专利名称：天线线圈、具有天线线圈的谐振天线以及具有谐振天线的卡型无线电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及天线线圈、具有天线线圈的谐振天线以及具有谐振天线的卡型无线设备。
背景技术：
近年来，电子钥匙系统(也称为智能进入系统等)广泛流行。在这种电子钥匙系统中，通过在这个系统和由用户携带的无线电子钥匙(也称为便携式设备)之间的无线通信执行ID验证。另外，可以通过来自这个便携式设备的命令执行对机动车的门锁锁定/解锁、发动机启动等等的控制。在上述的无线电子钥匙中，对将这个无线电子钥匙构造为薄的卡型无线设备的需求被提出，以便通过将这个无线电子钥匙与具有引人注目的流行性的IC卡等存放到钱包等中作为背景(厚度为3mm或更多以及5mm或更少)来改进携带方便性。
上述电子钥匙系统采用通信系统，其中如果用户在恒定距离范围内靠近机动车，即使当用户对无线电子钥匙不执行特定按键操作等，所述通信系统也能够执行诸如门锁锁定/解锁和发动机启动之类的一种控制操作。具体地，在一个方向上从机动车侧发出的请求无线电波被接收。ID验证信息、关于上述锁定/解锁或发动机启动的控制命令信息等被叠加在发送的无线电波上并且被发送到机动车侧。在这种情况中，当用户位于远处时，无线电子钥匙和机动车对通信不起反应。另一方面，当用户靠近时，存在许多情况，在所述情况中使用低频带(50kHz或更多以及500kHz或更少)的近距离型直接通信被采用以便通过迂回无线电波来检测无线电波，即使当用户在用户身体的任何部分持有无线电子钥匙。
低频带的无线电波具有很长的波长。因此，在用于这个无线电波的天线中，通过组合天线线圈和在期望的频带中与这个天线线圈谐振耦合的电容器提供的所谓LF(低频)天线通常被采用。当LF天线被装配到卡型无线设备中时，也有必要减少这个天线线圈的厚度以符合卡型盒体的厚度(例如，1mm或更多和3mm或更少)。
卡型无线设备由机动车的用户使用，所述用户在他的口袋等等中携带所述卡型无线设备。尽管卡型无线设备是精密的电子设备，但是所述设备的机械使用环境很严格。因此，当所述设备件收到机械碰撞或振动时，天线线路可能会断裂，或者天线的衬底端的连接部分(通常，焊接部分)可能会断裂或者导致传导误差。当机动车的卡型无线钥匙中的天线被毁坏时，无线钥匙的通信功能丧失，并且诸如门锁定释放和/或发动机启动功能之类的基本功能可能被损坏。另外，在卡型无线钥匙中，由电池给钥匙中的发送/接收电路通电。钥匙包括用于产生无线电波的发射机应答器，其中当电池用完时，使用从机动车输出的请求无线电波产生所述无线电波。然而，在天线相互地被用于发送/接收电路和用于发射机应答器的情况中，当天线断裂时发射机应答器可能不可用。
发明目的鉴于上面描述的问题，本公开内容的目的是提供一种天线线圈、一种具有所述天线线圈的谐振天线以及一种具有所述谐振天线的卡型无线设备。
根据本公开内容的第一方面，一种天线线圈，包括具有环形的空芯型扁平线圈体；以及具有与线圈体的所述环形相对应的环形的线圈外壳。线圈外壳包括用于容纳线圈体的线圈容纳空间。线圈容纳空间被布置在线圈外壳的环形的圆周方向中。线圈体包括多个单元线圈，每个单元线圈具有相同的绕线方向和相同的圈数。所述单元线圈彼此并联连接。
在上述的天线线圈中，即使其中一个单元线圈断裂，单元线圈的另一个仍起备用线圈的作用以便保持足够的天线功能。另外，因为多个单元线圈被整体地容纳在线圈外壳中，所以天线线圈的尺寸被最小化。另外，天线线圈容易安装在衬底上。而且，相比于常规的天线，减少了线圈体的组合直流电阻。因此，改善了天线线圈的Q值。
根据本公开内容的第二方面，一种谐振天线，包括本发明的上述第一方面的天线线圈；以及与天线线圈并联连接的谐振电容器。在天线线圈中的单元线圈提供单元线圈的布线之间的电容。谐振电容器具有电容。单元线圈的电容大于谐振电容器的电容。
天线线圈的电感和谐振电容器的电容被确定以便谐振点被设置在预定频率范围中。然而，如果其中一个单元线圈断裂，则断裂的单元线圈通过单元线圈的布线之间的电容与未断裂的单元线圈相耦合，使得在单元线圈的布线之间的电容和断裂单元线圈之间提供有寄生串联谐振电路。当寄生串联谐振电路的谐振点被布置得靠近指定的天线谐振点时，可以减少天线的灵敏度。即使在这种情况中，在上述谐振天线中，寄生串联谐振电路的谐振点被设置为足够更低的频率侧；并且因此，防止减少谐振天线的天线灵敏度。
根据本公开内容的第三方面，一种卡型无线设备，包括具有谐振天线和发送/接收电路的通信模块衬底；以及卡型外壳，用于按以下方式容纳通信模块衬底，即卡型外壳的厚度方向与通信模块衬底的厚度方向一致。谐振天线包括在本发明的第一方面定义的天线线圈以及与所述天线线圈并联连接的谐振电容器。发送/接收电路与谐振天线相连接。天线线圈中的线圈体具有与通信模块衬底的法线一致的轴。线圈体通过焊接被接合到通信模块衬底。
上述的无线设备很薄。因此，优选地将卡型无线设备放入钱包等等。另外，即使当钱包中的硬币与卡型无线设备的主要表面重叠时，天线线圈也具有足够的面积以便硬币不会完全地中断天线线圈。因此，卡型无线设备具有高的灵敏度。
从下面参考附图的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见。在附图中图1A是示出根据本发明的第一实施方式的天线线圈的分解透视图，而图1B是示出图1A中天线线圈的一部分的局部放大图；图2A是示出图1A中的天线线圈的正视图；图2B是示出图1A中的天线线圈的底视图；图2C是示出图1A中的天线线圈的后视图；图2D是示出图1A中的天线线圈的侧视图；图3A是示出了沿图2A中的线IIIA-IIIA所取的天线线圈的横截面视图，而图3B是示出了沿图2A中的线IIIB-IIIB所取的天线线圈的横截面视图；图4是示出具有卡型无线设备的无线钥匙系统的示意图；图5是示出卡型无线设备的局部剖视图；图6A是说明具有两个单元线圈的天线线圈的透视图，而图6B是示出图6A中的天线线圈的横截面视图；图7是示出具有天线线圈的谐振天线的电路图；图8是示出根据本发明的第二实施方式的天线线圈的分解透视图；图9A是示出根据本发明的第三实施方式的天线线圈的分解透视图，以及图9B是示出图9A中的天线线圈的横截面视图；图10A是示出根据本发明的第四实施方式的天线线圈的分解透视图，而图10B是示出了图10A中的天线线圈的横截面视图；图11是示出根据本发明的第五实施方式的天线线圈的分解透视图；图12是示出根据本发明的修改的天线线圈的横截面视图；图13是说明了根据本发明的一个实施方式的用于制造通信模块的方法的示意图；图14A是说明在回流工艺中的线圈外壳翘曲的示意图，而图14B是示出了线圈外壳焊接失效的示意图；图15是示出根据本发明的第六实施方式的天线线圈的分解透视图；图16是示出根据本发明的第七实施方式的天线线圈的分解透视图；图17是示出根据本发明的第八实施方式的天线线圈的分解透视图；图18是说明具有彼此堆叠的两个单元线圈的天线线圈的透视图。
具体实施例方式
图1A和图2B示出了作为本发明一个例子的天线线圈1的分解透视图。图2A-图2D是天线线圈1的四个面视图(俯视图、正视图、侧视图和底视图)。天线线圈1具有平面形状的空心型的线圈主体10和线圈外壳20。相应线圈主体10以环形模式形成线圈外壳20，并且在圆周方向形成用于存储这个线圈主体10的线圈存储部分24。如图7中所示出的，线圈主体10包括并联连接的多个单元线圈10a、10b。每个单元线圈10a，10b具有相同的绕线方向以及相同的圈数。尽管线圈主体10包括两个单元线圈10a、10b，但是主体10可以具有三个或更多单元线圈。
线圈主体10在其轴向上的厚度被设置为小于圆的半径，所述圆的面积与在投影到与该轴垂直的投影表面时由自身外部形状线所包围的面积(平面外部形状面积)相同。“以平面形状形成线圈主体10”也就是“线圈主体10在其轴向上的厚度被设置以便小于圆的半径，所述圆的面积与到与该轴垂直的投影表面的投影时由自身外部形状线包围的面积(平面外部形状面积)相同”。用于把线圈主体10焊接和安装到衬底上的线圈侧面端部分21被设置在线圈外壳20中。
如图4中所示，上面的天线线圈1连同与这个天线线圈1连接的信号发送-接收电路14以线圈主体10的轴与衬底17的法线方向一致的位置关系被焊接并安装到衬底17。因此，通信衬底模块3M被构造。在这个通信衬底模块3M中，天线线圈1构成LF天线，即谐振天线13以及与这个天线线圈1并联谐振耦合的电容器12。如图5所示出的，这个电容器12和信号发送-接收电路(IC)14被安装到在天线线圈1的空气隙内的衬底区域。另外，发射机应答器电路15与上面的谐振天线13连接，所述发射机应答器电路15与信号发送-接收电路14并联。如图4中所示出的，发射机应答器电路(IC)15被安装在天线线圈1之外的衬底区域。
使天线线圈1的线圈轴与衬底表面的法线方向一致以便增加在这个方向上关于无线电波的发送和接收的方向性。在衬底表面内其轴与两个独立方向一致的分离线圈7、8也可以被安装到衬底7(这些线圈7，8在图4中通过省略连接线而画出，但这些线圈7，8的每一个与天线线圈1并联连接)。
如图5中所示出的，上面的通信衬底模块3M被存储到其形状与衬底17的厚度方向一致的卡形盒体18，以便卡型无线设备3被构造。如图4中所示出的，卡型无线设备3是用于机动车的无线钥匙，用于通过无线电波通信将通信信号发送到所述机动车。所述通信信号包括ID验证信号以及用于控制门锁定/解锁功能和发动机起动功能的控制信号。谐振天线13被相互地用于发送-接收电路14和发射机应答器电路15。发送-接收电路14被电池激励以便执行无线电波通信。发射机应答器电路15被从机动车输出的请求电磁波激励以便发射机应答器电路产生对应通信信号的电磁波，用于输出到机动车。用于机动车的这个无线钥匙是具有很小厚度的卡型钥匙；并且，因此优选地把它放入钱包等等。
如图4中所示出的，作为信号发送-接收电路14的驱动电源的干电池16也被存储到盒体18。另外，用于紧急情况的机械型钥匙137也被存储到盒体18，并且可以从盒体18的侧面上形成的插槽138(如图5中所示出的)中移去。
如图4中所示出的，机动车105的体系统ECU 107通过与这个体系统ECU 107连接的信号发送-接收电路115从天线116周期性地发出请求无线电波，用于 检测携带卡型无线设备3的用户的接近。当用户在恒定距离内接近机动车105时，内置在卡型无线设备3中的谐振天线13接收这个请求无线电波。信号发送-接收电路14接收这个请求无线电波并且发出ID码，用于通过规定频带的无线电波进行验证。机动车一侧的体系统ECU 107通过天线116和信号发送-接收电路115接收这个ID无线电波以验证被发送的ID是否是正确的ID。当所述验证被接收时，则体系统ECU 107输出用于释放门锁的解锁许可信号以及启动发动机的许可信号。
另一方面，当卡型无线设备3的干电池16被消耗并且信号发送-接收电路不操作时，由谐振天线13接收的请求无线电波被发送到发射机应答器电路15。在发射机应答器电路15中，由请求无线电波在天线线圈10中激励的电动势被设置为电功率，并且发射机应答器电路15从谐振天线13发出ID码无线电波。在机动车105中，这个ID码无线电波被天线113和发射机应答器电路119接收，并且验证之后的处理可以被类似地执行。也就是，卡型无线设备3的发射机应答器电路在电池用完时起备用电路的作用。
当上面的卡型无线设备3连同钱包等等被携带时，担心比较大面积的导体(例如硬币等)覆盖天线线圈1，并且天线的灵敏度和Q(频率选择的度数)被降低。然而，即使当假定硬币与卡型无线设备3的主要面积重叠的情况下，如上所述如果天线线圈1作为恒定面积或更大面积的平面空心型线圈被安装到衬底(如图4所示)，则有可能减少天线线圈1完全覆盖硬币等等的可能性。反过来，可以实现高灵敏度的卡型无线设备3。
卡型无线设备3的平面外部形状可以被设置短边为40mm或更多和60mm或更少(例如，50mm)，长边为75mm或更多和95mm或更少(例如，85mm)，厚度为2mm或更多和5mm或更少(例如，4mm)(例如，这个平面外部形状具有大约与信用卡的尺寸相同的尺寸)。在被装配的天线线圈中，平面外部形状区域的面积可以被设置为8cm2或更多和15cm2或更少(例如，12cm2)。在投影到与轴垂直的投影表面时线圈主体10的宽度可以被设置为1mm或更多和4mm或更少(例如，3mm)。另外，线圈外壳20在其轴方向上的厚度可以被设置为1mm或更多和3mm或更少(例如，1.6mm)。如后面所描述的，在这个实施方式模式中，天线线圈1被构造以便具有矩形形状的平面模式，并且短边为25mm或更多和35mm或更少(例如，30mm)，长边为35mm或更多和45mm或更少(例如，40mm)。
线圈主体10包括两个单元线圈10a、10b，每个单元线圈具有相同的绕线方向以及相同的圈数，并且它们彼此并联连接。即使单元线圈10a、10b之一(例如单元线圈10a)断裂、例如线断裂和/或者端子之间连接失败，剩余的单元线圈、即单元线圈10b起备用线圈的作用。因此，天线13可以正常地操作。另外，由于单元线圈10a、10b彼此并联连接，所以主体10中布线的总横截面积是具有一个线圈的常规天线的横截面积的2倍。因此，相比于常规天线，主体10的组合直流电阻被减少。因此，改进了Q值(即，频率选择的度数)。另外，在具有天线线圈1的无线钥匙3中，发送-接收电路14利用电池而运行。另外，即使电池电力用完，发射机应答器电路15使用从机动车输出的请求电磁波作为电源来产生电磁波。另外，即使天线线圈1中的单元线圈10a、10b中的一个断裂，天线线圈还可以起天线的作用。因此，改进了天线线圈1的可靠性和故障安全功能。
如图7中所示出的，在谐振天线13中，在单元线圈10a、10b的布线之间的电容大于用于谐振的电容器12(即，谐振电容器)的电容。具体地，如图6A和图6B中所示出的，单元线圈10a、10b的多布线分别被绝缘簿膜覆盖。单元线圈10a、10b中的布线被捆扎在一起，并且捆扎的布线沿具有环形形状(即，螺旋形状)的预定缠绕路径被缠绕在一起。例如，每个单元线圈10a、10b包括具有铁心布线K1、K2的绕组W1、W2。每个铁心布线K1，K2的直径范围在50μm和70μm之间。铁心布线K1、K2是树脂涂敷布线，其树脂涂敷的厚度I1，I2的范围在2μm和5μm之间。每个单元线圈10a、10b的圈数的范围在200圈和300圈之间。线圈主体10的固有电感的范围在4mH和6mH之间。单元线圈10a，10b之间的电容的范围在2000pF和6000pF之间。当谐振电容器12的电容被设置在300pF和400pF之间的范围中时，谐振天线13的天线谐振点被控制在100kHz和150kHz之间的范围中。
在此，如果单元线圈之一具有某种故障，则通过具有某种故障(例如，线的断裂)的单元线圈之一和单元线圈10a、10b之间的电容来提供寄生串联谐振电路。寄生串联谐振电路具有一个谐振点，所述谐振点低于由线圈主体10和谐振电容器12提供的并联谐振电路的谐振点。并联谐振电路的谐振点是天线谐振点。因此，相比于并联谐振电路，寄生串联谐振电路的谐振点在较低的频率侧移动。因此，防止了天线灵敏度的减少。另外，因为通过相互缠绕具有上述尺寸的单元线圈10a、10b形成线圈主体10，所以单元线圈10a、10b之间的电容等于或大于5倍的谐振电容器12的电容。具体地，单元线圈10a、10b之间的电容的范围在6倍的谐振电容器12的电容和30倍的谐振电容器12的电容之间。因此，寄生串联谐振电路的谐振点足够低于并联谐振电路的天线谐振点。因此，即使单元线圈10a、10b之一断裂，偏差(即，天线谐振点的移动)也很小。
如在图18中所示出的，单元线圈10a、10b可以被单独地缠绕，并且之后，缠绕的单元线圈10a、10b被容纳在线圈外壳中以便单元线圈10a、10b彼此堆叠。在这种情况中，单元线圈10a、10b之间的电容Ck小于图6A和图6B所示出的单元线圈10a、10b的电容。当单元线圈10a，10b之间的电容ck小于5倍的谐振电容器12的电容时，天线谐振点在单元线圈10a，10b之一断裂的情况下可以移动大约10％。
例如，在图6A和图6B中，在每个单元线圈10a、10b中，绕组W1、W2的铁心布线K1、K2的直径为60μm，聚氨酯涂层的厚度I1、I2为3μm，并且圈数为250圈。在这种情况中，线圈主体10的固有电感是5mH，并且单元线圈10a、10b之间的电容是4000pF。当谐振电容器12的电容是350pF时，谐振天线13的天线谐振点是134kHz。在线圈主体10由图6A和图6B所示出的单元线圈10a、10b组成的情况中，当单元线圈10a、10b之一断裂时，天线谐振点基本上不改变，尽管Q值被减少30％。另一方面，在线圈主体10由图18所示出的单元线圈10a、10b组成的情况中，当单元线圈10a、10b之一断裂时天线谐振点被改变10％。
如图13中所示出的，线圈侧面端子部分21被设置为端子焊盘(terminal pad)21，用于执行在衬底上的表面安装，作为线圈外壳20的底面侧的安装目的地。通过印刷等等形成的焊锡粘贴图案作为上述焊接材料135被设置在端子焊盘21和衬底侧焊盘134之间。如在图2A-图2D中所示出的，线圈主体10和线圈外壳20的外部形状线是矩形，并且端子焊盘21被设置在线圈外壳20的长侧方向端部分。
端子焊盘21也可以被设置在线圈外壳20的底面上。然而，在这种情况中，线圈主体10的每个单元线圈10a、10b的一对引线部分11a、11b必须与对应窄宽度的线圈存储部分24的底面的上述端子焊盘21上的位置连接，并且到外壳的线圈主体10的装配工作变得十分复杂。因此，如在图3A和图3B中所示出的，在这个实施方式模式中，在轴向上将连接销26掩埋其中的销掩埋部分23被突出并且被形成在线圈外壳20的外部圆周表面上。连接销26提供有天线端子。线圈主体10的引线部分11a、11b被构造以便与突出到这个销掩埋部分23的顶面上的连接销26的上端连接。因此，所述装配工作变得非常容易。终端焊盘21被设置在销掩埋部分23的底面上，并且连接销26的较低端部分被引导到端子焊盘21。
在图1A中，线圈外壳20包括在线圈外壳20的轴向的顶面上具有一开口的凹槽，以便形成线圈存储部分24。另一方面，在图17中，线圈外壳120包括线圈存储部分24，所述线圈存储部分24沿着外壳120的圆周侧面被布置。
如在图2A-2D中所示出的，线圈外壳20仅仅具有一对连接销26，即天线端子。在线圈主体10中的单元线圈10a、10b的每个引线部分11a具有相同的极性，并且单元线圈10a，10b的引线部分11a与连接销26(即，其中一个天线端子)相互地连接。类似地，在线圈主体10中的单元线圈10a，10b的每个引线部分11b具有相同的与引线部分11a相反的极性，并且单元线圈10a、10b的引线部分11b与另一个连接销(即，另一个天线端子)26相互地连接。在这种情况中，线圈外壳20中的端子数目可以被减少，以便天线线圈1的结构被简化。另外，当天线线圈1被安装到衬底上时，在衬底中用于连接天线线圈1的连接端子的数目也被减少。在图17的线圈外壳120中，引线部分11a，11b通过焊接连接到一对连接销121，其中所述连接销121分别被嵌入通用销嵌入部分123。
如在图16中所示出的，线圈外壳20可以包括对应单元线圈10a、10b的多对连接销26a、26b。在这种情况中，在每个单元线圈10a、10b中的引线部分11a、11b分别与连接销26a、26b连接，所述连接销26a、26b对应引线部分11a、11b。在这种情况中，尽管增加了线圈外壳20中的天线端子数目，但是多单元线圈10a、10b不是与一个天线端子相互连接。因此，即使在天线端子上出现导电故障和/或焊接故障，仅仅一个单元线圈10a、10b断裂。因此，确保了天线线圈1的故障安全性功能。所有连接销26a、26b仅仅集中地形成在具有矩形环状的线圈外壳20的其中一个长边。可替换地，所有连接销26a、26b仅仅形成在线圈外壳20的其中一个短边。可替换地，销掩埋部分23的一对23b可以形成在线圈外壳20的另一长边，以便对应两个单元线圈10a、10b的一对连接销26a、26b形成在被布置在线圈外壳20的另一长边上的一对23b。
如在图13中所示出的，在用于上面卡型无线设备3的通信衬底模块3M中，天线线圈1的线圈侧端子部分21位于衬底侧端子部分(衬底侧焊盘)134以及用于连接的焊接材料135之中。在所述状态中，衬底17与天线线圈1一起被插入回流炉150中并且被加热，其中所述天线线圈1位于且放置在这个衬底17上。因此，焊接材料135被熔化并且线圈侧端子部分21被焊接并且与衬底侧端子部分134连接，以便通信衬底模块3M被制造。在这个实施方式中，通过树脂喷射铸造方法形成线圈外壳20。
在构成线圈外壳20的树脂材料中，希望采用一种材料能够被喷射铸造并且即使在回流时热反应滞后，所述材料也不容易被软化和变形。根据这个观点，作为一个特别的优选材料，在这个实施方式模式中采用聚苯硫醚(PPS熔点282℃，能够被连续使用的上限温度大约为240℃，并且热变形温度为260℃或更多)。然而，也可以使用热塑料聚酰亚胺(熔点388℃)代替这个材料。
下面将解释本发明的天线线圈1的改进例子(与图1A和图2A-图2D相同的部分由相同参考数字标明，并且省略对它们的解释)。在图8中，加固框架30沿线圈外壳20的圆周方向被完整地形成，所述线圈外壳20由树脂构成。加固框架30由这样的材料构成，所述材料的杨氏模量高于线圈外壳20的树脂的杨氏模量。因此，当执行焊接回流步骤时防止线圈外壳的扭曲。
加固框架30被掩埋在线圈外壳20的底部20b中，用于形成这个槽形的线圈存储部分24。具体地，按以下模式通过夹物模压将加固框架30掩埋在线圈外壳20的底部20b中，在所述模式中加固框架30的外表面和底部20b的外表面变成相同的表面。如在图14A和图14B中所示出的，在衬底17上的天线外壳23中，当执行焊接回流步骤时，到衬底17中的热传输容易前进到较低表面上。另一方面，容易在顶面侧接收来自炉热源的大量辐射热。因此，顶面侧温度的上升可以容易地达到使得在顶面侧和面向衬底17的下面侧之间容易地产生厚度方向的温度梯度。因此，在通过树脂制造的且具有低刚度的线圈外壳20中，在顶面侧上的面内方向的膨胀移动大于下面侧上的面内方向的膨胀移动，使得容易导致向上凸起的弯曲。结果，线圈侧端子部分21由于这个弯曲从衬底侧焊盘(衬底侧端子部分)134漂浮，以致于容易导致焊接缺陷。然而，当在线圈外壳20中形成加固框架30时，线圈外壳20的刚度增加使得有关扭曲的故障可有效被减少。
加固框架30被设置为金属框架(下文也称为金属框架30)。金属性材料的杨氏模量很高，并且在处理特性上相当好，并且容易通过冲压工艺处理对应空芯型线圈外壳20的框架形状等等。另外，也可以通过压力加工容易获得L形和C形的框架剖面形状。金属形框架是导体。如通过引证图15所示出的，当沿线圈外壳20以连续的环形模式(参考数字37)形成金属框架时，围绕线圈主体10的轴的电流路径被形成。因此，导致以下缺点，即金属框架与线圈主体10感应耦合并且减少了整个天线线圈的视在电感。也就是，当延伸通过线圈主体10的无线电波磁场H被改变时，感应电流流向金属性框架30。与天线信号传输和接收有关的无线电波磁场被其相反的磁场H2抵消从而减少视在电感。特别地，在图4所示出的谐振天线13的情况中，电容器12在电容上被调整以便使得谐振点在关于其线圈主体10的电感的期望频率，所述电容器12与天线线圈1并联连接。天线的Q值由其LC并联谐振电路的特征来确定。然而，当金属框架以如图15的参考数字37所示的模式形成时，天线线圈的视在电感通过其感应耦合来减少。上面的LC并联谐振电路的谐振点从期望的频率移动从而极大地减少Q值和天线增益。在这种情况中，如图8中所示出的，当用于部分隔开围绕线圈主体10的轴的电流路径的绝缘部分30k被设置在金属框架30的圆周方向的中间位置时，可以十分有效地解决上面的缺点。
在金属框架30的结构材料中，铝或铝合金在强度和腐蚀特性方面比较好，并且在处理特性方面是优选的，并且因此可以优选地在本发明中被采用。另一方面，金属性框架30的结构材料也可以设置为铁体系材料。在这种情况中，诸如奥氏体系统(austenite system)不锈刚之类的非磁性材料也可以被使用(铝或铝合金也是非磁性的)，但是也可以采用铁体系软磁性材料。软磁性材料是铁磁材料并且磁导率高，并且有关天线信号传输和接收的无线电波磁场可以被集中到金属框架30上。因此，可能有助于提高天线的灵敏度和增益。作为铁体系软磁性材料，除了电磁软铁之外，可能采用硅钢板、普通碳钢、铁-镍合金(例如，透磁合金等等)、或者铁素体体系不锈刚等等(从处理特性的观点来看，也可以说电磁软铁和铁素体体系不锈刚是有利的)。
如在图8中所示出的，在其形状为沿线圈外壳20的圆周方向设置的环形路径的上述金属性框架30中，上述绝缘部分30k被设置为槽口部分(下文也称为槽口部分30k)，其中金属框架30在安排路径的部分间隔上被开槽。通过将金属框架30设置为端接形状(ended shape)而不是连续的环状并且将其末端部分隔开一恒定长度以及设置槽口模式，可以简单地形成用于部分地隔开圆周方向的电流导电路径的绝缘部分30k。
线圈主体10和线圈外壳20的外部形状线是矩形，并且金属框架30被设置为C形，其包括对应矩形的外部形状线的一个短边部分30s、以及与这个短边部分30s的两末端相连接的两个长边部分301。通过在矩形的外部形状线的剩余短边上使用完全间隔来形成上述的槽口部分30k。如果通过将两个长边部分301和一个短边部分30s结合所提供的C形部分被形成在金属框架30中，则相比于在矩形形状的每一边上部分隔开和形成的外壳，增加了在框架表面的扭曲变形方面的刚度，并且引起扭曲变形的弯曲可以有效地被抑制。
在图9A至图10B中，金属框架32、31具有被设置在线圈外壳20的底面上的C形状中的主体部分32a、31a。在至少两个长边部分321、311中，暴露于线圈外壳20的外部圆周面或内部圆周面的加固肋板部分32b、31c被集成在主体部分32a、31a中，其形状与这些主体部分32a、31a一起形成L型断面。因为金属框架30的断面形状被设置为L形，对照于在弯曲移动中容易扩大的线圈外壳20的长边部分301，其弯曲刚度被提高，并且长边方向的弯曲变形可以被有效抑制。
在图9A和图9B中，以连续C形状形成加固肋板部分32b，其放置在一个短边部分32s和与这个短边部分32s的两个末端连接的两个长边部分321上。当以此方式形成加固肋板部分32b时，可能进一步增加由C形状部分构造的框架表面在扭曲变形方面的刚度。主体部分32a和加固肋板部分32b都形成为被放置在横跨构成自两个长边部分301的剩余短边部分的两个末端部分的部分间隔32s2上的形状以便进一步增加加固效应。通过夹物模压使金属框架32与线圈外壳20结合，以便主体部分32a具有与线圈外壳20的底部部分32b的外部表面相同的表面，并且加固肋板部分32b具有与侧壁部分20w的外部表面相同的表面。在此，加固肋板部分32b被设置在线圈外壳20b的内部圆周表面侧，但是也可以放置在外部圆周表面侧。
另一方面，在图10A和10B的结构中，加固肋板部分31c仅仅设置在主体部分31a的两个长边部分301。这种方式的优点在于使用压力加工等等的制造容易。在此，加固肋板部分31c被设置在线圈外壳20b的外部圆周表面侧(也可以相反地设置)。
在图11的结构中，通过在矩形形状的外部形状线的四个拐角部分中形成槽口部分30k来构造金属框架33，并且通过这个槽口部分30k将金属框架33分为由两个长边部分331和两个短边部分33s构成的四个部分。根据这个结构，存在能够加固矩形形状的线圈外壳20的所有四个边的优点。在这种情况中，弯曲防止效应可以进一步通过构造每一部分而显著地实现以便具有L形的断面，所述L形的断面具有设置在线圈外壳20的底部表面上的主体部分33a以及还具有加固肋板部分33b，所述加固肋板部分33b在暴露于线圈外壳20的内部圆周表面(或外部圆周表面)的形状中与这个主体部分33a结合。
在图9A至图11的每个图的结构中，可以构造金属框架以便具有C形状模式的断面形状，所述C形状模式是通过使被设置在线圈外壳20的底部部分20b中的主体部分34a和分别被设置在两个侧壁部分20w中的一对加固肋板部分34b、34c结合而形成，如图12中所示出的。
接下来，如果这个材料的杨氏模量高于构造线圈外壳20的树脂的杨氏模量，则不特别地限制加固框架的材料。例如，也可能采用诸如玻璃、氧化铝陶瓷等之类的绝缘无机材料、烧结软性铁氧体等等。另外，加固框架的材料也可以通过玻璃、陶瓷等等的填充物加固的树脂复合材料构成。在这种情况中，因为加固框架37变为绝缘体，所以不用担心通过感应耦合到线圈主体10而减少视在电感，即使当以连续环形的模式在线圈外壳20的圆周方向上构造加固框架37时，如图15中所示出的。因此，线圈外壳20的加固效应相当好。在这种情况中，当通过由树脂耦合软性铁氧体粉末所形成的烧结软性铁氧体和树脂铁素体来构造加固框架37时，有关天线信号传输和接收的无线电波磁场可以被集中到金属框架37上。因此，可能有助于改善天线的灵敏度和增益。
可替换地，在图1A，图8-图11和图15-图17中，线圈外壳20可以由树脂铁素体(即，树脂模制软磁材料)构成，所述树脂铁素体被形成以便诸如软性铁氧体粉末(即，SFP)之类的软磁材料粉末与诸如PPS树脂之类的树脂(即，树脂模型RM)相接合。在这种情况中，软性铁氧体粉末和PPS树脂被混合为混合物，并且然后，所述混合物被注入且浇铸，以便形成线圈外壳20。
本公开内容具有如下方面。
根据本公开内容的第一方面，一种天线线圈，包括具有环形的空芯型扁平线圈体；以及具有与线圈体的所述环形相对应的环形的线圈外壳。线圈外壳包括用于容纳线圈体的线圈容纳空间。线圈容纳空间被布置在线圈外壳的环形的圆周方向中。线圈体包括多个单元线圈，每个单元线圈具有相同的绕线方向和相同的圈数。所述单元线圈彼此并联连接。
在上述天线线圈中，即使单元线圈的其中一个断裂，单元线圈的另一个仍起备用线圈的作用以便保持足够的天线功能。另外，因为多个单元线圈被整体地容纳在线圈外壳中，所以天线线圈的尺寸被最小化。另外，天线线圈容易被安装在衬底上。另外，相比于常规的天线，线圈体的组合直流电阻被减少。因此，提高了天线线圈的Q值。
可替换地，线圈体在线圈体的轴向上具有厚度，并且线圈体的所述厚度小于圆的半径，所述圆的面积等于投影线圈体的轮廓线所包围的区域的面积，所述投影线圈体是通过将线圈体投影到与线圈体的轴向相垂直的投影平面上来提供的。
可替换地，每个单元线圈包括涂有绝缘体薄膜的导线，并且单元线圈的导线被捆扎在一起并且沿线圈外壳的环形相互缠绕以便提供线圈体。此外，单元线圈的数目为两个，并且一对单元线圈的两导线被相互缠绕。
可替换地，通过线圈外壳中的槽提供线圈容纳空间。所述槽具有被布置在线圈外壳轴向中的一侧上的开口。在线圈容纳空间中容纳线圈体。线圈体被准备为无芯线圈以便通过线圈容纳空间的开口将线圈体插入到线圈容纳空间中。
可替换地，线圈外壳包括一对天线端子。每个单元线圈包括一对引线部分。在每个单元线圈中具有相同极性的其中一个引线部分与其中一个天线端子相互连接。在每个单元线圈中具有另一相同极性的另一个引线部分与另一个天线端子相互连接。并且所述其中一个引线部分的极性与所述另一个引线部分的极性相反。
可替换地，线圈外壳包括分别对应单元线圈的多对天线端子。每个单元线圈包括一对引线部分。在每个单元线圈中的其中一个引线部分与相应的一对天线端子的其中一个连接。在每个单元线圈中的另一引线部分与相应的一对天线端子中的另一个相连接。
根据本公开内容的第二方面，一种谐振天线，包括在上述本发明的第一方面中定义的天线线圈；以及，与天线线圈并联连接的谐振电容器。其中，在天线线圈中的单元线圈提供单元线圈的布线之间的电容。谐振电容器具有电容。单元线圈的电容大于谐振电容器的电容。
天线线圈的电感和谐振电容器的电容被确定以便谐振点被设置在预定频率范围中。然而，如果其中一个单元线圈断裂，则断裂的单元线圈通过单元线圈的布线之间的电容与未断裂的单元线圈相耦合，使得在单元线圈的布线之间的电容和断裂单元线圈之间提供寄生串联谐振电路。当寄生串联谐振电路的谐振点被布置靠近指定的天线谐振点时，可以减少天线的灵敏度。即使在这种情况中，在上述谐振天线中，寄生串联谐振电路的谐振点被设置为足够更低的频率侧；并且因此，防止减少谐振天线的天线灵敏度。
可替换地，单元线圈的电容等于或大于5倍的谐振电容器的电容。在这种情况中，即使其中一个单元线圈断裂，天线谐振点也基本上不从指定点移动。在此，当单元线圈之间的绝缘薄膜厚度变小时，单元线圈之间的耦合电容增加。然而，如果绝缘薄膜的厚度变得非常小时，则在单元线圈之间发生短路。因此，鉴于这一点，优选地是单元线圈的电容等于或小于5倍的谐振电容器的电容。
可替换地，单元线圈的数目可以是两个。每个单元线圈包括涂有绝缘薄膜的导线。一对单元线圈的两导线沿线圈外壳的环形相互地缠绕以便提供线圈体。在这种情况中，即使其中一个单元线圈断裂，也可有效地减少天线谐振点的移动。可替换地，单元线圈的数目可以等于或大于3。圈数要求为预定数目，以便即使单元线圈的数目变得更大，圈数也是恒定的。为了减少在单元线圈的数目变大的情况中天线线圈的尺寸，一对单元线圈的导线被相互地缠绕。
根据本公开内容的第三方面，一种卡型无线设备，包括具有谐振天线和发送/接收电路的通信模块衬底；以及卡型外壳，用于按以下方式容纳通信模块衬底，即卡型外壳的厚度方向与通信模块衬底的厚度方向一致。谐振天线包括在本公开的第一方面中定义的天线线圈以及与所述天线线圈并联连接的谐振电容器。发送/接收电路与谐振天线相连接。天线线圈中的线圈体具有与通信模块衬底的法线一致的轴。线圈体通过焊接被接合到通信模块衬底。
上述的无线设备很薄。因此，优选将卡型无线设备放入钱包等等。另外，即使当钱包中的硬币与卡型无线设备的主要表面重叠时，天线线圈也具有足够的面积以便硬币不会完全地中断天线线圈。因此，卡型无线设备具有高的灵敏度。
可替换地，卡型无线设备是用于机动车的无线钥匙。无线钥匙能够利用电磁波将通信信号发送到机动车。所述通信信号包括ID验证信号和控制信号。所述控制信号对应机动车门的锁定/解锁功能以及发动机启动功能。所述通信模块衬底还包括发射机应答器电路。所述发射机应答器电路根据从机动车输出的请求信号产生对应通信信号的电磁波。发射机应答器电路通过谐振天线将电磁波输出到机动车，和/或通过谐振天线接收来自机动车的请求信号。发送/接收电路具有电池电源。发送/接收电路通过谐振天线将电磁波发送到机动车，和/或通过谐振天线接收来自机动车的电磁波。
在上述情况中，即使电池电力用完，发射机应答器电路也可以产生电磁波，用于输出到机动车。另外，即使天线线圈中的其中一个单元线圈断裂，单元线圈的另一个仍起备用线圈的作用，以便保持足够的天线功能。因此，提高无线设备的故障安全功能。
尽管已经参考本发明的优选实施方式描述了本发明，但是应该理解的是本发明不限于这些优选实施方式和结构。本发明旨在覆盖各种修改和等效布置。另外，尽管所述各种组合和配置是优选的，但是包括更多元件、更少元件或者仅仅单一元件的其他组合和配置也在本发明的精髓和范围内。
权利要求
1.一种天线线圈，包括具有环形的空芯型扁平线圈体(10)；以及具有与线圈体(10)的所述环形相对应的环形的线圈外壳(20)，其中，线圈外壳(20)包括用于容纳线圈体(10)的线圈容纳空间(24)，线圈容纳空间(24)被布置在线圈外壳(20)的环形的圆周方向中，线圈体(10)包括多个单元线圈(10a，10b)，每个单元线圈具有相同的绕线方向和相同的圈数，并且所述单元线圈(10a，10b)彼此并联连接。
2.根据权利要求1所述的天线线圈，其中，线圈体(10)在线圈体(10)的轴向上具有厚度，并且线圈体(10)的所述厚度小于圆的半径，所述圆的面积等于投影线圈体的轮廓线所包围的区域的面积，所述投影线圈体是通过将线圈体(10)投影到与线圈体(10)的轴向相垂直的投影平面上来提供的。
3.根据权利要求1所述的天线线圈，其中，每个单元线圈(10a，10b)包括涂有绝缘体薄膜(I1，I2)的导线(K1，K2)，并且单元线圈(10a，10b)的导线(K1，K2)被捆扎在一起并且沿线圈外壳(20)的环形相互缠绕以便提供线圈体(10)。
4.根据权利要求3所述的天线线圈，其中，单元线圈(10a，10b)的数目为两个，并且一对单元线圈(10a，10b)的两导线(K1，K2)被相互缠绕。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的天线线圈，其中，通过线圈外壳(20)中的槽(24)提供线圈容纳空间(24)，所述槽(24)具有被布置在线圈外壳(20)轴向中的一侧上的开口，在线圈容纳空间(24)中容纳线圈体(10)，并且线圈体(10)被准备为无芯线圈以便通过线圈容纳空间(24)的开口将线圈体(10)插入到线圈容纳空间(24)中。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的天线线圈，其中，线圈外壳(20)包括一对天线端子(26，26a，26b)，每个单元线圈(10a，10b)包括一对引线部分(11a，11b)，在每个单元线圈(10a，10b)中具有相同极性的其中一个引线部分(11a，11b)与其中一个天线端子(26，26a，26b)相互连接，在每个单元线圈(10a，10b)中具有另一相同极性的另一个引线部分(11a，11b)与另一个天线端子(26，26a，26b)相互连接，并且所述其中一个引线部分(11a，11b)的极性与所述另一个引线部分(11a，11b)的极性相反。
7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的天线线圈，其中，线圈外壳(20)包括分别对应单元线圈(10a，10b)的多对天线端子(26，26a，26b)，每个单元线圈(10a，10b)包括一对引线部分(11a，11b)，在每个单元线圈(10a，10b)中的其中一个引线部分(11a，11b)与相应的一对天线端子(26，26a，26b)的其中一个连接，在每个单元线圈(10a，10b)中的另一引线部分(11a，11b)与相应的一对天线端子(26，26a，26b)中的另一个相连接。
8.一种谐振天线，包括在权利要求1至4的任一权利要求中定义的天线线圈(1)；以及与天线线圈(1)并联连接的谐振电容器(12)，其中在天线线圈(1)中的单元线圈(10a，10b)提供单元线圈(10a，10b)的布线之间的电容，谐振电容器(12)具有电容，并且单元线圈(10a，10b)的电容大于谐振电容器(12)的电容。
9.根据权利要求8所述的谐振天线，其中，单元线圈(10a，10b)的电容等于或大于5倍的谐振电容器(12)的电容。
10.根据权利要求8所述的谐振天线，其中，单元线圈(10a，10b)的数目可以是两个，每个单元线圈(10a，10b)包括涂有绝缘薄膜(I1，I2)的导线(K1，K2)，一对单元线圈(10a，10b)的两导线(K1，K2)沿线圈外壳(20)的环形相互地缠绕以便提供线圈体(10)。
11.一种卡型无线设备，包括具有谐振天线(13)和发送/接收电路(14)的通信模块衬底(3M)；以及卡型外壳(18)，用于按以下方式容纳通信模块衬底(3M)，即卡型外壳(18)的厚度方向与通信模块衬底(3M)的厚度方向一致，其中，谐振天线(13)包括在权利要求1至4的任一权利要求中定义的天线线圈(1)以及与所述天线线圈(1)并联连接的谐振电容器(12)，发送/接收电路(14)与谐振天线(13)相连接，天线线圈(1)中的线圈体(10)具有与通信模块衬底(3M)的法线一致的轴，并且线圈体(10)通过焊接被接合到通信模块衬底(3M)。
12.根据权利要求11所述的卡型无线设备，其中，卡型无线设备(3)是用于机动车的无线钥匙(3)，无线钥匙(3)能够利用电磁波将通信信号发送到机动车，所述通信信号包括ID验证信号和控制信号，所述控制信号对应机动车门的锁定/解锁功能以及发动机启动功能，所述通信模块衬底(3M)还包括发射机应答器电路(15)，所述发射机应答器电路(15)根据从机动车输出的请求信号产生对应通信信号的电磁波，发射机应答器电路(15)通过谐振天线(13)将电磁波输出到机动车，和/或通过谐振天线(13)接收来自机动车的请求信号，发送/接收电路(14)具有电池电源，并且发送/接收电路(14)通过谐振天线(13)将电磁波发送到机动车，和/或通过谐振天线(13)接收来自机动车的电磁波。
全文摘要
天线线圈包括具有环形的空芯型扁平线圈体(10)；以及具有对应于线圈体(10)的所述环形的环形的线圈外壳(20)。线圈外壳(20)包括用于容纳线圈体(10)的线圈容纳空间(24)。线圈容纳空间(24)被布置在线圈外壳(20)的环形的圆周方向中。线圈体(10)包括多个单元线圈(10a，10b)，每个单元线圈具有相同的绕线方向和相同的圈数。所述单元线圈(10a，10b)彼此并联连接。
文档编号H01Q9/04GK1885615SQ20061009386
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者内藤博道 申请人:株式会社电装