TW201417402A - 電子機器及線圈模組 - Google Patents

Abstract

提供一種組裝有發揮良好通訊特性之線圈模組之電子機器。一種電子機器，組裝有線圈模組(1)，其特徵在於：線圈模組(1)具備：捲繞成面狀之環形線圈(5)、以及藉由磁性材料形成且與環形線圈(5)一部分重疊之片狀磁性片(4)；磁性片(4)係配設於從至少環形線圈(5)之中心起之一方側。

Description

電子機器及線圈模組

本發明係關於內藏有具備環形線圈與磁性片之線圈模組之電子機器。本申請係以日本2012年10月17日申請之日本專利申請號特願2012-230267為基礎主張優先權，參照此申請並沿用於本申請。

在近年之無線通訊機器中，搭載有電話通訊用天線、GPS用天線、無線LAN/BLUETOOTH(註冊商標)用天線、進而有RFID(Radio Frequency Identification)之類的複數個RF天線。除此之外，隨著非接觸充電之導入，亦開始有搭載電力傳送用之環形線圈。非接觸充電方式所使用之電力傳送方式，可舉出電磁感應方式、電波收訊方式、磁共振方式等。此等方式均係利用一次側線圈與二次側線圈間之電磁感應或磁共振，但在例如非接觸充電之Qi規格或RFID之NFC(Near Field Communication)規格中係利用電磁感應。

天線模組為了確實地進行通訊，必需以天線線圈接收來自讀寫器等發訊器之某值以上之磁通。因此，習知例之天線模組中，係於行動電話之殼體設置環形線圈，以此線圈接收來自讀寫器之磁通。

例如，專利文獻1中，作為提升內設在行動終端裝置之環形天線之特性之方法，提案有在內設電池周圍配置可撓性纜線或平板纜線之方法。

[先行技術文獻]

專利文獻1：日本特開2005-303541號公報

上述專利文獻1記載之發明，由於在殼體內之間隙配置天線，因此不易使其形狀成為一定，由於電感之變化量變大，因此具有諧振頻率之變動大之問題。

尤其是，在以可撓性纜線形成天線之情形，上述專利文獻1記載之發明，由於不易調整配線間之分布電容，因此具有諧振頻率之調整需要較多步驟之問題。

再者，循環線圈，通過環形線圈之來自讀寫器之磁通，係在線圈之導線旋繞於一方向之環形線圈之一方側與線圈之導線旋繞於另一方向之環形線圈之另一方側使相反方向之電流產生，而亦產生無法以良好效率耦合的問題。

本發明係有鑑於上述實情所提案者，其目的在於提供組裝有發揮良好通訊特性之線圈模組之電子機器及線圈模組。

為了解決上述問題，本發明之電子機器，組裝有線圈模組，其特徵在於：上述線圈模組具備：捲繞成面狀之環形線圈、以及藉由磁性材料形成且與上述環形線圈一部分重疊之片狀磁性片；上述磁性片係配設於從上述環形線圈之至少中心起之一方側。

又，本發明之線圈模組，係使其一部分重疊於配設在電子機器殼體內部之內部構造物而配置，其特徵在於：上述線圈模組具備：捲繞成面狀之環形線圈、以及藉由磁性材料形成且與上述環形線圈一部分重疊之片狀磁性片；上述磁性片係配設於從上述環形線圈之至少中心起之一方側。

根據本發明，線圈模組由於磁性片重疊於從環形線圈中心起之一方側，因此在該一方側能以良好效率引入磁通，且使另一方側之發電效率降低，而能使與在該一方側產生之電流為相反方向之電流量相對降 低。藉此，線圈模組具備良好之通訊特性。

1‧‧‧線圈模組

1a‧‧‧重疊部

1b‧‧‧突出部

4‧‧‧磁性片

5‧‧‧天線線圈

6‧‧‧接著劑層

7‧‧‧可撓性基板

10‧‧‧內部構造物

10a‧‧‧主面部

20‧‧‧電子機器殼體

20a‧‧‧側壁

30‧‧‧攜帶電話

40‧‧‧無線通訊系統

41‧‧‧讀寫器

42‧‧‧記憶體模組

43‧‧‧天線

44‧‧‧控制基板

45‧‧‧電池罐

45a‧‧‧面部

圖1係顯示適用本發明之線圈模組之立體圖。

圖2A係顯示適用本發明之線圈模組之俯視圖，圖2B係剖面圖。

圖3係顯示適用本發明之電子機器內部之立體圖。

圖4係顯示適用本發明之電子機器內部之剖面圖。

圖5係顯示無線通訊系統之概略構成之立體圖。

圖6係顯示比較例之線圈模組之俯視圖。

圖7係顯示比較例之構成之立體圖。

圖8係顯示比較例之耦合係數與讀寫器之移動距離之關聯之圖表。

圖9係顯示實施例之線圈模組之俯視圖。

圖10係顯示實施例之構成之立體圖。

圖11係顯示實施例之耦合係數與讀寫器之移動距離之關聯之圖表。

以下，參照圖式詳細說明用以實施適用本發明之電子機器。此外，本發明不僅限定於以下實施形態，當然能在不脫離本發明要旨之範圍內進行各種變更。又，圖式為示意顯示，因此各尺寸之比例等有與現實之構件相異之情形。具體之尺寸等應參酌以下說明判斷之。又，當然在圖式相互間亦包含彼此尺寸之關係或比例相異之部分。

[天線裝置之構成]

適用了本發明之電子機器係例如攜帶電話等攜帶型電子機器，組裝有線圈模組1。線圈模組1係實現近距離無線通訊功能者。具體而言，適用了本發明之線圈模組1如圖1、2所示，係NFC等RFID用之模組，具備藉由磁性材料形成之片狀之磁性片4、貼附磁性片4之旋繞成面狀之螺旋線圈狀 之天線線圈5。

磁性片4例如由NiZn系肥粒鐵之燒結體構成。預先於高溫環境下，燒結較薄且塗布為片材狀之肥粒鐵粒子，藉此使其成為片材，其後以既定形狀進行脫模，藉此形成磁性片4。或者，亦可預先以與最終形狀相同之形狀，將肥粒鐵粒子塗布為片狀且進行燒結，藉此形成磁性片4。此外，對於磁性片4而言，亦可將肥粒鐵粒子填入至具有長方形剖面之模具，將肥粒鐵粒子燒結為俯視矩形狀的長方體，且較薄地切割該燒結體，藉此獲得既定之形狀。

此外，磁性片4亦可包含由軟磁性粉末構成之磁性粒子與作為結合材之樹脂。

又，磁性粒子可使用肥粒鐵等氧化物磁性體、鐵矽鋁合金、坡莫合金等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系等結晶系、微結晶系磁性體、或者Fe-Si-B系、Fe-Si-B-C系、Co-Si-B系、Co-Zr系、Co-Nb系、Co-Ta系等非晶質金屬磁性體之粒子。

其中，NFC等RFID用天線模組中所使用之磁性片4可較佳地使用上述NiZn系肥粒鐵作為磁性材料。

結合材可使用因熱、紫外線照射等而硬化之樹脂等。例如可使用環氧樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、不飽和聚酯等樹脂、或者聚矽氧橡膠、胺酯橡膠、丙烯酸橡膠、丁基橡膠、乙丙烯橡膠等眾所周知之材料作為結合材。此外，對於結合材而言，亦可於上述樹脂或橡膠中，適量地添加阻燃劑、反應調節劑、交聯劑或矽烷耦合劑等表面處理劑。

此外，磁性片4並非僅限於由單一之磁性材料構成之情形，亦可混合地使用兩種以上之磁性材料，或者亦可積層為多個層而形成。又， 磁性片4可為相同之磁性材料，亦可選擇磁性粒子之複數種粒徑及/或形狀而進行混合，或者亦可積層為多個層而形成。

天線線圈5係於由聚醯亞胺等形成之可撓性基板7上，呈螺旋線圈狀地形成由Cu箔等構成之導電圖案而成。可撓性基板7，形成為大致矩形狀，形成有沿著外側緣旋繞成大致矩形之天線線圈5。

磁性片4，係隔著接著劑層6重疊於可撓性基板7之一面7a上。接著劑層6能使用接著劑或接著帶等公知物品。又，磁性片4與天線線圈5之至少一部分重疊。藉此，線圈模組1以良好效率將磁通引入天線線圈5，藉由與讀寫器感應耦合而磁耦合，接收經調變之電磁波。受訊訊號，經由與天線線圈5連續之端子部被供應至記憶體。

[本案構成]

此處，磁性片4係對應於可撓性基板7之形狀而形成為大致矩形，重疊於從至少天線線圈5之中心起之寬度方向一方側。藉此，線圈模組1中，在重疊有磁性片4之寬度方向之一方側，相較於未重疊有磁性片4之寬度方向之另一方側其耦合效率更加提升。

此處，如圖2所示，線圈模組1中，通過天線線圈5之來自讀寫器之磁通F，在線圈之導線往一方向旋繞之天線線圈5之一方側與線圈之導線往另一方向旋繞之天線線圈5之另一方側會使相反方向之電流產生，而無法以良好效率耦合。

然而，線圈模組1中，由於磁性片4重疊於從天線線圈5之中心起之寬度方向一方側，因此在該一方側能以良好效率引入磁通，且使在寬度方向之另一方側之發電效率降低，而能使與在該一方側產生之電流為相反方向之電流量相對降低。藉此，線圈模組1能具備良好之通訊特性。

此外，雖磁性片4只要有一部分重疊於從天線線圈5之捲 繞中心起之寬度方向之一方側，即能發揮上述之效果，但較佳為與該一方側之全區域重疊。

此線圈模組1在組裝入電子機器之殼體內時，如圖3及圖4所示，具有天線線圈5之一部分與電子機器殼體之內部構造物10重疊之重疊部1a、以及較內部構造物10之主面部10a更往外側突出之突出部1b。

此處，內部構造物10，具有與進行通訊之讀寫器對向之主面部10a，片狀之線圈模組1，係重疊配置於此主面部10a。亦即，線圈模組1，配置成形成有天線線圈5之可撓性基板7一部分與設於電子機器殼體內之電池罐等內部構造物10重疊且從此內部構造物10之外緣部往外側突出。藉此，線圈模組1中，天線線圈5亦一部分與內部構造物10重疊且另一部分不與內部構造物10重疊。

此磁性片4，較佳為重疊於該天線線圈5之與內部構造物10重疊之面側之天線線圈5不與內部構造物10重疊之一方側。特別是，在內部構造物10為電池罐等金屬體之情形，線圈模組1，因在與內部構造物10重疊之天線線圈5之寬度方向之另一方側中磁場成分與金屬體干涉(耦合)而天線線圈5之電感實質地減少，而有共振頻率偏移之虞，且因著電感之實質減少，收訊感度亦降低。另一方面，線圈模組1中，在磁性片4重疊之天線線圈5之寬度方向之一方側，並無與金屬體之干涉，且如上述能以良好效率引入磁通。

藉此，線圈模組1，能抑制在重疊部1a之耦合，使與在突出部1b產生之電流為相反方向之電流量相對降低，且藉由磁性片4從重疊部1a往突出部1b誘導磁通，促進在突出部1b之耦合，能謀求通訊特性之提升。

又，線圈模組1，由於設於突出部1b之磁性片4不與電池罐等內部構造物10重疊，因此在此電子機器殼體內，線圈模組1中僅形成 有天線線圈5之可撓性基板7與內部構造物10重疊，磁性片4則不重疊。因此，電子機器殼體，在內部構造物10之厚度方向上能謀求薄型化磁性片4及接著劑層之厚度量。

[其他構成1]

又，線圈模組1較佳為從天線線圈5之中心起之另一方側全區域與內部構造物10重疊。藉此，線圈模組1能盡可能地減小天線線圈5之在該另一方側之電流量。亦即，能盡可能地減小與在天線線圈5之一方側之電流為相反方向之電流。

[其他構成2]

又，線圈模組1較佳為，天線線圈5之中心配合內部構造物10之外緣部設置，磁性片4設於不與天線線圈5之與內部構造物10重疊之面側之內部構造物10重疊之位置、亦即設於突出部1b。

藉此，貼附有磁性片4之天線線圈5之一方側不會受到金屬體之影響，且能藉由磁性片4以良好效率引入磁通。

[近距離無線通訊系統]

其次，說明藉由線圈模組1之近距離無線通訊功能。例如圖5所示，線圈模組1係組裝於例如攜帶電話30之殼體20內部，線圈模組1作為RFID用之無線通訊系統40來使用。

無線通訊系統40係讀寫器41與線圈模組1一起對組裝於攜帶電話30之記憶體模組42進行存取者。此處，線圈模組1與讀寫器41係配置成在三維正交座標系xyz之xy平面中彼此對向。

讀寫器41係發揮對在xy平面中彼此對向之線圈模組1之天線線圈5於z軸方向發送磁場之發訊器功能，具體而言，具備對天線線圈5發送磁場之天線43、以及與記憶體模組42進行通訊之控制基板44。

亦即，讀寫器41配設有與天線43電連接之控制基板44。 於此控制基板44構裝有由一個或複數個積體電路晶片等電子零件構成之控制電路。此控制電路係根據透過天線線圈5而從記憶體模組42接收之資料執行各種處理。例如，在控制電路對記憶體模組42發送資料時，係將資料編碼，根據已編碼之資料調變既定頻率(例如13.56MHz)之載波，增幅已調變之調變訊號，以已增幅之調變訊號驅動天線43。又，控制電路在從記憶體模組42讀出資料時，係增幅以天線43接收之資料之調變訊號，將已增幅之資料之調變訊號解調，將已解調之資料解碼。此外，控制電路係使用在一般讀寫器使用之編碼方式及調變方式，例如使用曼徹斯特編碼方式或ASK(Amplitude Shift Keying)調變方式。

線圈模組1，由天線線圈5接收從讀寫器41發送之磁場而與讀寫器41感應耦合，將訊號供應至組裝於攜帶電話30之記憶媒體即記憶體模組42。

天線線圈5在接收從讀寫器41發訊之磁場後，與讀寫器41藉由感應耦合而磁氣耦合，接收經調變之電磁波，透過端子部8a、8b將收訊訊號供應至記憶體模組42。

記憶體模組42藉由流動於天線線圈5之電流而被驅動，與讀寫器41之間進行通訊。具體而言，記憶體模組42係將所接收之調變訊號解調，將已解調之資料解碼，並將已解碼之資料寫入該記憶體模組42所具有之內部記憶體。又，記憶體模組42從內部記憶體讀出對讀寫器41發送之資料，將所讀出之資料編碼，根據已編碼之資料將載波調變，並將透過藉由感應耦合而磁氣耦合之天線線圈5所調變之電波發送至讀寫器41。

以上，雖說明作為本發明之線圈模組1而適用於RFID用之天線模組之情形為例，但本發明除了可適用於RFID用之天線模組以外，亦可適用於例如Qi等非接觸充電用之模組或其他之天線模組。

[實施例]

其次，說明將適用本發明之線圈模組1與習知之線圈模組加以比較之實施例。實施例及比較例，均如圖7及圖10所示，使線圈模組與讀寫器對向配置，以模擬求出使讀寫器徐徐地往圖7及圖10中箭頭Y軸方向移動時之k值之變化。

<比較例>

如圖6所示，比較例之線圈模組50具有沿著可撓性基板之外側緣形成之天線線圈51、以及將磁通引入天線線圈51之磁性片53，磁性片53插入天線線圈51之中心。又，線圈模組50，係使相對向之長度方向側緣部之一方側相鄰於視為內部構造物10之金屬板55而配置，與金屬板55一起對向於讀寫器41。

磁性片4具有與天線線圈51大致相同寬度，重疊於天線線圈51之大致全區域。又，磁性片4，在從天線線圈51中心起靠金屬板55側，磁性片4係配置於讀寫器41側，而在從天線線圈51中心起靠與金屬板55相反側，天線線圈51配置於讀寫器41側。

針對從使此線圈模組50與讀寫器41對向之既定位置使讀寫器41與線圈模組50之相對位置關係變化時之通訊特性進行了評估。

作為具體之評估條件，如下所述。亦即，設讀寫器41之天線43為以xy軸方向規定之外形70mm×70mm且1.5mm節距之2匝線圈。又，設線圈模組50之天線線圈51為以xy軸方向規定之外形30mm×10mm且1mm節距之4匝線圈。線圈模組50之磁性片53，係使用以保護膜覆蓋非透磁率120、厚度0.2mm之肥粒鐵片者，透過接著劑層接著於天線線圈51之全面。

金屬板為以xy軸方向規定之外形為100mm×50mm且厚度1.0mm之不鏽鋼。又，金屬板55與天線線圈51之距離為1.0mm。進而，以z軸方向規定之從讀寫器41之天線43至天線線圈51之距離為40mm。

此處，作為顯示讀寫器41與天線線圈51之相對位置關係 之值，使用下述a。亦即，a係在假定通過讀寫器41之天線43中心之z軸方向之軸線43a與通過金屬板55中心之z軸方向之軸線55a時，設兩軸線43a,55a一致之位置為0(mm)，並從該處使讀寫器41往圖7中箭頭Y方向及相反箭頭Y方向移動時之兩軸線43a,55a間之距離。

在上述條件下，模擬求出使a之值從-30mm變化至+30mm為止時之天線線圈51之耦合係數。耦合係數之變化係顯示於圖8。

<實施例>

本實施例中，如圖9所示，使用磁性片4貼附於從天線線圈5中心起之一方側之線圈模組1。線圈模組1中，從天線線圈5中心起之另一方側為重疊於金屬板55上之重疊部1a，天線線圈5中心配合金屬板55之外緣部而配置，從天線線圈5中心起之一方側為較金屬板55突出之突出部1b。又，磁性片4貼附於從天線線圈5中心起之一方側突出部1b之全區域。

因此，本實施例亦同樣地，使線圈模組1與讀寫器41對向，針對使讀寫器41與線圈模組1之相對位置關係變化時之通訊特性進行了評估。

具體之評估條件，關於讀寫器41、金屬板55、從讀寫器41之天線43至天線線圈5為止之距離，係與上述之比較例相同。設線圈模組1之天線線圈5為以xy軸方向規定之外形30mm×20mm且1.5mm節距之4匝線圈。磁性片4與比較例之磁性片53相同，係使用以保護膜覆蓋非透磁率120、厚度0.2mm、以xy軸方向規定之外形30mm×10mm之肥粒鐵片者，透過接著劑層接著於天線線圈1之突出部1b。

作為顯示讀寫器41與天線線圈5之相對位置關係之值，係與比較例同樣地，使用在假定通過讀寫器41之天線43中心之z軸方向之軸線43a與通過金屬板55中心之z軸方向之軸線55a時，設兩軸線43a,55a一致之位置為0(mm)，並從該處使讀寫器41往圖10中箭頭Y方向及相反箭 頭Y方向移動時之兩軸線43a,55a間之距離a。

在上述條件下，模擬求出使a之值從-30mm變化至+30mm為止時之天線線圈5之耦合係數。耦合係數之變化係顯示於圖11。根據實施例，可知耦合係數較比較例更為提升。雖此係因天線線圈5之尺寸較大而實施例較比較例更為有利，但至少可說是實施例具有與比較例同等以上之耦合係數。

之所以如此，係藉由實施例之線圈模組1，抑制在與貼附有磁性片4之天線線圈5一方側之電流為相反方向之電流量，且能藉由磁性片4以良好效率引入磁通之故。

亦即，根據實施例之構成，能實現良好之通訊特性。又，實施例中，磁性片4不重疊於金屬板55，能謀求電子機器殼體之寬度方向之薄形化，而能提供使用了於狹小空間亦能搭載之線圈模組之電子機器。

1‧‧‧線圈模組

1a‧‧‧重疊部

1b‧‧‧突出部

4‧‧‧磁性片

5‧‧‧天線線圈

10‧‧‧內部構造物

Claims (11)

1. 一種電子機器，組裝有線圈模組，其特徵在於：上述線圈模組具備：捲繞成面狀之環形線圈、以及藉由磁性材料形成且與上述環形線圈一部分重疊之片狀磁性片；上述磁性片係配設於從上述環形線圈之至少中心起之一方側。
2. 如申請專利範圍第1項之電子機器，其中，上述磁性片係與上述環形線圈之上述一方側之全區域重疊。
3. 如申請專利範圍第1或2項之電子機器，其中，上述線圈模組中，上述環形線圈係從與殼體之內部構造物重疊之位置配設於不與該內部構造物重疊之位置。
4. 如申請專利範圍第3項之電子機器，其中，上述磁性片不與上述內部構造物重疊。
5. 如申請專利範圍第3項之電子機器，其中，上述線圈模組中，從上述環形線圈中心起之另一方側與上述內部構造物重疊。
6. 如申請專利範圍第4項之電子機器，其中，上述線圈模組中，從上述環形線圈中心起之另一方側與上述內部構造物重疊。
7. 如申請專利範圍第5項之電子機器，其中，上述線圈模組中，上述環形線圈中心係配合上述內部構造物之外緣部而設置。
8. 如申請專利範圍第6項之電子機器，其中，上述線圈模組中，上述環形線圈中心係配合上述內部構造物之外緣部而設置。
9. 如申請專利範圍第3項之電子機器，其中，上述內部構造物係金屬體。
10. 一種線圈模組，係使其一部分重疊於配設在電子機器殼體內部之內部構造物而配置，其特徵在於： 上述線圈模組具備：捲繞成面狀之環形線圈、以及藉由磁性材料形成且與上述環形線圈一部分重疊之片狀磁性片；上述磁性片係配設於從上述環形線圈之至少中心起之一方側。
11. 如申請專利範圍第10項之線圈模組，其中，上述磁性片係與上述環形線圈之上述一方側之全區域重疊。