Antenna unit

この発明は、例えば、自動車のドアの施錠及び解錠を無線操作により行うためのキーレスエントリーシステムなどに用いるアンテナユニットに関するものである。

従来のアンテナユニットにおける３軸アンテナとしては、１つのコアに３軸の巻線が施されたものが知られている。 これに対し、２軸アンテナと１軸アンテナを組み合わせて３軸アンテナとしたものが特開２００３−９２５０９号公報に示されている。 しかしながら、上記のものは２軸アンテナにおいて一方の軸における巻線と他方の軸における巻線とが重なっているため、厚みが生じ、高さ方向の小型化に適していない。

これに対し、２軸アンテナとしては、上記文献には十文字型のコアに巻線を施したものが示されており、これを用いて適切な３軸アンテナを提供することにより、上記高さ方向の小型化の要望に応え得る（特許文献１参照）。

解決しようとする課題は、十文字型のコアに巻線を施したものを用いて直交座標系におけるＸＹＺのいずれの方向についても偏りのない感度を実現することである。

本発明に係るアンテナコイルユニットは、直交座標系におけるＸ軸方向に突出した一対のＸ軸アームと、前記Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に突出した一対のＹ軸アームとを備える十字型コアと、前記Ｘ軸アームに巻回されたＸ軸巻線と、前記Ｙ軸アームに巻回されたＹ軸巻線と、前記Ｘ軸アームの先端部及び前記Ｙ軸アームの先端部の外側に前記十字型コアを囲んだ状態に設けられるＺ軸巻線と、前記十字型コア及び前記Ｚ軸巻線とを収容する有底ケースと、前記十字型コアが前記有底ケースにおいてセットされた場合に、前記Ｘ軸アームの先端部及び前記Ｙ軸アームの先端部をそれぞれ挟持し、Ｘ軸アーム及び前記Ｙ軸アームのＺ軸方向位置を決定する４つの挟持片とを具備したことを特徴とする。

本発明に係るアンテナコイルユニットは、前記有底ケースの四隅には凸部が形成され、この凸部により挟まれた溝に前記十字型コアの前記一対のＸ軸アーム及び前記一対のＹ軸アームが配置されることを特徴とする。

本発明に係るアンテナコイルユニットは、前記凸部に凹部が形成され、この凹部に前記挟持片が配置されることを特徴とする。

本発明に係るアンテナコイルユニットでは、前記挟持片には、巻線端部を絡げるための突片が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るアンテナコイルユニットによれば、十字型コアのＸ軸アームに巻回されたＸ軸巻線と、Ｙ軸アームに巻回されたＹ軸巻線と、Ｘ軸アームの先端部及びＹ軸アームの先端部の外側に前記十字型コアを囲んだ状態に設けられるＺ軸巻線を具備しているので、各アームの先端部に近接するＺ軸巻線から各アームの先端へ入り込む磁束の数が略同数となり、ＸＹＺ軸巻線に関して偏りのない感度を実現することができる。

本発明に係るアンテナコイルユニットによれば、巻線が重ならないので高さ方向に小型化を実現でき、十字型コアが有底ケースにおいてセットされた場合に、Ｘ軸アームの先端部及びＹ軸アームの先端部をそれぞれ挟持し、Ｘ軸アーム及びＹ軸アームのＺ軸方向位置を決定する挟持片を備えているので、十字型コア、Ｘ軸アーム及びＹ軸アームの高さ方向の位置決めを容易に適切に行うことができ、各軸の結合を回避することが可能となり、ＸＹＺ軸巻線に関して偏りのない感度を実現することができる。

本発明に係るアンテナコイルユニットの実施例を示す斜視図。

本発明に係るアンテナコイルユニットに用いられるケースを示す斜視図。

本発明に係るアンテナコイルユニットに用いられる挟持片の斜視図。

本発明に係る３軸アンテナにおける巻線を施していない状態の斜視図。

本発明に係る３軸アンテナの斜視図。

本発明に係る３軸アンテナの巻線方法を示す斜視図。

本発明に係るアンテナコイルユニットにおける巻線を施していない状態の斜視図。

本発明に係るアンテナコイルユニットの実施例を示す正面図。

図８の本発明に係るアンテナコイルユニットについてのＡ−Ａ断面図。

本発明に係るアンテナコイルユニットの高さ方向の位置合わせに関する効果を説明するための断面図。

本発明に係る受信装置の第１の実施例を示す回路図。

本発明に係る受信装置の第２の実施例を示す回路図。

本発明に係る受信装置の第３の実施例を示す回路図。

本発明に係る受信装置において図１１に示すＣＣＳ結線を行った場合の周波数特性を示す図。

本発明に係る受信装置において図１１と異なるＦＦＦ結線を行った場合の周波数特性を示す図。

本発明に係る３軸アンテナの巻線方法を示す斜視図。

本発明に係る３軸アンテナの巻線方法を示す斜視図。

ＸＹＺ軸巻線に関して偏りのない感度を実現するという目的を、十字型コアにＸＹ軸巻線を施し、Ｚ軸巻線をＸ軸アームの先端部及びＹ軸アームの先端部の外側に前記十字型コアを囲んだ状態に設けることにより実現した。 以下、添付図面を参照して本発明に係る３軸コイル、アンテナコイルユニット及び受信装置の実施例を説明する。 各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本発明の第１の実施例に係るアンテナコイルユニットを、図１に示す。 ケース１は、斜視図を図２に示すように、１対の側壁が切欠されているが、ほぼ角筒状の有底ケースであり、例えば樹脂により構成される。 このケース１の底部には、底面をほぼ９等分した４角の位置に４分の１の扇状の凸部１２が形成され、この凸部１２の間に、巻線が施された図５に示される十字型コア２を収容するための溝１１が上記十字型コア２の十字形状に応じて形成されている。 十字型コア２は図４に示されるように、中央部に角柱状の基部２１を有し、この基部２１から９０度異なる４方向にＸ軸アーム２２ａ、２２ｂ、Ｙ軸アーム２３ａ、２３ｂが延びている。 また、ケース１の底面中央部には、図２に示すように突起１３が形成され、上記十字型コア２の基部２１に形成された穴に挿入され、十字型コア２の位置決めを行う構成とされている。 十字型コア２のＸ軸アーム２２ａ、２２ｂ、Ｙ軸アーム２３ａ、２３ｂの各先端部２２ａａ、２２ｂｂ、２３ａａ、２３ｂｂは、幅広に形成されている。 これにより先端部の面積が広くなるため、磁束が発生し、アンテナの感度が向上する。

この各先端部２２ａａ、２２ｂｂ、２３ａａ、２３ｂｂを挟持する挟持片４が図３に示されている。 挟持片４は、長尺の受部４１の両端部から立ち上がった挟持部４２、４２を有し、挟持部４２、４２の上側部には、このケース１の底部に形成された穴部に配置されたときに下方へ落ち込まないようにするストッパの機能を有する突片４３、４３が外側横方向へ突出して形成されている。 また、突片４３、４３には、コイルの端部が絡げられ、このコイルの端部は外部端子３１〜３８から突片４３、４３近傍に延出している端子に半田によって接続される。 各先端部２２ａａ、２２ｂｂ、２３ａａ、２３ｂｂと当接する挟持片４における面は平坦に形成されている。

上記挟持片４は、ケース１の底部に形成されている凸部１２に形成された凹部に配置される。 十字型コア２が図２に示す如く収納され、先端部２２ａａ、２２ｂｂ、２３ａａ、２３ｂｂがそれぞれ対応する挟持片４に挟持されることになる。 このように、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端部２２ａａ、２２ｂｂ及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端部２３ａａ、２３ｂｂをそれぞれ挟持し、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂ及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂのＺ軸方向位置（高さ方向の位置）を決定する挟持片４を備えているので、十字型コア２、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂ及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの高さ方向の位置決めを容易に適切に行うことができる。

この３軸アンテナの構成のように、高さ方向の位置決めをすることにより、十字型コア２におけるＸ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端面及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端面を均等に覆う状態にＺ軸巻線が設けられる（先端面に対応する部分とその上下方向にＺ軸巻線が均等に設けられる）ことになり、各先端部２２ａａ、２２ｂｂ、２３ａａ、２３ｂｂと対向しているＺ軸巻線の一部分（上記先端部に対応する部分）を通過する磁束の数が、図１０（ａ）に示すように、先端部２２ａａと先端部２２ｂｂにおいて略同数となり、更に先端部２３ａａと先端部２３ｂｂにおいて略同数となるため、Ｚ軸巻線において電位差が生じなくなる。 これにより、各軸の結合を回避することが可能となり、ＸＹＺ軸巻線２４〜２６に関して偏りのない感度を実現することができる。 これに対し、十字型コア２におけるＸ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端面及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端面を均等に覆う状態にＺ軸巻線を設けない構成（先端面に対応する部分とその上下方向にＺ軸巻線を均等に設けない構成）の場合、またはＺ軸方向位置（高さ方向の位置）を決定する構成がなければ、図１０（ｂ）に示すように、Ｚ軸巻線が十字型コア２におけるＸ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端面やＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端面のいずれかにおいてズレが生じ、各先端面を通過する磁束の数が異なる状態を呈し、上記先端面に対向するＺ軸巻線の部分において電位差が生じる。

更に、本実施例では次の通りの構成を採用している。 十字型コア２においては図５に示すように、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂにＸ軸巻線２４が巻回されており、Ｙ軸アーム２３ａ、２３ｂにＹ軸巻線２５が巻回されている。 ここで、Ｘ軸巻線２４とＹ軸巻線２５の巻回方法について説明する。 図６（ａ）に示すＳを巻き始め端として、Ｘ軸巻線２４において矢印の示す方向に巻回してゆく。 Ｘ軸巻線２４の巻回範囲は、Ｘ軸アーム２２ａの付根部から巻き始めて一方のアームであるＸ軸アーム２２ａの先端部２２ａａへ向かって巻き進められる（矢印Ｄ１の方向）。

そして、先端部２２ａａとの境界部分まで巻回すると、図６（ｂ）に巻線の矢印で示すように、先端部２２ａａからＸ軸アーム２２ａの中間点と付根部を介して基部２１を跨ぎ他方のアームであるＸ軸アーム２２ｂの付根部と中間点を経由して、Ｘ軸アーム２２ｂの先端部２２ｂｂ側へ巻回することなく渡し、渡し先に係る先端部２２ｂｂの境界部分からＸ軸巻線２４の巻回を再び開始する。 ここで、Ｘ軸巻線２４の巻回範囲は、Ｘ軸アーム２２ｂとの先端部２２ｂｂとの境界部分から巻き始めてＸ軸アーム２２ｂの付根部へ向かって巻き進められる（矢印Ｄ２の方向）。

以降巻回する場合には、図６（ａ）に示したように、巻き始め端Ｓへ戻り、上記図６（ａ）、図６（ｂ）を用いて説明した如くにして巻回を行う。 そして、最終的は、次６（ｂ）の巻き終わり端Ｆにて巻回を終了する。 Ｙ軸巻線２５の巻回方法については、Ｘ軸巻線２４の巻回の場合と全く同じであって、図６の状態を９０度反時計回りに回転した状態において、上記図６（ａ）、図６（ｂ）の手順で巻回がなされるものである。

Ｘ軸巻線２４の末端は、それぞれ先端部２２ａａ、２２ｂｂに対応する挟持片４の突片４３に絡げられ、このコイルの端部は外部端子３１〜３８から突片４３近傍に延出している端子に半田により接続される。 同様にＹ軸巻線２５の末端は、それぞれ先端部２３ａａ、２３ｂｂに対応する挟持片４の突片４３に絡げられ、このコイルの端部は外部端子３１〜３８から突片４３近傍に延出している端子に半田により接続される。

Ｚ軸巻線２６は図７に示すように、ほぼ四角形枠状に空芯巻されたものが、ケース１の内壁に沿ってリング状に形成されている通路に配置され固定される。 勿論、Ｚ軸巻線２６の巻線形状は上記四角形枠状に限らず、円枠状や楕円枠状等適宜な形状とされる。 Ｘ軸巻線２４とＹ軸巻線２５が巻回された十字型コア２が図７に示すように配置される。 この結果、Ｚ軸巻線２６は、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端部２２ａａ、２２ｂｂ及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端部２３ａａ、２３ｂｂの外側を囲む如くに、ほぼ四角形枠状に設けられる（図１、図７）。 十字型コア２におけるＸ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端面の全面及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端面の全面をそれぞれ覆う状態に、Ｚ軸巻線が設けられる。

ケース１におけるＺ軸巻線２６が配置される位置の近傍には、ケース１の外部に設けられる外部端子３５、３６の端部が突出しており、Ｚ軸巻線２６の各末端が接続される。 更に、ケース１の底部における配置された十字型コア２の近傍には、外部に設けられる外部端子３７、３８の端部が突出しており、Ｘ軸巻線２４及びＹ軸巻線２５のセンタタップが接続される。

そして、３軸アンテナの完成図は平面図が図８に示されるように構成されており、図８のＡ−Ａ断面図が図９に示される如くになる。 図６を用いて説明した通りにＸ軸巻線２４及びＹ軸巻線２５が巻回されているので、一対のＸ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端部２２ａａ、２２ｂｂ側において、また一対のＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端部２３ａａ、２３ｂｂ側において、巻線２４、２５の電位が等しくなり、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂの先端部２２ａａ、２２ｂｂ及びＹ軸アーム２３ａ、２３ｂの先端部２３ａａ、２３ｂｂの外側にほぼ四角形枠状に設けられるＺ軸巻線２６に対して上記Ｘ軸巻線２４及びＹ軸巻線２５による電界の影響を等しくでき、Ｚ軸巻線２６に関して偏りのない感度を実現することができる。

上記のように構成した３軸アンテナを備えたアンテナコイルユニット１００を用いて、受信装置を構成すると図１１に示されるようになる。 Ｘ軸巻線２４の巻始め端部ＸS に接続された端子３１及び巻終わり端部ＸF に接続された端子３２に接続された第１のアンプ８１と、Ｙ軸巻線２５の巻始め端部ＹS に接続された端子３３及び巻終わり端部ＹF に接続された端子３４に接続された第２のアンプ８２と、Ｚ軸巻線２６の巻始め端部ＺS に接続された端子３５及び巻終わり端部ＺF に接続された端子３６と接続された第３のアンプ８３とを備えている。

第１のアンプ８１の２入力端子間に接続されたコンデンサＣ１、第２のアンプ８２の２入力端子間に接続されたコンデンサＣ２、第３のアンプ８３の２入力端子間に接続されたコンデンサＣ３とを具備している。 第１乃至第３のアンプ８１〜８３のいずれかの出力を受信信号とする受信選択回路８４とを備えている。 つまり、受信選択回路８４は、アンプ８１〜８３の出力レベルを比較し、最も大きな出力レベルの信号を選択して受信信号の処理回路へ出力する。 Ｘ軸巻線２４とＹ軸巻線２５とのセンタタップＸC 、ＹC に接続された端子３７、３８とＺ軸巻線２６の巻始め端部ＺS に接続された端子３５が、回路基板側において共通接続されて接地されている。 この接続をＸC 、ＹC 、ＺS のサフィックスをとって、ＣＣＳと表す。 すると、Ｚ軸巻線２６の巻終わり端部ＺF に接続された端子とセンタタップＸC 、ＹC を接地する場合は、ＣＣＦと表すことができる。

これに対し、Ｘ軸巻線２４とＹ軸巻線２５とのセンタタップＸC 、ＹC を用いずに、端部ＸS 、ＸF のいずれかと端部ＹS 、ＹF のいずれかを、端部ＺS 、ＺF のいずれかと接続する場合には、ＳＳＳ、ＦＦＦ、ＦＦＳ、ＦＳＦ、ＦＳＳ、ＳＦＦ、ＳＦＳ、ＳＳＦで表すことができる接続が存在する。 この８通りの受信感度特性と、上記ＣＣＳとの受信感度特性との比較試験を行ったところ、ＣＳＳ接続の場合に、ピーク値が高く、しかもＸＹＺ軸についてピークの周波数が揃った特性、つまり３軸で偏りの少ない特性が得られた。 ＣＣＳ接続の場合を図１４に示し、ＦＦＦ接続の場合を図１５に示す。 図１５の試験結果のようにＦＦＦ接続の場合は結合により中心周波数がずれていることがわかる。 なお、各チャートにおいて、縦軸はインピーダンスであり、１目盛りが５０ＫΩであり、横軸は周波数であり、横軸の中心が１３４．２ＫＨｚ、横軸の幅が３０ＫＨｚである。 尚、ＣＣＦについても特性試験を行ったところ、ＣＣＳとほぼ同様な特性が得られた。

上記図１１の構成では、３軸アンテナにおいて端子３１〜３８の８端子を備える構成としたが、図１２に示すように３軸アンテナにおいて端子３７、３８と端子３５を共通接続し、６端子を備える構成を採用することもできる。 更に図１３に示す如く、Ｘ軸巻線２４を２個の巻線で構成すると共にＹ軸巻線２５についても２個の巻線で構成する。 これらＸ軸巻線２４とＹ軸巻線２５の各センタタップＸC 、ＹC に接続された端子３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂを回路基板側で端子３５と共に共通接続し、接地する構成を採用することもできる。

コンデンサＣ１〜Ｃ３まで含めてケース１に組み込むことにより、６端子の外部端子を備えるアンテナコイルユニットを実現できる。 また、アンプ８１〜８３をケース１に組み込んだアンテナコイルユニットを実現することもできる。 また、グランドに接続する巻線の端末を一つの端子にまとめることによって６端子とすることも可能である。

図３における挟持片４は、十字型コア２の先端部２２ａａ、２２ｂｂ、２３ａａ、２３ｂｂを覆うように十字型コア２と一体に形成される構造を採用しても良い。

図２に示されるケース１における扇状の凸部１２は、この形状に限定されるものではなく、略矩形状であっても、或いは略円形状であっても良い。

図６に示した巻線のＸ軸巻線２４の巻回方法に代えて、図１６、図１７に示すように巻回を行うことも可能である。 即ち、図１６に示すように、十字型コア２の先端部２２ａａから巻き始めてＸ軸アーム２２ａの付根部方向へ巻回してゆき、基部２１を対角的に跨いで他方のアームであるＸ軸アーム２２ｂの付根部へ到り、Ｘ軸アーム２２ａ、２２ｂに巻回された巻線による磁束の向きが一致するように、上記Ｘ軸アーム２２ｂの付根部から先端部２２ｂｂ側へ巻回するようにしても良い。 更に、図１７に示すように、十字型コア２の先端部２２ａａから巻き始めてＸ軸アーム２２ａの付根部方向へ巻回してゆき、基部２１を対向辺側へ跨いで他方のアームであるＸ軸アーム２２ｂの付根部へ到り、Ｘ軸アーム２２ａと、Ｘ軸アーム２２ｂに巻回された巻線による磁束が打ち消し合うように、上記Ｘ軸アーム２２ｂの付根部から先端部２２ｂｂ側へ巻回するようにしても良い。 また、先端部２２ａａからＸ軸アーム２２ａの付根部までの間に何層にも巻回を行うことが可能でバンク巻きすることもできる。 勿論、Ｘ軸アーム２２ｂの付根部から先端部２２ｂｂまでの間における巻線の巻回手法も同様にすることができる。

１ ケース２ 十字型コア４ 挟持片１１ 溝１２ 凸部１３ 突起２１ 基部２２ａ、２２ｂ Ｘ軸アーム２３ａ、２３ｂ Ｙ軸アーム２４ Ｘ軸巻線２５ Ｙ軸巻線２６ Ｚ軸巻線８１ 第１のアンプ８２ 第２のアンプ８３ 第３のアンプ８４ 受信選択回路１００ アンテナコイルユニット