JP5093412B2 - Antenna coil and antenna device - Google Patents
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Description
この発明は、外部機器と電磁界信号を介して通信するRFID(Radio Frequency Identification)システム等に用いられるアンテナコイル及びアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna coil and an antenna device used for an RFID (Radio Frequency Identification) system that communicates with an external device via an electromagnetic field signal.
近年、利用が拡大しているRFIDシステムにおいては、携帯通信端末とリーダ・ライタの各々に情報通信用のアンテナを搭載し、互いにデータを交信している。このうち携帯電子機器に搭載されるアンテナには特に、高性能、低価格、小型化の要請が強く、これらを実現しようとするものとして、磁性体コアを備えた磁性体アンテナが特許文献1,特許文献2,特許文献3に開示されている。
In recent years, in an RFID system whose use has been expanded, an antenna for information communication is mounted on each of a mobile communication terminal and a reader / writer to exchange data with each other. Among these, antennas mounted on portable electronic devices are particularly demanded for high performance, low cost, and downsizing. As an attempt to achieve these, a magnetic antenna having a magnetic core is disclosed in
図1(A)は特許文献1に示されている磁性体アンテナの斜視図、図1(B)はその平面図である。この図1(A),図1(B)に示されるアンテナ装置23においては回路基板21にアンテナコイル22が実装されている。回路基板21には、アンテナコイル22の横方向の端部と回路基板21の短手方向の端部が重なり合うようにアンテナコイル22が実装されている。
1A is a perspective view of a magnetic antenna disclosed in
アンテナコイル22は、第1の磁性体コア24aと第1の磁性体コア24aとは間隔を設けて並置された第2の磁性体コア24bに、コイルの軸方向が一致し、かつ巻回方向が逆となるように第1のコイル部22a及び第2のコイル部22bが巻回されている。
In the
特許文献2には、平面内で渦巻き状に形成された空芯コイルと、その空芯コイルに挿入された平板状の磁芯部材とを備え、前記空芯コイルの平面と略平行となるように前記磁芯部材を設けた構成が開示されている。
特許文献3には、ループ状のコイルの下に磁性体を設置した構成が開示されている。
Patent Document 3 discloses a configuration in which a magnetic body is installed under a loop-shaped coil.
特許文献1に示されているアンテナ装置においては、回路基板21とアンテナコイル22との隙間が大きくなると、コイルの軸方向に透過する磁束の割合が小さくなってコイルと鎖交する磁界が減り、結合係数が劣化するという問題がある。
In the antenna device disclosed in
特許文献2に示されているアンテナ装置においては、金属板の片側に抜ける磁束しかコイルと鎖交しないため、十分な通信性能が得られない。
In the antenna device shown in
特許文献3に示されているアンテナ装置においては、アンテナの下に導体板があると、結合に寄与しないコイルの自己インダクタンスが大きくなるので結合係数が劣化する。 In the antenna device shown in Patent Document 3, if there is a conductor plate under the antenna, the self-inductance of the coil that does not contribute to the coupling increases, so the coupling coefficient deteriorates.
そこで、この発明の目的は、導体板とアンテナコイルとの隙間が大きくなっても高い結合係数を確保できるようにしたアンテナコイル及びアンテナ装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an antenna coil and an antenna device that can ensure a high coupling coefficient even when the gap between the conductor plate and the antenna coil becomes large.
前記課題を解決するために、この発明のアンテナコイル及びアンテナ装置は次のように構成する。
(1)それぞれ巻回中心部を導体開口部とする渦巻き状に形成された第1のコイル導体及び第2のコイル導体と、
第1主面、該第1主面と対向する第2主面を有し、前記第1のコイル導体の導体開口部及び前記第2のコイル導体の導体開口部にそれぞれ挿入された磁性体コアと、を備え、
前記第1のコイル導体及び前記第2のコイル導体は、前記磁性体コアの第1主面に近接する第1の導体部分と、前記磁性体コアの第2主面に近接する第2の導体部分とが、前記磁性体コアの第1主面または第2主面の法線方向から見て重ならない位置にあり、かつ、前記第1のコイル導体の形成領域及び前記第2のコイル導体の形成領域は、前記磁性体コアの第1主面または第2主面の法線方向から見て重ならない位置にあり、
前記第1のコイル導体の第2の導体部分及び前記第2のコイル導体の第2の導体部分がそれぞれ第1の導体部分に比べて、前記第1のコイル導体と前記第2のコイル導体との形成領域の外形の端部寄りになるように配置されたことを特徴とする。
この構成により、通信相手のアンテナから放射される磁界がアンテナコイルと鎖交しやすいため、導体板とアンテナコイルとの間隔の変動やばらつきによる特性劣化が小さい。
In order to solve the above problems, an antenna coil and an antenna device of the present invention are configured as follows.
(1) a first coil conductor and a second coil conductor formed in a spiral shape each having a winding opening as a conductor opening;
A magnetic core having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, each inserted into a conductor opening of the first coil conductor and a conductor opening of the second coil conductor And comprising
The first coil conductor and the second coil conductor include a first conductor portion close to the first main surface of the magnetic core and a second conductor close to the second main surface of the magnetic core. Part of the magnetic core is not overlapped when viewed from the normal direction of the first main surface or the second main surface of the magnetic core, and the first coil conductor formation region and the second coil conductor The formation region is at a position that does not overlap when viewed from the normal direction of the first main surface or the second main surface of the magnetic core,
Compared with the first conductor portion, the second conductor portion of the first coil conductor and the second conductor portion of the second coil conductor, respectively, the first coil conductor and the second coil conductor, It is characterized by being arranged so as to be closer to the end of the outer shape of the formation region.
With this configuration, since the magnetic field radiated from the antenna of the communication partner is easily interlinked with the antenna coil, the characteristic deterioration due to the variation or variation in the distance between the conductor plate and the antenna coil is small.
(2)前記磁性体コアは、磁束の出入りする端部を他の部分より太くしてもよい。
このことにより、磁路の磁気抵抗が小さくなって、相手側アンテナとの結合係数が大きくなる。
(2) The magnetic core may be thicker at the end where the magnetic flux enters and exits than the other part.
This reduces the magnetic resistance of the magnetic path and increases the coupling coefficient with the counterpart antenna.
(3)前記第1のコイル導体及び前記第2のコイル導体はフレキシブル基板に形成されていることが好ましい。 (3) It is preferable that the first coil conductor and the second coil conductor are formed on a flexible substrate.
(4)前記フレキシブル基板は、前記導体開口部に前記磁性体コアが貫通する導体開口部側貫通孔と、前記コイル導体の形成領域外に、前記磁性体コアが貫通するコイル導体形成領域外貫通孔と、を備え、
前記磁性体コアは、それぞれ前記フレキシブル基板の第1の主面から前記導体開口部側貫通孔を貫通し、且つ前記フレキシブル基板の第2の主面から前記コイル導体形成領域外貫通孔を貫通する状態に設けられた構造としてもよい。すなわち、フレキシブル基板に磁性体コアを挿入する孔を一つの磁性体コア(コイル導体)について2つずつ設ける。
この構成により、フレキシブル基板と磁性体コアとの接着を1層の粘着層で行うことができ、両面テープ等の部材費を削減できる。
(4) The flexible substrate includes a conductor opening side through-hole through which the magnetic core penetrates the conductor opening, and a coil conductor outside through-hole through which the magnetic core penetrates outside the coil conductor forming area. A hole, and
Each of the magnetic cores passes through the conductor opening side through hole from the first main surface of the flexible substrate, and passes through the coil conductor forming region outer through hole from the second main surface of the flexible substrate. It is good also as a structure provided in the state. That is, two holes for inserting the magnetic core into the flexible substrate are provided for each magnetic core (coil conductor).
With this configuration, the flexible substrate and the magnetic core can be bonded with a single adhesive layer, and the cost of members such as double-sided tape can be reduced.
(5)前記第1のコイル導体の前記導体開口部に挿入される前記磁性体コアと、前記第2のコイル導体の前記導体開口部に挿通される前記磁性体コアとは、単一の磁性体コアで構成してもよい。
そのことにより、部品点数が減るため、製造コスト及び部品コストが削減できる。
(5) The magnetic core inserted into the conductor opening of the first coil conductor and the magnetic core inserted into the conductor opening of the second coil conductor are formed of a single magnet. You may comprise a body core.
As a result, the number of parts is reduced, so that the manufacturing cost and the part cost can be reduced.
この発明によれば、通信相手のアンテナから放射される磁界がアンテナコイルと鎖交しやすいため、導体板とアンテナコイルとの間隔の変動やばらつきによる特性劣化が小さいアンテナ装置が構成できる。 According to the present invention, since the magnetic field radiated from the antenna of the communication partner is easily interlinked with the antenna coil, it is possible to configure an antenna device in which the characteristic deterioration due to the variation or variation in the distance between the conductor plate and the antenna coil is small.
《第1の実施形態》
第1の実施形態に係るアンテナ装置について、図2〜図11を参照して説明する。
図2は第1の実施形態に係るアンテナ装置の構成要素の一つであるフレキシブル基板32の展開図である。
<< First Embodiment >>
The antenna device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a development view of the
図2に示すように、フレキシブル基板32には、巻回中心部を導体開口部CW−1,CW−2とする渦巻状のコイル導体34−1,34−2がそれぞれ形成されている。それぞれの導体開口部CW−1,CW−2内には、磁性体コアが挿入される貫通孔32W−1,32W−2が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
前記二つのコイル導体34−1,34−2は、この二つのコイル導体34−1,34−2の導体開口部CW−1,CW−2を通る磁束により発生する電流が同相となる向きに2つのコイル導体34−1,34−2同士が直列接続され、それぞれの一方端がコイル導体接続部34−1A,34−2Aとして形成されている。 The two coil conductors 34-1 and 34-2 are arranged in such a direction that currents generated by magnetic fluxes passing through the conductor openings CW-1 and CW-2 of the two coil conductors 34-1 and 34-2 are in phase. Two coil conductors 34-1 and 34-2 are connected in series, and one end of each is formed as coil conductor connection portions 34-1A and 34-2A.
図3(A)はアンテナ装置101の平面図、図3(B)はアンテナ装置101の正面図、図3(C)はアンテナ装置101の右側面図である。アンテナ装置101はアンテナコイル91と回路基板31とで構成されている。アンテナコイル91は、図2に示したようにコイル導体が形成されたフレキシブル基板32と磁性体コア33−1,33−2とで構成されている。磁性体コア33−1,33−2はフレキシブル基板32の貫通孔32W−1,32W−2にそれぞれ挿入されている。
3A is a plan view of the
第1のコイル導体34−1及び第2のコイル導体34−2は回路基板(導体板)31の短手方向の両端付近に配置される。 The first coil conductor 34-1 and the second coil conductor 34-2 are disposed near both ends of the circuit board (conductor plate) 31 in the short direction.
前記回路基板31には例えば携帯通信端末の回路が構成されている。この回路基板31が本発明に係る導体板に相当する。回路基板31にはアンテナコイル91を電気的に接続するための電極を備えていて、これらの電極とアンテナコイル91のコイル導体接続部34−1A,34−2Aとが、図3(C)に表れているように、二つのピン35を介して接続される。
For example, a circuit of a mobile communication terminal is configured on the
図4(A),図4(B)は前記アンテナ装置101に相手側アンテナの磁束が通る様子を示す図である。図中の破線はアンテナ装置101と相手側アンテナとの結合に寄与している代表的な磁束である。
4 (A) and 4 (B) are diagrams showing how the magnetic flux of the counterpart antenna passes through the
第1のコイル導体34−1は、磁性体コア33−1の第1主面に近接する第1の導体部分34−11と、磁性体コア33−1の第2主面に近接する第2の導体部分34−12とは、磁性体コア33−1の第1主面または第2主面の法線方向から見て重ならない位置にあり、同様に、第2のコイル導体34−2は、磁性体コア33−2の第1主面に近接する第1の導体部分34−21と、磁性体コア33−2の第2主面に近接する第2の導体部分34−22とは、磁性体コア33−2の第1主面または第2主面の法線方向から見て重ならない位置にある。第1のコイル導体34−1の第2の導体部分34−12及び第2のコイル導体34−2の第2の導体部分34−22のそれぞれは、第1の導体部分34−11,34−21に比べて、第1のコイル導体34−1と第2のコイル導体34−2との形成領域の外形の端部寄りになるように配置されている。 The first coil conductor 34-1 includes a first conductor portion 34-11 adjacent to the first main surface of the magnetic core 33-1, and a second conductor portion close to the second main surface of the magnetic core 33-1. The conductor portion 34-12 is in a position that does not overlap when viewed from the normal direction of the first main surface or the second main surface of the magnetic core 33-1, and similarly, the second coil conductor 34-2 is The first conductor portion 34-21 close to the first main surface of the magnetic core 33-2 and the second conductor portion 34-22 close to the second main surface of the magnetic core 33-2 are: It exists in the position which does not overlap seeing from the normal line direction of the 1st main surface or the 2nd main surface of the magnetic body core 33-2. The second conductor portion 34-12 of the first coil conductor 34-1 and the second conductor portion 34-22 of the second coil conductor 34-2 are respectively connected to the first conductor portions 34-11 and 34-. Compared to 21, the first coil conductor 34-1 and the second coil conductor 34-2 are arranged so as to be closer to the end of the outer shape of the formation region.
このような構造であるので、図4(A)のように、アンテナコイル91と回路基板31との間隔Dが大きくなっても、図4(B)のように、アンテナコイル91と回路基板31との間隔Dが小さい場合と同様に、コイル導体34−1,34−2の導体巻回中心部(前記導体開口部)を通る割合を大きく確保できるので特性劣化が小さい。
Because of this structure, even if the distance D between the
すなわち、回路基板(導体板)31とアンテナコイル91の間隔Dが大きくなっても、通信相手の作る磁界がコイルと鎖交しやすいため、特性劣化が小さい。通常の携帯通信端末に実装する場合を考えた場合、携帯通信端末毎に導体板との隙間は変わってくるが、本発明のアンテナ装置を用いることで、どの携帯端末でも良好な通信性能を得ることが可能となる。
That is, even if the distance D between the circuit board (conductor plate) 31 and the
図5〜図11は、前記回路基板31とアンテナコイル91の隙間を変化させたときの、X1/X2に対する結合係数の関係を示す図である。ここでX1は図3に示したアンテナコイル91の幅、X2は図3に示した回路基板31の短手方向の幅である。また、三角マークの折れ線は第1の実施形態に係るアンテナ装置の特性、菱形マークの折れ線は特許文献1に係るアンテナ装置の特性、正方形マークの折れ線は特許文献3に係るアンテナ装置の特性である。
5 to 11 are diagrams showing the relationship of the coupling coefficient with respect to X1 / X2 when the gap between the
この結果から、X1/X2>0.7、導体板との隙間が6mm以下の場合、本発明の第1の実施形態に係るアンテナ装置は特許文献1,特許文献3に係るアンテナ装置に比べて大きな結合係数が得られることが分かる。
From this result, when X1 / X2> 0.7 and the gap with the conductor plate is 6 mm or less, the antenna device according to the first embodiment of the present invention is compared with the antenna device according to
《第2の実施形態》
図12(A),図12(B),図12(C),図12(D)は、第2の実施形態に係るアンテナ装置の構成要素であるアンテナコイル92の構成図である。図12(A)はアンテナコイル92の組み立て前の平面図、図12(B)はアンテナコイル92の上面図、図12(C)はアンテナコイル92の断面図、図12(D)はアンテナコイル92の下面図である。図12(C)に表れているように、磁性体コア33−1,33−2はフレキシブル基板32に対して粘着層36を介して接着されている。
図13(A)はアンテナ装置102の平面図、図3(B)はアンテナ装置102の正面図である。
<< Second Embodiment >>
FIG. 12A, FIG. 12B, FIG. 12C, and FIG. 12D are configuration diagrams of an
FIG. 13A is a plan view of the
第1の実施形態で図2・図3に示した例と異なるのは、磁性体コア33−1,33−2の形状である。第2の実施形態では磁性体コア33−1,33−2は、磁束の出入りする端部が他の部分より太い。
この構造により、磁路の磁気抵抗が小さくなって、相手側アンテナとの結合係数が大きくなる。
What is different from the example shown in FIGS. 2 and 3 in the first embodiment is the shape of the magnetic cores 33-1 and 33-2. In the second embodiment, the magnetic cores 33-1 and 33-2 have thicker end portions where magnetic flux enters and exits than other portions.
This structure reduces the magnetic resistance of the magnetic path and increases the coupling coefficient with the counterpart antenna.
《第3の実施形態》
図14(A),図14(B),図14(C),図14(D)は、第3の実施形態に係るアンテナ装置の構成要素であるアンテナコイル93の構成図である。図14(A)はアンテナコイル93の組み立て前の平面図、図14(B)はアンテナコイル93の上面図、図14(C)はアンテナコイル93の断面図、図14(D)はアンテナコイル93の下面図である。
<< Third Embodiment >>
FIG. 14A, FIG. 14B, FIG. 14C, and FIG. 14D are configuration diagrams of an
第1・第2の実施形態と異なるのは、フレキシブル基板32の形状と、フレキシブル基板32に対する磁性体コア33−1,33−2の組み立て構造である。
The difference from the first and second embodiments is the shape of the
フレキシブル基板32には、渦巻き状のコイル導体34−1,34−2がそれぞれ形成されている。これらのコイル導体34−1,34−2の巻回中心部に導体開口部側貫通孔32W−11,32W−21がそれぞれ形成されている。さらに、コイル導体34−1,34−2の形成領域外に、磁性体コア33−1.33−2が貫通するコイル導体形成領域外貫通孔32W−12,32W−22が形成されている。
On the
前記磁性体コア33−1は、フレキシブル基板32の第1の主面から導体開口部側貫通孔32W−11を貫通し、且つフレキシブル基板32の第2の主面からコイル導体形成領域外貫通孔32W−12を貫通する状態に設けられ、フレキシブル基板32の第1の主面側が回路基板側を向くように配置されている。同様に、前記磁性体コア33−2は、フレキシブル基板32の第1の主面から導体開口部側貫通孔32W−21を貫通し、且つフレキシブル基板32の第2の主面からコイル導体形成領域外貫通孔32W−22を貫通する状態に設けられ、フレキシブル基板32の第1の主面側が回路基板側を向くように配置される。
The magnetic core 33-1 passes through the conductor opening side through
図14(C)に表れているように、磁性体コア33−1,33−2はフレキシブル基板32に対して粘着層36を介して接着されている。この構成により、フレキシブル基板32と磁性体コア33−1,33−2との接着を1層の粘着層36で行うことができ、両面テープ等の部材費を削減できる。
As shown in FIG. 14C, the magnetic cores 33-1 and 33-2 are bonded to the
《第4の実施形態》
図15(A),図15(B),図15(C)は、第4の実施形態に係るアンテナ装置の構成要素であるアンテナコイル94の構成図である。図15(A)はアンテナコイル94の組み立て前の平面図、図15(B)はアンテナコイル94の上面図、図15(C)はアンテナコイル94の下面図である。
<< Fourth Embodiment >>
FIG. 15A, FIG. 15B, and FIG. 15C are configuration diagrams of an
第4の実施形態では、単一の磁性体コア33を設けている。フレキシブル基板32の構成は第1の実施形態で示したものと同じである。磁性体コア33は、フレキシブル基板32の第1の主面から貫通孔32W−1を貫通し、且つフレキシブル基板32の第2の主面から貫通孔32W−2を貫通する状態に設けられ、フレキシブル基板32の第1の主面側が回路基板側を向くように配置される。
In the fourth embodiment, a single
この構成により部品点数が減るため、製造コスト及び部品コストが削減できる。 Since the number of parts is reduced by this configuration, the manufacturing cost and the part cost can be reduced.
《第5の実施形態》
図16(A),図16(B),図16(C)は、第5の実施形態に係るアンテナ装置の構成要素であるアンテナコイル95の構成図である。図16(A)はアンテナコイル95の組み立て前の平面図、図16(B)はアンテナコイル95の上面図、図16(C)はアンテナコイル95の下面図である。
<< Fifth Embodiment >>
16A, 16B, and 16C are configuration diagrams of an
第5の実施形態では、単一の磁性体コア33を設けている。フレキシブル基板32の構成は第3の実施形態で示したものと同じである。
前記磁性体コア33は、フレキシブル基板32の第1の主面から導体開口部側貫通孔32W−11を貫通し、且つフレキシブル基板32の第2の主面からコイル導体形成領域外貫通孔32W−12を貫通し、且つ、フレキシブル基板32の第1の主面からコイル導体形成領域外貫通孔32W−22を貫通し、フレキシブル基板32の第2の主面から導体開口部側貫通孔32W−21を貫通する状態に設けられる。そして、フレキシブル基板32の第1の主面側が回路基板側を向くように配置される。
この構成により部品点数が減るため、製造コスト及び部品コストが削減できる。
In the fifth embodiment, a single
The
Since the number of parts is reduced by this configuration, the manufacturing cost and the part cost can be reduced.
31…回路基板
32…フレキシブル基板
32W−1,32W−2…貫通孔
32W−12,32W−22…コイル導体形成領域外貫通孔
32W−11,32W−22…導体開口部側貫通孔
33,33−1,33−2…磁性体コア
34−1,34−2…コイル導体
34−1A,34−2A…コイル導体接続部
34−11,34−21…第1の導体部分
34−12,34−22…第2の導体部分
35…ピン
36…粘着層
91〜95…アンテナコイル
101,102…アンテナ装置
31 ...
Claims (5)
第1主面、該第1主面と対向する第2主面を有し、前記第1のコイル導体の導体開口部及び前記第2のコイル導体の導体開口部にそれぞれ挿入された磁性体コアと、を備え、
前記第1のコイル導体及び前記第2のコイル導体は、前記磁性体コアの第1主面に近接する第1の導体部分と、前記磁性体コアの第2主面に近接する第2の導体部分とが、前記磁性体コアの第1主面または第2主面の法線方向から見て重ならない位置にあり、かつ、前記第1のコイル導体の形成領域及び前記第2のコイル導体の形成領域は、前記磁性体コアの第1主面または第2主面の法線方向から見て重ならない位置にあり、
前記第1のコイル導体の第2の導体部分及び前記第2のコイル導体の第2の導体部分がそれぞれ第1の導体部分に比べて、前記第1のコイル導体と前記第2のコイル導体との形成領域の外形の端部寄りになるように配置されたアンテナコイル。 A first coil conductor and a second coil conductor formed in a spiral shape each having a winding opening as a conductor opening;
A magnetic core having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, each inserted into a conductor opening of the first coil conductor and a conductor opening of the second coil conductor And comprising
The first coil conductor and the second coil conductor include a first conductor portion close to the first main surface of the magnetic core and a second conductor close to the second main surface of the magnetic core. Part of the magnetic core is not overlapped when viewed from the normal direction of the first main surface or the second main surface of the magnetic core, and the first coil conductor formation region and the second coil conductor The formation region is at a position that does not overlap when viewed from the normal direction of the first main surface or the second main surface of the magnetic core,
Compared with the first conductor portion, the second conductor portion of the first coil conductor and the second conductor portion of the second coil conductor, respectively, the first coil conductor and the second coil conductor, An antenna coil arranged so as to be closer to the end of the outer shape of the formation region of the.
前記磁性体コアは、それぞれ前記フレキシブル基板の第1の主面から前記導体開口部側貫通孔を貫通し、且つ前記フレキシブル基板の第2の主面から前記コイル導体形成領域外貫通孔を貫通する状態に設けられた、請求項3に記載のアンテナコイル。 The flexible substrate includes a conductor opening side through hole through which the magnetic core passes through the conductor opening, a coil conductor forming region outer through hole through which the magnetic core penetrates outside the coil conductor forming region, With
Each of the magnetic cores penetrates the conductor opening side through hole from the first main surface of the flexible substrate, and penetrates the coil conductor formation region outer through hole from the second main surface of the flexible substrate. The antenna coil according to claim 3, which is provided in a state.
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