JP2010016492A - アンテナコイルおよびこれを備えた受信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、複数の周波数帯域の電波を、いずれも高精度に受信することができ、かつ製造時間の短縮化および製造コストの低廉化を図りうるアンテナコイルおよびこれを備えた受信回路を提供する。
【解決手段】受信回路２０は、磁性体コア１５に巻回された、第１可動コイルＬ_Ｖ１、固定コイルＬ_Ｒおよび第２可動コイルＬ_Ｖ２を、この順に直列接続してなり、第１可動コイルＬ_Ｖ１と固定コイルＬ_Ｒの２つのコイルと並列に第１コンデンサＣ_１を接続するとともに、第１可動コイルＬ_Ｖ１、固定コイルＬ_Ｒおよび第２可動コイルＬ_Ｖ２の３つのコイルと並列に第２コンデンサＣ_２を接続するように構成されてなる。また、スイッチSWを開状態とすると共振周波数６０KHz調整用の受信回路として機能し、このスイッチSWを閉状態とすると共振周波数４０KHz調整用の受信回路として機能する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種電子・電気機器等に搭載される電波受信用のアンテナコイルおよびこれを備えた受信用同調回路に関し、特に、電波時計搭載用として好適なデュアルバンド対応のアンテナコイルおよびこれを備えた受信回路に関する。

従来より、時刻情報を担持した標準電波を受信し、時刻修正を自動的に行う電波修正時計が知られている。このような電波時計では標準電波を、内蔵する小型のアンテナコイルによって受信する。

このようなアンテナコイルとしては、例えば下記引用文献１に記載されたフェライトバーアンテナ（受信回路）のような構成のものを採用可能である。すなわち、この引用文献１に記載のものは、棒状のフェライトコアの中央部に巻回された固定コイルと直列に可変コイルを接続し、これら２つのコイルとは並列にコンデンサを接続し、この可変コイルのインダクタンスを調整することによって共振周波数（同調周波数）に合わせるようにしたものである。

ところで、標準電波の周波数は国や地域の送信局毎に異なっている場合が多く、日本では、福島局からの４０ＫＨｚと九州局からの６０ＫＨｚのデュアルバンド方式が採用されている。すなわち、日本において使用される電波時計のアンテナコイルおよび受信回路としては、４０ＫＨｚと６０ＫＨｚの２つの周波数のいずれにも同調しうる構成とされることが必要となる。

このようなデュアルバンド方式に対応する受信回路としては、上述した引用文献１に記載のフェライトバーアンテナにおいて、上記フェライトコアに、各共振周波数に応じた固定コイルを各々巻回し、また、これら各固定コイルに対応して、各々、可変コイルとコンデンサを設けるようにした構成が考えられる。

また、このような受信回路の他の具体例としては、例えば、図４に示すように、１つの固定コイルＬ_Ｒに対して、２つのコンデンサ群ＣＡ、ＣＢが各々並列に接続されており、さらにコンデンサ群ＣＡは、容量の異なるコンデンサＣ_Ａ−１、Ｃ_Ａ−２、Ｃ_Ａ−３を互いに並列に接続してなり、同様にコンデンサ群ＣＢも容量の異なるコンデンサＣ_Ｂ−１、Ｃ_Ｂ−２、Ｃ_Ｂ−３を互いに並列に接続してなるものが挙げられる。そして、図示するスイッチ（ＳＷ）をオンまたはオフとすることで、４０ＫＨｚまたは６０ＫＨｚの共振周波数を切替可能に設定することができる。

このように、各コンデンサ群ＣＡ、ＣＢ毎に、容量の互いに異なる３つのコンデンサ（Ｃ_Ａ−１、Ｃ_Ａ−２、Ｃ_Ａ−３あるいはＣ_Ｂ−１、Ｃ_Ｂ−２、Ｃ_Ｂ−３）を使用しているのは、共振周波数の精度を良好なものとするためである。

すなわち、上記コンデンサ群ＣＡ、ＣＢを各々１つのコンデンサで構成したとすると、コンデンサには必ず公差があり、共振周波数の精度を良好なものとすることが困難となるため、上記従来技術においては各コンデンサ群毎に、容量の互いに異なる３つのコンデンサを用いるようにし、各コンデンサの容量に公差によるバラツキがあっても、３つのコンデンサ全体として個々のバラツキが補償されるように各コンデンサを選択するようにしており、これによって共振周波数の精度を良好なものとすることができる。
特開平７−３０３００６号公報

しかしながら、上述した引用文献１記載のものを、上記２つの周波数に対応して各々設けるようにした場合には、一方の共振周波数の調整を行なうと他の共振周波数の値にずれが生じ、これら２つの調整を交互に複数回行なう必要があるため、製造者は煩に堪えず、また、製造時間、製造コストの増大をもたらすことになる。

また、図４に示す上述した従来技術においては、３つのコンデンサ（Ｃ_Ａ−１、Ｃ_Ａ−２、Ｃ_Ａ−３あるいはＣ_Ｂ−１、Ｃ_Ｂ−２、Ｃ_Ｂ−３）のそれぞれのバラツキが補償されるように、まずはコンデンサを公差別に選別しなければならない。したがって、部品点数の増大に伴う製造コストの増大、ならびにコンデンサの選別操作に伴う、製造時間および製造コストの増大が避けられなかった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、簡易な構成で、複数の周波数帯域の電波を、いずれも高精度に受信することができ、かつ製造時間の短縮化および製造コストの低廉化を図りうるアンテナコイルおよびこれを備えた受信回路を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明に係るアンテナコイルおよび受信回路は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明に係るアンテナコイルは、コイル巻回用の磁性体コアに、１つの固定コイルと少なくとも２つの可動コイルを巻回してなることを特徴とするものである。

また、前記磁性体コアには、第１の可動コイル、固定コイルおよび第２の可動コイルをこの順で同軸上に配列してなることが好ましい。

また、全ての前記コイルを直列に接続してなることが可能である。

さらに、本発明に係る受信回路は、１つの固定コイルと、第１および第２の可動コイルを含む複数の可動コイルを直列に接続するとともに、これら全てのコイルをコイル巻回用の磁性体コアに巻回するように構成され、
前記第１の可動コイルと前記固定コイルの２つのコイルと並列に第１のコンデンサを接続するとともに、該第１の可動コイル、該固定コイルおよび前記第２の可動コイルの３つのコイルと並列に、第２のコンデンサおよびこの第２のコンデンサと直列に配された回路開閉スイッチを接続するように構成され、
該第１の可動コイルと該固定コイルの２つのコイルからなるコイル群の両端を出力端としてなることを特徴とするものである。

本発明に係るアンテナコイルおよび受信回路は、上述の構成を採用したことにより、以下のような作用効果を奏する。

すなわち、本発明に係るアンテナコイルおよび受信回路においては、コイル巻回用の磁性体コアに、１つの固定コイルと少なくとも２つの可動コイルを巻回してなることから、固定コイルと１つ目の可動コイルよりなる第１コイル群を用いて一方の共振周波数の同調用に、また第１コイル群に、第２の可動コイルを加えた第２コイル群を用いて他方の共振周波数の同調用に各々用いることができる。このような構成としたことにより、共振周波数の調整時には、一方の共振周波数に精度良く合致させるべく１つ目の可動コイルのインダクタンスを調整し、この後、他方の共振周波数に精度良く合致させるべく２つ目の可動コイルのインダクタンスを調整することができる。これにより、同調させるべき各共振周波数の間で、各々が独立して調整可能であり、簡易な構成で、複数の周波数帯域の電波を、いずれも高精度に受信することができ、かつ製造時間の短縮化および製造コストの低廉化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態に係るアンテナコイルおよび受信回路について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るアンテナコイルの外形図であり、図２は本発明の一実施形態に係る受信回路の回路図である。

図１に示すように、本実施形態に係るアンテナコイル１０は、棒状の磁性体コア１５上に、第１可動コイル１３、固定コイル１２および第２可動コイル１４を、この順に巻回したものを筐体２９に収納してなる。また、固定コイル１２は、コイル中央部分において、第１可動コイル１３および第２可動コイル１４に比べて広い範囲に亘って（より多くの巻回数だけ）巻回されている。

また、第１可動コイル１３の一端は端子２３に、他端は端子２４にそれぞれ接続されており、固定コイル１２の一端は端子２４に、他端は端子２５にそれぞれ接続されており、さらに、第２可動コイル１４の一端は端子２５に、他端は端子２６にそれぞれ接続されている。なお、端子２７は、端子２５との間に、後述する第１コンデンサＣ_１を、端子２８は、端子２６との間に、後述する第２コンデンサＣ_２を、各々接続するためのものである。
さらに、上記筺体２９は、絶縁性部材により構成され、上記端子２３〜２８が、そのフレーム部分に設けられている。

なお、上記磁性体コア１５は、周知の磁性体材料、例えばフェライト等により構成され、棒状のみならず若干湾曲するような形状とされていても良い。

また、固定コイル１２、第１可動コイル１３および第２可動コイル１４の配列順序は、上記順序であれば、磁束密度の高い部分に巻回数の多い固定コイル１２が配されていることから効率が良く望ましいが、固定コイル１２を真ん中ではなく、端となるように配列することも可能である。また、可動コイルを２つではなく、３つ以上設けて、３つ以上の共振周波数受信用として用いることも可能である。

またコイル線は、上記のように３つのコイルを直列的に接続するようにしても良いが、各コイルを独立に形成することも可能である。また、３つのコイルを互いに接続する場合であっても、接続される順番は、必ずしも物理的なコイル配列順と一致していなくても良い。

図２に示すように、本実施形態に係る受信回路２０は、上述した磁性体コア１５に巻回された、第１可動コイルＬ_Ｖ１（１３）、固定コイルＬ_Ｒ（１２）および第２可動コイルＬ_Ｖ２（１４）を、この順に直列接続してなり、第１可動コイルＬ_Ｖ１と固定コイルＬ_Ｒの２つのコイルと並列に第１コンデンサＣ_１を接続するとともに、第１可動コイルＬ_Ｖ１、固定コイルＬ_Ｒおよび第２可動コイルＬ_Ｖ２の３つのコイルと並列に第２コンデンサＣ_２を接続するように構成されてなる。

そして、第１可動コイルＬ_Ｖ１と固定コイルＬ_Ｒからなるコイル群の両端が出力部とされている。

ここで、第１可動コイルＬ_Ｖ１、固定コイルＬ_Ｒの２つのコイルと第１コンデンサＣ_１とにより、共振周波数６０KHz調整用の受信回路が構成され、一方、第１可動コイルＬ_Ｖ１、固定コイルＬ_Ｒおよび第２可動コイルＬ_Ｖ２の３つのコイルと、第１コンデンサＣ_１および第２コンデンサＣ_２の２つのコンデンサとにより、共振周波数４０KHz調整用の受信回路が構成される。

また、共振周波数６０KHz調整用の受信回路部分を構成しない共振周波数４０KHz調整用の受信回路部分に調整周波数切換スイッチSWが設けられており、このスイッチSWを開状態とすると共振周波数６０KHz調整用の受信回路として機能し、このスイッチSWを閉状態とすると共振周波数４０KHz調整用の受信回路として機能する。

本実施形態の受信回路においては、共振周波数６０KHz調整用の受信回路として機能させる場合の周波数調整は、スイッチSWを開状態とした後、第１可動コイルＬ_Ｖ１のインダクタンスのみを調整することにより行い、共振周波数４０KHz調整用の受信回路として機能させる場合の周波数調整は、スイッチSWを閉状態とした後、第２可動コイルＬ_Ｖ２のインダクタンスのみを調整することにより行う。これにより、各共振周波数の調整を独立して行なうことができ、周波数調整が極めて容易である。すなわち、前述したような従来技術においては、一方の共振周波数の調整を行なうと他の共振周波数の値にずれが生じるので、該２つの調整を交互に複数回行なう必要があるが、本実施形態の受信回路においては、共振周波数６０KHzの調整を行なっても、共振周波数４０KHzの値がずれるおそれがないので、各共振周波数の調整は１回ずつ行えばよく、きわめて簡易にかつ高精度に調整を行なうことができる。

次に、図３を用いて、上記各共振周波数調整用の受信回路を構成する要素と各共振周波数ｆとの関係について説明する。なお、説明の便宜のため、第１可動コイルＬ_Ｖ１をＬ_１、固定コイルＬ_ＲをＬ_２、第２可動コイルＬ_Ｖ２をＬ_３、で各々表す。

（Ａ）共振周波数６０KHz調整用の受信回路
共振周波数６０KHzの調整回路は、図２において、スイッチSWを開状態とされた状態であるので、図３（Ａ）に示すものとなる。すなわち、第１可動コイルＬ_１（巻回数ｎ_１）および固定コイルＬ_２（巻回数ｎ_２）の２つのコイルと並列に第１コンデンサＣ_１を接続してなるものである。

この場合の２つのコイルＬ_１、Ｌ_２の合成インダクタンスをＬ_４とすれば、このＬ_４は下式（１）で表される。なお、Ｍは相互インダクタンスを表す（下式（３）において同じ）。

したがって、上記Ｌ_４を用いて得られる、この回路の共振周波数ｆ_６０Ｋは、下式（２）で表される。

すなわち、第１可動コイルＬ_１のインダクタンスを調整することにより、上式（１）、（２）に基づいて共振周波数を６０KHzに合わせることができる。

（Ｂ）共振周波数４０KHz調整用の受信回路
共振周波数４０KHzの調整回路は、図２において、スイッチSWを閉状態とされた状態に対応する。すなわち、前述したように第１可動コイルＬ_Ｖ１をＬ_１、固定コイルＬ_ＲをＬ_２、第２可動コイルＬ_Ｖ２をＬ_３、で各々表すと、上記共振周波数６０KHzの調整回路に加え、固定コイルＬ_２に直列に接続された第２可動コイルＬ_３（巻回数ｎ_３）、ならびにこれら３つのコイルＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３と並列に接続された第２コンデンサＣ_２を備えたものとされる。
ここで、２つのコイルＬ_４、Ｌ_３の合成インダクタンスをＬ_５とすれば、このＬ_５は下式（３）で表される。

また、第１のコンデンサＣ_１も第２コンデンサＣ_２と同様に、３つのコイルＬ_１、Ｌ_２、Ｌ_３と並列に接続されたとすると、その場合の容量Ｃ_１´は、各コイルの巻回数（ｎ_１〜ｎ_３）、および上記第１コンデンサＣ_１の容量Ｃ_１を用いて下式（４）の如く表される。

したがって、上記Ｌ_５を用いて得られる、この回路の共振周波数ｆ_４０Ｋは、下式（５）で表される。

すなわち、第２可動コイルＬ_３のインダクタンスを調整することにより、上式（３）、（４）、（５）に基づいて共振周波数を４０KHzに合わせることができる。

以上に説明したように、上記共振周波数の調整は、まず、６０KHzについて第１可動コイルＬ_Ｖ１（Ｌ_１）を用いて調整し、次に４０KHzについて第２可動コイルＬ_Ｖ２（Ｌ_３）を用いて調整することにより、各々独立に調整することができ、その調整操作がきわめて容易である。

なお、本発明のアンテナコイルは、上記実施形態に限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。すなわち、例えば、アンテナコイルは図１に示す外観のものに限られるものではなく、前述したように、コイル巻回用コアの形状は棒状に限られず、Ｕ字状等の湾曲形状のものとすることも可能である。また、受信回路の回路構成としても、図２に示す回路構成の他、種々の態様のものを採用可能である。例えば、発振回路にも応用できる。また、回路上での固定コイルと可動コイルの接続順も適宜、変更可能である。

また、例えば、上述の実施形態では、２つの共振周波数に対応するタイプのものとして記載されているが、前述したように、本発明は３つ以上の共振周波数に対応するタイプのものに適応することもできる。例えば、３つの共振周波数に対応するタイプのものとする場合には、上記４０KHz調整用の回路ループと同様の、可動コイル、コンデンサおよびスイッチを含むループを、上記４０KHz調整用の回路ループの外側に付すように構成すればよい。このことを、図２を例に挙げて説明すると、この場合の可動コイル（第３可動コイルＬ_Ｖ３）は、第１可動コイルＬ_Ｖ１、固定コイルＬ_Ｒ、および第２可動コイルＬ_Ｖ２に対し、その外側に直列に接続されることになり、また、この場合のコンデンサ（第３コンデンサＣ_３）およびスイッチ（第２スイッチＳＷ_２）は、上記４つのコイルに対して並列に接続されることになる。

また、前述したように、１つの固定コイルと少なくとも２つの可動コイルの物理的な配列関係は、必ずしも実施形態で示したように、固定コイルを可動コイル同士の間に配置する必要はないが、その場合でも、なるべく固定コイルをコイル巻回用コアの中央部分に寄せるように配置することが、効率を向上させる上で望ましい。

また、上記実施形態においては、筺体内に、コイルを巻回した棒状コアを収納するようにしているが、コンデンサもこの筺体内に収納するようにしてもよい。

また、本発明は電波時計の時刻情報を担持した標準電波を受信する用途への適用に限られるものではなく、電波受信が必要とされる種々の電子、電気機器においての使用が可能である。

本発明の一実施形態に係るアンテナコイルの外観を示す概略図 本発明の一実施形態に係る受信回路の構成を示す回路図 本発明の一実施形態における、各共振周波数調整用の受信回路を説明するための概念図（（Ａ）は共振周波数６０KHz調整用、（Ｂ）は共振周波数４０KHz調整用） 従来技術に係る受信回路の構成を示す回路図

符号の説明

１０ アンテナコイル
１２、Ｌ_Ｒ、（Ｌ_２） 固定コイル
１３、Ｌ_Ｖ１、（Ｌ_１） 第１可動コイル
１４、Ｌ_Ｖ２、（Ｌ_３） 第２可動コイル
１５ 磁性体コア
２３〜２８ 端子
Ｃ_１ 第１コンデンサ
Ｃ_２ 第２コンデンサ
ＳＷ スイッチ

Claims (4)

1. コイル巻回用の磁性体コアに、１つの固定コイルと少なくとも２つの可動コイルを巻回してなることを特徴とするアンテナコイル。
2. 前記磁性体コアには、第１の可動コイル、固定コイルおよび第２の可動コイルをこの順で同軸上に配列してなることを特徴とする請求項１記載のアンテナコイル。
3. 全ての前記コイルを直列に接続してなることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナコイル。
4. １つの固定コイルと、第１および第２の可動コイルを含む複数の可動コイルを直列に接続するとともに、これら全てのコイルをコイル巻回用の磁性体コアに巻回するように構成され、
   前記第１の可動コイルと前記固定コイルの２つのコイルと並列に第１のコンデンサを接続するとともに、該第１の可動コイル、該固定コイルおよび前記第２の可動コイルの３つのコイルと並列に、第２のコンデンサおよびこの第２のコンデンサと直列に配された回路開閉スイッチを接続するように構成され、
   該第１の可動コイルと該固定コイルの２つのコイルからなるコイル群の両端を出力端としてなることを特徴とする受信回路。
   

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