JP2017175408A - Antenna device and manufacturing method of the same - Google Patents

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久村 達雄
Tatsuo Hisamura
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an antenna device which achieves downsizing and weight reduction while securing high inductance and facilitates assembly, and to provide a manufacturing method of the antenna device.SOLUTION: An antenna device 100 according to one embodiment of the invention includes: an air-core coil 10 having an air-core part 11; a magnetic core 20 having a hollow part 21 and disposed in the air-core part 11 of the air-core coil; and a magnetic shield 30 which has a through hole 31, which communicates with the hollow part 21 of the magnetic core 20, and is provided facing the air-core coil 11.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、アンテナ装置の技術に関する。   The present invention relates to an antenna device technology.

近年、例えば交通乗車券や電子マネー等の非接触IC(Integrated Circuit)カードを利用した非接触通信システムの普及が著しい。非接触通信システムに用いられるアンテナは、LC共振を利用しているため一定のインダクタンスを有することが必要とされる。アンテナを、例えばスマートフォン等の携帯型の電子機器に搭載する場合、アンテナの形状を、その電子機器に搭載されるバッテリーと同等の大きさのほぼ長方形に設計することで、インダクタンスを上げることができる。   In recent years, the spread of contactless communication systems using contactless IC (Integrated Circuit) cards such as traffic tickets and electronic money has been remarkable. An antenna used in a non-contact communication system is required to have a certain inductance because it uses LC resonance. When the antenna is mounted on a portable electronic device such as a smartphone, the inductance can be increased by designing the shape of the antenna into a substantially rectangular shape having the same size as the battery mounted on the electronic device. .

一般に、高インダクタンスの小型のコイルを実現するため、細い線径のワイヤを用い、巻き数を上げることが考えられる。図1は従来構造の非接触給電アンテナを示す斜視図である。   In general, in order to realize a small coil with high inductance, it is conceivable to use a wire with a thin wire diameter and increase the number of turns. FIG. 1 is a perspective view showing a non-contact power feeding antenna having a conventional structure.

あるいは、スパイラル状の導体(コイル)を、非磁性基板と軟磁性体シートとで挟み、かつ、軟磁性体シートの材料をその導体の中心部に充填するように構成されたコイルもある(例えば、特許文献1の要約、明細書段落[0018]、図1参照)。   Alternatively, there is a coil configured such that a spiral conductor (coil) is sandwiched between a nonmagnetic substrate and a soft magnetic sheet, and the material of the soft magnetic sheet is filled in the center of the conductor (for example, , Abstract of patent document 1, description paragraph [0018], see FIG. 1).

特開平11-16756号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-16756

近年では、携帯型の中でも、特にウェアラブル用途への非接触通信システムの導入が図られるようになり、さらなる小型化が求められるようになってきているが、一定のインダクタンスも維持する必要がある。   In recent years, contactless communication systems have been introduced especially for wearable applications among portable types, and further miniaturization has been demanded, but it is also necessary to maintain a certain inductance.

ところが、特許文献1のコイルでは、軟磁性体シートの厚さ分、アンテナの厚さが厚くなり、小型化に反する。また、このコイルの製造過程(組み立て)において、軟磁性体シートと非磁性基板とでコイルを挟むとき、コイルの位置を視認しづらいという欠点がある。   However, in the coil of Patent Document 1, the thickness of the antenna is increased by the thickness of the soft magnetic material sheet, which is contrary to miniaturization. Further, in the coil manufacturing process (assembly), when the coil is sandwiched between the soft magnetic material sheet and the nonmagnetic substrate, there is a drawback that it is difficult to visually recognize the position of the coil.

本発明の目的は、高インダクタンスを確保しつつ、小型化および軽量化を実現し、さらに組み立てを容易にすることができるアンテナ装置、また、その製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an antenna device that can achieve miniaturization and weight reduction while ensuring high inductance, and further facilitate assembly, and a method for manufacturing the antenna device.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るアンテナ装置は、空芯コイルと、磁気コアと、磁気シールドを具備する。
前記空芯コイルは、空芯部を有する。
前記磁気コアは、中空部を有し、前記空芯コイルの空芯部内に配置される。
前記磁気シールドは、前記磁気コアの中空部内に連通する貫通穴を有し、前記空芯コイルに対向して設けられる。
In order to achieve the above object, an antenna device according to an aspect of the present invention includes an air-core coil, a magnetic core, and a magnetic shield.
The air core coil has an air core part.
The magnetic core has a hollow portion and is disposed in the air core portion of the air core coil.
The magnetic shield has a through hole communicating with the hollow portion of the magnetic core and is provided to face the air-core coil.

磁気コアに中空部が設けられていても、インダクタンスの低下への寄与度は小さい。したがって、高インダクタンスを確保しつつ、小型化および軽量化のアンテナ装置を実現できる。また、磁気シールドが貫通穴を有するので、その貫通穴を介して、磁気コアおよび空芯コイルに係合する突起部を有する治具を用いることにより、空芯コイル、磁気コアおよび磁気シールドの位置合わせを容易にできる。すなわち、アンテナ装置の組み立てが容易となる。   Even if a hollow portion is provided in the magnetic core, the contribution to the decrease in inductance is small. Therefore, it is possible to realize a miniaturized and lightweight antenna device while ensuring high inductance. In addition, since the magnetic shield has a through hole, the position of the air core coil, magnetic core and magnetic shield can be obtained by using a jig having a protrusion that engages with the magnetic core and air core coil through the through hole. Matching can be done easily. That is, the antenna device can be easily assembled.

前記空芯部、前記中空部、前記貫通穴が同心状になるように、前記空芯コイル、前記磁気コアおよび前記磁気シールドが互いに配置されていてもよい。   The air core coil, the magnetic core, and the magnetic shield may be arranged so that the air core portion, the hollow portion, and the through hole are concentric.

前記磁気コアの中空部は、貫通穴または凹部であってもよい。   The hollow portion of the magnetic core may be a through hole or a recess.

前記磁気コアの外径が、3mm以上10mm以下であり、前記磁気コアの中空部の内径が、1mm以上8mm以下であってもよい。   The outer diameter of the magnetic core may be 3 mm or more and 10 mm or less, and the inner diameter of the hollow portion of the magnetic core may be 1 mm or more and 8 mm or less.

前記磁気シールドは、金属磁性材料または酸化物磁性材料を含み、前記磁気コアは、金属磁性材料または酸化物磁性材料を含んでいてもよい。   The magnetic shield may include a metal magnetic material or an oxide magnetic material, and the magnetic core may include a metal magnetic material or an oxide magnetic material.

前記アンテナ装置は、前記磁気シールドと、前記空芯コイルおよび前記磁気コアとの間に配置された接着層をさらに具備してもよい。   The antenna device may further include an adhesive layer disposed between the magnetic shield, the air-core coil, and the magnetic core.

前記接着層は、接着性樹脂、接着性の両面テープ、または接着性を有する磁性シートであってもよい。   The adhesive layer may be an adhesive resin, an adhesive double-sided tape, or a magnetic sheet having adhesiveness.

本発明の一形態に係る電子機器は、上記アンテナ装置を備える。   Electronic equipment according to one embodiment of the present invention includes the antenna device.

本発明の一形態に係る、アンテナ装置の製造方法は、プレートと前記プレート上の突起部とを有する治具の前記プレートに近い側から、磁気シールドと、空芯部内に磁気コアが配置された空芯コイルとが配置されるように、前記プレート上に、前記磁気シールド、前記磁気コア、および前記空芯コイルを載置する工程を具備する。
前記載置の工程後、前記磁気シールド、前記磁気コア、および前記空芯コイルが、プレート上で加圧される。
前記載置の工程は、前記磁気シールドに設けられた貫通穴と、前記磁気コアに設けられた中空部とを、前記治具の前記突起部に係合させる工程を含む。
According to one aspect of the present invention, a method for manufacturing an antenna device includes a magnetic shield and a magnetic core disposed in an air core portion from a side closer to the plate of a jig having a plate and a protrusion on the plate. Placing the magnetic shield, the magnetic core, and the air-core coil on the plate so that the air-core coil is disposed.
After the preceding step, the magnetic shield, the magnetic core, and the air-core coil are pressurized on a plate.
The step described above includes a step of engaging a through hole provided in the magnetic shield and a hollow portion provided in the magnetic core with the protruding portion of the jig.

治具を用いることにより、空芯コイル、磁気コアおよび磁気シールドの位置合わせが容易となる。すなわち、アンテナ装置の組み立てが容易となる。   By using the jig, it is easy to align the air-core coil, the magnetic core, and the magnetic shield. That is, the antenna device can be easily assembled.

前記載置の工程は、前記空芯コイルと前記磁気シールドとの間に、接着層を配置する工程を含んでいてもよい。   The step described above may include a step of disposing an adhesive layer between the air-core coil and the magnetic shield.

以上、本発明によれば、高インダクタンスを確保しつつ、小型化および軽量化を実現し、さらに組み立てを容易にすることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to achieve a reduction in size and weight while ensuring a high inductance, and further facilitate assembly.

図1は、本発明に係る実施形態に係るアンテナ装置の技術を理解するための参考例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an antenna apparatus according to a reference example for understanding the technology of the antenna apparatus according to the embodiment of the present invention. 図2Aは、図1におけるA−A'線断面図である。図2Bは、別の参考例として、3層に構成されたコイルを備えるアンテナ装置を示す断面図である。図2Cは、さらに別の参考例として、3層のコイルの内部(空芯部)に磁気コアが配置されたアンテナ装置を示す断面図である。2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view showing an antenna device including a coil configured in three layers as another reference example. FIG. 2C is a cross-sectional view showing an antenna device in which a magnetic core is arranged inside a three-layer coil (air core portion) as still another reference example. 図3は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an antenna apparatus according to an embodiment of the present invention. 図4は、図3に示すアンテナ装置の断面図である。4 is a cross-sectional view of the antenna device shown in FIG. 図5は、アンテナ装置の組み立て方法を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of assembling the antenna device. 図6は、アンテナ装置のインダクタンスの変動を検証した結果を示す表である。FIG. 6 is a table showing the results of verifying the variation in inductance of the antenna device.

1.参考例   1. Reference example

図1は、後述する本発明に係る実施形態に係るアンテナ装置100の技術を理解するための、参考例に係るアンテナ装置を示す斜視図である。このアンテナ装置200では、上でも述べたように、アンテナのコイル10Aの形状が、図1に示すように、例えばスマートフォン等の電子機器に搭載されるバッテリーと同等の大きさのほぼ長方形に設計されている。これにより、インダクタンスを上げることができる。   FIG. 1 is a perspective view showing an antenna device according to a reference example for understanding the technology of an antenna device 100 according to an embodiment of the present invention to be described later. In the antenna device 200, as described above, the shape of the coil 10A of the antenna is designed in a substantially rectangular shape having a size equivalent to a battery mounted on an electronic device such as a smartphone as shown in FIG. ing. Thereby, an inductance can be raised.

図2Aは、図1におけるA−A'線断面図である。アンテナ装置200は、板状の磁気シールド13に、コイル10Aが、その磁気シールド13の主面13aに沿って巻回されて設けられている。例えばコイル10Aの巻数は12Tとされる。   2A is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. In the antenna device 200, a coil 10 </ b> A is wound around a plate-shaped magnetic shield 13 along the main surface 13 a of the magnetic shield 13. For example, the number of turns of the coil 10A is 12T.

図2Bは、別の参考例として、軸方向(図中、上下方向)に沿って3層に構成されたコイル10Bを備えるアンテナ装置の断面を示す。この構造により、12T×3=36Tの巻数を有するコイル10Bを実現することができる。   FIG. 2B shows, as another reference example, a cross section of an antenna device including a coil 10B configured in three layers along the axial direction (vertical direction in the drawing). With this structure, the coil 10B having 12T × 3 = 36T turns can be realized.

図2Cは、さらに別の参考例として、図2Bに示した3層のコイル10Cの内部(空芯部)に磁気コア15が配置されたアンテナ装置の断面を示す。これにより、同一巻数であってもインダクタンスおよび磁束密度を向上させることができる。   FIG. 2C shows a cross section of an antenna device in which the magnetic core 15 is arranged inside the three-layer coil 10C shown in FIG. 2B (air core portion) as still another reference example. Thereby, even if it is the same number of turns, an inductance and magnetic flux density can be improved.

図2Cに示したアンテナ装置では、コイル10C、磁気コア15、磁気シールド13の各部品の位置合わせ精度が重要となる。   In the antenna device shown in FIG. 2C, the alignment accuracy of each component of the coil 10C, the magnetic core 15, and the magnetic shield 13 is important.

2.本発明に係る実施形態   2. Embodiment according to the present invention

2.1)アンテナ装置の構成   2.1) Configuration of antenna device

図3は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図4は、図3に示すアンテナ装置100の断面図である。アンテナ装置100は、空芯コイル10、磁気コア20、接着層40、および磁気シールド30を備える。   FIG. 3 is a perspective view showing an antenna apparatus according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view of the antenna device 100 shown in FIG. The antenna device 100 includes an air-core coil 10, a magnetic core 20, an adhesive layer 40, and a magnetic shield 30.

空芯コイル10、磁気コア20、接着層40、および磁気シールド30は、円板状としているが、正方形、長方形、楕円形などの形状としてもよい。   The air-core coil 10, the magnetic core 20, the adhesive layer 40, and the magnetic shield 30 have a disk shape, but may have a square shape, a rectangular shape, an elliptical shape, or the like.

空芯コイル10の空芯部11には、中空部21を有する磁気コア20が配置されている。空芯コイル10は、軸方向(図4において上下方向)に、導線が複数層で巻回されるように構成されている。   A magnetic core 20 having a hollow portion 21 is disposed in the air core portion 11 of the air core coil 10. The air-core coil 10 is configured such that a conducting wire is wound in a plurality of layers in the axial direction (vertical direction in FIG. 4).

磁気シールド30は、接着層40を介して、空芯コイル10に対向して設けられている。磁気シールド30は、磁気コア20の中空部21内に連通する貫通穴31を有する。   The magnetic shield 30 is provided to face the air-core coil 10 with the adhesive layer 40 interposed therebetween. The magnetic shield 30 has a through hole 31 communicating with the hollow portion 21 of the magnetic core 20.

磁気コア20の中空部21は、例えば、軸方向にこの磁気コア20を貫通する貫通穴で構成される。   The hollow portion 21 of the magnetic core 20 is configured by, for example, a through hole that penetrates the magnetic core 20 in the axial direction.

図4に示すように、空芯コイル10の空芯部11、磁気コア20の中空部21、および磁気シールド30の貫通穴31は、実質的に同心状になるように、これら空芯コイル10、磁気コア20および磁気シールド30が互いに配置されている。   As shown in FIG. 4, the air-core coil 10, the hollow portion 21 of the magnetic core 20, and the through-hole 31 of the magnetic shield 30 are substantially concentric with the air-core coil 10. The magnetic core 20 and the magnetic shield 30 are arranged with respect to each other.

空芯コイル10の厚さが薄い場合は、磁気コア20も薄いため、磁気特性への寄与が少ない。しかし、空芯コイル10の厚さが増えてくると、磁気コア20による磁気特性への寄与が大きくなっていく。例えばコイルの層数が増えてくると、磁気コア20の厚さが大きくなり、透磁率の高い磁路部が形成されるので、アンテナ装置100の磁気抵抗が小さくなる。   When the air-core coil 10 is thin, the magnetic core 20 is also thin, so that the contribution to the magnetic characteristics is small. However, as the thickness of the air-core coil 10 increases, the contribution of the magnetic core 20 to the magnetic characteristics increases. For example, when the number of coil layers increases, the thickness of the magnetic core 20 increases, and a magnetic path portion with high permeability is formed, so that the magnetic resistance of the antenna device 100 decreases.

空芯コイル10の空芯部11の外形、磁気コア20の中空部21の外形、磁気シールド30の貫通穴31の外形は、例えば円形である。また、接着層40の穴41も円形である。   The outer shape of the air core portion 11 of the air core coil 10, the outer shape of the hollow portion 21 of the magnetic core 20, and the outer shape of the through hole 31 of the magnetic shield 30 are, for example, circular. Further, the hole 41 of the adhesive layer 40 is also circular.

2.2)アンテナ装置を構成する各部材の材料   2.2) Material of each member constituting the antenna device

磁気シールド30は、主に、金属磁性材料または酸化物磁性材料で構成される。金属磁性材料として、Fe系、Co系、Ni系、Fe-Ni系、Fe-Co系、Fe-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni-Si-Al系の、結晶質または微結晶質金属磁性体が用いられる。あるいは、Fe-Si-B系、Fe-Si-B-Cr系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、または、Co-Ta系等のアモルファス金属磁性体が用いられる。   The magnetic shield 30 is mainly composed of a metal magnetic material or an oxide magnetic material. Fe, Co, Ni, Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Al, Fe-Si, Fe-Si-Al, Fe-Ni-Si-Al metal magnetic materials A crystalline or microcrystalline metal magnetic material is used. Alternatively, amorphous metal magnetic materials such as Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cr, Co-Si-B, Co-Zr, Co-Nb, or Co-Ta are used. .

酸化物磁性材料としては、Mn-Zn、Ni-Zn系のスピネルフェライト、バリウムフェライト等の六方晶フェライトが用いられる。   As the oxide magnetic material, hexagonal ferrite such as Mn-Zn, Ni-Zn spinel ferrite, barium ferrite and the like is used.

あるいは、磁気シールド30の材料は、上記金属磁性粉および/または酸化物磁性粉と、樹脂とを混合し成形した磁性樹脂成型体であってもよい。この磁性樹脂成型体は、熱伝導性や粒子充填性等を向上させるためのフィラーを含むことができる。磁性粉としては、粒径が数μm〜200μmの球状、または細長(葉巻型)、あるいは扁平(円盤型)の回転楕円体形状のものが用いられる。磁気飽和を軽減する場合は、その寸法比(長径/短径)が7以下の粉末を用いるのがよい。この場合、単体の磁性粉のみならず、粉径、材質、寸法比の異なる粉末を混合して用いてもよい。この磁性樹脂成型体は、上記混合物を、PET等に塗布して温風乾燥させることや、高圧成形(圧粉成形)等により作製する。   Alternatively, the material of the magnetic shield 30 may be a magnetic resin molded body obtained by mixing and molding the metal magnetic powder and / or oxide magnetic powder and a resin. This magnetic resin molded body can contain a filler for improving thermal conductivity, particle filling property and the like. As the magnetic powder, a spherical, slender (cigar type) or flat (disc type) spheroid having a particle size of several μm to 200 μm is used. When reducing magnetic saturation, it is preferable to use a powder having a dimensional ratio (major axis / minor axis) of 7 or less. In this case, not only a single magnetic powder but also powders having different powder diameters, materials, and dimensional ratios may be mixed and used. This magnetic resin molding is produced by applying the mixture to PET or the like and drying it with hot air, or by high-pressure molding (powder molding) or the like.

上記材料からなる複数の磁性体を組み合わせた複合構造または積層構造としてもよい。   A composite structure or a laminated structure in which a plurality of magnetic bodies made of the above materials are combined may be used.

磁気コア20も、磁気シールド30と同様な材料(金属磁性材料または酸化物磁性材料)が用いられる。磁気コア20の材料として、シート状、薄帯状の材料を用いる場合、ゼンマイばねのように丸めて形成してもよい。   The magnetic core 20 is also made of the same material (metal magnetic material or oxide magnetic material) as the magnetic shield 30. When a sheet-like or ribbon-like material is used as the material of the magnetic core 20, it may be formed rounded like a spring.

磁気シールド30および磁気コア20の両方が、金属磁性材料であってもよいし、あるいは酸化物磁性材料であってもよい。あるいは、磁気シールド30が金属磁性材料であり、磁気コア20が酸化物磁性材料であってもよいし、もしくは、それぞれその逆であってもよい。   Both the magnetic shield 30 and the magnetic core 20 may be a metal magnetic material or an oxide magnetic material. Alternatively, the magnetic shield 30 may be a metal magnetic material and the magnetic core 20 may be an oxide magnetic material, or vice versa.

接着層40としては、例えば粘着性(接着性)の両面テープが用いられる。あるいは、塗布された接着性の樹脂が用いられる。あるいは、磁性粉と樹脂とを混合した熱硬化性の接着性を有する磁性シートを用いることができる。   As the adhesive layer 40, for example, an adhesive (adhesive) double-sided tape is used. Alternatively, an applied adhesive resin is used. Or the magnetic sheet which has the thermosetting adhesiveness which mixed magnetic powder and resin can be used.

2.3)アンテナ装置の製造方法(組み立て方法)   2.3) Manufacturing method (assembly method) of antenna device

以下に説明する組み立て方法は、作業者が手作業で行うようにしてもよいし、ロボットによりオートメーション化されるようにしてもよい。   The assembly method described below may be performed manually by an operator or may be automated by a robot.

図5は、アンテナ装置100の組み立て方法を説明するための図である。アンテナの作製には、治具50が用いられる。治具50は、プレート51と、プレート51の上面から一方向に突出した突起部53とを有する。   FIG. 5 is a diagram for explaining a method of assembling the antenna device 100. A jig 50 is used for manufacturing the antenna. The jig 50 includes a plate 51 and a protrusion 53 that protrudes in one direction from the upper surface of the plate 51.

突起部53は、アンテナ装置100を構成する各部材(ここでは例えば磁気シールド30、磁気コア20および接着層40)の位置を規制する。突起部53の外径は、磁気シールド30の貫通穴31、磁気コア20の中空部21、および接着層40の穴41と大きさとほぼ同等である。突起部53の高さは、アンテナ装置100の厚さより高い。突起部53は、ポゴピンのように、軸方向に押すと高さが低くなるように構成されていることが望ましい。   The protrusion 53 regulates the position of each member (here, for example, the magnetic shield 30, the magnetic core 20, and the adhesive layer 40) constituting the antenna device 100. The outer diameter of the protrusion 53 is substantially the same as the size of the through hole 31 of the magnetic shield 30, the hollow part 21 of the magnetic core 20, and the hole 41 of the adhesive layer 40. The height of the protrusion 53 is higher than the thickness of the antenna device 100. It is desirable that the protruding portion 53 is configured to be lowered in height when pressed in the axial direction, like a pogo pin.

磁気シールド30の貫通穴31、接着層40の穴41、および磁気コア20の中空部21を、治具50の突起部53に係合させるように、磁気シールド30、接着層40、磁気コア20、および空芯コイル10を、この順序でプレート51上に載置する。予め、磁気コア20が、空芯コイル10の空芯部11内に組み込まれた後、各部材がプレート51上に載置されるようにしてもよい。   The magnetic shield 30, the adhesive layer 40, and the magnetic core 20 are configured so that the through hole 31 of the magnetic shield 30, the hole 41 of the adhesive layer 40, and the hollow portion 21 of the magnetic core 20 are engaged with the protrusion 53 of the jig 50. , And the air-core coil 10 are placed on the plate 51 in this order. Each member may be placed on the plate 51 after the magnetic core 20 is incorporated in the air core portion 11 of the air core coil 10 in advance.

プレート51上に各部材を載置後、空芯コイル10(および磁気コア20)を、プレート51上で上から加圧することにより、アンテナ装置100が完成する。突起部53がポゴピンである場合、加圧時に高さが低くなる(引っ込む)ので、空芯コイル10と磁気コア20を確実に押し付けることができ、これらを、接着層40を介して磁気シールド30に接着することができる。   After placing each member on the plate 51, the air core coil 10 (and the magnetic core 20) is pressurized on the plate 51 from above, whereby the antenna device 100 is completed. When the protrusion 53 is a pogo pin, the height is lowered (retracted) when pressed, so that the air-core coil 10 and the magnetic core 20 can be surely pressed, and these are magnetically shielded 30 via the adhesive layer 40. Can be glued to.

空芯コイル10と磁気コア20については、厚さが大きく違うと、薄い方の部材には押圧力がかかりにくくなる。したがって、空芯コイル10と磁気コア20の厚さは、実質的に同等に設計することが好ましい。   If the air core coil 10 and the magnetic core 20 are greatly different in thickness, it is difficult for the thinner member to be pressed. Therefore, it is preferable that the thicknesses of the air-core coil 10 and the magnetic core 20 are designed to be substantially equal.

以上のように、本実施形態に係る組み立て方法によれば、突起部53を有する治具50を用いることにより、各部材の位置合わせが容易となる。また、その位置合わせの精度も高い。   As described above, according to the assembling method according to the present embodiment, the use of the jig 50 having the protrusions 53 makes it easy to align each member. In addition, the alignment accuracy is high.

すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置100によれば、磁気コア20に中空部21が設けられていても、インダクタンスの低下への寄与度は小さいので、高インダクタンスを確保しつつ、小型化および軽量化のアンテナ装置100を実現できる。その上、上記のように、組み立て時の位置合わせを容易かつ高精度に行うことができる。   That is, according to the antenna device 100 according to the present embodiment, even if the magnetic core 20 is provided with the hollow portion 21, the contribution to the decrease in inductance is small. The antenna device 100 can be realized. Moreover, as described above, alignment during assembly can be performed easily and with high accuracy.

上記の組み立て方法では、接着層40として、両面テープを使用した形態を示した。しかし、接着層40として、熱硬化性の樹脂、熱硬化性のシートを用いる場合、接着時または接着後に、熱がアンテナ装置100に加えられる。上記加圧時に熱を加える熱圧着を行うようにしてもよい。   In the above assembly method, a form using a double-sided tape as the adhesive layer 40 is shown. However, when a thermosetting resin or a thermosetting sheet is used as the adhesive layer 40, heat is applied to the antenna device 100 during or after the bonding. You may make it perform the thermocompression bonding which adds heat at the time of the said pressurization.

3.アンテナ装置のインダクタンスの変動の検証   3. Verification of variation in inductance of antenna device

本発明者は、本発明の効果を検証するために、アンテナ装置100の電磁界シミュレーションを行った。シミュレータとして、アンシス社のMaxwellが用いられた。図3、4に示した実施形態に係るアンテナ装置100の構造を解析モデルとされた。各比較例および各実施例に共通する各部材のサイズおよび特性は、以下の通りである。なお、ここでの透磁率は比透磁率で表している。   The present inventor conducted an electromagnetic field simulation of the antenna device 100 in order to verify the effect of the present invention. Maxis of Ansys was used as a simulator. The structure of the antenna device 100 according to the embodiment shown in FIGS. 3 and 4 was used as an analysis model. The size and characteristics of each member common to each comparative example and each example are as follows. In addition, the magnetic permeability here is represented by the relative magnetic permeability.

磁気シールド30の外径:10mm
磁気シールド30の厚さ:0.4mm
磁気シールド30の透磁率:29
磁気コア20の外径:5mm
空芯コイル10の線径:0.25mm
空芯コイル10の巻数:24T(1層8T×3層)
接着層40(磁性を有する接着シート)の外径:10mm
接着層40(磁性を有する接着シート)の厚さ:0.05mm
Magnetic shield 30 outer diameter: 10mm
Magnetic shield 30 thickness: 0.4mm
Magnetic permeability of magnetic shield 30: 29
Magnetic core 20 outer diameter: 5 mm
Air core coil 10 wire diameter: 0.25mm
Number of turns of air-core coil 10: 24T (1 layer 8T x 3 layers)
Outer diameter of adhesive layer 40 (magnetic adhesive sheet): 10 mm
Adhesion layer 40 (magnetic adhesive sheet) thickness: 0.05 mm

解析では、磁気コア20の内径および透磁率を変えて、100kHzでのインダクタンスの変動を検証した。図6は、この解析結果をまとめた表である。この表では、磁気コア20を持たないアンテナ装置のインダクタンスを基準(0%)として、その変動を%で表している。   In the analysis, the variation of the inductance at 100 kHz was verified by changing the inner diameter and the magnetic permeability of the magnetic core 20. FIG. 6 is a table summarizing the analysis results. In this table, the variation of the antenna device not having the magnetic core 20 is expressed in% with reference to the inductance (0%).

表において、比較例に係るアンテナ装置は、A、B、F、Jで示す。比較例B、F、Jの磁気コアは中空部を持たず、その形状はソリッドな円板形状に設定された。   In the table, antenna devices according to comparative examples are indicated by A, B, F, and J. The magnetic cores of Comparative Examples B, F, and J did not have a hollow portion, and the shape thereof was set to a solid disk shape.

実施例C、D、Eの磁気コアの内径(中空部21の径。以下同じ)は、それぞれ、1.5mm、3mm、4mmである。実施例G、H、Iの磁気コアの内径も同様に、それぞれ、1.5mm、3mm、4mmである。実施例K、Lの磁気コアの内径は、それぞれ、1.5mm、3mmである。   The inner diameters of the magnetic cores of Examples C, D, and E (the diameter of the hollow portion 21; the same applies hereinafter) are 1.5 mm, 3 mm, and 4 mm, respectively. Similarly, the inner diameters of the magnetic cores of Examples G, H, and I are 1.5 mm, 3 mm, and 4 mm, respectively. The inner diameters of the magnetic cores of Examples K and L are 1.5 mm and 3 mm, respectively.

磁気コアの外径は、典型的には5mmであるが、例えば3mm以上10mm以下であってもよく、より好ましくは、4mm以上7mm以下である。その場合、磁気コアの内径は、1mm以上8mm以下であればよく、より好ましくは、内径は1.5mm以上5mm以下である。   The outer diameter of the magnetic core is typically 5 mm, but may be, for example, 3 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 4 mm or more and 7 mm or less. In that case, the inner diameter of the magnetic core may be 1 mm or more and 8 mm or less, and more preferably, the inner diameter is 1.5 mm or more and 5 mm or less.

また、比較例B、実施例C、D、Eの磁気コアの透磁率は、それぞれ10である。比較例F、実施例G、H、Iの磁気コアの透磁率は、それぞれ29である。比較例J、実施例K、Lの磁気コアの透磁率は、それぞれ100である。   Moreover, the magnetic permeability of the magnetic cores of Comparative Example B, Examples C, D, and E is 10 respectively. The magnetic permeability of the magnetic cores of Comparative Example F, Examples G, H, and I is 29, respectively. The magnetic permeability of the magnetic cores of Comparative Example J and Examples K and L is 100 respectively.

表から、磁気コアの透磁率が高いほど、インダクタンスが高くなることがわかる。比較例Aのインダクタンスに対し、比較例B、F、J、実施例C、D、E、G、H、I、K、Lのインダクタンスは、20%以上高い。   From the table, it can be seen that the higher the magnetic core permeability, the higher the inductance. The inductances of Comparative Examples B, F, J, Examples C, D, E, G, H, I, K, and L are 20% or more higher than the inductance of Comparative Example A.

実施例E、Iでは、磁気コアの内径が大きすぎると、インダクタンスの上昇は抑えられる。これは、磁路の断面積が減少するからであると説明できる。実施例D、H、Lのように、磁気コアの内径が3mm程度ならば、インダクタンスの減少は軽微である。   In Examples E and I, if the inner diameter of the magnetic core is too large, an increase in inductance is suppressed. This can be explained as a decrease in the cross-sectional area of the magnetic path. If the inner diameter of the magnetic core is about 3 mm as in Examples D, H, and L, the inductance decrease is slight.

したがって、磁気シールド30、磁気コア20、接着層40のそれぞれの中央部に穴が設けられていても、磁気特性への影響は限定的であると言える。   Therefore, even if a hole is provided in each central portion of the magnetic shield 30, the magnetic core 20, and the adhesive layer 40, it can be said that the influence on the magnetic characteristics is limited.

一方、比較例B、F、Jでは、20%以上のインダクタンスの上昇が確認できるが、磁気コアが中空部を有していないため、上記組み立て方法でも説明したように、アンテナ装置を容易に組み立てることができない。   On the other hand, in Comparative Examples B, F, and J, an increase in inductance of 20% or more can be confirmed, but since the magnetic core does not have a hollow portion, the antenna device can be easily assembled as described in the above assembly method. I can't.

よって、本実施形態に係るアンテナ装置100では、磁気コア20に中空部21が設けられ、また、磁気シールド30にも、その中空部21に連通する貫通穴31が設けられることが、大きな特徴事項と言える。これにより、小型、軽量、高インダクタンスであり、かつ、組み立て容易なアンテナ装置100を実現することができる。   Therefore, in the antenna device 100 according to this embodiment, the magnetic core 20 is provided with the hollow portion 21, and the magnetic shield 30 is also provided with the through hole 31 communicating with the hollow portion 21. It can be said. As a result, it is possible to realize the antenna device 100 that is small, light, high inductance, and easy to assemble.

4.その他変形例   4). Other variations

本発明は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。   The present invention is not limited to the embodiment described above, and other various embodiments can be realized.

例えば、空芯コイル10の空芯部11、磁気コア20の中空部21、接着層40の穴41、磁気シールド30の貫通穴31のそれぞれの外形は、円形の他、楕円や多角形であってもよい。基本的には、空芯コイル10、磁気コア20、および磁気シールド30の外形に応じて、それら空芯部11、中空部21、穴41、および貫通穴31の外形も決定される。もちろん、それら各部材の外形と、空芯部11、中空部21、貫通穴31等の形状とが異なっていてもよい。   For example, the outer shape of each of the air core portion 11 of the air core coil 10, the hollow portion 21 of the magnetic core 20, the hole 41 of the adhesive layer 40, and the through hole 31 of the magnetic shield 30 is an ellipse or a polygon other than a circle. May be. Basically, according to the outer shapes of the air core coil 10, the magnetic core 20, and the magnetic shield 30, the outer shapes of the air core portion 11, the hollow portion 21, the hole 41, and the through hole 31 are also determined. Of course, the outer shape of each member may be different from the shape of the air core part 11, the hollow part 21, the through hole 31, and the like.

上記実施形態では、磁気コア20の中空部21は、軸方向に貫通する穴であったが、貫通しない凹部等であってもよい。磁気コア20の中空部21が凹部であっても、例えばプレート51の突起部53はその凹部に係合することができれば、上記実施形態と同様に、組み立て容易性を高めることができる。当該凹部が複数設けられ、治具の突起部もそれに合わせて複数設けられていてもよい。   In the above embodiment, the hollow portion 21 of the magnetic core 20 is a hole that penetrates in the axial direction, but may be a recess that does not penetrate. Even if the hollow portion 21 of the magnetic core 20 is a recess, for example, if the protrusion 53 of the plate 51 can be engaged with the recess, the ease of assembly can be improved as in the above embodiment. A plurality of the recesses may be provided, and a plurality of protrusions of the jig may be provided accordingly.

上記実施形態に係るアンテナ装置100は、例えば、スマートフォン、タブレットデバイス、ウェアラブルデバイス等の電子機器に搭載され得る。   The antenna device 100 according to the embodiment can be mounted on an electronic device such as a smartphone, a tablet device, or a wearable device.

以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも2つの特徴部分を組み合わせることも可能である。   It is also possible to combine at least two feature portions among the feature portions of each embodiment described above.

10…空芯コイル
11…空芯部
20…磁気コア
21…中空部
30…磁気シールド
31…貫通穴
40…接着層
41…穴
50…治具
51…プレート
53…突起部
100…アンテナ装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Air core coil 11 ... Air core part 20 ... Magnetic core 21 ... Hollow part 30 ... Magnetic shield 31 ... Through-hole 40 ... Adhesive layer 41 ... Hole 50 ... Jig 51 ... Plate 53 ... Projection part 100 ... Antenna apparatus

Claims (10)

空芯部を有する空芯コイルと、
中空部を有し、前記空芯コイルの空芯部内に配置された磁気コアと、
前記磁気コアの中空部内に連通する貫通穴を有し、前記空芯コイルに対向して設けられた磁気シールドと
を具備するアンテナ装置。
An air core coil having an air core part;
A magnetic core having a hollow portion and disposed in an air core portion of the air core coil;
An antenna device comprising: a magnetic shield having a through hole communicating with a hollow portion of the magnetic core and provided to face the air-core coil.
請求項1に記載のアンテナ装置であって、
前記空芯部、前記中空部、前記貫通穴が同心状になるように、前記空芯コイル、前記磁気コアおよび前記磁気シールドが互いに配置される
アンテナ装置。
The antenna device according to claim 1,
The antenna device, wherein the air core coil, the magnetic core, and the magnetic shield are arranged so that the air core portion, the hollow portion, and the through hole are concentric.
請求項1または2に記載のアンテナ装置であって、
前記磁気コアの中空部は、貫通穴または凹部である
アンテナ装置。
The antenna device according to claim 1 or 2,
The hollow portion of the magnetic core is a through hole or a recess. Antenna device.
請求項1から3のうちいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記磁気コアの外径が、3mm以上10mm以下であり、
前記磁気コアの中空部の内径が、1mm以上8mm以下である
アンテナ装置。
The antenna device according to any one of claims 1 to 3,
The outer diameter of the magnetic core is 3 mm or more and 10 mm or less,
An antenna device in which an inner diameter of a hollow portion of the magnetic core is 1 mm or more and 8 mm or less.
請求項1から4のうちいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記磁気シールドは、金属磁性材料または酸化物磁性材料を含み、
前記磁気コアは、金属磁性材料または酸化物磁性材料を含む
アンテナ装置。
The antenna device according to any one of claims 1 to 4,
The magnetic shield includes a metal magnetic material or an oxide magnetic material,
The magnetic core includes a metal magnetic material or an oxide magnetic material.
請求項1から5のうちいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記磁気シールドと、前記空芯コイルおよび前記磁気コアとの間に配置された接着層
をさらに具備するアンテナ装置。
The antenna device according to any one of claims 1 to 5,
An antenna device further comprising: an adhesive layer disposed between the magnetic shield and the air-core coil and the magnetic core.
請求項1から6のうちいずれか1項に記載のアンテナ装置であって、
前記接着層は、接着性樹脂、接着性の両面テープ、または接着性を有する磁性シートである
アンテナ装置。
The antenna device according to any one of claims 1 to 6,
The antenna layer is an adhesive resin, an adhesive double-sided tape, or an adhesive magnetic sheet.
空芯部を有する空芯コイルと、
中空部を有し、前記空芯コイルの空芯部内に配置された磁気コアと、
前記磁気コアの中空部内に連通する貫通穴を有し、前記空芯コイルに対向して設けられた磁気シールドとを有するアンテナ装置
を具備する電子機器。
An air core coil having an air core part;
A magnetic core having a hollow portion and disposed in an air core portion of the air core coil;
An electronic apparatus comprising an antenna device having a through hole communicating with a hollow portion of the magnetic core and having a magnetic shield provided to face the air-core coil.
プレートと前記プレート上の突起部とを有する治具の前記プレートに近い側から、磁気シールドと、空芯部内に磁気コアが配置された空芯コイルとが配置されるように、前記プレート上に、前記磁気シールド、前記磁気コア、および前記空芯コイルを載置する工程と、
前記載置の工程後、前記磁気シールド、前記磁気コア、および前記空芯コイルを、プレート上で加圧する工程とを具備し、
前記載置の工程は、前記磁気シールドに設けられた貫通穴と、前記磁気コアに設けられた中空部とを、前記治具の前記突起部に係合させる工程を含む
アンテナ装置の製造方法。
On the plate, a magnetic shield and an air-core coil having a magnetic core disposed in the air-core portion are arranged from the side close to the plate of a jig having a plate and a protrusion on the plate. Placing the magnetic shield, the magnetic core, and the air-core coil;
Pressing the magnetic shield, the magnetic core, and the air-core coil on a plate after the step of the previous placement;
The step described above includes a step of engaging a through hole provided in the magnetic shield and a hollow portion provided in the magnetic core with the protruding portion of the jig.
請求項9に記載のアンテナ装置の製造方法であって、
前記載置の工程は、前記空芯コイルと前記磁気シールドとの間に、接着層を配置する工程を含む
アンテナ装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the antenna device according to claim 9,
The step described above includes a step of arranging an adhesive layer between the air-core coil and the magnetic shield.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021194259A1 (en) * 2020-03-24 2021-09-30 주식회사 아모센스 Magnetic shielding sheet for reception antenna, and wireless power reception module including same

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