KR101060115B1 - 코일 부품 - Google Patents

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KR101060115B1
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요시키 쿠도
후미히토 메구로
츠요시 사토
타카노부 로쿠카
신지 오카무라
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스미다 코포레이션 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 자성체 코어와 상기 자성체 코어에 감기는 코일을 구비하는 코일 부품을 제공한다. 본 발명에 의한 코일 부품은 도전성 금속박을 이용한 테이프부재와, 도전성 금속재료를 이용한 박막과, 도전성 금속재료를 이용한 박대와, 도전성 금속재료를 이용한 도막, 및 도전성 금속재료를 이용한 판 형상 부재 중, 어느 하나를 선택하거나, 또는 조합한 와류전류 발생부재를 구비한다. 본 발명에 의한 코일 부품이 사용된 코일 안테나 시스템에서는 직류 저항값을 증가시키지 않고, Q값을 원하는 값으로 조정하는 것이 가능하다.
자성체 코어, 코일 부품, 도전성 금속, 와류전류 발생, 안테나 시스템

Description

코일 부품{COIL COMPONENT}
본 발명은 자성체 코어와, 권선 코일로 구성되는 코일 부품에 관한 것으로, 예를 들면, 신호 전파를 송수신하는 키레스 엔트리 시스템(Keyless Entry System)이나 전파 시계 등에 매우 적합하게 채용되는 코일 부품에 관한 것이다.
근래, 예를 들면, 신호 전파를 송수신함으로써, 자동차나 가옥 등의 도어(door)에 직접 접촉하지 않고 록킹(locking)하거나 록킹 해제하는 것이 가능한 키레스 엔트리 시스템이 실용화되고 있다. 그리고, 키레스 엔트리 시스템을 실현하기 위하여, 신호 전파를 송수신 할 수 있는 코일 안테나가 많이 채용되고 있다. 또한, 무선 전파에 의하여 시간을 조정하는 이른바 전파 시계에 있어서도 코일 안테나가 많이 채용되고 있다. 또한, 자성체 코어와 권선 코일로 구성되는 코일 부품은 코일 안테나에 매우 적합하게 적용되는 것이다. 그리고, 코일 안테나를 구성 요소로서 포함한 시스템을 코일 안테나 시스템이라고도 칭한다.
여기서, 송신용으로서 대표적인 코일 안테나의 예에 대하여, 도 12를 참조하여 설명하기로 한다.
도 12(a)는 종래의 코일 안테나(100)의 구성예를 도시한다.
도 12(b)는 코일에 전류를 흘려 발생되는 자계의 예를 도시한다.
코일 안테나(100)는 페라이트(ferrite)계 재료로 형성되는 자성체 코어(102)와, 자성체 코어(102)의 주위에 도선이 감겨진 코일(103)과, 코일(103)에 직렬 접속되는 콘덴서(104)로 직렬 공진 회로가 구성된다. 이와 같은 직렬 공진 회로에 의하여, 코일 안테나(100)의 공진 주파수(f0)가 결정된다. 여기서, 공진 주파수(f0)에 상당하는 주파수 특성의 교류 전류를 코일 안테나(100)에 인가하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이 때, 코일 안테나(100)는 도 12(b)에 도시된 바와 같은 자속을 발생하여 자계(105)를 형성한다. 그리고, 코일 안테나(100)는 발생된 자계(105)를 이용하여 신호 전파를 송신할 수 있다.
근래, 넓은 주파수대역에 있어서 안정된 무선 신호를 송수신하는 것이 가능한 코일 안테나의 수요가 높아지고 있다(이하의 설명에서는 코일 안테나의 광대역화라고도 칭한다). 코일 안테나를 광대역화하기 위해서는 코일 안테나에 특정 주파수의 강한 교류 전류를 인가하고, 강한 자계를 발생시켜, 무선 신호를 송신하는 것이 필요하다. 이 때문에, 무선 신호를 송수신하기 위해서 허용되는 허용 특성 범위를 넓게 설정한다. 이와 같이 허용 특성 범위를 넓게 설정함으로써, 개개의 코일 안테나 제품의 특성이 불균일한 분포를 보일 경우에도 허용 범위내에 포함되기 때문에, 코일 안테나의 제조와 관련된 설계의 단순화 및 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 이 결과, 코일 안테나 제품의 비용 저감 등을 도모할 수 있다.
여기서, 코일 안테나의 공진 주파수(:f0) 부근에 있어서의 통과 특성에 대하여, 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 세로축에 코일 안테나의 통과 특성(T)을 나타내고, 가로축에 코일 안테나에 인가되는 교류 전류의 주파수(f)를 나타내고 있다.
일반적으로, 코일 안테나의 광대역화를 실현하기 위해서는 코일 안테나의 품질 계수(Q)값을 특정 값으로 조정함으로써, 통과 특성이 「둔화」되도록 할 수 있다. 또한, 「둔화」라는 것은, 공진 주파수에서의 통과 특성의 변화폭이 작게 되도록 하는 것을 의미한다. 통과 특성이 「둔화」된다는 것은, 코일 안테나의 공진 주파수가, 요구되는 공진 주파수에 대해서 차이가 발생된 경우라도, 코일 안테나의 통과 특성의 저하가 작게 된다는 것이다.
도 13에 도시된 실선(106a)은 Q값이 충분히 큰 경우의 통과 특성을 나타낸다. 실선(106a)으로 나타내는 통과 특성이 최대치(peak)(T1)일 경우의 주파수는 공진 주파수(f0)와 일치한다. 점선(106b)은 본래 얻어야 할 공진 주파수(f0) 대해서 조금 차이가 발생된 주파수(f0')에서, 교류 전류를 코일 안테나에 인가한 경우의 통과 특성을 나타낸다. 실선(107a)은 Q값을 특정 값으로 조정한 경우의 통과 특성을 나타낸다. 실선(107a)으로 나타내는 통과 특성이 최대치(T2)일 경우의 주파수는 공진 주파수(f0) 일치한다. 점선(107b)은 본래 얻어야 할 공진 주파수(f0)에 대해서 조금 차이가 발생된 주파수(f0')에서, 교류 전류를 코일 안테나에 인가한 경우의 통과 특성을 나타낸다.
이와 같은 경우에, 실선(106a)의 최대치의 Q값(T1)과, 차이가 발생된 공진 주파수(f0')에 있어서의 실선(106a)의 Q값(T1')과의 차(ΔT1)는, ΔT1=T1-T1'이다.
또한, 실선(107a)의 최대치의 Q값(:T2)과, 차이가 발생된 공진 주파수(f0')에 있어서의 실선(107a)의 Q값(T2')과의 차(ΔT2)는, ΔT2=T2-T2'이다.
이 때, 도 13에서 ΔT1>ΔT2인 것이 도시된다. 즉, Q값이 높은 것이, Q값이 낮은 것보다, 공진 주파수의 차이에 의한 통과 특성의 저하폭이 크다고 말할 수 있다.
여기서, 종래의 코일 안테나(100)의 Q값을 저감하는 구성예에 대해, 도 14를 참조하여 설명한다. 종래, Q값을 저감하기 위한, 코일 안테나(100)가 구비하는 콘덴서(104)에 대해서, 직렬로 저항소자(108)를 외부 접속하는 구성이 넓게 채용되고 있었다. 여기서, 코일 안테나의 품질 계수(Q)는 다음 식 (1)에서 계산될 수 있다.
Q=ω·L/R=2πf·L/R……식 (1)
식 (1)에서, 코일의 인덕턴스(L)와 저항(R)의 양쪽 모두, 또는 한쪽을 변경함으로써, Q값을 조정할 수 있는 것을 알 수 있다.
그런데, 코일의 권수 등을 변경하여, 인덕턴스(L)의 값을 변경하는 경우에, 코일 안테나의 공진 주파수(f0) 값도 변화되기 때문에 좋은 방법이 아니다. 따라서, 종래는 저항(R) 값을 변경함으로써, 코일 안테나의 품질 계수(Q)의 값을 조정하는 것이 바람직한 것으로 인지되고 있었다.
특허 문헌 1에는 종래의 코일 안테나에 대해 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본국 특허 제 3735104호 공보
그런데, Q값을 조정하기 위하여, 저항소자를 코일 안테나에 외부 접속하면, 코일 안테나를 구성 요소로 하는 코일 안테나 시스템 전체의 저항값이 증가하게 된다. 여기서, 코일 안테나에 인가되는 교류 전류의 주파수(f)에 대한 임피던스(Z)에 대하여, 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15는 세로축에 임피던스(Z)를 나타내고, 가로축에 주파수(f)를 나타내고 있다. 이 때의 임피던스(Z)는 이하의 식으로 계산된다. 여기서, 코일과 콘덴서로부터 계산되는 리액턴스를 X로 나타낸다.
Figure 112008090878341-pct00001
X=ωL-1/ωC
코일 안테나에 인가되는 교류 전류의 주파수가 공진 주파수에 일치하는 경우, 임피던스(Z)는 이하와 같이 유도될 수 있다.
X=ωL-1/ωC=0
Figure 112008090878341-pct00002
이 결과에서, 임피던스(Z)는 최소값(R)이 됨을 알 수 있다. 또한, 도 15에서, 교류 전류의 공진 주파수(f0)에서, 임피던스(Z)가 최소값(R)이 됨을 알 수 있다.
따라서, 코일 안테나의 공진 주파수에 일치하는 교류 전류를 코일 안테나에 인가하면, 임피던스(Z)는 저항(R) 성분에 의해서만 변화된다. 따라서, 코일 안테나에 저항소자를 직렬 접속하는 구성에서는 코일 안테나에 큰 교류 전류를 인가하여, 강력한 자계를 발생시키면, 코일 안테나가 발열되는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 코일 안테나의 광대역화를 달성하기 위하여, 직류 저항값을 증가시키지 않고, Q값을 원하는 값으로 조정하는 것이 가능하고, 보다 더 안정화된 무선 신호를 송수신하는 것이 가능한 코일 부품을 제공하는 것이다.
본 발명은 자성체 코어와, 상기 자성체 코어에 감겨진 코일, 및 와류전류 발생부재를 구비한 코일 부품을 제공한다.
본 발명과 관련된 코일 부품은 자성체 코어에 와류전류 발생부재가 형성되어 있기 때문에, 전류 인가시에 와류전류(eddy current)가 발생한다.
본 발명은 와류전류 발생부재에 발생한 와류전류를 이용함으로써, 본 발명에 의한 코일 부품이 사용된 코일 안테나 시스템의 직류 저항값을 증가시키지 않고, Q값을 원하는 값으로 조정하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 코일 안테나를 도시한 사시도이며,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 와류전류 발생부재에 대한 Q값의 예를 도시한 설명도이며,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 코일과 자계의 예를 도시한 설명도이 며,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 자성체 코어에 형성되는 와류전류 발생부재의 예를 도시한 사시도이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 코일 안테나를 도시한 사시도이며,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 외장부재에 형성되는 와류전류 발생부재의 예를 도시한 사시도이며,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 코일 안테나를 도시한 사시도이며,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 베이스의 확대 사시도이며,
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 코일 안테나를 도시한 사시도이며,
도 1O은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 코일 안테나를 도시한 사시도이며,
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 외장부재에 형성되는 와류전류 발생부재의 예를 도시한 사시도이며,
도 12는 종래의 코일 안테나의 예를 도시한 구성도이며,
도 13은 종래의 코일 안테나의 통과 특성의 예를 도시한 설명도이며,
도 14는 종래의 코일 안테나에 저항소자가 접속된 구성의 예시도이며,
도 15는 종래의 코일 안테나의 임피던스의 예를 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예와 관련된 코일 안테나의 구성예에 대해, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 본 실시예에서는 신호 전파의 송수신에 의해, 자동차나 가옥 등의 도어(door)에 직접 접촉하지 않고 록킹하거나 록킹 해제하는 것 이 가능한 키레스 엔트리 시스템에 사용되는 코일 안테나(10)에 대하여 설명하기로 한다. 코일 안테나(10)는 주로 도어 측에 설치된다. 또한, 자성체 코어와 권선 코일로 구성되는 본 발명의 코일 부품은 코일 안테나(10)에 매우 적합하게 적용되는 것이다.
우선, 코일 안테나(10)의 구성예에 대해, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1(a)는 코일 안테나(10)의 외관 구성예를 나타내는 사시도이다. 코일 안테나(10)는 코일이 형성된 본체부(16)와, 상기 본체부(16)에 심어진 하네스(Harness) 단자(12a, 12b)와, 상기 본체부(16)를 감싸는 비도전성의 수지로 형성된 외장부재(11)로 형성되어 있다. 상기 외장부재(11)는 일단이 개구되고, 타단이 폐구되는 튜브 형상으로 형성되고, 본체부(16)에 형성된 코일 등을 보호하는 기능을 갖는다. 그리고, 외부의 단자와 접속하기 위해서 이용되는 하네스 단자(12a, 12b)는 본체부(16)의 일측 단부에 매립되어 형성된다.
도 1(b)는 코일 안테나(10)로부터, 외장부재(11)가 분리된 상태의 예를 나타내는 사시도이다. 외장부재(11)는 본체부(16)의 폭방향의 횡단면의 형상과 거의 같은 중공 형상(통 형상)의 단면을 가지는 직방체 형상의 케이스이다. 본체부(16)는 비도전성의 수지로 형성된 베이스(14)와 절연층을 개재하여 코일(15a)이 형성된 코일 권취부(15)를 구비하고 있다. 그리고, 코일(15a)은 고무계의 절연 튜브인 절연층(13)에 원하는 권수(卷數)로 도선(코일 와이어)을 감아서 형성된다. 절연층(13)은 평판이며 봉 형상의 자성체 코어(18)(후술하는 도 1(c) 참조)를 덮고 있고, 감겨진 도선과 자성체 코어(18)를 절연하고 있다. 또한, 절연층(13)은 감겨진 도선과 자성체 코어(18)에 형성된 와류전류 발생부재(19)(후술하는 도 1(c) 참조)를 절연한다.
베이스(14)에는 콘덴서(17)를 탑재하기 위한 오목부가 형성되어 있으며, 이 오목부가 콘덴서 탑재부(14c)가 된다. 베이스(14)에는 외장부재(11)에 접촉되지 않도록 도선이 안착되는 홈부(14a, 14b)가 형성된다. 코일(15a)의 일측 단부는 홈부(14a)를 따라 하네스 단자(12a)에 매어진다. 코일(15a)의 타측 단부는 홈부(14b)를 따라, 콘덴서 탑재부(14c)에 형성된 단자 전극에 접속된다. 콘덴서 탑재부(14c)에는 콘덴서(17)가 탑재되어 있고, 콘덴서(17)의 일측 전극은 하네스 단자(12b)의 단자 전극에 접속된다. 콘덴서(17)의 타측 전극은 코일(15a)의 타측 단부에 접속된다. 이와 같이, 콘덴서(17)를 코일(15a)과 직렬 접속함으로써 직렬 공진 회로가 구성되는 것이다.
도 1(c)는 본체부(16)를 분해한 상태의 예를 나타내는 사시도이다. 코일 권취부(15)는 고무계의 절연 튜브인 절연층(13)에 페라이트를 재질로 하는 자성체 코어(18)를 삽입함으로써 형성된다. 자성체 코어(18)는 평판 형상이며, 강력한 자계를 여기할 수 있도록, 투자율(magnetic permeability)이나 최대 포화 자속밀도 등의 자기 특성이 뛰어난 Mn-Zn계 페라이트가 재질로서 이용되고 있다. 자성체 코어(18)의 상하면에는 자계나 자속의 발생에 의해 표면에 와류전류가 발생하는 와류전류 발생부재(19)가 형성된다. 와류전류 발생부재(19)는 자성체 코어(18)의 상하면과 거의 동일한 크기의 직사각형 형상으로 형성된다. 콘덴서 탑재부(14d)에는 적층 칩형의 콘덴서(17)가 탑재된다. 베이스(14)의 단부(자성체 코어(18)측)에는 도 시되지 않은 수납부가 형성되어 있으며, 이 수납부에 코일 권취부(15)가 수납되어 접착 고정될 수 있다.
자성체 코어(18)와 와류전류 발생부재(19)를 절연층(13)으로 감싸서, 도선과 와류전류 발생부재(19), 도선과 자성체 코어(18)의 양쪽 모두, 또는 한쪽과의 사이에 발생할 수 있는 단락(쇼트)을 방지할 수 있다. 또한, 도선을 코일 권취부(15)에 감을 때에, 자성체 코어(18)의 모가 난 부분에서 도선의 피막이 벗겨지는 불편도 방지할 수 있다. 또한, 자성체 코어(18)의 재질은 Mn-Zn계 페라이트로 한정되지 않고, 원하는 자기 특성을 갖는 Ni-Zn계 페라이트나, 금속계 자성체 등이 재질로서 사용되어도 무방하다. 또한, 자성체 코어(18)의 형상은 평판의 봉 형상으로 형성되는 것으로 설명하였지만, 용도에 따라 임의의 형상으로 형성할 수 있다.
여기서, 본 실시예에서 사용되는 와류전류 발생부재(19)에 대해 설명하기로 한다. 와류전류 발생부재(19)는 발생한 와류전류에 의해, 코일 안테나(10)의 Q값을 변경하기 위해서 이용하는 부재이다. 코일 안테나(10)에 전류가 인가되면, 코일(15a)에 의해 자계가 발생하고, 와류전류 발생부재(19)의 표면에 와류전류가 발생한다. 그리고, 발생한 와류전류에 의해 와류전류 손실이 증가한다. 이 결과, 와류전류 손실에 의해, 저항성분을 증가시키지 않고, Q값을 변화시키는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는 자성체 코어(18)의 폭이 넓은 면(상하 2면)의 거의 전체면을 감싸도록 금속 테이프부재, 즉 스텐레스(SUS) 박을 사용한 테이프부재를 부착함으로써, 와류전류 발생부재(19)를 형성하고 있다.
와류전류 발생부재(19)에 사용되는 금속 테이프의 재료로서 적합한 예를 이 하에 열거한다. 예를 들면 코일 안테나(10)가 자동차 등 다양한 환경에 사용되는 경우에는, 스텐레스(SUS: 저항율 5~10×10-6[Ω·㎝]), 알루미늄(Al: 저항율 2.655×10-6[Ω·㎝] 등, 소정의 도전성을 갖고 있고 또한 내식성이 뛰어난 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 단, 내식성 등을 고려하지 않는 환경에서 코일 안테나(10)가 사용되는 경우에는, 동(Cu: 저항율 1.678×10-6[Ω·㎝]), 은(Ag: 저항율 1.62×10-6[Ω·㎝]), 금(Au:저항율2.2×10-6[Ω·㎝]) 등, 저항율이 낮은 재질로 형성되는 금속 테이프를 사용한다. 금속 테이프를 사용하면, 많은 와류전류를 발생시킬 수 있고, 효율적으로 Q값을 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 와류전류 발생부재(19)를 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 와류전류 발생부재(19)는 도전성 금속 박이 표면에 형성된 금속 테이프부재 이외에, 아래에 기재되는 부재들이 사용될 수도 있다.
(1) 금속 증착법에 의하여 형성된 도전성 금속박막(얇은 막):
금속 증착법에 의하여 도전성 금속박막(얇은 막)을 형성하면, 자성체 코어(18)에 테이프의 접착층을 개재시키지 않고 와류전류 발생부재(19)로서 형성할 수 있다. 따라서, 효율적으로 와류전류 발생부재(19)에 와류전류를 발생시키는 것이 가능하다. 또한, 증착막의 생성 과정을 제어함으로써, 증착막(금속박막)의 막 두께를 용이하게 원하는 두께로 형성할 수 있다. 게다가 증착 대상(target)이 되는 자성체 코어(18)를 복수개 늘어놓은 상태로 증착 처리를 행하는 것이 가능하다. 따 라서, 대량생산이 가능하고, 또한 일정한 품질을 유지하는 금속박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
(2) 도금 처리법에 의해 형성된 도전성 금속도금박막:
또한, 도금 처리법에 의해 도전성 금속도금박막을 형성할 경우에도, 자성체 코어(18)에 테이프의 접착층을 개재시키지 않고 와류전류 발생부재(19)로서 형성할 수 있다. 따라서, 상술한 금속 증착법에 의해 형성되는 도전성 금속박막과 마찬가지로, 효율적으로 와류전류 발생부재(19)에 와류전류를 발생시키는 것이 가능하다. 또한, 대량생산이 가능하며, 아울러 일정한 품질을 유지하는 금속박막을 형성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 도금 처리법으로서는 전해도금, 무전해도금 등이 사용될 수 있다.
(3) 단일 롤(roll) 성형법, 또는 이중 롤 성형법에 의해 형성된 도전성 금속 박대(얇은 띠):
단일롤 성형법, 또는 이중롤 성형법에 의해, 와류전류 발생부재(19)로서 도전성 금속박대(얇은 띠)를 형성할 수 있다. 자성체 코어(18)에 부착할 때에는, 접착제 등의 고정 부재를 이용하는 것이 바람직하다. 이 방법을 이용한 경우, 대량생산에 적합하다는 점에서, 상술한 금속 증착법과 동일한 효과를 나타낸다.
(4) 도장에 의해 형성된 도전성 금속재료를 함유하는 도막:
도장에 의해 도전성 금속 도막을 와류전류 발생부재(19)로서 형성하면, 처리 설비나 제조 공정 등이 매우 간소하고, 대량생산에 적합한 점에서, 제조 비용이 크게 저감되는 효과가 있다. 또한, 형성된 도막에 의해 발생되는 와류전류의 정도는 상술한 (1) 도전성 금속박막, (2) 도전성 금속도금박막 및 (3) 도전성 금속박대에 비해 낮은 경향이 있지만, 도막의 두께 등을 제어함으로써 Q값을 충분히 조정할 수 있다.
다음으로, 자성체 코어(18)에 부착되는 와류전류 발생부재(19)의 재질을 변경하여 실측한 Q값에 대해, 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2에서는 스텐레스(SUS) 테이프부재, 또는 알루미늄(Al) 테이프부재를, 와류전류 발생부재(19)로서 사용한 경우에 있어서의, Q의 실측값과, 기준예에 대한 Q값의 비율을 기재하고 있다. 여기서, 기준예란, 와류전류 발생부재(19) 또는 저항소자가 구비되지 않은 코일 안테나(10)에 대하여 실측된 통과 특성을 나타낸 것이다.
각각의 와류전류 발생부재(19)(금속 테이프부재)의 검토예의 상세 조건은 이하와 같다.
(검토예 1)
·금속 테이프 재질: 스텐레스(SUS)
·테이프 부착 조건: 길이 방향의 치수는 자성체 코어(18)의 길이 방향의 치수와 거의 동일하게 한다.
·폭방향의 치수는 자성체 코어(18)의 폭방향의 치수와 거의 동일하게 형성한다.
·테이프 부착 위치: 자성체 코어(18)의 폭이 넓은 면(광폭면)의 양면에 부착한다.
(검토예 2)
·금속 테이프 재질: 알루미늄(Al)
·테이프 부착 조건: 길이 방향의 치수는 자성체 코어(18)의 길이 방향의 치수와 거의 동일하게 형성한다.
·폭방향의 치수는 자성체 코어(18)의 폭방향의 치수와 거의 동일하게 형성한다.
·테이프 부착 위치: 자성체 코어(18)의 폭이 넓은 면(광폭면)의 양면에 부착한다.
(검토예 3)
·금속 테이프 재질: 알루미늄(Al)
·테이프 부착 조건: 길이 방향의 치수는 자성체 코어(18)의 길이 방향의 치수와 거의 동일하게 형성한다.
·폭방향의 치수는 자성체 코어(18)의 폭방향의 치수의 거의 1/3로 형성한다.
·테이프 부착 위치: 자성체 코어(18)의 폭이 넓은 면 중 일면에 부착한다.
(비교예)
·저항값 4.7[Ω]의 저항소자를 코일 안테나(10)에 직렬 접속한, 종래의 코일 안테나를 비교예로서 실측하고, 도 2에 게재한다.
(기준예)
·와류전류 발생부재(19)와 저항소자가 구비되지 않은 코일 안테나(10)에 대한 통과 특성을 기준예로서 실측하고, 실측된 기준예의 통과 특성을 도 2에 게재한 다.
도 2에서, 코일 안테나(10)에 있어서, 와류전류 발생부재(19)와 저항소자가 설치되지 않은 기준예의 Q값(150.20)에 비하여, 검토예 1 내지 검토예3과 관련된 실측한 Q값은, 모두 -70%이상의 저하율을 나타내는 것을 알 수 있다.
특히, 비교예(코일 안테나(10)에 대해 4.7[Ω]저항소자)로 실측되는 Q값(24.98)과 비교하면, 검토예 1의 SUS 테이프의 Q값(25.70)이 가장 근사한 결과(모두 기준예에 대하여 -83%)인 것을 알 수 있다. 따라서, 코일 안테나(10)에 4.7[Ω]의 저항소자가 접속되어 있는 종래의 코일 안테나와, 와류전류 발생부재(19)가 형성된 코일 안테나(10)는 서로 다른 형태이면서 동일하게 Q값을 조정할 수 있고, 또한, 코일 안테나의 광대역화가 용이하게 실현가능하다는 것을 알 수 있다.
여기서, 검토예 1의 SUS 테이프의 Q값과, 식 (1)의 Q=2πf·L/R를 이용하여, 와류전류 발생부재(19)의 작용에 대해 설명한다. 또한, 식 (1)을 이용할 때에 필요한 전기 특성으로서, 비교예의 코일 안테나(10)는 인덕턴스 값(190.5[μH]), 직류 저항값(5.1(32)[Ω]) (내역: 부가 저항소자(4.7[Ω]), 그 외 와이어 등의 저항분(0.4(32)[Ω]))이었다. 이와 같은 경우에, 저항(R0)은, 식 (1)에 의하여, 아래와 같이 계산된다.
24.98=(2×3.14×125[kHzJ×190.5[μH])/(R0[Ω]+5.132[Ω])
R0=0.854[Ω]
또한, 검토예 1의 코일 안테나(10)는 인덕턴스 값(191.6[μH]), 직류 저항값(0.436[Ω])이었다. 이와 같은 경우에, 저항(R1)값은 식 (1)에 의하여, 아래와 같이 계산된다.
25.70=(2×3.14×125[kHz]×191.6[μH])/(R1[Ω]+0.436[Ω])
R1=5.416[Ω]
이상의 계산 결과에서, Q값을 조정하기 위하여 저항소자를 접속한 경우에 있어서의 저항의 증가분(4.7[Ω])과, 와류전류 발생부재(19)에 의해 발생된 와류전류(손실)를 저항성분으로 간주한 경우에 있어서의 저항의 증가분(5.41[Ω])은, 근사한 값이 되는 것으로 나타났다. 즉, 와류전류 발생부재(19)(예를 들면, 도전성 금속 테이프부재)를 자성체 코어(18)에 감싼 상태로 전류를 인가하면, 발생한 와류전류에 의해 와류전류 손실이 증가한다. 따라서, 저항성분을 증가시키지 않고 Q값을 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
그 다음에, 검토예 1의 Q값(25.70)과, 검토예 2의 Q값(21.29)을 비교하면, Al테이프부재는 SUS 테이프부재보다 Q값의 저하율이 크게 나타난다. 이것은 SUS의 저항율이 5~10×10-6[Ω·㎝]인 것에 비해, Al의 저항율은 2.655×10-6[Ω·㎝]으로 낮기 때문에, SUS 테이프부재와 비교하여 Al 테이프부재가 와류전류의 발생 정도가 크기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 검토예 2와 검토예 3을 비교하면, 와류전류 발생부재(19)는 모두 Al박을 사용한 테이프부재를 이용한다 점이 일치하지만, 테이프부재가 부착되는 면적이 차이가 있다(검토예 2가 자성체 코어(18)의 상하면, 검토예 3은 자성체 코어(18)의 상하면중 한쪽 면). 이 때문에, 기준예에 대한 Q값의 감소율이 약 10% 변화되었다. 이 결과, 와류전류 발생부재(19)의 면적이나 체적의 변화에 의해, Q값이 변화하는 것을 알 수 있다. 즉, 와류전류 발생부재(19)의 면적이나 체적, 혹은 형성 위치의 변화를 제어함으로써, Q값을 고정밀도로 조정할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 코일 안테나(10)에는 자성체 코어(18)상의 원하는 위치에 와류전류 발생부재(19)가 형성된다. 이 때문에, 코일 안테나 시스템 전체의 직류 저항값을 증가시키지 않고, Q값을 원하는 값으로 조정하는 것이 가능해진다. 이 결과, 코일 안테나의 광대역화가 용이하게 실현될 수 있는 것과 함께, 광대역에서 안정된 통과 특성을 확보할 수 있는 코일 안테나를 얻을 수 있다. 또한, 와류전류 발생부재는 용이하게 코일 안테나(10)에 형성할 수 있기 때문에, Q값의 조정이 용이한 효과가 있다.
또한, 자성체 코어(18)상에 금속 테이프를 부착하는 것 외에, 금속 증착법, 도금 처리법 등의 여러가지 기술을 이용함으로써 자성체 코어상에 와류전류 발생부재를 형성할 수 있다. 이 때문에, 용도에 따라 적절한 와류전류 발생부재를 형성할 수 있고, 자유롭게 설계할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상술한 제 1의 실시예에서는, 코일 안테나(10)에 형성하는 와류전류 발생부재(19)(금속 테이프부재, 금속박막, 금속박대 등)를 자성체 코어(18)의 폭이 넓은 면, 즉 상하 2면에 대해서 거의 전체면을 감싸도록, 부착하거나 또는 형성하였다. 단, Q값을 조정하는 정도에 따라, 와류전류 발생부재의 형상은 다양하게 변 화시켜도 무방하다.
여기서, 자성체 코어(18)에 감기는 코일의 감는 방법에 따라, 여기되는 자계의 예에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3(a)는 자성체 코어(18)의 긴쪽 치수에 대해서 거의 동등하게 코일(15b)이 감긴 예를 나타내고 있다. 이 경우, 전류를 인가하면 자성체 코어(18)의 양단부로부터 자계(18a)가 발생한다.
도 3(b)는 자성체 코어(18)의 일부분에 코일(15c)이 감긴 예를 나타내고 있다. 이 경우, 전류를 인가하면 자성체 코어(18)의 양단부로부터 자계(18b)가 발생한다. 게다가 코일(15c)의 단부에서도 자계(18c)가 발생하는 경향이 있다.
이와 같이, 자성체 코어(18)에 감기는 코일의 감는 방법에 따라, 도 3(a)와 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 자속이나 자계의 발생 정도가 변화한다. 따라서, 코일을 감는 방법에 따라, 임의로 와류전류 발생부재를 형성하면 된다.
여기서, 와류전류 발생부재가 자성체 코어(18)에 형성되는 위치(개소)의 예에 대해, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4(a)는 자성체 코어(18)의 상하면에 와류전류 발생부재(19a)가 형성된 예시도이다. 와류전류 발생부재(19a)의 크기는 자성체 코어(18)의 상면의 크기보다 조금 작게 형성되어 있다. 물론, 원하는 Q값 조정에 대응하여 상하면 중, 어느 한쪽 면에만 와류전류 발생부재(19a)를 배치할 수도 있다.
도 4(b)는 자성체 코어(18)의 양측면부에 와류전류 발생부재(19b)가 형성된 예시도이다.
와류전류 발생부재(19b)의 크기는 자성체 코어(18)의 측면의 크기에 대해서 조금 작게 형성되어 있다. 물론, 원하는 Q조정에 대응시켜 양측면 중, 어느 한쪽의 측면에만 설치해도 된다.
도 4(c)는 자성체 코어(18)의 단부면에 와류전류 발생부재(19c)를 형성한 예이다. 와류전류 발생부재(19c)의 크기는 자성체 코어(18)의 단부면의 크기에 대해서 조금 작게 형성되어 있다. 물론, 원하는 Q조정에 대응시켜 양단부면 중, 어느 한쪽의 단부면에만 배치해도 된다. 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 와류전류 발생부재(19c)가 구성되면, 단부면에서 방출되고 흡수되는 자속이나 자계의 대부분이 와류전류 발생부재(19c)를 통과한다. 따라서, 효율적으로 와류전류를 발생시키는 것이 가능하고, Q값의 조정폭을 크게 할 수 있다.
도 4(a)~도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 와류전류 발생부재는 자성체 코어(18)상의 어느 위치에도 형성될 수 있다. 또한, 와류전류 발생부재의 크기는 다양하게 변형될 수 있다. 이와 같이, 자성체 코어(18)상의 원하는 위치에 와류전류 발생부재를 형성할 수 있기 때문에, Q값을 미세하게 조정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 와류전류 발생부재는 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 비용 저감에도 효과가 있다. 또한, 도 4(a)~도 4(c)에 도시된 와류전류 발생부재를 복합적으로 조합함으로써 Q값의 미세 조정이 가능하다.
다음에, 본 발명의 제 2의 실시예와 관련된 코일 안테나의 구성예에 대해, 도 5와 도 6을 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도, 키레스 엔트리 시스템에 채용되는 코일 안테나(20)에 적용한 예로서 설명한다. 또한, 자성체 코어와 권 선 코일로 구성되는 본 발명의 코일 부품은, 코일 안테나(20)에 매우 적합하게 적용되는 것이다. 또한, 이미 설명한 제 1의 실시예의 도 1에 대응되는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
우선, 코일 안테나(20)의 구성예에 대해, 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5(a)는 코일 안테나(20)의 외관 사시도이다. 코일 안테나(20)는 코일이 형성된 본체부(26)와 본체부(26)에 심어진 하네스(Harness) 단자(12a, 12b)와, 본체부(26)를 감싸는 비도전성의 수지로 형성된 외장부재(21)로 형성되어 있다. 외장부재(21)는 일단이 개구되고, 타단이 폐구된 튜브 형상으로 형성되고, 본체부(26)에 형성되는 코일 등을 보호한다. 그리고, 외부의 단자와 접속하기 위해서 이용되는 하네스 단자(12a, 12b)는 본체부(26)의 한쪽의 단부에 심어져 있다. 외장부재(21)의 상하면에는 자계나 자속의 발생에 의해 표면에 와류전류를 발생하는 와류전류 발생부재(29)(예를 들면, 금속 테이프부재)가 형성된다. 와류전류 발생부재(29)는 외장부재(21)의 상하면에 대해서, 거의 동일한 크기의 직사각형 형상으로 형성된다.
도 5(b)는 코일 안테나(20)로부터, 외장부재(21)를 떼어낸 상태의 예를 나타내는 사시도이다. 외장부재(21)는 본체부(26)의 폭방향의 횡단면의 형상과 거의 같은 중공 형상의 단면을 가지는 직방체 형상의 케이스이다. 그리고, 외장부재(21)의 상하면에 와류전류 발생부재(29)가 형성된다. 본체부(26)는 비도전성의 수지로 형성되는 베이스(14)와, 절연층을 개재하여 코일(25a)이 형성된 코일 권취부(25)를 구비하고 있다. 그리고, 코일(25a)은 고무계의 절연 튜브인 절연층(13)에 원하는 권수(卷數)로 도선(코일 와이어)을 감아서 형성된다. 절연층(13)은 평판으로서, 봉 형상의 자성체 코어(18)(후술하는 도 5(c) 참조)를 감싸고 있으며, 감겨진 도선과 자성체 코어(18)를 절연한다.
베이스(14)에는 콘덴서(17)를 탑재하기 위한 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부를 콘덴서 탑재부(14c)로 하고 있다. 베이스(14)에는 외장부재(21)에 접촉하지 않도록 도선이 안착되는 홈부(14a, 14b)가 형성된다. 코일(25a)의 일측 단부는 홈부(14a)를 따라서 하네스 단자(12a)에 매어진다. 코일(25a)의 타측 단부는 홈부(14b)를 따라서 콘덴서 탑재부(14c)의 단자 전극에 접속된다. 콘덴서 탑재부(14c)에는 콘덴서(17)가 탑재되어 있고, 콘덴서(17)의 일측 전극은 하네스 단자(12b)의 단자 전극에 접속된다. 콘덴서(17)의 타측 단자 전극은 코일(25a)의 타측 단부에 접속된다. 이와 같이, 콘덴서(17)를 코일(25a)과 직렬 접속함으로써 직렬 공진 회로가 구성되는 것이다.
도 5(c)는 본체부(26)를 분해한 상태의 예를 도시하는 사시도이다. 코일 권취부(15)는 고무계의 절연 튜브인 절연층(13)에 페라이트를 재질로 하는 자성체 코어(18)가 삽입됨으로서 형성된다. 자성체 코어(18)는 강력한 자계를 여기할 수 있도록, 투자율이나 최대 포화 자속밀도 등의 자기 특성이 뛰어난 Mn-Zn계 페라이트가 재질로서 이용되고 평판 형상으로 형성된다. 절연층(13)으로 자성체 코어(18)를 감싸서, 도선과 자성체 코어(18)의 사이에서 발생할 수 있는 단락(쇼트)을 방지할 수 있다. 또한, 도선을 코일 권취부(15)에 감을 때에, 자성체 코어(18)의 모가 난 부분에서 도선의 피막이 박리되는 불편도 방지할 수 있다. 그리고, 외장부재(21) 에 의하여 코일 권취부(25)에 감겨지는 도선(코일 와이어)을 절연함으로써, 도선과 와류전류 발생부재(29)(예를 들면, 금속 테이프부재)와의 사이에서 발생 될 수 있는 단락(쇼트)을 방지할 수 있다.
또한, 자성체 코어(18)의 재질은 Mn-Zn계 페라이트로 한정되지 않고, 원하는 자기 특성을 가지는 Ni-Zn계 페라이트나, 금속계 자성체 등이 재질로서 사용될 수 있다. 또한, 자성체 코어(18)는 여기서는 평판의 봉 형상으로 형성되었지만, 용도에 따라 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 코일 안테나(20)에 이용하는 와류전류 발생부재(29)의 재질이나 박막의 생성 방법, 와류전류 발생부재(29)의 재질 및 형성되는 위치를 변경한 경우에 있어서의 통과 특성에 대해서는 이미 설명한 제 1의 실시예와 관련된 코일 안테나(10)의 와류전류 발생부재(19)의 경우와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 코일 안테나(20)는 와류전류 발생부재(29)를 외장부재(21)에 형성한 점에 있어서 제 1의 실시예와 서로 다르다. 그러나, 코일 안테나(20)는 코일 안테나(10)와 동일한 작용 및 효과를 나타낸다. 또한, 와류전류 발생부재(29)가 외장부재(21)상에 형성되어 있기 때문에, 통과 특성을 확인하면서, Q값을 더욱 더 용이하게 조정할 수 있다. 이와 같이, Q값을 원하는 값으로 미세하게 조정하는 것이 용이한 효과가 있다.
또한, 코일 안테나(20)에 형성하는 와류전류 발생부재(29)로서 금속 테이프부재가 사용되었지만, 상술한 제 1의 실시예와 동일하게, 금속박막, 금속 도금막, 금속박대, 금속 도막 등이 사용될 수 있다.
또한, 코일 안테나(20)에 형성되는 와류전류 발생부재(29)(금속 테이프부재, 금속박막, 금속박대 등)는 외장부재(21)의 폭이 넓은 면, 즉, 상하 2면에 대해서 거의 전체면을 감싸도록 형성되었다. 이 때, Q값을 조정하는 정도에 따라, 와류전류 발생부재의 형상을 여러가지로 변화시킬 수 있다.
또한, 코일 안테나(20)는 외장부재(21)의 폭이 넓은 면(상하 2면 또는 한쪽 면)에만 와류전류 발생부재(29)가 형성된 것이다. 그리고, 코일의 형성 위치, 자속 분포나 자계 분포가 강한 위치에 와류전류 발생부재가 형성되면 Q값을 조정할 수 있다는 것을 고려해 보면, 와류전류 발생부재는 어느 위치에 형성되어도 무방하다. 여기서, 와류전류 발생부재가 외장부재(21)에 형성된 경우의 구성예에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6(a)는 외장부재(21)의 상하면에 와류전류 발생부재(29a)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(29a)의 크기는 외장부재(21)의 상하면의 크기보다 약간 작게 형성된다. 물론, 원하는 Q조정에 대응시켜 상하면 중, 어느 한쪽 면에만 배치되어도 무방하다.
도 6(b)는 외장부재(21)의 측면부에 와류전류 발생부재(29b)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(29b)의 크기는 외장부재(21)의 양측면부의 크기보다 약간 작게 형성된다. 물론, 원하는 Q조정에 대응시켜 양측면부 중, 어느 일측면부에만 배치되어도 된다.
도 6(c)는 외장부재(21)중 폐구된 측의 단부면에 와류전류 발생부재(29c)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(29c)의 크기는 외장부재(21)의 단부면의 크기보다 약간 작게 형성된다. 이 경우, 단부면에서 방출 또는 흡수되는 자속이나 자계의 대부분이 와류전류 발생부재(29c)를 통과한다. 따라서, 효율적으로 와류전류를 발생시키는 것이 가능하고, Q값의 조정폭을 크게 할 수 있다.
도 6(a)~도 6(c)에 도시하는 바와 같이, 와류전류 발생부재는 외장부재(21)상의 어느 위치에 형성되어도 된다. 또한, 와류전류 발생부재의 크기는 다양하게 변형될 수 있다. 이와 같이, 외장부재(21)상의 원하는 위치에 와류전류 발생부재가 형성될 수 있기 때문에, Q값의 미세 조정이 가능한 효과가 있다. 또한, 와류전류 발생부재는 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 비용이 저감되는 효과가 있다. 또한, 도 6(a)~도 6(c)에 도시된 와류전류 발생부재를 복합적으로 조합함으로써 Q값의 미세 조정이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 제 3의 실시예와 관련된 코일 안테나의 구성예에 대해, 도 7과 도 8을 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도, 키레스 엔트리 시스템에 사용되는 코일 안테나(30)에 적용된 예로서 설명한다. 또한, 자성체 코어와 권선 코일로 구성되는 본 발명의 코일 부품은 코일 안테나(30)에 매우 적합하게 적용되는 것이다. 또한, 전술된 제 2의 실시예의 도 5와 대응되는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
우선, 코일 안테나(30)의 구성예에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 코일 안테나(30)의 베이스(14), 코일 권취부(25), 본체부(26)는 이미 설명한 코일 안테나(20)의 각부와 동일한 구성이기 때문에 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 코일 안테나(30)에 이용하는 와류전류 발생부재(39a)의 재질, 와류전류 발생부재(39a)의 재질 및 배치 위치를 변경한 경우에 있어서의 통과 특성에 대해서는 이미 설명한 제 1의 실시예와 관련된 코일 안테나(10)의 와류전류 발생부재(19)와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 7(a)는 코일 안테나(30)의 예를 나타내는 사시도이다. 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 제 3의 실시예와 관련된 코일 안테나(30)는, 외장부재(31)에 와류전류 발생부재가 형성되지 않은 점이, 전술된 코일 안테나(20)와 서로 다르다.
도 7(b)는 코일 안테나(30)로부터, 외장부재(21)를 분리한 상태의 예를 도시하는 사시도이다. 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 코일 안테나(30)는 베이스(14)가 장착되지 않은 본체부(26)의 단부에, 수지제의 수지 캡(32)을 끼워 부착하는 구성으로 형성된다. 수지 캡(32)은 본체부(26)의 폭방향의 횡단면의 형상과 거의 동일한 중공 형상의 단면을 가지는 직방체 형상의 케이스이다.
여기서, A-A'선에 있어서 수지 캡(32)을 단면으로 본 상태의 예에 대해, 수지 캡(32)을 확대하여 본 확대 영역(33)을 참조하여 설명한다. 수지 캡(32)에는 도전성 금속재료(예를 들면, 동판, 알루미늄판, 스텐레스판)로 이루어지는 판 형상 부재를 コ 형상으로 굴곡 가공한 와류전류 발생부재(39a)가 인서트 성형에 의해 설치된다. 인서트 성형이란 수지 캡(32)을 사출성형에 의해 제조할 때에, 미리 금형 캐비티내에 와류전류 발생부재(39a)를 설치한 상태로, 용해 수지를 사출하는 성형 방법이다.
그리고, 코일 안테나(30)는 본체부(26)(내부 코일을 포함한다.)가 외장부 재(31)에 수납될 때, 베이스(14)와 수지 캡 (32)의 외표면이 외장부재(31)의 내표면에 접촉되도록 구성된다. 따라서, 외장부재(31)에 대해서, 본체부(26)가 정확하게 위치 결정되고 지지되는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 코일 안테나(30)를 구성하는 와류전류 발생부재(39a)는 도전성 금속재료로 이루어지는 판 형상 부재를 굴곡 가공하는 것만으로 형성된다. 따라서, 와류전류 발생부재(39a)의 제조가 용이해진다. 또한, 와류전류 발생부재(39a)는 단순한 구조로 형성되지만, 다량의 와류전류를 발생하기 때문에, Q값을 효율적으로 조정할 수 있는 효과가 있다.
와류전류 발생부재가 설치된 수지 캡(32)은 자성체 코어(18)에 끼워 부착하는 것만으로, 용이하면서 또한 확실하게 본체부를 유지 지지할 수 있다. 따라서, 코일 안테나(30)의 조립 공정을 간소화 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이와 같이 구성된 코일 안테나(30)는 제조 비용을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 와류전류 발생부재(39a)는 여러가지 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 판 형상 부재의 두께나 면적을 변경함으로써, 와류전류의 발생 정도를 조정하는 것이 가능하다. 또한, 도 7에 도시하는 와류전류 발생부재(39a)는 コ 형상으로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 자성체 코어(18)의 3면을 감싸도록 형성되어 있다. 원하는 Q값으로 조정하기 위해서, 자성체 코어(18)의 2면을 감싸는 L자 형상으로 와류전류 발생부재가 형성되어도 무방하다.
또한, 와류전류 발생부재는, 자성체 코어(18)가 삽입되고 자성체 코어(18)를 지지하는 베이스(14)의 부위에도 설치될 수 있다. 여기서, 베이스(14)에 설치된 와 류전류 발생부재(39b)의 구성예에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8(a)는 코일 권취부(25)가 장착되는 측을 기준으로 한 베이스(14)의 사시도이다. 베이스(14)의 내부에는 와류전류 발생부재(39b)가 배치 설치되어 있다.
도 8(b)는 도 8(a)을 참조로 설명된 베이스(14) 중, B-B'선의 단면 사시도이다. 베이스(14)에는 도전성 금속재료(예를 들면, 강판, 알루미늄판, 스텐레스판)로 이루어지는 판 형상 부재를 コ 형상으로 굴곡 가공한 와류전류 발생부재(39b)가 인서트 성형에 의해 설치된다.
이상 설명한 코일 안테나(30)는 미리 내부 코일 소자의 전기적 특성(공진 주파수(f0) 또는 Q값)을 측정한 후 (전기적 특성은 외장부재를 부착하기 이전(前) 단계에서 측정한다)에, 조건을 조정하기 위하여 형성된 와류전류 발생부재(두께나 면적, 배치 위치 등)를 부착할 수 있다. 따라서, 코일 안테나(30)의 설계가 용이해지는 효과가 있다.
와류전류 발생부재(39b)의 기능 및 효과는 이미 설명한 와류전류 발생부재(39a)의 경우와 동일하다. 또한, 와류전류 발생부재가 설치된 수지 캡(32)은 자성체 코어(18)에 끼워 부착되도록 형성되는 것에만 한정되지 않으며, 외장부재(31)에 끼워 부착되도록 형성될 수도 있고 이와 같은 경우에 와류전류 발생부재(39a)와 동일한 기능 및 효과를 얻을 수 있다. 또한, 와류전류 발생부재의 형상은 수지 캡(32)과 동일한 형상으로 형성되어도 된다.
다음에, 본 발명의 제 4의 실시예와 관련된 코일 안테나의 구성예에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도, 키레스 엔트리 시스템에 채용되는 코일 안테나(40a, 40b)에 적용한 예로서 설명한다. 또한, 자성체 코어와 권선 코일로 구성되는 본 발명의 코일 부품은 코일 안테나(40a, 40b)에 매우 적합하게 적용되는 것이다. 또한, 이미 설명한 제 2의 실시예의 도 5에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
우선, 코일 안테나(40a, 40b)의 구성예에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 코일 안테나(40a, 40b)의 베이스(14), 코일 권취부(25), 본체부(26)는 이미 설명한 코일 안테나(20)의 각부와 동일한 구성이기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
또한, 코일 안테나(40a, 40b)에 사용되는 와류전류 발생부재(49a, 49b)의 재질 및 배치 위치를 변경한 경우에 있어서의 통과 특성에 대해서는 이미 설명한 제 1의 실시예와 관련된 코일 안테나(10)의 와류전류 발생부재(19)와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
도 9(a)는 코일 안테나(40a)로부터, 외장부재(31)를 분리한 상태의 예를 나타내는 사시도이다. 코일 안테나(40a)는, 베이스(14)가 장착되어 있지 않은 코일 권취부(25)의 단부에, コ 형상으로 형성된 도전성의 와류전류 발생부재(49a)를 끼워 접착 고정하여 형성된다.
본 실시예에서는 도전성 금속재료로 이루어지는 판 형상 부재가 コ 형상으로 형성된 와류전류 발생부재(49a)만을, 자성체 코어(18)에 끼워서 접착 고정하여 형성된다. 여기서, 자계가 자성체 코어(18)의 단부면 뿐만 아니라, 코일이 감겨있는 부위 근방으로부터도 발생하는 것을 고려하면, 도 9(b)에 도시된 배치와 같이 와류전류 발생부재(49b)가 형성되어도 된다.
도 9(b)는 코일 안테나(40b)로부터, 외장부재(31)를 분리한 상태의 예를 나타내는 사시도이다. 코일 안테나(40b)는 베이스(14)가 장착되지 않은 코일 권취부(25)의 일측면부에, コ 형상으로 형성된 도전성의 와류전류 발생부재(49b)가 끼워져 접착 고정되어 형성된다. 이 경우, 코일과 와류전류 발생부재와의 사이에서 발생되는 단락을 확실하게 방지하기 위해서, 코일로서 사용되고 있는 와이어의 절연 수지 피막을 두껍게 형성하거나, 와류전류 발생부재에 있어서, 코일에 접촉하는 측의 면에 절연 피막 또는 절연 시트를 형성하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 코일 안테나(40a, 40b)의 제조시에는 우선, 미리 내부 코일 소자의 전기적 특성(예를 들면, 공진 주파수(f0), Q값)을 측정한다. 이 전기적 특성은 외장부재를 부착하기 이전(前) 단계에서 측정한다. 그 후, 조정해야 할 조건에 따라서 두께, 면적, 배치 위치 등을 조정하여, 와류전류 발생부재(49a, 49b)를 코일 안테나(40a, 40b)에 부착한다. 와류전류 발생부재(49a, 49b)는 판 형상 부재의 두께나 면적을 변경함으로써, 와류전류의 발생 정도를 조정하는 것이 가능하다. 이러한 공정을 수행함으로써, 전기적 특성을 조정할 수 있고 생산 효율이 향상되며, 코일 안테나(40a, 40b)의 전기적 특성을 최적화하여 설계하는 것이 용이하게 되는 효과가 있다.
또한, 와류전류 발생부재(49a, 49b)는 자성체 코어(18)의 선단부에 끼워져 접착 고정되었지만, 자성체 코어(18)의 후단부(베이스측)에 배치될 수도 있다. 또한, 와류전류 발생부재(49a, 49b)는 외장부재(31)를 사출성형에 의해 제조할 때에, 인서트 성형수단을 이용함으로써, 외장부재(31) 측에 설치되는 것도 가능하다.
또한, 와류전류 발생부재(49b)가 コ 형상으로 형성된 경우에, 코일의 어느 방향을 감싸도록 배치되어도 된다. 또한, 코일의 전체주위를 감싸도록 ㅁ자 형상으로 굴곡시켜도 되지만, 코일과 와류전류 발생부재의 사이에는 코일로부터의 누전을 방지하기 위해서 절연층을 개재하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 제 5의 실시예와 관련된 코일 안테나의 구성예에 대해, 도 10과 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도, 키레스 엔트리 시스템이나 전파 시계 등에 채용되는 코일 안테나(50)에 적용한 예로서 설명한다. 또한, 자성체 코어와 권선 코일로 구성되는 본 발명의 코일 부품은 코일 안테나(50)에 매우 적합하게 적용되는 것이다.
우선, 코일 안테나(50)의 구성예에 대해, 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10(a)는 주로 전파 시계 등에 매우 적합하게 이용되는 코일 안테나(50)의 사시도이다. 이른바 코일 칩형의 코일 안테나(50)는 사각 형상으로 형성되어 있다. 코일 안테나(50)의 상면에는 자계나 자속의 발생에 의해 표면에 와류전류가 발생하는 와류전류 발생부재(59)(예를 들면, 금속 테이프부재)가 형성된다. 그리고, 코일 안테나(50)는 양단에 차양부(윈도우부)(53a, 53b)가 구비된다. 각각의 차양부(53a, 53b)의 하부면에는 기판에 접속하기 위한 단자 전극(52a, 52b)이 형성된다. 그리고, 코일(55)(후술하는 도 10(c) 참조)을 감싸도록, 비도전성의 수지 성 형체로 이루어지는 외장부재(51)가 형성된다.
도 10(b)는 코일 안테나(50)로부터 와류전류 발생부재(59)를 분리한 상태의 사시도이다. 와류전류 발생부재(59)의 크기는 외장부재(51)의 표면의 크기보다 약간 작게 형성된다. 또한, 원하는 Q값으로 조정하기 위하여 상하면 중, 어느 한쪽 면에만 와류전류 발생부재(59)가 설치되어도 된다.
도 10(c)는 코일 안테나(50)로부터 외장부재(51)가 분리된 상태의 사시도이다.
코일(55)은 페라이트(ferrite)를 재질로 하는 자성체 코어(58)에 원하는 턴수로 도선(코일 와이어)을 감아서 형성된다. 도선의 양단부는 각각 단자 전극(52a, 52b)에 접속된다.
도 10(d)는 코일(55)로부터 도선이 분리된 상태의 사시도이다. 사각 형상의 드럼형 코어인 자성체 코어(58)가 코일(55)의 중심부로서 형성된다.
코일 안테나(50)에 이용되는 와류전류 발생부재(59)의 재질이나 박막의 생성 방법, 와류전류 발생부재(59)의 재질과 배치 위치를 변경한 경우에 있어서의 통과 특성에 대해서는 이미 설명한 제 1의 실시예와 관련된 코일 안테나(10)의 와류전류 발생부재(19)와 동일하기 때문에 상세한 설명을 생략한다.
이상 설명한 코일 안테나(50)는 각형상으로 형성된 외장부재(51)상에 와류전류 발생부재(59)를 형성한 점에 있어서 제 1의 실시예와 서로 다르지만, 코일 안테나(10)와 동일한 작용 및 효과를 나타낸다. 또한, 와류전류 발생부재(59)가 외장부재(51)상에 형성되어 있기 때문에, Q값을 더욱 더 용이하게 조정할 수 있다. 이 때, 통과 특성을 확인하면서, 와류전류 발생부재(59)를 조정한다. 따라서, Q값을 원하는 값으로 용이하게 미세 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 코일 안테나(50)에 형성되는 와류전류 발생부재(59)로서 금속 테이프부재가 사용되었지만, 상술한 제 1의 실시예와 마찬가지로, 다양한 부재가 사용될 수 있다.
또한, 상술한 제 5의 실시예에서는 코일 안테나(50)에 형성되는 와류전류 발생부재(59)(금속 테이프부재, 금속박막, 금속박대 등)가 외장부재(51)의 상면에 부착되었다. 또한, Q값의 조정 정도에 따라, 상기 와류전류 발생부재(59)의 형상은 다양하게 변화될 수 있다.
제 5 실시예의 코일 안테나(50)는 외장부재(51)의 상면에만 와류전류 발생부재(59)가 형성된 것이다. 또한, 코일의 형성 위치, 자속 분포나 자계 분포가 강한 위치에 와류전류 발생부재를 형성함으로써 Q값을 조정할 수 있다는 것을 고려하면, 와류전류 발생부재는 어느 위치에도 형성될 수 있다.
여기서, 와류전류 발생부재가 외장부재(51)에 형성된 경우의 구성예에 대해, 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11(a)는 외장부재(51)의 상면과 각형상의 드럼형 코어의 차양부(53a, 53b)의 상면에 걸쳐서 와류전류 발생부재(59a)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(59a)는 외장부재(51)와 차양부(53a, 53b)의 상면과 거의 동일한 크기의 직사각형 형상으로 형성된다. 물론, 원하는 Q값 조정에 대응하여, 와류전류 발생부재(59a)는 외장부재(51)의 하부면 또는 상하부면에 배치되어도 무방하다.
도 11(b)는 외장부재(51)의 양측면부에 와류전류 발생부재(59b)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(59b)의 크기는 외장부재(51)의 측면부의 크기보다 약간 작게 형성된다. 물론, 원하는 Q값 조정에 대응하여 양측면부 중, 일측면부에만 와류전류 발생부재(59b)가 배치될 수도 있다.
도 11(c)는 외장부재(51)의 양측면부와 각형상의 드럼형 코어의 차양부(53a, 53b)의 양측면부에 걸쳐서 와류전류 발생부재(59c)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(59c)는 외장부재(51) 및 차양부(53a, 53b)의 측면부와, 거의 동일한 크기의 직사각형 형상으로 형성되어 있다. 물론, 원하는 Q값 조정에 대응하여 양측면부 중, 어느 한쪽의 측면부에만 와류전류 발생부재(59b)가 배치될 수도 있다.
도 11(d)는 드럼형 코어의 차양부(53a, 53b)의 양단부면에 와류전류 발생부재(59d)가 형성된 예이다. 와류전류 발생부재(59d)의 크기는 외장부재(51)의 단부면의 크기보다 약간 작게 형성되어 있다. 이와 같이 와류전류 발생부재(59d)가 형성되면, 단부면에서 방출, 또는 흡수되는 자속이나 자계의 대부분이 와류전류 발생부재(59d)를 통과한다. 따라서, 효율적으로 와류전류를 발생시키는 것이 가능하고, Q값의 조정폭이 커진다.
도 11(a) 내지 도 11(d)에 도시된 바와 같이, 와류전류 발생부재는 외장부재(51)상의 어느 위치에라도 형성될 수 있다. 또한, 와류전류 발생부재의 크기는 다양하게 변형 가능하다. 이와 같이, 외장부재(51)상의 원하는 위치에 와류전류 발생부재를 형성할 수 있기 때문에, Q값을 미세하게 조정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 와류전류 발생부재를 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 비용 저감에도 효과 가 있다. 또한, 도 11(a) 내지 도 11(d)에 도시된 와류전류 발생부재를 복합적으로 조합함으로써 Q값을 미세 조정할 수 있다.
이상에서 설명한 제 1 실시예 내지 제 5 실시예와 관련된 코일 안테나에서는 와류전류를 적극적으로 이용함으로써, 종래의 접속되어 있던 직렬 저항과 동일한 기능을 얻는 것이다. 본 발명과 관련된 코일 부품을 코일 안테나에 적용함으로써 광대역에서 안정된 통과 특성을 확보할 수 있다. 와류전류 발생부재는 도전성 금속 박을 이용한 테이프부재와 도전성 금속재료를 이용한 박막과 도전성 금속재료를 이용한 박대와 도전성 금속재료를 이용한 도막과 도전성 금속재료를 이용한 판 형상 부재 중, 어느 하나를 선택하거나, 또는 조합하여 이용할 수 있다.
또한, 와류전류 발생부재를 이용함으로써, 제 1 실시예 내지 제 5 실시예와 관련된 코일 안테나가 사용된 코일 안테나 시스템 전체의 직류 저항을 증가시키지 않고, 발생된 와류전류에 의하여, 통과 특성을 「둔화」시키는 것이 가능해진다. 즉, 코일 부품의 통과 특성의 변화폭을 억제하거나 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 와류전류 발생부재를 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 제조 비용을 저감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래 사용되고 있던 코일 안테나에 접속되는 직류 저항이 불필요하기 때문에, 코일 안테나 시스템 전체의 소형화 및 유니트(unit)화가 용이한 효과가 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 와류전류 발생부재를 부가함으로써 Q값을 조정하고, 통과 특성을 「둔화」시킴으로써, 송수신 신호의 통신 속도를 고속화할 수 있다. 이 결과, 키레스 엔트리 시스템에 있어서 정확한 ID정보를 통신할 수 있게 되 고, 그 결과, 안전성(security) 레벨을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명과 관련된 코일 부품이 적용된 코일 안테나는 와류전류 발생부재에 의하여, 여기된 자계의 일부 또는 모두가 와류전류 손실로 변환되는 현상이 이용되고 있다. 그러므로, 용이하게 Q값을 원하는 값으로 조정할 수 있다. 따라서, 코일 안테나에 저항소자를 외부 접속할 필요가 없게 되므로, 코일 안테나 시스템에 있어서 부품 점수가 저감되고, 직류 저항값이 저감될 수 있다. 또한, 와류전류 발생부재는 자성체 코어에 접촉하도록 설치됨으로써, 자계와 자속을 효율적으로 와류전류로서 변환하고, Q값을 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 예를 들면, 금속박막, 금속박대, 금속 도금막, 금속도막, 판 형상 부재 등을 와류전류 발생부재의 재료에 이용하는 경우는 그 두께 치수를 코일 안테나의 설계 조건의 허용 범위에 대해 적절하게 증감할 수 있다. 두께 치수를 증감함으로써, Q값의 조정 범위를 증감시킬 수 있다.
또한, 본 발명과 관련된 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에 있어서는 각각 직사각형 형상으로 형성된 와류전류 발생부재에 대해 설명하였지만, 와류전류 발생부재의 형상은 직사각형에 한정되지 않는다. 와류전류 발생부재는 외장부재에 접촉하는 구성이거나 외장부재 및 자성체 코어에 접촉하는 구성이어도 무방하다. 또한, 와류전류 발생부재는 자성체 코어 및/또는 외장부재의 적어도 2면 이상을 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 와류전류 발생부재는 코일의 형성 위치, 자속이나 자계 분포가 강한 위치에 집중적으로 와류전류를 발생할 수 있는 형상이면 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다.
코일 안테나의 공진 주파수의 특정은, 적어도 공진 주파수를 포함한 특정의 주파수대역에 있어서, 주파수를 변화시키면서 교류 전류를 인가하고, 그 전류값이 최대가 되었을 때의 주파수를 공진점으로서 판별함으로써 이루어진다.
이 때, 본 발명의 제 1의 실시예와 같이, 코일 안테나에 와류전류 발생부재를 형성한(Q값을 조정하고, 통과 특성을 둔화시킨) 후에 공진 주파수를 특정하려고 하면, 상술한 전류값의 변화량이 작아지기 때문에, 작업자의 눈으로 확인하여 공진 주파수를 특정하는 것이 곤란한 문제가 있다.
그러나, 본 발명에 관련된 제 2 실시예 내지 제 4 실시예는 내부 코일 소자가 형성된 후에 와류전류 발생부재가 형성되는 것이다. 이와 같이, 와류전류 발생부재를 부가한 경우에 발생되는 공진 주파수의 변화분(Δf)을 고려한 후 내부 코일 소자의 공진 주파수를 조정하고, 그 후 와류전류 발생부재를 형성함으로써, 적확한 공진 주파수를 가진 코일 안테나를 효율적으로 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 와류전류 발생부재는 도전성 금속 박을 사용한 테이프부재와 도전성 금속재료로 형성되는 박막과 도전성 금속재료로 형성되는 박대와, 도전성 금속재료를 이용한 도막과, 도전성 금속재료를 이용한 판 형상 부재 중, 어느 하나를 선택하거나, 또는 조합함으로써 형성된다. 따라서, 사용 상황, 제조 조건에 따라 자유롭게 와류전류 발생부재의 재질을 선택할 수 있고, 자유롭게 설계할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상술된 실시예와 관련된 코일 안테나는 키레스 엔트리 시스템이나, 전 파 시계에 적용하였지만, 그 외의 용도에 코일 부품으로서 이용할 경우에도 동일한 기능 및 효과를 얻을 수 있다.
**도면의 주요부호에 대한 설명**
10:코일 안테나 11:외장부재
12a, 12b: 하네스 단자 13:절연층
14:베이스 14a, 14b:홈부
15:코일 권취부 15a~15c:코일
16:본체부 17:콘덴서
18:자성체 코어 19a ~ 19c:와류전류 발생부재
20:코일 안테나 21:외장부재
25:코일 권취부 25a:코일
26:본체부 29a ~ 29c:와류전류 발생부재
30:코일 안테나 39a, 39b:와류전류 발생부재
40:코일 안테나 49a, 49b:와류전류 발생부재
50:코일 안테나 51:외장부재
52a, 52b:단자 전극 53a, 53b:차양부
55:코일 58:자성체 코어
59, 59a ~ 59d:와류전류 발생부재

Claims (6)

  1. 판형상으로 형성된 자성체 코어와;
    상기 자성체 코어에 감겨진 코일과;
    중공부를 갖는 직방체상의 박스로 형성된 외장부재; 및
    테이프 형태의 와류전류 발생부재를 포함하여 구성되며,
    상기 자성체 코어는 상기 외장부재의 중공부에 삽입됨과 동시에
    상기 와류전류 발생부재는 상기 자성체 코어 및 상기 외장부재에 부착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 부품.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 외장부재는 비전도성의 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 코일 부품.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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