CN1691412B

CN1691412B - 线圈天线

Info

Publication number: CN1691412B
Application number: CN2004100849132A
Authority: CN
Inventors: 加藤义彦; 山本直治; 手嶋信; 佐藤光晴
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-10-10
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-10
Also published as: JP3964401B2; JP2005317674A; US20050237254A1; CN1691412A; US7030828B2

Abstract

公开了一种线圈天线，包括磁芯和绕所述磁芯缠绕的导线。所述磁芯由包括软磁粉末和有机粘合剂的混合物制成。所述磁芯具有特定的复磁导率，在10MHz或更小的频率范围内，其实部μ’为20或更大，而在10MHz或更大的频率范围内，其虚部μ”为10或更大，从而所述磁芯也能够用作噪声抑制器，以抵抗高频噪声。

Description

线圈天线

技术领域

本发明涉及一种线圈天线，用于发射和/或接收低频或中频频带内的无线电信号，例如从10kHz到5MHz的频率范围。更具体地，本发明涉及具有不同于发射和/或接收低频或中频信号的普通功能的另外功能的线圈天线。

背景技术

已经使用或提出了多种设备、系统或终端，用于发射和/或接收低频或中频的无线电信号。典型的公知系统是AM(幅度调制)无线电系统。相对较新的系统是无线电受控时计(timepiece)，如无线电受控时钟或无线电受控腕表等。其他相对较新的系统为车载定位器(immobilizer)、用于车辆或房屋的远程无钥匙进入系统、或RFID(射频标识)系统。对于与无线电受控腕表有关的更多信息，参见USP No.6,134,188。对于与用于车辆的远程无钥匙进入系统有关的更多信息，参见USP6,677,851。

上述设备等所共有的重要组件是天线，尤其是包括磁芯和绕磁芯缠绕的线圈的线圈天线。

线圈天线的公知磁芯由烧结铁氧体芯或由非晶态金属片构成的叠压芯制成。烧结铁氧体芯易碎，并且由于其硬度，不具有设计灵活性。叠压芯不易于加工并且较为昂贵，因此其制造成本较高。

在JP-A2001-337181中公开了另一种线圈天线。所公开的线圈天线用于无线电受控时计或腕表，并具有由铁氧体或金属的粉末颗粒或薄片和塑料粘合剂构成的磁芯。由于较为柔软，JP-A2001-337181的磁芯具有较高的冲击阻力，并且易于以较低成本形成。

发明内容

本发明的目的是提出一种不同类型的用于低频或中频频带的线圈天线，即，一种多功能线圈天线。

根据本发明的方案，一种线圈天线，包括磁芯和绕所述磁芯缠绕的线圈，其中所述磁芯由包括软磁粉末和有机粘合剂的混合物制成，并具有特定的复磁导率，在10MHz或更小的频率范围内，其实部μ’为20或更大，而在10MHz或更大的频率范围内，其虚部μ”为10或更大。

因为根据权利要求1所述的磁芯具有特定的复磁导率，所述线圈天线在低频或中频频带内具有较高的灵敏度，而且所述线圈天线的磁芯能够抑制从高频到超高频频率范围内的噪声。换句话说，根据本发明方案的线圈天线是一种多功能线圈天线，其还能够用作噪声抑制器。

通过阅读以下对优选实施例的描述以及通过参照附图，将使本发明的目的更加清楚并得到更为完整的理解。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的、用于信号发射的磁芯的f-μ特性的半对数曲线图；以及

图2是示出了包括根据本发明实施例的线圈天线的无线电受控腕表的平面图。

具体实施方式

本发明的实施例具有两个不同的线圈天线。一个用于信号发射，而另一个用于信号接收。每个线圈天线均包括磁芯和绕磁芯缠绕的导线。每个磁芯均由包括软磁粉末和有机粘合剂的混合物制成，并形成为柔性的可弯折的。软磁粉末包括多个颗粒，每个颗粒均涂覆有绝缘层。

在本实施例中，按照板形形成每个磁芯。具体地，用于信号发射的磁芯具有8×8×60mm³的尺寸，并将10T的导线缠绕在其上。用于信号接收的磁芯具有2×10×60mm³的尺寸，并将100T的导线缠绕在其上。每个导线均为聚亚安酯漆包铜线。通过堆叠多个比板形磁芯更薄的片形磁芯来形成每个板形磁芯。根据形成方法，为了制成大尺寸的磁芯，并不需要大压力机械。而且，为了制成复杂形状的磁芯并不需要复杂的模具或模子，因为通过使用切割机或剪刀能够容易地切割片形磁芯。所述磁芯可以具有带形。

通过在普通大气压下，铸造或塑模以及固化或硬化上述软磁粉末和有机粘合剂的混合物来获得本实施例的每个磁芯。为了获得本实施例的磁芯，并不需要压模和注模。

在本实施例中，用于信号发射的线圈天线和用于信号接收的另一线圈天线彼此类似，除了上述其尺寸和导线的磁通密度以外。现在，将对共有的问题进行解释。

本实施例的软磁粉末是Fe-Si-Al合金粉末，尤其是铝硅铁粉末(Sendust powder)。所述软磁粉末也可以是其他粉末。例如，所述软磁粉末可以是羰基铁粉末、铁氧体粉末或纯铁粉末。软磁粉末可以是由Fe-Si-Al合金、Fe-Ni合金(坡莫合金)、Fe-Co合金、Fe-Co-Si合金、Fe-Si-V合金、Fe-Co-B合金、Co基非晶态金属、Fe基非晶态金属或Mo-坡莫合金制成的粉末。此外，所述软磁粉末可以是上述粉末的组合。

在本实施例中，所述软磁粉末包括平坦颗粒。更具体地，每个平坦颗粒的长宽比为5或更大，并且其直径为大约35μm。

在本实施例中，绝缘层由非磁材料制成，尤其是氧化物薄膜。在软磁粉末的退火处理中形成本实施例的氧化物薄膜。也可以通过其他手段或方式获得氧化物薄膜。绝缘层可以由有机粘合剂制成。

本实施例的有机粘合剂为聚氯乙烯。将钛酸酯偶联剂添加在本实施例中的有机粘合剂中。可选地，可以使用硅烷偶联剂或铝酸盐偶联剂。此外，也可以不使用偶联剂。

有机粘合剂可以由另外的弹性剂制成。例如，所述有机粘合剂可以是热塑树脂，如由聚酯树脂、聚氯乙稀树脂、聚氯乙稀、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚亚安酯树脂、纤维素树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、苯氧基树脂、聚丙烯、聚碳酸酯树脂、ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂、聚乙烯醇树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯酸酯树脂或聚丙烯腈树脂或其共聚物制成的树脂。所述有机粘合剂可以是热固树脂，如由环氧树脂、酚醛树酯、酰胺树脂、酰亚胺树脂、己二烯酞酸脂树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂或硅树脂或其组合制成的树脂。可选地，所述有机粘合剂也可以是合成橡胶，如丁腈橡胶、丁苯橡胶或其组合。此外，所述有机粘合剂为塑性剂，假定其能够提供柔软可弯折的磁芯。可以在有机粘合剂中添加另外的偶联剂。

在本实施例中，软磁粉末的混合比例为80wt％，有机粘合剂和偶联剂的总混合比例为20wt％。软磁粉末在混合物中的混合比例可以在60wt％到95wt％的范围内(包括两端点)。有机粘合剂在混合物中的混合比例可以在5wt％到40wt％的范围内(包括两端点)。如果其中加入了偶联剂，则偶联剂在混合物中的混合比例为5wt％或更少。

所述混合物可以还包括有机阻燃剂，如由卤化物、溴化物聚合体或其组合制成的有机阻燃剂。

此外，所述混合物可以还包括电介质粉末。可选地，所述线圈天线可以还包括介电层，形成在磁芯的至少一部分上。例如，将所述介电层形成在板形磁芯的表面上。在这种情况下，绕磁芯和介电层缠绕导线。

此外，可以用防水壳覆盖线圈天线，所述防水壳由柔软的弹性体、硅树脂、树胶脂、聚酰胺树脂或聚酯树脂制成。

为了评估根据本实施例的用于信号发射和用于信号接收的线圈天线，形成上述线圈天线，并测量其特性。作为比较示例，以烧结铁氧体芯和缠绕在其上的导线形成两个线圈天线，比较线圈天线之一用于信号发射，而另一个用于信号接收。比较线圈天线具有与本实施例中的线圈天线相同的结构、形状和尺寸，除了磁芯的材料不一样以外。也对比较线圈天线的特性进行测量。测量结果如下。

本实施例的每个磁芯具有60或更大的橡胶硬度，依照JIS K 6253，利用A型硬度计测量。JIS是“日本工业标准”的缩写，JIS K 6253的标题为“硫化或热塑橡胶的硬度测量方法”。本实施例的磁芯的拉伸强度为3.8MPa，依照JIS K 6263进行测量。JIS K 6263的标题为“硫化或热塑橡胶——应力松弛的确定”。

用于信号发射的线圈天线和用于信号接收的线圈天线与用于信号发射的比较线圈天线和用于信号接收的比较线圈天线相比，具有优越的发射和接收特性。

此外，即使在弯折线圈天线时，仍然保持了优越的发射和接收特性。这是因为磁粉末颗粒彼此分离且独立，并工作为“微芯”。因为每个颗粒都涂覆有氧化物薄膜，即使在弯折线圈天线时，微芯的数量仍然不会发生改变。

此外，在图1的半对数曲线图中示出了用于信号发射的线圈天线的f-μ特性，其中其垂直轴示出了线圈天线的复磁导率的实部μ’和虚部μ”。曲线图的水平轴表示频率(MHz)。

参照图1，所述磁芯具有其实部μ’在10MHz或更低的频率范围内为70或更大而其虚部μ”在从10MHz到2000MHz的频率范围内为10或更大的复磁导率。具体地，在低频或中频频带，实部μ’是平坦部分，而虚部μ”保持为零或相当低的树脂，从而磁芯在低频或中频频带内具有较高的灵敏度。在高频频带，虚部μ”具有相对较大的数值，从而使线圈天线的磁芯可以用作优良的噪声抑制器，以抵抗高频噪声。线圈天线所需的f-μ特性并不局限于本实施例，而可以是特定的复磁导率，其实部μ’在10MHz或更低的频率范围内为20或更大，而其虚部μ”在10MHz或更高的频率范围内为10或更大。

上述线圈天线可以应用于包括能够发射/接收10kHz到5MHz范围内的无线电信号的无线电发射/接收系统的电子设备。在这种情况下，线圈天线还可以用作电子设备中的高频噪声抑制器。

图2示出了其中将上述线圈天线10应用于无线电受控腕表100的示例。无线电受控腕表100还包括机构20，用于依照通过使用线圈天线10接收到的无线电信号，自动调整时间。具体地，无线电受控腕表100包括外壳30和从外壳30悬垂的表带40。将图示的线圈天线10嵌入表带40之一。可选地，可以在与外壳30的底面平行的平面内弯曲线圈天线的磁芯，并沿着外壳30的四壁的内侧延伸。

此外，本实施例的线圈天线还可以应用于远程无钥匙进入系统，其中线圈天线用于接收从用户所携带的物体发射出来的用户标识信号。在车辆采用远程无钥匙进入系统的情况下，可以将线圈天线嵌入车辆中。更具体地，线圈天线可以包含在车辆的门把手中。

上述线圈天线可以用作多频带天线。例如，可以将单一的线圈天线用在针对无线电受控时计的频率和针对远程无钥匙进入系统的另一频率处。

Claims

1.一种线圈天线，包括磁芯和绕所述磁芯缠绕的导线，其中所述磁芯由包括软磁粉末和有机粘合剂的混合物制成，并具有特定的复磁导率，在10MHz或更小的频率范围内，其实部μ’为20或更大，而在10MHz或更大的频率范围内，其虚部μ”为10或更大。

2.根据权利要求1所述的线圈天线，其特征在于所述有机粘合剂是塑性剂。

3.根据权利要求1所述的线圈天线，其特征在于所述有机粘合剂是弹性剂。

4.根据权利要求3所述的线圈天线，其特征在于所述弹性剂是热塑树脂。

5.根据权利要求4所述的线圈天线，其特征在于所述热塑树脂由聚酯树脂、聚氯乙稀树脂、聚氯乙稀、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚亚安酯树脂、纤维素树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、苯氧基树脂、聚丙烯、聚碳酸酯树脂、丙烯睛-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物树脂、聚乙烯醇树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯树脂、聚酰胺树脂、聚丙烯酸酯树脂或聚丙烯腈树脂或其共聚物制成。

6.根据权利要求3所述的线圈天线，其特征在于所述弹性剂是热固树脂。

7.根据权利要求6所述的线圈天线，其特征在于所述热固树脂由环氧树脂、酚醛树酯、酰胺树脂、酰亚胺树脂、己二烯酞酸脂树脂、不饱和聚酯树脂、三聚氰胺树脂、尿素树脂或硅树脂或其组合制成。

8.根据权利要求3所述的线圈天线，其特征在于所述弹性剂是合成橡胶。

9.根据权利要求8所述的线圈天线，其特征在于所述合成橡胶由丁腈橡胶、丁苯橡胶或其组合制成。

10.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于所述软磁粉末是羰基铁粉末、铁氧体粉末、纯铁粉末、由Fe-Si-Al合金、Fe-Ni合金、Fe-Co合金、Fe-Co-Si合金、Fe-Si-V合金、Fe-Co-B合金、Co基非晶态金属、Fe基非晶态金属或Mo-坡莫合金制成的粉末、或其组合。

11.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于所述有机粘合剂在所述混合物中的混合比例，按照重量，在从百分之5到百分之40的范围内，包括两个端点值，以及所述软磁粉末在所述混合物中的另一混合比例，按照重量，在从百分之60到百分之95的范围内，包括两个端点值。

12.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于所述混合物还包括有机阻燃剂。

13.根据权利要求12所述的线圈天线，其特征在于所述有机阻燃剂由卤化物聚合体、溴化物聚合体或其组合制成。

14.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于所述软磁粉末包括多个平坦颗粒。

15.根据权利要求14所述的线圈天线，其特征在于每个平坦颗粒的长宽比为5或更大。

16.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于将所述磁芯形成为柔软可弯折的。

17.根据权利要求16所述的线圈天线，其特征在于通过在普通大气压下，铸造或塑模以及固化或硬化所述混合物来获得所述磁芯。

18.根据权利要求16所述的线圈天线，其特征在于所述软磁粉末包括每个均涂覆有绝缘层的多个颗粒。

19.根据权利要求18所述的线圈天线，其特征在于所述绝缘层由非磁材料制成。

20.根据权利要求19所述的线圈天线，其特征在于所述非磁材料是氧化物薄膜。

21.根据权利要求19所述的线圈天线，其特征在于所述非磁材料是有机粘合剂。

22.根据权利要求16所述的线圈天线，其特征在于所述磁芯为板形、片形或带形。

23.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于所述混合物还包括电介质粉末。

24.根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其特征在于还包括形成在所述磁芯的至少一部分上的介电层，其中绕所述磁芯和所述介电层缠绕所述导线。

25.一种包括能够发射/接收10kHz到5MHz范围内的无线电信号的无线电发射/接收系统的电子设备，其中所述无线电发射/接收系统包括根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，而且所述线圈天线还用作所述电子设备中的高频噪声抑制器。

26.一种无线电受控腕表(100)，包括：根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线(10)；以及机构(20)，用于依照通过使用所述线圈天线(10)接收到的无线电信号，自动调整时间。

27.根据权利要求26所述的无线电受控腕表(100)，其特征在于还包括外壳(30)和从外壳(30)悬垂的表带(40)，其中将所述线圈天线(10)设置于所述表带(40)。

28.根据权利要求26所述的无线电受控腕表，其特征在于还包括外壳和从外壳悬垂的表带，其中：所述外壳包括底面和四壁；并且在与所述底面平行的平面内弯曲线圈天线的磁芯，并沿着所述四壁的内侧延伸。

29.一种远程无钥匙进入系统，包括根据权利要求1到9中任一所述的线圈天线，其中所述线圈天线用于接收从用户所携带的物体发射出来的用户标识信号。

30.一种采用了根据权利要求29所述的远程无钥匙进入系统的车辆，其中将所述线圈天线嵌入所述车辆中。

31.根据权利要求30所述的车辆，其中所述线圈天线包含在所述车辆的门把手中。