JP2013009071A - Antenna coil - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯機器端末等に内蔵され、近距離の非接触通信に用いられるアンテナコイルに係わる。 The present invention relates to an antenna coil that is built in a portable device terminal or the like and used for short-range non-contact communication.
携帯端末等とリーダーライタとが近接して通信する非接触通信では、リーダーライタ(R/W)に内蔵されたリーダーライタ側アンテナと、携帯機器端末等に内蔵された端末側アンテナとを、電磁的に結合させることによって通信を行う。
リーダーライタ側のアンテナには、導線を枠状に巻線したループコイルが用いられ、端末側のアンテナには、平板状のフェライトに導線を巻線したアンテナコイルを用いられる。
In non-contact communication in which a portable terminal or the like and a reader / writer communicate in close proximity, the reader / writer side antenna built in the reader / writer (R / W) and the terminal side antenna built in the portable device terminal are electromagnetically coupled. Communication is performed by linking them together.
A loop coil in which a conducting wire is wound in a frame shape is used for the antenna on the reader / writer side, and an antenna coil in which a conducting wire is wound on a flat ferrite is used for the antenna on the terminal side.
このような通信では、ループコイルとアンテナコイルとの結合係数によって、通信可能な距離が変動する。結合係数kは、ループコイルで発生した磁束Φ1に対する、アンテナコイルと鎖交する磁束Φ2の割合で表され、k=Φ2/Φ1である。結合係数kが小さいと、通信可能な距離は短くなる。 In such communication, the communicable distance varies depending on the coupling coefficient between the loop coil and the antenna coil. The coupling coefficient k is represented by the ratio of the magnetic flux Φ 2 interlinked with the antenna coil to the magnetic flux Φ 1 generated in the loop coil, and k = Φ 2 / Φ 1 . When the coupling coefficient k is small, the communicable distance becomes short.
図6は、ループコイルと、従来のアンテナコイルとが非接触通信する斜視図を示す。
図6に示すように、長さl、幅w、厚さtの平板状の磁性体コア61に第1のコイル62と第2のコイル63がソレノイド状に巻回された端末側のアンテナコイル60が、略四角形の枠状に巻線されたループコイル70と対峙し、ループコイル70の対辺を横切るように配置されている。
第1のコイル62と第2のコイル63は、磁性体コア61の両端に巻回され、第1のコイル62と第2のコイル63は離間しているとともに、ループコイル70のそれぞれの対辺を横切るように配置されている。
FIG. 6 shows a perspective view in which a loop coil and a conventional antenna coil communicate in a contactless manner.
As shown in FIG. 6, a terminal-side antenna coil in which a
The
携帯機器の小型軽量化に伴い、特に端末側のアンテナコイルは薄型化が強く望まれている。そのため、従来のアンテナコイルは、磁性体コアの厚さを薄くして薄型化していた。 As mobile devices become smaller and lighter, it is strongly desired that the antenna coil on the terminal side be particularly thin. Therefore, the conventional antenna coil has been thinned by reducing the thickness of the magnetic core.
図7は、ループコイルとアンテナコイルとの間の距離を一定とし、磁性体コアの厚さを変化させた場合の、ループコイルとアンテナコイルの結合係数の変化を示すグラフである。
図7において、横軸は磁性体コアの厚さt[mm]、縦軸は、結合係数kを示す。磁性体コアは、幅w=9[mm]、長さl=100[mm]である。
グラフより、例えば、磁性体コアの寸法が、幅w=9[mm]、厚さt=0.2[mm]、長さl=100[mm]の場合の結合係数は、約0.04であり、磁性体コアの厚さtが厚くなるに従い、結合係数kが大きくなることがわかる。
FIG. 7 is a graph showing a change in the coupling coefficient between the loop coil and the antenna coil when the distance between the loop coil and the antenna coil is constant and the thickness of the magnetic core is changed.
In FIG. 7, the horizontal axis indicates the thickness t [mm] of the magnetic core, and the vertical axis indicates the coupling coefficient k. The magnetic core has a width w = 9 [mm] and a length l = 100 [mm].
From the graph, for example, when the dimension of the magnetic core is a width w = 9 [mm], a thickness t = 0.2 [mm], and a length l = 100 [mm], the coupling coefficient is about 0.04. It can be seen that the coupling coefficient k increases as the thickness t of the magnetic core increases.
図8は、図5のA−A断面における磁束のシミュレーション結果を示す。
ループコイル70に電流が流れると、ループコイル70の巻線を中心に磁束が発生する。
発生した一部の磁束は、アンテナコイル60の磁性体コア61の側面から磁性体コア61の内部に入射し、磁性体コア61の内部を曲げられながら進み、第1のコイル62または第2のコイル63の巻軸を貫き、磁性体コア61の端部から射出する。
一方、別の一部の磁束は、図中90a〜90dに示すように、磁性体コア61の側面から入射し、磁性体コアの内部を曲げられながら進み、第1のコイル62または第2のコイル63の巻軸を貫かずに磁性体コア61の反対の側面から出射する。このような磁束90a〜90dは、結合係数には寄与しない。
FIG. 8 shows a simulation result of the magnetic flux in the AA cross section of FIG.
When a current flows through the
A part of the generated magnetic flux enters the
On the other hand, as shown by 90a to 90d in the figure, another part of the magnetic flux is incident from the side surface of the
磁性体コアの厚さを薄くすると、磁性体コアの中で十分に曲げられずに、第1のコイル62または第2のコイル63の巻軸を貫かずに、磁性体コアの反対の側面から出射してしまう磁束の割合が多くなり、その結果、ループアンテナとアンテナコイルの結合係数が小さくなる。
When the thickness of the magnetic core is reduced, the magnetic core is not bent sufficiently and does not penetrate the winding axis of the
このように、アンテナコイルを薄型化するために、磁性体コアを薄くすると、ループアンテナとアンテナコイルとの間の結合係数が小さくなり、通信可能な距離が短くなるという問題があった。
本発明の目的は、上記した問題を解決するためのものであり、アンテナコイルの磁性体コアを薄型化しても、結合係数の高いアンテナコイルを提供することを目的とする。
Thus, if the magnetic core is made thin in order to reduce the thickness of the antenna coil, there is a problem that the coupling coefficient between the loop antenna and the antenna coil becomes small and the communicable distance becomes short.
An object of the present invention is to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide an antenna coil having a high coupling coefficient even if the magnetic core of the antenna coil is thinned.
本発明のアンテナコイルは、
平板状の磁性体コアと、前記磁性体コアの両端部にソレノイド状に巻回され、夫々が離間して配置された第1のコイルと第2のコイルと、
前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間の、前記磁性体コアの表面に配置されたスパイラル状に巻回された第3のコイルと、
を備え、ループコイルに対峙して配置されるアンテナコイルであって、
前記磁性体コアの中心から前記第1のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第1のコイルに生じる電圧と、
前記磁性体コアの中心から前記第2のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第2のコイルに生じる電圧と、
前記表面から前記第3のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第3のコイルに生じる電圧とが
互いに強められるように、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコイルとを、直列に接続したことを特徴とすることを特徴とする。
The antenna coil of the present invention is
A flat magnetic core, a first coil and a second coil that are wound in a solenoid shape around both ends of the magnetic core and are spaced apart from each other;
A third coil wound in a spiral shape disposed on the surface of the magnetic core between the first coil and the second coil;
An antenna coil disposed opposite to the loop coil,
A voltage generated in the first coil by a magnetic flux in a direction penetrating the winding axis of the first coil from the center of the magnetic core;
A voltage generated in the second coil by magnetic flux in a direction penetrating the winding axis of the second coil from the center of the magnetic core;
The voltage generated in the third coil by the magnetic flux in the direction penetrating the winding axis of the third coil from the surface is strengthened mutually.
The first coil, the second coil, and the third coil are connected in series.
本発明のアンテナコイルによれば、端末側のアンテナコイルの磁性体コアの厚さを薄くしても、リーダーライタ側のアンテナコイルと端末側のアンテナコイルとの間の結合係数を大きくすることができる。その結果、薄型化しても通信可能な距離が短くならない、アンテナコイルとすることができる。 According to the antenna coil of the present invention, even if the thickness of the magnetic core of the antenna coil on the terminal side is reduced, the coupling coefficient between the antenna coil on the reader / writer side and the antenna coil on the terminal side can be increased. it can. As a result, it is possible to provide an antenna coil that does not shorten the communicable distance even if it is thinned.
以下、図面を用いて本発明のアンテナコイルに係わる一実施例を説明する。
図1は、ループアンテナと、本発明のアンテナコイルとが非接触通信する一実施例の斜視図を示す。図2は、図1のA−A断面図を示す。
図1〜2に示すように、本発明のアンテナコイル10は、略四角形の枠状に巻線されたループコイル20に対峙し、ループコイル20の対辺を横切るように配置される。アンテナコイル10は、平板状の磁性体コア11と、磁性体コア11の両端に導線がソレノイド状に巻回された第1のコイル12および第2のコイル13と、第1のコイル12と第2のコイル13の間の磁性体コア11のループコイル20と対峙する表面に導線がスパイラル状に巻回された第3のコイル14とを備える。
第1のコイル12と第2のコイル13は、ループコイル20のそれぞれの対辺を横切るように配置されている。
Hereinafter, an embodiment of the antenna coil according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment in which a loop antenna and an antenna coil of the present invention communicate in a non-contact manner. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
図3は、第1のコイル12と第2のコイル13と第3のコイル14の巻回方向および接続を詳しく説明する図である。図3に示すように、
磁性体コアの中心から、第1のコイル12の巻軸を貫き磁性体コアの一方の端部から磁性体コアの外に出る磁束を磁束31、
磁性体コアの中心から、第2のコイル13の巻軸を貫き磁性体コアの他方の端部から磁性体コアの外に出る磁束を磁束32、
磁性体コアの側面から、磁性体コアの内部に入る磁束を磁束30としたとき、
第1のコイル12と第2のコイル13と第3のコイル14とは、
磁束31により第1のコイル12の両端12a、12bの間に生じる電圧と、
磁束32により第2のコイル13の両端13a、13bの間に生じる電圧と、
磁束30により第3のコイル14の両端12b、13aの間に生じる電圧とが、
強め合うように、第1のコイル12と第3のコイル14と第2のコイル13とが直列に接続されている。
FIG. 3 is a diagram for explaining in detail the winding direction and connection of the
From the center of the magnetic core, the
From the center of the magnetic core, the
When the magnetic flux entering the inside of the magnetic core from the side surface of the magnetic core is the
The
A voltage generated between both
A voltage generated between both
The voltage generated between both
The
図4は、アンテナコイルとループアンテナの間の距離を一定にして、磁性体コアの厚さtを変化させたときの、ループアンテナとアンテナコイルの結合係数の変化を示すグラフである。
図4において、横軸は磁性体コアの幅w[mm]、縦軸は、結合係数kを示す。磁性体コアは、厚さt=0.2[mm]、長さl=100[mm]である。
図4より、磁性体コアが、幅w=9[mm]、厚さt=0.2[mm]のときの結合係数は、約0.06であり、これは、図7に示した、磁性体コアが、幅w=9[mm]、厚さt=0.2[mm]のときの結合係数が、約0.04であることと比較して、結合係数が大きくなっていることがわかる。
FIG. 4 is a graph showing changes in the coupling coefficient between the loop antenna and the antenna coil when the distance t between the antenna coil and the loop antenna is made constant and the thickness t of the magnetic core is changed.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the width w [mm] of the magnetic core, and the vertical axis represents the coupling coefficient k. The magnetic core has a thickness t = 0.2 [mm] and a length l = 100 [mm].
From FIG. 4, when the magnetic core has a width w = 9 [mm] and a thickness t = 0.2 [mm], the coupling coefficient is about 0.06, which is shown in FIG. The magnetic core has a larger coupling coefficient than the coupling coefficient when the width w = 9 [mm] and the thickness t = 0.2 [mm] is about 0.04. I understand.
図5は、図1のA−A断面における磁束の、シミュレーション結果を示す。
図5に示すように、ループアンテナ20に電流が流れると、ループコイル20の周囲に磁束が発生する。
発生した磁束は、アンテナコイル10の磁性体コア11の表面から磁性体コア11の内部に入射し、磁性体コア11の内部を曲げられながら進み、一部の磁束は第1のコイル12または第2のコイル13の巻軸を貫く。さらに、磁性体コア11の側面から出射する磁束40a〜40dは、第3のコイル14の巻軸を貫いている。
このように、3つのコイルによって、アンテナコイル10を貫く磁束の数を多くすることができ、これによりリーダーライタ側のアンテナコイルと端末側のアンテナコイルとの間の結合係数を大きくすることができる。その結果、通信可能な距離を長くすることができる。
FIG. 5 shows a simulation result of the magnetic flux in the AA cross section of FIG.
As shown in FIG. 5, when a current flows through the
The generated magnetic flux enters the
In this way, the number of magnetic fluxes penetrating the
本発明のアンテナコイルは、第1のコイルおよび第2のコイルを貫かない磁束があるにもかかわらず、第3のコイルを貫いた磁束によって、その分、結合係数を大きくできる。
第3のコイルは、ループコイルと対峙しない表面であってもよいが、第3のコイルをループコイルと対峙しない面に配置した場合は、磁束の間隔が広がっているので、対峙する面に配置した場合よりも大きな面積の第3のコイルが必要である。
In the antenna coil of the present invention, although there is a magnetic flux that does not pass through the first coil and the second coil, the coupling coefficient can be increased correspondingly by the magnetic flux that passes through the third coil.
The third coil may be a surface that does not face the loop coil, but when the third coil is arranged on the surface that does not face the loop coil, the magnetic flux is widened, so the third coil is arranged on the surface that faces the loop coil. A third coil with a larger area is required.
第3のコイルは、フレキシブルプリント基板上に印刷して作製することが可能であり、アンテナコイルの厚さを厚くせずに、結合係数の高いアンテナコイルとすることができる。第1のコイルおよび第2のコイルもフレキシブルプリント基板にパターンを作製してもよい。パターンの作製されたフレキシブルプリント基板を、磁性体コアに巻き付けて、パターンがソレノイド状のコイルになるようにパターンの端部を接続する。
また、磁性体コアは、第1のコイルと第2のコイルと第3のコイルで夫々分割されていてもよい。磁性体コアを分割することにより携帯機器への組み込みが容易になる。
The third coil can be manufactured by printing on a flexible printed board, and can be an antenna coil having a high coupling coefficient without increasing the thickness of the antenna coil. The first coil and the second coil may also be formed on the flexible printed board. The flexible printed circuit board on which the pattern is produced is wound around a magnetic core, and the ends of the pattern are connected so that the pattern becomes a solenoidal coil.
The magnetic core may be divided by the first coil, the second coil, and the third coil. By dividing the magnetic core, it can be easily incorporated into a portable device.
10、60 アンテナコイル
20、70 ループコイル
11、61 磁性体コア
12、62 第1のコイル
13、63 第2のコイル
14 第3のコイル
10, 60
Claims (3)
前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間の、前記磁性体コアの表面に配置されたスパイラル状に巻回された第3のコイルと、
を備え、ループコイルに対峙して配置されるアンテナコイルであって、
前記磁性体コアの中心から前記第1のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第1のコイルに生じる電圧と、
前記磁性体コアの中心から前記第2のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第2のコイルに生じる電圧と、
前記表面から前記第3のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第3のコイルに生じる電圧とが
互いに強められるように、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコイルとを、直列に接続したことを特徴とするアンテナコイル。 A flat magnetic core, a first coil and a second coil that are wound in a solenoid shape around both ends of the magnetic core and are spaced apart from each other;
A third coil wound in a spiral shape disposed on the surface of the magnetic core between the first coil and the second coil;
An antenna coil disposed opposite to the loop coil,
A voltage generated in the first coil by a magnetic flux in a direction penetrating the winding axis of the first coil from the center of the magnetic core;
A voltage generated in the second coil by magnetic flux in a direction penetrating the winding axis of the second coil from the center of the magnetic core;
The voltage generated in the third coil by the magnetic flux in the direction penetrating the winding axis of the third coil from the surface is strengthened mutually.
An antenna coil, wherein the first coil, the second coil, and the third coil are connected in series.
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