説明

アンテナコイル

【課題】
アンテナコイルを薄型化するために、磁性体コアの厚さを薄くすると、ループアンテナとアンテナコイルとの間の結合係数が小さくなり、通信可能な距離が短くなる。
【解決手段】
平板状の磁性体コアの両端部にソレノイド状に巻回された第1のコイルと第2のコイルと、前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間の前記磁性体コアの表面に配置されたスパイラル状に巻回された第3のコイルとを配置し、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコイルとを、直列に接続する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、携帯機器端末等に内蔵され、近距離の非接触通信に用いられるアンテナコイルに係わる。
【背景技術】
【0002】
携帯端末等とリーダーライタとが近接して通信する非接触通信では、リーダーライタ(R/W)に内蔵されたリーダーライタ側アンテナと、携帯機器端末等に内蔵された端末側アンテナとを、電磁的に結合させることによって通信を行う。
リーダーライタ側のアンテナには、導線を枠状に巻線したループコイルが用いられ、端末側のアンテナには、平板状のフェライトに導線を巻線したアンテナコイルを用いられる。
【0003】
このような通信では、ループコイルとアンテナコイルとの結合係数によって、通信可能な距離が変動する。結合係数kは、ループコイルで発生した磁束Φに対する、アンテナコイルと鎖交する磁束Φの割合で表され、k=Φ/Φである。結合係数kが小さいと、通信可能な距離は短くなる。
【0004】
図6は、ループコイルと、従来のアンテナコイルとが非接触通信する斜視図を示す。
図6に示すように、長さl、幅w、厚さtの平板状の磁性体コア61に第1のコイル62と第2のコイル63がソレノイド状に巻回された端末側のアンテナコイル60が、略四角形の枠状に巻線されたループコイル70と対峙し、ループコイル70の対辺を横切るように配置されている。
第1のコイル62と第2のコイル63は、磁性体コア61の両端に巻回され、第1のコイル62と第2のコイル63は離間しているとともに、ループコイル70のそれぞれの対辺を横切るように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−35464号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
携帯機器の小型軽量化に伴い、特に端末側のアンテナコイルは薄型化が強く望まれている。そのため、従来のアンテナコイルは、磁性体コアの厚さを薄くして薄型化していた。
【0007】
図7は、ループコイルとアンテナコイルとの間の距離を一定とし、磁性体コアの厚さを変化させた場合の、ループコイルとアンテナコイルの結合係数の変化を示すグラフである。
図7において、横軸は磁性体コアの厚さt[mm]、縦軸は、結合係数kを示す。磁性体コアは、幅w=9[mm]、長さl=100[mm]である。
グラフより、例えば、磁性体コアの寸法が、幅w=9[mm]、厚さt=0.2[mm]、長さl=100[mm]の場合の結合係数は、約0.04であり、磁性体コアの厚さtが厚くなるに従い、結合係数kが大きくなることがわかる。
【0008】
図8は、図5のA−A断面における磁束のシミュレーション結果を示す。
ループコイル70に電流が流れると、ループコイル70の巻線を中心に磁束が発生する。
発生した一部の磁束は、アンテナコイル60の磁性体コア61の側面から磁性体コア61の内部に入射し、磁性体コア61の内部を曲げられながら進み、第1のコイル62または第2のコイル63の巻軸を貫き、磁性体コア61の端部から射出する。
一方、別の一部の磁束は、図中90a〜90dに示すように、磁性体コア61の側面から入射し、磁性体コアの内部を曲げられながら進み、第1のコイル62または第2のコイル63の巻軸を貫かずに磁性体コア61の反対の側面から出射する。このような磁束90a〜90dは、結合係数には寄与しない。
【0009】
磁性体コアの厚さを薄くすると、磁性体コアの中で十分に曲げられずに、第1のコイル62または第2のコイル63の巻軸を貫かずに、磁性体コアの反対の側面から出射してしまう磁束の割合が多くなり、その結果、ループアンテナとアンテナコイルの結合係数が小さくなる。
【0010】
このように、アンテナコイルを薄型化するために、磁性体コアを薄くすると、ループアンテナとアンテナコイルとの間の結合係数が小さくなり、通信可能な距離が短くなるという問題があった。
本発明の目的は、上記した問題を解決するためのものであり、アンテナコイルの磁性体コアを薄型化しても、結合係数の高いアンテナコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明のアンテナコイルは、
平板状の磁性体コアと、前記磁性体コアの両端部にソレノイド状に巻回され、夫々が離間して配置された第1のコイルと第2のコイルと、
前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間の、前記磁性体コアの表面に配置されたスパイラル状に巻回された第3のコイルと、
を備え、ループコイルに対峙して配置されるアンテナコイルであって、
前記磁性体コアの中心から前記第1のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第1のコイルに生じる電圧と、
前記磁性体コアの中心から前記第2のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第2のコイルに生じる電圧と、
前記表面から前記第3のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第3のコイルに生じる電圧とが
互いに強められるように、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコイルとを、直列に接続したことを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明のアンテナコイルによれば、端末側のアンテナコイルの磁性体コアの厚さを薄くしても、リーダーライタ側のアンテナコイルと端末側のアンテナコイルとの間の結合係数を大きくすることができる。その結果、薄型化しても通信可能な距離が短くならない、アンテナコイルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明のアンテナコイルを用いた非接触通信の一実施例を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】図1のアンテナコイルのコイルの接続を説明する図である。
【図4】図1の結合係数を示すグラフである。
【図5】図1の磁束のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】従来のアンテナコイルを用いた非接触通信の一実施例を示す斜視図である。
【図7】図6の結合係数を示すグラフである。
【図8】従来のアンテナコイルの結合係数のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を用いて本発明のアンテナコイルに係わる一実施例を説明する。
図1は、ループアンテナと、本発明のアンテナコイルとが非接触通信する一実施例の斜視図を示す。図2は、図1のA−A断面図を示す。
図1〜2に示すように、本発明のアンテナコイル10は、略四角形の枠状に巻線されたループコイル20に対峙し、ループコイル20の対辺を横切るように配置される。アンテナコイル10は、平板状の磁性体コア11と、磁性体コア11の両端に導線がソレノイド状に巻回された第1のコイル12および第2のコイル13と、第1のコイル12と第2のコイル13の間の磁性体コア11のループコイル20と対峙する表面に導線がスパイラル状に巻回された第3のコイル14とを備える。
第1のコイル12と第2のコイル13は、ループコイル20のそれぞれの対辺を横切るように配置されている。
【0015】
図3は、第1のコイル12と第2のコイル13と第3のコイル14の巻回方向および接続を詳しく説明する図である。図3に示すように、
磁性体コアの中心から、第1のコイル12の巻軸を貫き磁性体コアの一方の端部から磁性体コアの外に出る磁束を磁束31、
磁性体コアの中心から、第2のコイル13の巻軸を貫き磁性体コアの他方の端部から磁性体コアの外に出る磁束を磁束32、
磁性体コアの側面から、磁性体コアの内部に入る磁束を磁束30としたとき、
第1のコイル12と第2のコイル13と第3のコイル14とは、
磁束31により第1のコイル12の両端12a、12bの間に生じる電圧と、
磁束32により第2のコイル13の両端13a、13bの間に生じる電圧と、
磁束30により第3のコイル14の両端12b、13aの間に生じる電圧とが、
強め合うように、第1のコイル12と第3のコイル14と第2のコイル13とが直列に接続されている。
【0016】
図4は、アンテナコイルとループアンテナの間の距離を一定にして、磁性体コアの厚さtを変化させたときの、ループアンテナとアンテナコイルの結合係数の変化を示すグラフである。
図4において、横軸は磁性体コアの幅w[mm]、縦軸は、結合係数kを示す。磁性体コアは、厚さt=0.2[mm]、長さl=100[mm]である。
図4より、磁性体コアが、幅w=9[mm]、厚さt=0.2[mm]のときの結合係数は、約0.06であり、これは、図7に示した、磁性体コアが、幅w=9[mm]、厚さt=0.2[mm]のときの結合係数が、約0.04であることと比較して、結合係数が大きくなっていることがわかる。
【0017】
図5は、図1のA−A断面における磁束の、シミュレーション結果を示す。
図5に示すように、ループアンテナ20に電流が流れると、ループコイル20の周囲に磁束が発生する。
発生した磁束は、アンテナコイル10の磁性体コア11の表面から磁性体コア11の内部に入射し、磁性体コア11の内部を曲げられながら進み、一部の磁束は第1のコイル12または第2のコイル13の巻軸を貫く。さらに、磁性体コア11の側面から出射する磁束40a〜40dは、第3のコイル14の巻軸を貫いている。
このように、3つのコイルによって、アンテナコイル10を貫く磁束の数を多くすることができ、これによりリーダーライタ側のアンテナコイルと端末側のアンテナコイルとの間の結合係数を大きくすることができる。その結果、通信可能な距離を長くすることができる。
【0018】
本発明のアンテナコイルは、第1のコイルおよび第2のコイルを貫かない磁束があるにもかかわらず、第3のコイルを貫いた磁束によって、その分、結合係数を大きくできる。
第3のコイルは、ループコイルと対峙しない表面であってもよいが、第3のコイルをループコイルと対峙しない面に配置した場合は、磁束の間隔が広がっているので、対峙する面に配置した場合よりも大きな面積の第3のコイルが必要である。
【0019】
第3のコイルは、フレキシブルプリント基板上に印刷して作製することが可能であり、アンテナコイルの厚さを厚くせずに、結合係数の高いアンテナコイルとすることができる。第1のコイルおよび第2のコイルもフレキシブルプリント基板にパターンを作製してもよい。パターンの作製されたフレキシブルプリント基板を、磁性体コアに巻き付けて、パターンがソレノイド状のコイルになるようにパターンの端部を接続する。
また、磁性体コアは、第1のコイルと第2のコイルと第3のコイルで夫々分割されていてもよい。磁性体コアを分割することにより携帯機器への組み込みが容易になる。
【符号の説明】
【0020】
10、60 アンテナコイル
20、70 ループコイル
11、61 磁性体コア
12、62 第1のコイル
13、63 第2のコイル
14 第3のコイル

【特許請求の範囲】
【請求項1】
平板状の磁性体コアと、前記磁性体コアの両端部にソレノイド状に巻回され、夫々が離間して配置された第1のコイルと第2のコイルと、
前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間の、前記磁性体コアの表面に配置されたスパイラル状に巻回された第3のコイルと、
を備え、ループコイルに対峙して配置されるアンテナコイルであって、
前記磁性体コアの中心から前記第1のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第1のコイルに生じる電圧と、
前記磁性体コアの中心から前記第2のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第2のコイルに生じる電圧と、
前記表面から前記第3のコイルの巻軸を貫く方向の磁束により前記第3のコイルに生じる電圧とが
互いに強められるように、
前記第1のコイルと前記第2のコイルと前記第3のコイルとを、直列に接続したことを特徴とするアンテナコイル。
【請求項2】
前記第3のコイルは、フレキシブルプリント基板上に形成されていることを特徴とする請求項1記載のアンテナコイル。
【請求項3】
前記磁性体コアは、第1のコイルと第3のコイルの間と、第2のコイルと第3のコイルの間とで、3つに分解されていることを特徴とする請求項1乃至2記載のアンテナコイル。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−9071(P2013−9071A)
【公開日】平成25年1月10日(2013.1.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−139166(P2011−139166)
【出願日】平成23年6月23日(2011.6.23)
【出願人】(000003089)東光株式会社 (243)
【Fターム(参考)】