが略一致するように磁性体コアを配置することにより、それぞれの磁性体コアを磁界結合させて実効的なコア長を長くすることができ、磁界出力の大きなコイルアンテナを実現できる。また、ジョイントにより磁性体コア同士が接触することがなく、接触による破損を防ぐことができる。 Thus, since a coil antenna is comprised with a some magnetic body core, the core length of each magnetic body core can be shortened. Thereby, when an impact load is applied or a bending load is applied, the load relating to each of the magnetic cores is suppressed, and damage to the magnetic cores can be prevented. In addition, by arranging the magnetic cores so that the directions of the interlinkage magnetic flux of the coils substantially coincide with each other, the magnetic cores can be magnetically coupled to increase the effective core length, resulting in a large magnetic field output. A coil antenna can be realized. Further, the magnetic cores are not brought into contact with each other by the joint, and damage due to contact can be prevented.
したがって、複数の磁性体コアにより実効的なコア長を長くして磁界出力の大きなコイルアンテナを実現しても、それぞれの磁性体コアの耐衝撃性能を確保することができる。これによりLF帯の近距離通信システムなどで使用される送信用のコイルアンテナとして好適なコイルアンテナを実現できる。 Therefore, even if the effective core length is increased by a plurality of magnetic cores to realize a coil antenna having a large magnetic field output, the impact resistance performance of each magnetic core can be ensured. As a result, a coil antenna suitable as a transmission coil antenna used in an LF band short-range communication system or the like can be realized.
また、この発明のコイルアンテナは、前記ジョイントの前記磁性体コア間に、磁性体の小型コアを収容したものである。 In the coil antenna of the present invention, a small magnetic core is accommodated between the magnetic cores of the joint.
このような構成により、小型コアをジョイント両側の磁性体コアに磁界結合させることができる。これにより小型コアを用いてのインダクタンス値の調整が可能になる。また磁界結合が、小型コア両側のコイルに作用するため、一度の調整により両方のコイルのインダクタンス値を変えることができ、従来よりインダクタンス値の変動幅を大きくすることができる。 With such a configuration, the small core can be magnetically coupled to the magnetic cores on both sides of the joint. This makes it possible to adjust the inductance value using a small core. In addition, since magnetic field coupling acts on the coils on both sides of the small core, the inductance value of both coils can be changed by a single adjustment, and the fluctuation range of the inductance value can be made larger than in the past.
また、この発明のコイルアンテナでは、前記小型コアは、回転自由な状態で収容され、回転面での縦横寸法が異なる形状であり、回転軸の向きが前記鎖交磁束の向きに対して略垂直である。 In the coil antenna according to the present invention, the small core is accommodated in a freely rotating state, has a shape with different vertical and horizontal dimensions on the rotating surface, and the direction of the rotation axis is substantially perpendicular to the direction of the interlinkage magnetic flux. It is.
このような構成により、小型コアを回転させるだけで共振周波数の調整ができる。小型コアの回転面における縦横寸法が異なるために、回転により小型コアと磁性体コアとの隙間寸法を調整できる。すると小型コアの回転量を抑えて共振周波数の調整ができる。 With such a configuration, the resonance frequency can be adjusted simply by rotating the small core. Since the vertical and horizontal dimensions of the rotating surface of the small core are different, the clearance dimension between the small core and the magnetic core can be adjusted by rotation. Then, the resonance frequency can be adjusted while suppressing the amount of rotation of the small core.
また、この発明のコイルアンテナは、複数の前記小型コアを、前記鎖交磁束の向きに対して略垂直に並ぶように配したものである。 In the coil antenna of the present invention, a plurality of the small cores are arranged so as to be arranged substantially perpendicular to the direction of the interlinkage magnetic flux.
このような構成により小型コアと磁性体コアの間隔を狭めたまま、より多くの磁性体コアをジョイントに設けることができる。これにより、ジョイント両側の磁性体コア間の結合を強めることができ、コイルアンテナの磁界出力を強めることができる。さらに、複数の小型コイルによって精緻に共振周波数の調整ができる。 With such a configuration, more magnetic cores can be provided in the joint while the interval between the small core and the magnetic core is narrowed. Thereby, the coupling between the magnetic cores on both sides of the joint can be increased, and the magnetic field output of the coil antenna can be increased. Further, the resonance frequency can be finely adjusted by a plurality of small coils.
また、この発明のコイルアンテナは、前述の複数のコイルを、並列に接続して並列回路を構成するとともに、この並列回路に対してコンデンサ素子を直列に接続したものである。 The coil antenna according to the present invention includes a plurality of coils connected in parallel to form a parallel circuit, and a capacitor element connected in series to the parallel circuit.
これにより、コイルを並列に接続した分、コイルの実抵抗分を小さくできる。またコンデンサを直列に接続してLC直列共振回路を構成することで、低電圧で用いても大きなコイル電流を得ることができる。すると、LF帯の近距離通信システムなどで使用される送信用のコイルアンテナとして、さらに好適な、磁界出力の大きなコイルアンテナを実現できる。 As a result, the actual resistance of the coil can be reduced as much as the coils are connected in parallel. In addition, by forming an LC series resonance circuit by connecting capacitors in series, a large coil current can be obtained even when used at a low voltage. As a result, a coil antenna having a large magnetic field output, which is more suitable as a transmission coil antenna used in an LF band short-range communication system or the like, can be realized.
本発明によれば、磁性体コアの耐衝撃性が高く、広い変動幅でのインダクタンス値の調整を可能にしたコイルアンテナを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a coil antenna in which the magnetic core has high impact resistance and the inductance value can be adjusted with a wide fluctuation range.
また、LF帯の近距離通信システムなどで使用される送信用のコイルアンテナとして好適な磁界出力の大きなコイルアンテナを提供できる。 In addition, it is possible to provide a coil antenna having a large magnetic field output suitable as a transmission coil antenna used in an LF band short-range communication system or the like.
次に、第1の実施形態に係るコイルアンテナの構成を図2〜3を参照して説明する。
図2(A)はコイルアンテナ11の上面図である。なお、この図では図示の都合により外装ケース16の一部を透過したように表示している。図2(B)はコイルアンテナ11の(A)に示すXX′部分での断面図である。図2(C)はコイルアンテナ11の(A)に示すYY′部分での断面図である。図2(D)はコイルアンテナ11を交流電源100に接続した回路について説明する図である。
コイルアンテナ11は、強磁性体であるMn−Zn系のフェライトからなる2つの磁性体コア12Aと磁性体コア12Bとを備えている。なお、磁性体コア12A,12Bとしては、強磁性体のフェライト以外のアモルファス系磁性体や磁性体微粉末を圧着したものを用いても好適である。
Next, the configuration of the coil antenna according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2A is a top view of the
The
この磁性体コア12Aは枠体14Aに収容し、磁性体コア12Bは枠体14Bに収容する。枠体14Aと枠体14Bは、それぞれPBT(ポリブチレンテレフタレート)のプラスチック成型によりなる。これら枠体14Aと枠体14Bは、磁性体コア12A,12Bを保護し、製造工程や製品使用時にかかる曲げ荷重や衝撃荷重などにより磁性体コアが破損することがないようにするものである。
The
磁性体コア12Aと磁性体コア12Bは、それぞれバー形状(平板状の直方体)でありコア軸に垂直な断面の形状を、四隅を面取りした矩形状にしている。磁性体コア12Bの先端は、枠体14Bから突出させ、突出する部分を枠体14Aに接合する。これにより、磁性体コア12Aと磁性体コア12Bとを枠体14Aを介して接合し、磁性体コア12Aと磁性体コア12Bとのそれぞれをコア軸が一直線で略同軸に配置することになる。また、これにより磁性体コア12Aと磁性体コア12Bとの、後述するコイル13A,13Bの鎖交磁束に垂直な断面がジョイントである枠体14Aを介して対向することになる。
Each of the
以上のように枠体14Aにより磁性体コア12Aと磁性体コア12Bとを接合するため、コイルアンテナ11に衝撃荷重が加わったり、曲げ荷重が加わったりした場合であっても、その荷重が磁性体コア12A,12Bに分散し、それぞれに係る荷重の大きさを抑制でき、磁性体コア12A,12Bの破損を防止できる。また衝撃が加わると変形する程度の緩やかな接合(緩嵌など)により固定することで、衝撃をその部分での変形により吸収して、磁性体コアの破損を防止し、コイルアンテナ11の耐衝撃性能を高めることができる。また、磁性体コア12A,12Bを磁界結合させて実効的なコア長を長くすることができ、大きな磁界出力を実現できる。
As described above, since the
また、磁性体コア12A,12Bには、それぞれコイル13A,13Bを巻回している。コイル13A,13Bは、それぞれ銅(Cu)からなる皮膜絶縁された線材(導線)を、磁性体コア12A,12Bを収容した枠体14A,14Bに対して巻回してなる。各コイル13A,13Bのコア軸が略一致するように配置することで各コイル13A,13Bの鎖交磁束の向きが略一致し、コイル13A,13Bが磁界結合する。これにより磁界出力の大きなコイルアンテナ11を実現できる。なお、コイル13A,13Bは、それぞれを異なる線材により構成してもよく、単一の連続した線材により構成してもよい。異なる線材で構成した場合には、枠体14Aと枠体14Bを接合していない状態であっても、枠体ごとにコイルを巻回することができる。また、単一の連続した線材で構成した場合には巻回工程数や巻回工程時間を抑制できる。
Further, coils 13A and 13B are wound around the
また図2(D)に示すように、コイル13A,13Bは、並列に接続して構成している。そして、その並列接続に対して直列にコンデンサ19を接続してLC直列共振回路を構成している。これによりコイルの実抵抗分を小さくし、低電圧で用いても大きなコイル電流を得るようにしている。そして大きな磁界出力を実現し、コイルアンテナ11を送信コイルアンテナとして好適なものにしている。
Further, as shown in FIG. 2D, the
また、このコイルアンテナ11は外装ケース16と外装キャップ17とを備えている。外装ケース16は有底筒形状である。この外装ケース16には、その内部に前述の枠体14A,14Bを収容し、さらに、その有底筒の開口部分に外装キャップ17を嵌合する。これにより、外装ケース16と外装キャップ17に、コイルアンテナを内装することになる。また、外装キャップ17には、2本の外部接続線18をとおす貫通孔を備えており、この貫通孔はシール材(図示していない。)により密閉するように構成している。これにより、コイルアンテナ11の耐環境性を高めている。
The
次に、図3を参照して枠体14A,14Bについて詳述する。図3(A)は枠体14Aの構成を示す上面図であり、図3(B)は枠体14Bの構成を示す上面図である。
Next, the
まず、枠体14Aについて詳述する。枠体14Aは、ジョイント部21と先端部22と脚部23A,23Bとを一体にプラスチック成型してなる。ジョイント部21と先端部22とを、コア軸に並行する脚部23A,23Bにより連結するように構成している。
First, the
ジョイント部21および先端部22は、コア軸に垂直な面(図左右の両面)の外形が、四隅を面取りした矩形状である。
The
ジョイント部21のコア軸に垂直な一方の面(図右面)は、磁性体コア12Aに接合する。この磁性体コア12Aに接合する面(図右面)には、磁性体コア12Aを嵌合するための溝(図示していない。)を設けている。この溝は磁性体コア12Aを圧入固定するために、その断面形状を磁性体コア12Aの断面形状と略等しく構成している。また、この面(図右面)からは、コア軸方向に延長するように脚部23A,23Bを設けている。
One surface (right surface in the figure) perpendicular to the core axis of the
また、ジョイント部21の、磁性体コア12Aに接合する面の対面(図左面)にも、溝(図示していない。)を設けている。この溝には磁性体コア12Bの枠体14Bから突出する部分を嵌合させて、(圧入)固定する。この溝の断面形状を磁性体コア12Bのコア軸に垂直な断面形状と略等しく構成している。
Further, a groove (not shown) is also provided on the face (left face in the drawing) of the
また、コア軸に平行なジョイント部21の面のうち一つの面(図正面)は、小型コア15A,15B,15Cを収容するための有底穴24A,24B,24Cを備えている。有底穴24A,24B,24Cは、小型コアを収容するために適宜寸法を設計したものである。この有底穴24A,24B,24Cには、小型コア15A,15B,15Cを収容する。各小型コアはそれぞれ楕円柱形状であり磁性体材料からなる。なお、小型コアは必ずしも楕円柱形状でなくてもよく、その断面の縦横寸法が異なる形状であればよい。特に楕円や長円、半円、長方形などの断面形状であれば好適である。
Also, one surface (front side in the figure) of the
この小型コア15A,15B,15Cを磁性体コア12Aと磁性体コア12Bとの間の有底穴24A,24B,24Cに配置するため、各コアが磁界結合することになる。また、小型コア15A,15B,15Cの形状が楕円柱形状であるために、この小型コア15A,15B,15Cを回転させると、小型コア15A,15B,15Cおよび磁性体コア12A,12Bの間の隙間が変化し、各磁性体コアと各小型コアとの結合量が変化する。そのため、小型コア15A,15B,15Cの回転により、コイルのインダクタンス値の調整ができる。すなわち、前述の図2(D)に示した回路の共振周波数の調整ができる。なお、調整後の各小型コアは接着剤により固定する。
Since the
また、枠体14Aの先端部22は、コア軸に垂直な面(図左右の両面)が貫通する筒形状であり、その貫通孔に、磁性体コア12Aを圧入固定する。また、コア軸に垂直な先端部22の一面には、脚部23A,23Bを連結するように構成している。
Moreover, the front-end | tip
また、枠体14Aの脚部23A,23Bは、コア軸に垂直で外向きに突起する突起部26を備えている。この突起部26はコイルを巻回する際に線材を係止するためのものであり、コイルの巻数などにより適宜その位置や数を設計したものである。この突起部26はコイル13Aの端となる位置に設け、この突起部26を介して区切っている。この突起部26を設けることで、コイル13Aを巻回する際の作業性を高めている。
Further, the
また、以上のジョイント部21、先端部22、脚部23A、脚部23Bによって囲まれた開口25の部分からは、磁性体コア12Aが露出するが、このことにより、コイルアンテナ11が薄くできる。これにより、コイル13Aの実効的な巻線径を小さくし、コイル13Aのもつ実抵抗分を小さくしている。
In addition, the
次に枠体14Bについて詳述する。枠体14Bは先端部32とベース部31と脚部33A,33Bとを一体にプラスチック成型してなる。そして、先端部32とベース部31とを、コア軸に並行する脚部33A,33Bにより連結するように構成している。
Next, the
ベース部31および先端部32は、コア軸に垂直な面(図左右の両面)の外形が、四隅を面取りした矩形状である。
The
ベース部31のコア軸に垂直な一方の面(図右面)は、磁性体コア12Bに接合する。この磁性体コア12Bに接合する面(図右面)には、磁性体コア12Bを嵌合する溝(図示していない。)を設けている。この溝は磁性体コア12Bを圧入固定するために、その断面形状を磁性体コア12Bの断面形状と略等しく構成している。また、この面(図右面)からは、コア軸方向に延長するように脚部33A,33Bを設けている。
One surface (right surface in the figure) perpendicular to the core axis of the
また、コア軸に平行なベース部31の面のうち一つの面(図正面)には、その対面にかけて貫通する開口39を設けている。開口39にはその内部に配線端子を設けており、この配線端子に、前述のコンデンサ19を接続する。このような開口39を設けた構成は、このコイルアンテナ11の部品面積の抑制に貢献している。また、開口39を設けたことにより、コイルアンテナ11は全体としての重量が軽く、例えば落下衝撃などの衝撃荷重に対する耐衝撃性が高いものになっている。
In addition, an
また、ベース部31の磁性体コア12Bに接する面の対面(図左面)には、入出力用端子38A,38Bを備えており、該入出力用端子38A,38Bに前述の外部接続線18を接続する。また、コア軸に垂直な面には、突出するコイル接続用端子37A,37Bを備えており、該コイル接続用端子37A,37Bにコイル13A,13Bを接続する。また、入出力用端子38A,38Bとコイル接続用端子37A,37Bとはベース部の開口39に設けた端子やコンデンサ19などの素子を介して接続している。
In addition, input /
また、枠体14Bの先端部32は、コア軸に垂直な面(図左右の両面)が貫通する筒形状であり、その貫通孔に、磁性体コア12Bを圧入固定する。また、先端部32は脚部33A,33Bに連結して構成している。
Moreover, the front-end | tip part 32 of the
また、枠体14Bの脚部33A,33Bは、コア軸に垂直で外向きに突起する突起部36を備えている。この突起部36はコイルを巻回する際に線材を係止するためのものであり、コイルの巻数などにより適宜その位置や数を設計したものである。この突起部36はコイル13Bの端となる位置に設け、この突起部36を介して区切っている。この突起部36を設けることで、コイル13Bを巻回する際の作業性を高めている。
Further, the
また、以上のベース部31、先端部32、脚部33A、脚部33Bによって囲まれた開口35の部分からは、磁性体コア12Bが露出することになるが、このことにより、コイルアンテナ11が薄板化できる。これにより、コイル13Bの実効的な巻線径を小さくし、コイル13Bのもつ実抵抗分を小さくしている。
Further, the
以上のような枠体14A,14Bを用いて、コイルアンテナ11を構成し、短いコア長の複数の磁性体コア12A,12Bを結合させたことにより、実効的なコア長を長く確保したまま、耐衝撃性が高く、広い変動幅でのインダクタンス値の調整が可能で、LF帯の近距離通信システムなどで使用される送信用のコイルアンテナとして好適な高い磁界出力をえることができる。
Using the
なお、磁性体コア12A,12Bの形状や、枠体14A,14Bの形状は本実施形態で示した構成に限らずどのようなものであってもよい。例えば、脚部23A,23B,33A,33Bなどを設けず、磁性体コアに直接コイルを巻回してもよい。また、先端部22,32をなくしたり、先端部22,32を別体にしたりしてもよい。
The shapes of the
また、枠体14Bに設けたコイル接続用端子37A,37Bも本実施形態で示したように両側に配する必要は無く、それぞれを片側に設けてもよい。また、枠体14Bに設けた開口39も必ずしも必要でなく、コンデンサ19が一体に構成されていなくてもよい。
Further, the
また、コイル13A,13Bは必ずしも並列に接続する回路構成でなくてもよく、直列に接続する回路構成であってもよい。
The
また、磁性体コアやコイルの数も必ずしも2つでなくてもよく、より多くの磁性体コアを用いてもよく、また、より多くのコイルを用いてもよい。 Also, the number of magnetic cores and coils is not necessarily two, more magnetic cores may be used, and more coils may be used.
また、外装ケース16にポッティング材を充填すると、さらに耐衝撃性を高めたコイルアンテナを提供できる。なお、ポッティング材としては、シリコン系ゴムまたはウレタン系ゴムを用いるとよい。
Further, when the
1,11−コイルアンテナ
2,12A,12B−磁性体コア
3,13A,13B−コイル
4−ベース
5,15A,15B,15C−小型コア
14A,14B−枠体
16−外装ケース
17−外装キャップ
18−外部接続線
19−コンデンサ
21−ジョイント部
22,32−先端部
23A,23B,33A,33B−脚部
24A,24B,24C−有底穴
25,29,35,39−開口
26,36−突起部
31−ベース部
37A,37B−コイル接続用端子
38A,38B−入出力用端子
100−交流電源
1, 11-
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