JP2016186973A - コイルユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】コイルを導電部材に近接配置しても、コイルのインピーダンスの増加を抑制可能なコイルユニットを提供する。
【解決手段】コイル(72)と、コイルと、コイルに近接して配置される、導電性を有する第一導電部材(60)との間に配置して、第一導電部材によるコイルのインピーダンスの変化を抑制するための、導電性を有する第二導電部材(61、62、63、64)と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
【解決手段】コイル(72)と、コイルと、コイルに近接して配置される、導電性を有する第一導電部材(60)との間に配置して、第一導電部材によるコイルのインピーダンスの変化を抑制するための、導電性を有する第二導電部材(61、62、63、64)と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、コイルを含むコイルユニットに関する。
ユーザが所持する携帯機と車両に搭載された車載装置との間で電波の送受信を行い、両者のコードが一致したときにドアのロック/アンロックやエンジンの始動を行う電子キーシステムが普及している。
上述のシステムでは、車載装置から携帯機への無線信号を送信するために、LF(長波)帯の電波を用いる。無線信号を送信するためのアンテナの近傍に金属が存在すると、共振周波数が変化する。そこで、コイルボビンを、コイルボビンに挿入されるコアの軸方向に、ケースの異なる位置で固定可能とし、共振周波数の調整を容易に行えるアンテナ装置が考案されている(特許文献1参照)。
コイル状のアンテナ近傍に金属が存在すると、上述のように共振周波数が変化するとともに、コイルのインピーダンスも増加する。共振周波数の変化は、予めアンテナの搭載状態に合わせてインダクタンス値を調整することで対策できる。また、インピーダンスの増加については、アンテナ駆動用のドライバの電圧を高くする方法、あるいは、アンテナと周辺の金属との距離を確保する方法がある。
しかし、ドライバの電圧を高くするためには、昇圧回路が大型化あるいは複雑化する、消費電流が増加するといった問題がある。また、アンテナを収容する筐体の容量の制約から、適切なドライバを使えず電圧を高くできない場合もある。電圧が不足すると十分なアンテナ電流を確保できず、出力電界強度が低下し、通信距離が短くなったり、通信できなくなる。
アンテナと周辺金属の距離を確保するには、アンテナ筐体を大きくしたり、アンテナと取付け面(周辺金属)との間にスペーサを設ければよいが、アンテナが大型化する問題がある。
特許文献1では、インピーダンスの増加に対する解決策は開示されていない。
上記問題点を背景として、本発明は、コイルを導電部材に近接配置しても、コイルのインピーダンスの増加を抑制可能なコイルユニットを提供することを目的とする。
上記課題を解決するためのコイルユニットは、コイル(72)と、コイルと、コイルに近接して配置される、導電性を有する第一導電部材(60)との間に配置して、第一導電部材によるコイルのインピーダンスの変化を抑制するための、導電性を有する第二導電部材(61、62、63、64)と、を備える。
上記構成によって、コイル(インダクタともいう)を、インピーダンスを上昇させる部材(第一導電部材)に接近させたときの、インピーダンスの変化(増加)を抑制することができる。これにより、コイルの取り付け面の部材(第一導電部材)コイルとの間の距離を確保しなくても、低インピーダンス化が可能となり、コイルの取り付け高さを低くできる。
本発明のコイルユニットを、電子キーシステムに適用した例について説明する。図1のように、電子キーシステム100は、車両1に搭載したECU4(本発明の車載装置)、ECU4に接続された、室外LF送信部41(本発明の車載装置、照合要求送信部)、室内LF送信部43(本発明の車載装置、照合要求送信部)、RF受信部45、ドアユニット5、スタートスイッチ6と、ユーザが所持する携帯キー3とを含む。
ECU4および、ドアユニット5、スタートスイッチ6は、LAN等の通信線7により接続され、相互に通信可能である。
ECU4は、周知のCPUおよび周辺回路(図示せず)を含むコンピュータとして構成される。ECU4は、携帯キー3の照合用のマスタコード等、電子キーシステム100の動作に必要な各種情報を記憶するための不揮発性記憶媒体であるメモリ40を備える。
室外LF送信部41は、例えば、車体のピラーの内部、ドアの下方側に配置されるフレーム部材であるサイドシルの内部、サイドシルに取り付けられるサイドステップの内部、リアバンパ、あるいは、ドアユニット5の内部に設けられる。室内LF送信部43は、車両1の室内に設けられる。室外LF送信部41および室内LF送信部43は、LF(長波)帯あるいはVLF(超長波)帯の電波を用いて、例えば、各アンテナ(42、44)から1〜2m程度の範囲に照合の要求の信号を送信する。
RF受信部45は、例えば、車室内のセンターコンソール内部に設けられる。RF受信部45は、車外あるいは車室内からRF(高周波)帯の電波を用いて送信された、携帯キー3からの応答信号あるいはRKE(リモートキーレスエントリー)コマンド信号を、アンテナ46により受信する。RF帯の電波を用いることで、ユーザが車両1から離れていても(例えば、30〜100m)、携帯キー3からの信号を受信できる。
ドアユニット5は、ロック装置50、タッチセンサ51、ロックボタン52を含む。なお、ドアユニット5は、車両1の複数のドア(運転席側ドア、助手席側ドア、後部座席右側ドア、後部座席左側ドアなど)の各ドアユニットを総称したものである。
ロック装置50は、モータ等のアクチュエータおよびその駆動回路を含み、ECU4からの制御指令に基づいて、状態(ロック/アンロック)を切り替え制御する。タッチセンサ51は、ドアハンドル(図示せず)に設けられ、ユーザがドアハンドルを握ったことを検出する。ロックボタン52は、ドアハンドル付近に設けられ、ユーザのドアロック操作を検出する。
スタートスイッチ6は、車両1の原動機(エンジンあるいはモータ)を始動状態、あるいは始動許可状態にするためのスイッチである。
携帯キー3は、制御部32、制御部32に接続された、LF受信部30(本発明の照合要求受信部)、RF送信部31、不揮発性記憶媒体であるメモリ33、操作部34を含む。制御部32は、周知のコンピュータとして構成され、携帯キー3全体の動作制御を行う。メモリ33は、携帯キー3の動作に必要なデータとともに、携帯キー3を識別するIDコードを記憶する。
LF受信部30は、アンテナ30aにより、車両1からの、照合の要求の信号を受信する。該信号を受信すると、制御部32は、RF送信部31に、IDコードを含む応答信号を、アンテナ31aから送信させる。
操作部34は、RKE機能を利用するためのプッシュスイッチ群である。ユーザが操作部34を操作したとき、例えば、ドア(トランクを含めてもよい)のロック/アンロックあるいは開閉を行うためのRKEコマンド信号をRF送信部31から送信する。
上述のような構成により、電子キーシステム100は、ユーザによるドアハンドルを握るドアアンロックのための操作をタッチセンサ51が検出すると、室外LF送信部41から携帯キー3へ向けて照合の要求の信号を所定回数送信する。携帯キー3は、照合の要求の信号を受信すると、応答信号をRF送信部31から返信する。ECU4は、受信した応答信号に含まれるIDコードとマスタコードとを照合して、照合成功ならば、ドアをアンロック状態とするよう、ロック装置50に制御指令を出力する。
また、ユーザが乗車してスタートスイッチ6を操作したとき、室内LF送信部43から携帯キー3へ向けて照合の要求の信号を所定回数送信する。携帯キー3は照合の要求の信号を受信すると、応答信号を返信する。ECU4は、上述と同様に照合を行い、照合成功ならば、通信線7を介して、車両1の原動機の回転制御を行う原動機ECU(図示せず)に、原動機を始動状態あるいは始動許可状態にするための制御指令を出力する。
本発明のコイルユニットは、アンテナ42、44、30aに用いる。本構成が、「コイルは、長波帯を用いた通信装置(41、43、30)のアンテナ(42、44、30a)に使用される」ものである。本構成によって、通信の長距離化、消費電流低減が求められる長波帯通信用のアンテナに、本発明の構成を適用できる。
また、上記構成は、「ユーザが所持する携帯キー(3)と車両に搭載された車載装置(4、41、43)とを含み、携帯キーと車載装置との間での無線通信により携帯キーの照合を行い、その照合結果に基づいて所定の制御を行なう電子キーシステムにおいて、コイルは、車載装置の、携帯キーに照合の要求の信号を送信する照合要求送信部(41、43)のアンテナ(42、44)、および、携帯キーの、照合の要求の信号を受信する照合要求受信部(30)のアンテナ(30a)に用いられる」ものである。本構成によって、消費電流(特に、暗電流)の制約が厳しい車両用の電子キーシステムにおいて、消費電流の増加を抑制し、かつ、通信に必要な出力電界強度および通信距離を確保できる。
以降、アンテナ42を例に、コイルユニットについて説明する(アンテナ44、30aも同様の構成)。図2に、アンテナ42の内部の側面図、図3に、図2のA方向から見たX−X´断面図を示す。なお、室外LF送信部41と接続するための端子あるいはリード線は、図示を省略している。
アンテナ42は、ボビン71、ボビン71に巻きつけられたコイル72、フェライトやアモルファス等を材料とし、ボビン71に挿入されたコア73が、例えば樹脂製で略矩形状の筐体74に収納される。ボビン71およびコア73のない構成でもよい。ボビン71の両端部が筐体74の下部の内壁面に接することで(固定してもよい)、コイル72を支持する。また、ボビン71が、筐体74の上部の内壁面に接するようにしてもよい。
筐体74は、導電性を有する第一導電部材60に取り付けられる。第一導電部材60は、ブラケットや、ドアの外板を構成するドアアウタパネル等で、例えば、鉄、白金、錫のような電気抵抗率の高い(10のマイナス7乗(Ω・m)程度)金属を用いる。筐体74と第一導電部材60との間に、導電性を有する第二導電部材61を配置する。第二導電部材61は、例えば、アルミニウム、金、銅、銀のような電気抵抗率の低い(10のマイナス8乗(Ω・m)程度)金属を用いる。第一導電部材60の電気抵抗率が、第二導電部材61と同等あるいは大きくなるように、各導電部材を選定する。
上述の構成が、「第二導電部材として、その電気抵抗率が、第一導電部材の電気抵抗率と同じ、あるいは、第一導電部材の電気抵抗率よりも低いものを用いる」ものである。電気抵抗率が大きいほど、コイルのインピーダンスの変化(例えば、増加)も大きくなる。コイルと第一導電部材との間に第二導電部材を配置すると、インピーダンスの増加量は、概ね第二導電部材によって決まる。本構成によって、第一導電部材によるインピーダンスの増加を抑制できる。
第一導電部材として鉄を用いることで、主として鉄を用いる車体にコイルと近接配置するときに、本発明の構成を適用できる。また、第二導電部材としてアルミニウムを用いることで、比較的安価に本発明の構成を実現でき、コイルユニットの重量の増加を抑制できる。また、第一導電部材としてアルミニウムを用いてもよい。
図2および図3では、ボビン71およびコイル72の断面は、略円形状であるが、略矩形状としてもよい。また、筐体74の断面は、略矩形状であるが、略円形状(ボビン71およびコイル72の断面に合わせた形状)としてもよい。
コイル72と第二導電部材61との距離(例えば、図3のD)は、ゼロに近い方が望ましい。両者の絶縁が確保できれば、接触していてもよい。これにより、筐体の大型化(特に、高さ方向:図面の上下方向)を防止できる。
図2では、第二導電部材61は、筐体74の外壁部の底面、すなわち、第一導電部材60との対向面の全体を覆っている。なお、各導電部材の材質(すなわち、電気抵抗率)に応じて、図4の第二導電部材62のように、筐体74の底面の、コイル72の中心軸方向の長さLの約2/3に相当する領域を覆うようにしてもよいし、図5の第二導電部材63のように、長さLの約1/2に相当する領域を覆うようにしてもよい。
また、コイル72あるいはコア73が第一導電部材60に対向している範囲(図2および図3の、L11およびL12で規定される範囲、またはL21およびL22で規定される範囲)のみを覆うように、第二導電部材62を配置してもよい。
第二導電部材(61〜63)の配置範囲は、コイル72および第一導電部材60の特性、コイル72と第一導電部材60との距離(例えば、図3のD)によって定めてもよい。つまり、第一導電部材60によるアンテナ42のインピーダンスの増加量に応じて定める。これにより、アンテナ42を所望のインピーダンスに調整することが可能となる。
図6のように、図2の状態で、筐体74内でのコイル72の位置を決定した後に、筐体74の内部に、ポッティング材(封止材)75を注入してもよい。また、ポッティング材75を注入する方法の他に、コイル72およびコア73を含めてインサート成型してもよい。
図2から図6の構成が、「コイルは筐体(74)に収納され、第二導電部材(61、62、63)は、筐体の外壁の、第一導電部材との対向面に取り付けられる」ものである。本構成によって、アンテナと第二導電部材を一体化して、部品点数を削減できる。また、第一導電部材への取り付けも容易となる。また、コイルと第二導電部材との距離を一定に保つことが可能となり、アンテナ搭載時にコイルと第一導電部材の距離にバラつきが生じても、インピーダンスの変化量を抑制できる。
図7のように、第二導電部材64を、筐体74の底面の内壁面に取り付けてもよい。図7の構成が、「コイルは筐体(74)に収納され、第二導電部材(64)は、筐体の、第一導電部材と対向する外壁の内壁面に取り付けられる」ものである。本構成によって、アンテナと第二導電部材を一体化することで、部品点数を削減できる。また、第一導電部材への取り付けも容易となる。
第二導電部材を、筐体74の外壁部の底面、および筐体74の底面の内壁面の両方に取り付けてもよい。すなわち、図7において、筐体74の底面と第一導電部材60との間に、図2のように第二導電部材61を配置する。本構成が、「コイルは筐体に収納され、第二導電部材は、筐体の外壁の、第一導電部材との対向面と、筐体の、第一導電部材と対向する外壁の内壁面とに取り付けられる」ものである。本構成によっても、第一導電部材によるインピーダンスの増加を抑制できる。
図8のように、アンテナ42を、筐体74に収納しない構成としてもよい。
図9のように、アンテナ42は、例えば、L(インダクタンス)とC(キャパシタンス)と2個のR(コイルの抵抗分)の直列共振回路として表すことができる。例えば、図2の状態で、アンテナ42を、直接、第一導電部材60に取り付けたとき、すなわち、第二導電部材(61等)を配置しないとき、等価回路は、RLC直列共振回路の両端に、第一導電部材60の抵抗分である2個のRfを直列接続したものとなる。よって、2個のRfが増えた分、アンテナ42のインピーダンスが増加する。Pは、アンテナ42への給電源である。
図10に、第一導電部材60に鉄を用いたときの、コイル72と第一導電部材60との距離(図3のDに相当)と、アンテナ42のインピーダンスZとの関係を示す。距離Dが小さくなるにつれて、インピーダンスZは大きくなる傾向を示す。例えば、距離Dが1mmのときのインピーダンスZは25Ωである。このとき、コイル72に流す電流(以降、「アンテナ電流」という)を2A流すために必要な電圧は50Vである。これは、給電源Pから供給する。
車両の場合、給電源Pはバッテリから電源を供給される。給電源Pでバッテリ電圧を昇圧する場合、バッテリの電圧が12Vで、昇圧効率が80%であると、バッテリから約10.4Aの電流を供給する必要がある。
また、距離Dが15mmのときのインピーダンスZは5Ωである。このとき、アンテナ電流を2A流すために必要な電圧は10Vである。よって、バッテリからは約2.1Aの電流を供給すればよい。しかし、距離Dが大きくなる分、アンテナ42の取り付け位置は高くなる。
上述のように、インピーダンスの増加により、バッテリの消費電流は多くなる。特に、電子キーシステムは、原動機が停止してバッテリに充電が行われないときにも動作するので、暗電流を増加させる要因となる。
図11に、本発明の構成(例えば、図2)の、アンテナ42の等価回路を示す。等価回路は、図9のRLC直列共振回路の両端に、第一導電部材60の抵抗分であるRfと、第二導電部材61の抵抗分であるRaが並列接続された抵抗回路を2個直列接続したものとなる。第一導電部材60として鉄を用い、第二導電部材61としてアルミニウムを用いると、RaはRfの約1/5であるため、該抵抗回路の合成抵抗はRf/6となり、アンテナ42のインピーダンスの変動は、図9の構成よりも小さくなる。
発明者の実験によれば、アンテナ42のインピーダンスは、図2の構成では、第二導電部材61を用いない従来構成の約16.8%、図4の構成では、従来構成の約27.2%、図5の構成では、従来構成の約68.0%となり、インピーダンス低減の効果が表れている。また、第二導電部材61の面積が大きいほど、インピーダンス低減の効果も大きい。
第一導電部材60および第二導電部材61にアルミニウムを用いても、合成抵抗がRa/2となるので、アンテナのインピーダンスの増加を抑制できる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。
1 車両
3 携帯キー
30 LF受信部(照合要求受信部)
30a アンテナ(コイルユニット)
4 ECU(車載装置)
41 室外LF送信部(車載装置、照合要求送信部)
42 アンテナ(コイルユニット)
43 室内LF送信部(車載装置、照合要求送信部)
44 アンテナ(コイルユニット)
72 コイル
74 筐体
60 第一導電部材
61、62、63、64 第二導電部材
100 電子キーシステム
3 携帯キー
30 LF受信部(照合要求受信部)
30a アンテナ(コイルユニット)
4 ECU(車載装置)
41 室外LF送信部(車載装置、照合要求送信部)
42 アンテナ(コイルユニット)
43 室内LF送信部(車載装置、照合要求送信部)
44 アンテナ(コイルユニット)
72 コイル
74 筐体
60 第一導電部材
61、62、63、64 第二導電部材
100 電子キーシステム
Claims (7)
- コイル(72)と、
前記コイルと、前記コイルに近接して配置される、導電性を有する第一導電部材(60)との間に配置して、前記第一導電部材による前記コイルのインピーダンスの変化を抑制するための、導電性を有する第二導電部材(61、62、63、64)と、
を備えることを特徴とするコイルユニット。 - 前記第二導電部材として、その電気抵抗率が、前記第一導電部材の電気抵抗率と同じ、あるいは、前記第一導電部材の電気抵抗率よりも低いものを用いる請求項1に記載のコイルユニット。
- 前記第一導電部材として鉄を用い、前記第二導電部材としてアルミニウムを用いる請求項1または請求項2に記載のコイルユニット。
- 前記コイルは筐体(74)に収納され、
前記第二導電部材(61、62、63)は、前記筐体の外壁の、前記第一導電部材との対向面に取り付けられる請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のコイルユニット。 - 前記コイルは筐体(74)に収納され、
前記第二導電部材(64)は、前記筐体の、前記第一導電部材と対向する外壁の内壁面に取り付けられる請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のコイルユニット。 - 前記コイルは、長波帯を用いた通信装置(41、43、30)のアンテナ(42、44、30a)に使用される請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のコイルユニット。
- ユーザが所持する携帯キー(3)と車両に搭載された車載装置(4、41、43)とを含み、前記携帯キーと前記車載装置との間での無線通信により前記携帯キーの照合を行い、その照合結果に基づいて所定の制御を行なう電子キーシステムにおいて、
前記コイルは、
前記車載装置の、前記携帯キーに前記照合の要求の信号を送信する照合要求送信部(41、43)のアンテナ(42、44)、および、
前記携帯キーの、前記照合の要求の信号を受信する照合要求受信部(30)のアンテナ(30a)に用いられる請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のコイルユニット。
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