CN1918676B - 线圈、使用该线圈之天线以及变压器 - Google Patents

线圈、使用该线圈之天线以及变压器 Download PDF

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Abstract

本发明之目的在于提供一种线圈，藉由减少导线之卷绕层间产生的杂散电容(stray capacity)成分，以使随零件间特性参差不齐或温度变化所导致线圈的电感值之变化减少，同时可达制品小型化以及低廉化。其特征系于2个凸缘部(22a)、(22b)之间将绕组部(30)分割成复数个区段(30a)、(30b)、(30c)、(30d)。藉由依各区段从一端侧朝另一端侧卷绕1层份的导线之后，依序折返卷绕方向而卷绕为迭层状所成的螺线绕线(solenoid winding)，形 成绕组部(30)。又以使相邻接之区段的边界面以越往上层越接近开始卷绕 的凸缘部侧的方式倾斜，而将导线卷绕形成为较佳。又以使在两端部之各区段与凸缘部相对向之端面之至少上层附近，以越往上层越远离凸缘部之方式将导线作卷绕为较佳。此分割螺线绕线线圈系可采用作为天线用线圈或变压器用线圈。

Description

线圈、使用该线圈之天线以及变压器
技术领域
本发明关于一种线圈、使用该线圈之天线以及变压器。
背景技术
如第9图所示，习知已有一种用于天线及变压器之一般的线圈510，其系在将导线531从滚动条部521之一端侧(凸缘部522a)至另一端侧(凸缘部522b)，沿着滚动条部521之表面卷绕第1层之后予以折返，再由另一端侧(凸缘部522b)至一端侧(凸缘部522a)卷绕第2层，之后，再同样地依序折返第3层、第4层，以形成绕组部(线圈部)530。此种卷绕操作即称为螺线绕线(solenoid winding)。
再者，在采用以此种螺线绕线所制造之线圈作为天线用线圈时，可藉由将电容器(condenser)对线圈作并联连接，并将形成线圈之导线之始端及终端连接于接收机本体，而达到预定之共振频率的数据接收。
通常，在上述线圈中，系在导线(线圈)之线圈间或端子电极间产生杂散电容成分(寄生电容成分)，并因为此杂散电容成分与线圈的电感(inductance)成分而产生共振现象。此种共振现象所形成的共振频率即称为「自共振频率」，成为可在电路上使用作为线圈(电感器)的最大频率。通常，线圈的使用频率系设为自共振频率之1/2至1/5以下。
然而，以螺线绕线制造之天线用线圈系如上所述，藉由将导线从卷芯的一端侧卷绕至另一端侧之后予以折返，并卷绕至该一端侧所形成，因此，例如在第9图中，在此一端侧上下相邻接之导线，其卷绕数即成为有极大差异。换言之，层的长度L2成为较大者，并随之产生较大的杂散电容成分。而此点在另一端侧的第2层与第3层亦相同。
此种较大的杂散电容成分会导致自共振频率较大幅度的下降。当自共振频率大幅下降，且使用频率达到位于其自共振尖峰边缘部分附近之状态 时，由于零件间之性能参差不齐，使得使用频率之电感值亦随零件而产生较大的不一致。此外，当使用频率达到位于上述边缘部分附近的状态时，则电感值亦会因为温度变化而产生极大变化。
再者，线圈的电感值与电容器的电容均系用以决定所使用之频率的要素，其所使用的每一频率，由于系分别设成相对应的值，因此电感值变化时，作为收讯之用的共振频率即产生偏移，使得使用频率的接收困难，造成可收讯范围狭窄等不理想的情况产生。
针对此种不理想情况，本案申请人乃开发出一种具有绕组部的天线用线圈，系采用在两端部分别设有凸缘部之卷芯，从其中一方的凸缘部侧将导线一层一层地重迭，同时随着朝向外侧，卷绕成倾向于该其中一方的凸缘部侧，并一面偏移至卷芯之另一方的凸缘部侧以进行此卷绕操作所形成(参照专利文献1)。
此天线用线圈系以称为斜向绕线(堆栈绕线(bank winding))之卷绕方法而形成绕组部，因此可达到具有使导线之卷绕层间产生的杂散电容成分减少的优异功效。
此外，作为使导线之卷绕层间产生之杂散电容成分减少的另一方法而言，亦可将绕组部分割成复数个区段(section)。
[专利文献1]日本专利特开2003-332822号公报
但是，以上述斜向绕线(堆栈绕线(bank winding))形成绕组部时，在导线的卷绕作业中恐有产生卷崩之虞，而会有线圈特性不稳定等，造成制品的质量劣化之情况。
此外，要将绕组部分割成复数个区段进行卷线，在各区段的端部为了防止卷崩，必须在各区段之间分别设置凸缘部。因此，制品将难以小型化，对于要求小型化的天线用线圈尤其不适合。另外，以要求小型化的天线用线圈而言，系例如汽车用的无钥匙控制***(Keyless Entry)、用于轮胎之气压传感器等之天线用线圈般，具有使用于RFID(RadioFrequency-Identification；射频辨识)等无线通信技术者。
此外，为了在变压器用线圈亦将2次侧绕组的始端与终端之电位差缩小，一般系将绕组部分割成复数个区段以进行绕线。此时亦由于各区段之间必须要有凸缘部，而难以达成制品的小型化以及低廉化。
发明内容
本发明系有鉴于上述问题而研创者，其目的在提供一种藉由减少导线之卷绕层间产生的杂散电容成分，以使随零件间之特性的参差不齐或温度变化所导致线圈的电感值之变化减少，同时可达制品小型化以及低廉化之线圈者。
为达成上述目的，本发明的线圈是具备：由设有2个凸缘部之磁性材料构成的卷芯；以及在该卷芯的该2个凸缘部间，由卷绕于该卷芯之多层导线构成的绕组部，其中，
所述绕组部是通过在所述2个凸缘部间被分割成多个区段，同时按每一区段从一端侧朝另一端侧卷绕1层导线之后，将卷绕方向依序折返并卷绕成层叠状的螺线绕线而形成的，该螺线绕线从第1层到最上层为止是整体连续的，所述绕组部是通过在两端部的各区段中，按照与所述凸缘部相对向之端部的至少上层附近越往上层越远离所述凸缘部的方式对导线进行卷绕而成的。
此外，前述绕组部之导线卷绕之较佳形态为：使相邻接之区段的边界面，以越往上层越靠近开始卷绕的凸缘部侧的方式倾斜。
此外，前述绕组部之导线卷绕之较佳形态为：使在两端部的各区段中、与所述凸缘部相对向之端部的至少上层附近，越往上层越远离所述凸缘部。
此外，本发明之线圈系可采用作为天线用线圈或变压器用线圈。
本发明之线圈系如上所述，由于将绕组部分割成多个区段，且为每区段采用螺线绕线将导线卷绕于卷芯，因此与习知技术为遍及卷芯的整体长度采用螺线绕线者相较，将可大幅减少在导线卷绕层间所产生的杂散电容。
此外，由于在各区段之间不需要凸缘部，因此可达成制品小型化以及低廉化。
此外，由于系使相邻接之区段的边界面以越往上层越接近开始卷绕之凸缘部侧的方式倾斜，将导线作卷绕，故在各区段之边界面不致产生卷崩，可作成高质量的线圈。
此外，由于在两端部之各区段，系使与凸缘部相对向之端部之至少上层附近以越往上层越远离凸缘部之方式作卷绕，故可解决即使凸缘部与绕组部之上层部之间产生间隙，在凸缘部附近焊接导线时，熔融的焊锡会附着在凸缘部与绕组部之间而导致绝缘不良等之不理想。
附图说明
第1图系显示本发明之第1实施形态之天线用线圈之部分剖面图。
第2图系显示本发明之第1实施形态之天线用线圈之卷芯之斜视图。
第3图系显示本发明之第2实施形态之天线用线圈之部分剖面图。
第4图系显示本发明之第3实施形态之天线用线圈之部分剖面图。
第5图系显示本发明之第3实施形态之天线用线圈之斜视图。
第6图系显示本发明之第4实施形态之变压器用线圈之平面图。
第7图系显示本发明之第4实施形态之变压器用线圈之部分剖面图。
第8图系将本实施形态之天线用线圈应用在一般开关开闭电路之电路图例。
第9图系显示用于习知之天线或变压器之一般线圈之部分剖面图。
图中：
10、110、210、310、410              天线用线圈
20、120、220、320                   卷芯
21、121、221、521                   滚动条部
22a、22b、122a、122b、222a、222b    凸缘部
30、130、230、330                   绕组部
30a、130a、230a、330a               第1区段
30b、130b、230b、330b               第2区段
30c、130c、230c、330c               第3区段
30d、130d、230d、330d               第4区段
31、131、231、331                   导线
241a、b                             绕接部
240a、b                             端子构件
310                                 变压器用线圈
330                                 2次侧绕组
340                                 1次侧绕组
341                                1次侧绕组之导线
350           C型芯
360           I型芯
370           线圈线轴
371a至371c    凸缘部
380           端子台
381a至381f    端子
420           电容器
430           收讯机构
440           开关
510           习知之线圈
521           滚动条部
522a、b       凸缘部
530           绕组部
531           导线
L1、L2        长度
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明实施形态之线圈。
<第1实施形态>
第1图系显示本发明之第1实施形态之天线用线圈之部分剖面图，第2图系显示此天线用线圈之卷芯之斜视图。
使用在本发明之第1实施形态之天线用线圈10之卷芯20，系如第2图所示，在角柱状的滚动条部21之两端部分具备凸缘部22a、22b，其系藉由具有良好磁性特性之铁氧体(ferrite)材料而形成整体长度约为1cm之尺寸者。
针对此卷芯20，将绕组部30分割成复数个区段，在各区段藉由螺线绕线将细的导线作约700至800次的卷绕，以形成天线用线圈10。
在此，所谓螺线绕线系指，从滚动条部21之一端侧朝另一端侧，沿着滚动条部21之表面将第1层卷绕之后予以折返，再由另一端侧朝一端侧卷绕第2层，并于之后一面依序依同样方式折返并同时形成第3层、第 4层之绕线方法。
换言之，如第1图所示，从左侧起依序将绕组部30分割成第1区段30a、第2区段30b、第3区段30c、第4区段30d等4个区段，在第1区段30a中，从滚动条部2 1之一端侧(凸缘部22a)朝另一端侧(第2区段30b)，沿着滚动条部21之表面卷绕第1层之后予以折返，再从另一端侧(第2区段30b)朝一端侧(凸缘部22a)卷绕第2层，并于之后按第3层、第4层，一面依序折返绕线方向，同时结束第1区段30a的绕线。
接下来，在第2区段30b中，从滚动条部21之一端侧(第1区段30a)朝另一端侧(第3区段30c)，沿着滚动条部21之表面卷绕第1层之后予以折返，再从另一端侧(第3区段30c)朝一端侧(第1区段30a)卷绕第2层，并于之后以同样方式依序折返第3层、第4层，同时结束第2区段30b之绕线。
接着，在第3区段30c以及第4区段30d亦依照同样的步骤卷绕导线31而完成绕线作业。
<第2实施形态>
第3图系显示关于本发明之第2实施形态之天线用线圈之部分剖面图。
本发明之第2实施形态之天线用线圈110，系从左侧起将绕组部130依序分割成第1区段130a、第2区段130b、第3区段130c、第4区段130d等4个区段，且在各区段藉由螺线绕线以卷绕导线131的部分，系与上述第1实施形态之天线用线圈10相同，然而在使相邻接之区段的边界面以越往上层越朝开始卷绕之凸缘部122a侧倾斜的方式卷绕导线131而成的部分，则系与第1实施形态之天线用线圈10有所不同。
换言之，如第3图所示，在第1区段130a中，从滚动条部131之一端侧(凸缘部122a侧)朝另一端侧(第2区段130b)，沿着滚动条部121之表面卷绕第1层之后予以折返，再从另一端侧(第2区段130b)朝一端侧(凸缘部122a)卷绕第2层，并于之后按第3层、第4层，一面依序折返绕线方向，同时结束左端侧区段的绕线。
此时，系使绕组部130之端面与凸缘部122a相接，同时并将卷绕数较第1层仅减少约50圈(turn)来卷绕第2层，之后，并将卷绕数较第2 层仅减少约50圈来卷绕第3层，再将卷绕数较第3层仅减少约50圈来卷绕第4层，依此方式将卷线方向依序折返，同时减少卷绕数而进行导线131的卷绕作业。
接下来，在第2区段130b以及第3区段130c，系使绕组部130的剖面成为平行四边形，并藉由螺线绕线来进行绕线。
接着，在第4区段130d，系使绕组部130之端部与凸缘部122b相接，同时依序将卷线方向予以折返并增加卷绕数，并藉由螺线绕线来卷绕导线131而结束绕线作业。
藉由此种步骤卷绕导线131，使相邻接之区段的边界面形成越往上层越向开始卷绕的凸缘部22a侧倾斜，可确实防止各区段在边界面的卷崩。
<第3实施形态>
第4图系显示本发明之第3实施形态之天线用线圈之部分剖面图，第5图系显示本发明之第3实施形态之天线用线圈之斜视图。
本发明之第3实施形态之天线用线圈210，系从左侧起将绕组部230依序分割成第1区段230a、第2区段230b、第3区段230c、第4区段230d等4个区段，在各区段藉由螺线绕线来卷绕导线231的部分，系与上述第1实施形态之天线用线圈10相同，然而在两端部之各区段，使与凸缘部222a、222b相对向之端面的上层附近，以越往上层越远离凸缘部222a、222b的方式来卷绕导线23 1而成的部分，则系与第1实施形态之天线用线圈10有所不同。
此外，卷芯220之凸缘部222a、222b系如第4图、第5图所示，设有朝向外侧突出的绕接部241a、241b。藉由对于此绕接部241a、241b，系藉由绕接导线231之端部，俾以固定导线231之端部。
此绕接部241a、241b系作为可对凸缘部222a、222b之本体装卸之端子构件240a、240b之一部分而设。端子构件240a、240b系形成剖面略C字状，为由具有弹性及可挠性之合成树脂等所形成。藉由将此端子构件240a、240b扣合于凸缘部222a、222b之本体，即整体形成凸缘部222a、222b。
关于第3实施形态之线圈，系如第4图所示，从左侧起依序将绕组部230分割成第1区段230a、第2区段230b、第3区段230c、第4区段230d 等4个区段，在第1区段230a中，从滚动条部221之一端侧(凸缘部222a)朝另一端侧(第2区段230b)，沿着滚动条部221之表面卷绕第1层之后予以折返，再从另一端侧(第2区段230b)朝一端侧(凸缘部222a)卷绕第2层，并于之后按第3层、第4层，一面依序折返绕线方向，同时结束第1区段230a的绕线。
此时，为使与凸缘部222a相对向之端面的上层附近越往上层越远离凸缘部222a，在较例如第n层更上层侧，将卷绕数较第n层仅减少约50圈来卷绕第n+1层，之后，将卷绕数较第n+1层仅减少约50圈来卷绕第n+2层，再将卷绕数较第n+2层仅减少约50圈来卷绕第n+3层，依此方式随着成为上层而依序减少卷绕数，同时依序折返绕线方向以进行导线231的卷绕作业。在此，n系正的自然数。
其中，开始减少卷绕数的层可以是任意层，而且，亦可例如每2层或每3层依序减少卷绕数，而非各层均减少卷绕数。
接下来，在第2区段230b以及第3区段230c，系与第1实施形态同样的步骤进行导线231的卷绕。
最后，在第4区段230d亦系与第1区段230a相同的步骤，越往上层则依序减少卷绕数，同时卷绕导线231而结束绕线作业。
由于藉由此种步骤卷绕导线231，使与凸缘部222a、222b相对向之绕组部230之端面越往上层越远离凸缘部222a、222b侧，因此即使在凸缘部222a、222b之上部与绕组部230a、230d之间产生间隙，于凸缘部222a、222b之附近焊接导线231时，亦不会有熔融的焊锡附着在凸缘部222a、222b与绕组部230a、230d之间而导致绝缘不良之情形。
<第4实施形态>
第6图系显示本发明第4实施形态之变压器用线圈的平面图，第7图系显示本发明第4实施形态之变压器线圈的部分剖面图。
本发明之第4实施形态之变压器用线圈310，系在2次侧绕组将绕组部330分割成4个区段，并在各区段藉由螺线绕线将导线331作卷绕者，而在2次侧绕组之导线331之卷绕步骤，系与第1实施形态之天线用线圈10几乎相同。
换言之，如第6图、第7图所示，本发明之第4实施形态之变压器用 线圈310系具备：线圈线轴(coil bobbin)370、***于线圈线轴370内之I型芯(core)360、使位于I型芯360两端之C型芯350、以及具有连接1次侧绕组与2次侧绕组之端子381a至381f之端子台380。
I型芯360及C型芯350系藉由具有良好磁性特性之之铁氧体(ferrite)材料而形成。
线圈线轴370系设有用以卷绕1次侧绕组340与2次侧绕组330之凸缘部371a、371b、371c。此凸缘部371a、371b、371c系由分别位于线圈线轴370两端之凸缘部371a与371c、以及位于1次侧绕组340与2次侧绕组330之边界的凸缘部371b等3个所构成。
在1次侧绕组340中，系遍及凸缘部371a与凸缘部371b间之整体长度而以螺线绕线来卷绕导线341。
2次侧绕组330系从左侧起依序分割成第1区段330a、第2区段330b、第3区段330c、第4区段330d等4个区段，在第1区段330a中，从线圈线轴370之一端侧(凸缘部371b)朝另一端侧(第2区段330b)，沿着线圈线轴370之表面卷绕第1层之后予以折返，再从另一端侧(第2区段330b)朝一端侧(凸缘部371b)卷绕第2层，并于之后按第3层、第4层，一面依序折返绕线方向，同时结束第1区段330a的绕线。
接下来，在第2区段330b中，从线圈线轴370之一端侧(第1区段330a)朝另一端侧(第3区段330c)，沿着线圈线轴370之表面卷绕第1层之后予以折返，再从另一端侧(第3区段330c)朝一端侧(第1区段330a)卷绕第2层，并于之后以同样方式依序折返第3层、第4层，同时结束第2区段330b之绕线。
接着，在第3区段330c以及第4区段330d亦依照同样的步骤卷绕导线331而完成绕线作业。
<导线之卷绕层间所产生之杂散电容>
如上所述，如本发明之各实施形态所述，将绕组部分割成复数个区段，且各区段均以螺线绕线来卷绕导线时，与习知技术中遍及绕组部整体长度而以螺线绕线来卷绕导线之情况相较之下，可将导线之卷绕层间所产生的杂散电容大幅减少。
亦即，本发明之各实施形态中之层的长度L1，与作为习知技术所述 之第9图所示范例中之层的长度L2相较，约为1/4，显然可将层的长度予以大幅减少。藉此，即可将杂散电容成分大幅减少。
兹说明有关本实施形态之天线用线圈降低杂散电容成分之情况。
在本实施形态之天线用线圈由于可大幅降低杂散电容成分，因此即可提升因为此杂散电容成分Cp与线圈(电感器)之电感成分L所产生之自共振频率fp(＝1/(2π(LCp)1/2))的值。
如此，由于自共振频率大幅上升，可令使用频率(所使用之共振频率)位于从其自共振尖峰边缘部分离开至低频率侧之特性稳定的部分，因此即使因为零件间的性能参差不齐或周围温度有大幅变化，在使用频率中，亦不会再有电感值大幅变化的情况。
如前所述，虽然电感值与电容器的电容均系用以决定使用频率的要素，其每一使用频率均设为分别与其频率相对应的值，然而由于本实施形态中使用频率之电感值不致再有大幅变化之情况，因此供收讯之用的共振频率即变得稳定，而可避免使用频率的收讯困难，或可收讯范围变得狭窄等事态的发生。
第8图系将本实施形态之天线用线圈应用在一般开关开闭电路之电路图例。亦即，系与天线用线圈410并联连接预定电容之电容器420，而天线用线圈410之导线两端系连接于收讯机构430。此外，此收讯机构430系以可将开关440予以开闭之方式而构成。
天线用线圈410系对于由其电感成分L与电容器420之电容成分C所决定之使用频率f(＝1/(2π(LC)1/2)之电波信号作共振，并据此而辨识在收讯机构430已接收到预定信号之情形。收讯机构430即据此将开关440设定为闭状态，且使具有开关440之电路设定成ON状态。将本实施形态之天线用线圈410应用在此种开关开闭电路时，由于即使零件间之特性参差不齐或周围温度发生变化，亦不会有使收讯灵敏度不良之虞，因此在具有开关440之电路的ON/OFF切换中不会产生误动作(malfunction)。
此外，本实施形态之变压器用线圈由于系将2次侧绕组分割成复数个(例如为4个)区段，因此可将2次侧绕组之始端与终端的电位差缩小。此时，各区段之间因为不须有凸缘部，因此可达成制品小型化及低廉化。
<其它实施形态>
另外，本发明之线圈并不以上述实施形态为限，亦可作各种形态之变更。例如，在天线用线圈中，虽使2个凸缘部形成于卷芯的两端，然而亦可将凸缘部设置于卷芯的途中。
此外，以绕组部之分割数而言，不以上述实施形态为限，亦可加以适当变更而实施。
再者，上述之卷芯、I型芯及C型芯虽系以铁氧体而形成，然而卷芯的形成材料并不以此为限，亦可选用其它的一般卷芯材料，例如可采用高导磁合金(permalloy)、铁硅铝合金(Sendust)、铁羰基(iron carbonyl)等材料，亦可使用将该等之细微粉末予以压缩成型之粉芯(dustcore)。

Claims (9)

1.一种线圈，是具备：由设有2个凸缘部之磁性材料构成的卷芯；以及在该卷芯的该2个凸缘部间，由卷绕于该卷芯之多层导线构成的绕组部，
所述绕组部是通过在所述2个凸缘部间被分割成多个区段，同时按每一区段从一端侧朝另一端侧卷绕1层导线之后，将卷绕方向依序折返并卷绕成层叠状的螺线绕线而形成的，该螺线绕线从第1层到最上层为止是整体连续的，
所述绕组部是通过在两端部的各区段中，按照与所述凸缘部相对向之端部的至少上层附近越往上层越远离所述凸缘部的方式对导线进行卷绕而成的。
2.如权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述1层导线被沿卷芯卷绕。
3.如权利要求2所述的线圈，其特征在于，所述绕组部是通过使相邻接之区段的边界面以越往上层越靠近开始卷绕的凸缘部侧倾斜的方式对导线进行卷绕而成的。
4.如权利要求2所述的线圈，其特征在于，所述凸缘部由凸缘部主体、以及相对于该凸缘部主体可以装卸自如且剖面呈C字状的具有弹性及可挠性的构件构成的端子构件而构成。
5.如权利要求4所述的线圈，其特征在于，所述端子构件的外表面设有卷绕在所述导线端末的卷绕部。
6.如权利要求2所述的线圈，其特征在于，所述卷芯具有角柱状的滚动条部。
7.如权利要求2所述的线圈，其特征在于，所述凸缘部分别设于所述卷芯的两端部。
8.一种天线，使用了线圈，其中该线圈具备：
由设有2个凸缘部之磁性材料构成的卷芯；以及
在该卷芯的该2个凸缘部间，由卷绕于该卷芯之多层导线构成的绕组部，
所述绕组部是通过在所述2个凸缘部间被分割成多个区段，同时按每一区段从一端侧朝另一端侧卷绕1层导线之后，将卷绕方向依序折返并卷绕成层叠状的螺线绕线而形成的，该螺线绕线从第1层到最上层为止是整体连续的，
所述绕组部是通过在两端部的各区段中，按照与所述凸缘部相对向之端部的至少上层附近越往上层越远离所述凸缘部的方式对导线进行卷绕而成的。
9.一种变压器，使用了线圈，该线圈具备：
由设有2个凸缘部之磁性材料构成的卷芯；以及
在该卷芯的该2个凸缘部间，由卷绕于该卷芯之多层导线构成的绕组部，
所述绕组部是通过在所述2个凸缘部间被分割成多个区段，同时按每一区段从一端侧朝另一端侧卷绕1层导线之后，将卷绕方向依序折返并卷绕成层叠状的螺线绕线而形成的，该螺线绕线从第1层到最上层为止是整体连续的，
所述绕组部是通过在两端部的各区段中，按照与所述凸缘部相对向之端部的至少上层附近越往上层越远离所述凸缘部的方式对导线进行卷绕而成的。
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