KR102131673B1 - 개선된 품질 계수를 가진 3축 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 품질 계수(quality factor)를 가진 3 축 안테나에 관한 것으로, 이 3 축 안테나는, 각 모서리 상에 X 축 권선 채널(12X) 및 Y 축 권선 채널(12Y)을 구획하는 돌출부들(11)을 포함하는 자성 코어(10); 2개의 개별적이면서 서로 인접한 X 축 부분 코일(21X)을 포함하는 X 축 권선 채널(12X) 내의 X 축 코일(20X); 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일(21Y)을 포함하는 Y 축 권선 채널(12Y) 내의 Y 축 코일(20Y); 및 상기 자성 코어(10)를 둘러싸는 Z 축 코일(20Z);을 포함하며, 상기 자성 코어(10)는, 상기 X 축 권선 채널(12X)을 상기 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일(21Y)이 수용되는 2개의 X 축 부분 권선 채널(13X)로 분할하는 적어도 하나의 X 축 구획 벽(14X), 및 상기 Y 축 권선 채널(12Y)을 상기 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일(21Y)이 수용되는 2개의 Y 축 부분 권선 채널(13Y)로 분할하는 적어도 하나의 Y 축 구획 벽(14Y)을 포함한다.

Description

개선된 품질 계수를 가진 3축 안테나{THREE-AXIS ANTENNA WITH IMPROVED QUALITY FACTOR}

본 발명은 서로 교차하는 X 축, Y 축 및 Z 축 방향으로 권취된 3개의 직교 코일에 의해 둘러싸인 자성 코어를 포함하며, 상기 자성 코어는 송신 안테나 또는 수신 안테나로서 저주파수에서 동작하도록 구성되며 임의의 방향으로/으로부터 신호를 송수신할 수 있다.

본 제안된 안테나는 전체 등가 기생 용량(층간 및 권선간)의 감소에 의해 얻어지는 X, Y 및 Z 축의 Q 계수(품질 계수)의 증가에 의해서 높은 이득을 갖는 것을 특징으로 한다.

품질 계수는 안테나(진동 공진기)에 저장되는 에너지와 감쇠 프로세스에 의해 사이클당 소비되는 에너지의 비율을 결정하는 무차원 파라미터이다. 고품질 계수 안테나는 저품질 계수 안테나보다 사이클당 에너지를 적게 소비한다.

US5966641(PLANTRONICS)의 도 10a 및 도 10b의 각각의 상면도 및 측면도에는 투과성 코어(1002) 및 제 1 및 제 2 권선들(1004, 1006)을 포함하는 쌍축 자기 유도 안테나가 도시되어 있다. 코어(1002)는 상자 형상이며, 페라이트로 형성된다. 제 1 권선(1004)은 제 1 평면에서 코어(1002)의 표면에 배치된다. 제 2 권선(1006)은 제 1 평면에 수직인 제 2 평면에 배치된다. 권선들(1004 및 1006)은 상호 인덕턴스를 최소화하도록 배향된다. 권선들(1004 및 1006)의 물리적 형상은 널링(nulling)을 위해, 추가의 기계적 고정 또는 조정에 대한 임의의 필요성을 없애는 이러한 최소화를 제공한다. 따라서, 대부분의 용도들에서 이러한 구조는 자체 널링으로 기술된다. 코어(1002)의 치수는 권선들(1004 및 1006)이 실질적으로 동일한 인덕턴스 및 커패시턴스를 갖게되도록 선택된다.

US6407677(VALEO)에는 자기 커플링에 의한 저주파수 통신을 위한 장치로서, 차량 내에 배치된 이미터와 식별 부재에 배치된 수신기를 포함하며, 상기 이미터 또는 수신기 중 하나는 루프 안테나를 포함하고, 상기 이미터 또는 수신기 중 다른 것은 삼면체를 규정하는 3개의 수직축을 중심으로 권취되어 전방향(omnidirectional) 자기장을 생성하는 3개의 관련 코일을 포함하고, 상기 3개의 관련 코일에는 서로에 대하여 유사한 주파수인, 60도 또는 120도 위상차의 전류가 공급되는 상기 장치가 개시되어 있다. 여기서 관련된 코일들은 평행 육면체인 공통 자성 코어의 6개의 면들을 둘러서 서로 간의 상부에 권취된다.

ES2200652(PREDAN)에는 직사각형 형상의 모놀리식 자성 코어를 포함하는 3 차원 하이브리드 안테나가 개시되어 있으며, 상기 모놀리식 자성 코어는 저주파 전자기장을 받을 때 각각의 권선에서 신호를 수신하도록 구성된 3개의 상호 직교하는 권선을 갖고 있다. 또한, 상기 자성 코어는 플라스틱 베이스에 접착 결합되며, 상기 플라스틱 베이스에는, 코어를 둘러싸도록 구성되는 권선들과 외부 시스템들 사이의 상호 연결을 위해서 바닥면에 단자들이 제공되어 있다.

WO 2014072075(PREMO)에는 자성 코어와, 3개의 상호 직교하는 축을 중심으로 권취된 3개의 권선(21, 22, 23)을 갖는 3 차원 안테나가 개시되어 있으며, 상기 코어(10)를 둘러싸는 상기 권선들 각각은 자성 코어 상의 권선 배열들 및 권선 코어와 지지판 역할을 하는 PCB 사이의 연결을 위한 것이다.

본 기술 분야에 공지된 바와 같이, 일정한 턴수 N을 갖는 소정의 인덕턴스, 권취되는 코어의 소정 형태, 일정한 동작 주파수, 및 소정 섹션 길이와 전기 저항의 권선을 갖는 공지의 투자율 자성 재료에 있어서는, 분배되는 총 용량이 낮을수록 Q 값이 커지게 된다.

고주파 코일에서는, 동작 주파수에 가까운 주파수에서 자동 공진에 들어 가지 않아야 한다. 이를 해결하기 위해, 동작 주파수보다 10배 큰 공진 주파수를 갖는 코일들을 설계하는 것이 통례적인 것이었다. 이를 위해 유도성 및 용량성 임피던스의 값들은 크기가 같고 자동 공진 주파수와 반대 각도가 되도록 계산된다. 라디오와 텔레비전 시스템, 중파 코일 및 RF 튜닝 포트들에서 높은 동작 주파수로 작동 가능하도록 하기 위해, 그것을 분할하여 분배 용량을 감소시킴으로써 Q 계수를 상승시키고 이에 따라 공진 주파수가 최대가 되도록 하는 것에 의해, 권선이 감긴 다중 섹션 코일 포머(coil-former)를 사용하는 것이 1950년대부터 1970년대까지는 일반적인 것이었다.

이 기술의 예는 십자형 코어를 가지며 또한 분배 용량을 감소시켜 공진 주파수 및 Q 계수를 증가시키도록 브랜치당 적어도 3개의 직렬 권선을 갖는 안테나 코일에 관한 EP2360704B1(SUMIDA)에서 확인할 수 있다.

문헌 US9647340B2(TOKO)에는 X 축, Y 축 및 Z 축을 규정하는 자성 코어를 갖는 3 축 안테나가 기재되어 있으며, 상기 안테나는 X 축을 중심으로 권취된 X 축 코일, Y 축을 중심으로 권취된 Y 축 코일, 및 Z 축을 중심으로 권취된 Z 축 코일을 포함하고 있다. 이 문헌에 따르면, 각 코일은 두 개의 평행한 대칭 부분 코일을 포함한다.

이 문헌에 기재된 자성 코어는 X 축 코일을 수용하고 Y 축 코일을 수용하기위한 2개의 직교하는 권선 채널을 규정하는 4개의 모서리 상에서 4개의 돌출부를 갖지만, 이 자성 코어의 외주에는 Z 축 코일을 수용하기 위한 권선 채널이 없다.

자성 코어는 Z 축 대칭 부분 코일들을 수용하기 위한 2개의 평행한 권선 채널을 규정하는 지지 구조체 내에 삽입된다. 또한 상기 지지 구조체는 X 축 코일과 자성 코어 사이, 및 Y 축 코일과 자성 코어 사이에 부분적으로 개재되며, 상기 지지 구조체는 대칭 부분 코일들을 이격시키는 구획 벽들을 포함한다.

상기 지지 구조체는 자성 코어로부터 코일들을 이격시키지만, 코일 길이를 증가시키게 되어, 기생 용량들을 도입함으로써 안테나의 품질 계수를 감소시키게 된다.

본 발명은 3개의 직교 코일이 직접 권취되는 특수한 코어 및 상기 코어들 중의 적어도 두 개의 코어가 자신의 코어의 구획 벽들에 의해 분리되어 있는 것에 기초하여 Q 계수 증가에 의한 높은 이득을 갖는 3 축 안테나를 얻도록 당해 기술분야에 존재하는 방식들에 대한 대안의 방식을 제공하기 위해서 이루어진 것이다. 또한, 본 제안된 방식은 소형화 및 공간 절약을 제공한다.

본 발명은 임의의 방향으로/으로부터 신호를 송수신하기 위한 3 축 안테나에 관한 것이며, 상기 안테나는 개선된 품질 계수를 갖는다.

품질 계수(quality factor)는 인덕터 안테나인 진동 공진기에 저장되는 에너지와 감쇠 프로세스에 의해 사이클당 소비되는 에너지의 비율을 결정한다.

본 발명의 목적은 종래에 알려진 저품질 계수 안테나보다 사이클당 에너지를 적게 소비하는 고품질 계수 안테나를 얻는 것이다.

본 제안된 발명은 최신 기술로서,

· 서로 직교하는 X 축, Y 축 및 Z 축을 규정하는 각기둥 형상(prismatic configuration)을 갖는 자성 코어로서, 상기 각기둥 형상은 상기 자성 코어의 각 모서리 상에서 Z 축으로 돌출하는 돌출부들을 포함하고, 상기 돌출부들은 상기 자성 코어를 둘러서 X 축 권선 채널 및 Y 축 권선 채널을 구획하는, 상기 자성 코어;

· 상기 X 축 권선 채널 내에서 상기 자성 코어를 둘러싸는 X 축을 중심으로 권취된 X 축 코일로서, 2개의 개별적이면서 서로 인접한 X 축 부분 코일을 포함하는, 상기 X 축 코일;

· 상기 Y 축 권선 채널 내에서 상기 자성 코일을 둘러싸는 Y축을 중심으로 권취된 Y 축 코일로서, 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일을 포함하는, 상기 Y 축 코일;

· 상기 자성 코어를 둘러싸는 Z 축을 중심으로 권취된 Z 축 코일을 포함하며,

· 상기 X 축 권선 채널은, 상기 Y 축 권선 채널이 더 낮은 높이(level)에 형성된 X 축 권선 채널에 의해 가로막힌 2개의 반대편 교차 영역에서 상기 Y 축 권선 채널과 교차한다.

상기 돌출부들은 바람직하게는 상기 자성 코어의 양쪽 대향 측면들 상에서 Z 축 방향으로 돌출하고, 서로 마주하는 돌출부들의 측면(lateral surface)들 사이에 한정된 공간을 형성하도록 서로 이격되어 있다. 상기 공간은 코일이 상기 자성 코어를 중심으로 권취되고 상기 돌기부들에 의해 해당 위치에 유지될 수 있는 권선 채널이다.

X 축 권선 채널과 Y 축 권선 채널이 교차하는 경우, X 축 권선 채널은 Y 축 권선 채널보다 낮은 높이에 있으며, 이에 따라 인그레이빙에 의해 상기 Y 축 권선 채널을 가로막게 되고, 상기 X 축 코일은 상기 교차 영역에서 X 축 코일과 겹쳐진 Y 축 권선 채널에 수용된 Y 축 코일과 간섭함 없이 수용될 수 있다. 따라서, 서로 마주하는 돌출부들의 측면들 사이에 포함된 Y 축 권선 채널의 부분이 X 축 권선 채널과 상이한 높이에 있게 되며, 이에 따라 X 축 권선 채널을 포함하는 함몰 영역에 의해서 Y 축 권선 채널을 가로막게 된다.

이러한 특징은 먼저 X 축 코일의 권취를 허용한 다음, 간섭없이 X 축 코일을 통과하는 Y 축 코일의 권취를 허용한다.

본 개시된 방식의 기술과는 달리, 본 발명은 다음의 특징들을 제안한다:

· 상기 돌기들은 또한 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 돌출하고 있으며, 이에 따라 X 축 코일 및 Y 축 코일과 간섭함 없이 Z 축 코일이 권취되는 외주를 형성하고,

· 상기 자성 코어는 상기 X 축 권선 채널을 2개의 X 축 부분 권선 채널로 분할하는 상기 X 축 권선 채널로부터 돌출하는 적어도 하나의 X 축 구획 벽으로서, 상기 2개의 개별적이면서 서로 인접한 X 축 부분 코일이 수용되어 있으며 상기 X 축 돌출 벽은 상기 Y 축 권선 채널과 간섭하지 않는, 상기 적어도 하나의 X 축 구획 벽을 포함하고;

· 상기 자성 코어는 상기 Y 축 권선 채널을 2개의 Y 축 부분 권선 채널로 분할하는 상기 Y 축 권선 채널로부터 돌출하는 적어도 하나의 Y 축 구획 벽으로서, 상기 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일이 수용되어 있는, 상기 적어도 하나의 Y 축 구획 벽을 포함한다.

상기 자성 코어의 외주를 형성하는 X 축 및 Y 축 방향들의 돌출부들의 돌출은 상기 자성 코어의 둘레면들 상에 계단 형상을 제공하며, 이 계단 형상은 상기 자성 코어의 중심으로부터 더 많이 떨어진 외부 표면들, 및 상기 X 축 권선 채널과 Y 축 권선 채널의 돌출부들 부위 사이에 배치된 중심으로부터 더 적게 떨어진 둘레면들이 된다.

상기 자성 코어의 주면들은 X 축 코일과 Y 축 코일이 서로 교차하고, Z 축에 수직한 표면들이며, 상기 둘레면들이 상기 주면들을 둘러싸는 표면들로 된다.

상기 자성 코어의 상기 외부 표면들을 둘러서 권취되는 Z 축 코일은 돌출부들 사이에 수용된 X 축 코일 및 Y 축 코일과 간섭하지 않는다.

상기 자성 코어의 기하학적 구조는 추가의 구조적 지지체를 필요로함 없이, 자성 코어 표면과 직접 접촉하는 3개의 X, Y 및 Z 축 코일들의 권취를 허용한다. 상기 자성 코어 상에 코일을 권취하는 것은 코일의 각 회전의 길이, 및 상기 코일을 구성하는 와이어의 전체 길이를 감소시킨다. 이로 인해 안테나의 품질 계수가 증가된다.

전술한 바와 같이, 각각의 X 축 코일은 2개의 개별적이면서 서로 인접한 X 축 부분 코일을 포함한다. 상기 자성 코어는 X 축 권선 채널 내에 수용되고 상기 자성 코어로부터 돌출하는 X 축 구획 벽을 포함한다. 상기 X 축 구획 벽은 서로 평행한 2개의 X 축 부분 권선 채널을 형성하며, 2개의 분리된 X 축 부분 코일을 상기 자성 코어 상에 용이하고 정확하게 자동 권취할 수 있게 한다.

Y 축 권선 채널에는 동등한 구획 벽들이 존재하며, 서로 평행한 2개의 평행 Y 축 부분 권선 채널을 형성한다.

각 부분 코일은 자체 자기장을 생성한다. 각 코일 상에 2개의 평행한 부분 코일을 포함시킴으로써 상기 자기장의 소실을 방지하는 평행 자기장을 발생시켜서, 에너지 소실을 감소시키며, 이에 따라 안테나의 품질 계수를 증가시킨다.

자성 코어 상에 직접 상기 구획 벽들을 포함시킴으로써 구획 벽들을 지지하는 비-자성 지지 구조체의 사용을 방지하며, 이로 인해 코일의 길이가 증가하게 되고 따라서 안테나의 품질 계수를 감소시킬 수 있게 된다(예를 들어, US9647340B2에서 사용된 지지 구조체).

구획 벽은 하나의 구획 벽 또는 바람직하게는 복수의 코플래너 구획 벽일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, X 축 구획 벽은 Y 축 방향 및/또는 Z 축 방향으로 돌출한다. Y 축 구획 벽은 또한 X 축 방향 및/또는 Z 축 방향으로 돌출할 수도 있다.

X 축 구획 벽은 바람직하게는 자성 코어의 4개의 인접한 면들을 둘러서 연장되는 연속 벽이다. X 축 권선 채널이 Y 축 권선 채널 및/또는 Z 축 권선 채널과 교차하는 교차 영역에서, 상기 X 축 구획 벽의 높이는 X 축 권선 채널과 다른 권선 채널들 사이의 경계가 되어 있는 계단 형상보다 작거나 동일하다. 이것은 X 축 구획 벽이 Y 축 코일 또는 Z 축 코일과 간섭하는 것을 방지한다.

일 실시형태에 따르면, Y 축 구획 벽은 2개의 독립적인 대칭 벽이며, 상기 2개의 독립적인 대칭 벽 각각은 각기둥형 코어의 3개의 인접한 면들을 둘러서 연속적으로 연장되어 있고, 상기 X 축 권선 채널에 의해서 상기 2개의 독립적인 대칭 벽이 이격되어 있다. Y 축 권선 채널이 Z 축 권선 채널과 교차하는 교차 영역에서, 상기 Y 축 구획 벽의 높이는 Y 축 권선 채널과 Z 축 권선 채널 사이의 경계가 되어 있는 계단 형상보다 작거나 동일하며, 이에 따라 Y 축 구획 벽이 Z 축 코일과 간섭하는 것이 방지된다.

바람직하게는, 상기 X 축 구획 벽 및/또는 상기 Y 축 구획 벽은, 대응하는 권선 채널 상에 중심이 있는, 돌출부들로부터 등거리에 있다. 이로 인해 부분 코일들이 동일하고 대칭적으로 위치되고, 발생된 자기장도 또한 대칭적이게 되며, 따라서 품질 계수를 증가시키는 것으로 결정된다.

또한, 상기 자성 코어의 상기 외주가 X 축 및/또는 Y 축 방향들로 돌출하는 Z 축 벽을 포함하는 것이 제안되어 있다. 이 방식은 자성 재료가 주입되는 캐스트에 의해 제조 가능한 자성 코어의 생성을 가능하게 하며, 상기 자성 코어는 2-파트 캐스트로부터 용이하게 탈형될 수 있는(unmoldable) 기하학적 구조를 갖는다. 이 특징은 자성 코어의 용이하고, 저가이면서, 빠르고 정확한 제조를 가능하게 한다.

상기 Z 축 벽은 외주부의 중앙부 상에 배치될 수 있으며, 상기 중앙부는 2개의 대칭 Z 축 부분 권선 채널들을 구획하며, 이러한 부분 채널들은 함께 Z 축 권선 채널을 형성한다. 이 실시형태에서, Z 축을 중심으로 권취된 Z 축 코일은 그 각각이 서로 다른 Z 축 부분 권선 채널에 하나씩 권취된 2개의 개별적인 서로 인접한 Z 축 부분 코일들을 포함하게 된다.

대안적으로, Z 축 벽은 외주의 비-중앙 위치(non-centered position)에서 돌출할 수 있으며, 상기 Z 축 코일에 대한 하나의 권취 제한면인, 상기 Z 축 벽의 일 측면 상에서 상기 Z 축 코일이 Z 축을 중심으로 권취된다.

다른 실시형태에 따르면, Z 축 추가 벽이 외주부의 비-중심 위치에서 돌출하고, 상기 Z 축 벽에 대칭인 상기 Z 축 추가 벽과 상기 Z 축 벽 간에 Z 축 권선 채널이 형성되며, 상기 Z 축 권선 채널 상에 상기 Z 축 코일이 수용된다. 이러한 방식은 Z 축 코일이 그 위치로부터 이동하는 것을 방지하지만, 자성 코어의 제조가 더욱 복잡하고 고가로 되며, 따라서 상기 형상이 2-파트 캐스트로부터 얻어질 수 없게 되어, 이 Z 축 권선 채널을 생성하기 위해서는 자성 코어에 대한 보다 복잡한 캐스트 또는 밀링 작업을 필요로 하게 된다.

대안의 실시형태에서, 자성 코어는 비-중심 위치에 배치된 복수의 Z 축 벽을 포함하며 이에 따라 부분 Z 코일들을 위한 복수의 Z 축 권선 채널들을 생성할 수 있게 한다.

바람직하게는, 상기 자성 코어는 강자성 재료, PBM(polymer-bonded soft magnetic material), 압축 및 소결된 금속 분말 중에서 중에서 선택되는 재료로 제조될 수 있다.

상기 각기둥 형상은 X 축, Y 축 및 Z 축 각각에 수직인 2개의 주면을 갖는 직사각형 각기둥 형상일 수 있다.

또한 X 축, Y 축 및 Z 축 코일들과 자성 코어 사이에는 전기 절연 재료의 코팅이 존재하여, 상승된 유도 전류(Eddy 전류)의 순환 및 자성 코어 전도율에 기인하는 코일 인덕터에 병렬인 등가 저항의 발생을 방지하며, 이에 따라 안테나의 품질 계수를 증가시키는 것이 제안된다.

상기 전기 절연 재료는 바람직하게는 화학 기상 증착 폴리머이며, 이에 따라 자성 코어의 초박형 절연체 커버링을 생성할 수 있다. 상기 초박형 절연 재료는 코일들의 각각의 턴의 길이를 증가시키지 않는다.

상기 3 축 안테나는 절연 재료로 오버 몰딩(over-molding)되고, 상기 절연 재료 내부에는 금속성 연결 단자들이 매립된 상태로 유지되고, 상기 금속성 연결 단자들 각각은 하나의 코일을 구성하는 하나의 와이어의 일 단부에 연결되고, 각 금속성 연결 단자는 상기 3 축 안테나의 커버 외부로부터 접근 가능한 절연 재료에 의해 덮이지 않은 부분을 갖는다. 상기 오버 몰딩은 코일들이 그것의 정확한 위치로부터의 이동되는 것을 방지하여, 품질 계수를 감소시키게 되는 조작 또는 사고를 방지할 수 있으며, 상기 금속성 연결 단자들은 장착 표면 패드로서 상기 단자들의 단부들을 작동시키는 회로에 대하여 상기 3 축 안테나를 용이하고 안전하게 연결할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 특징들은 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

상기 및 다른 이점들 및 특징들은 한정이 아닌 예시로서 취해지는 첨부 도면들을 참조하여 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 자성 코어의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 것과 동일한 자성 코어의 사시도이며, 이 자성 코어는 X 축 코일, Y 축 코일 및 Z 축 코일이 그를 둘러서 권취되어 있으며, 또한 금속성 연결 단자들을 포함하고 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자성 코어의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 것과 동일한 자성 코어의 사시도이며, 이 자성 코어는 X 축 코일, Y 축 코일 및 Z 축 코일이 그를 둘러서 권취되어 있다.
도 5는 제 3 실시예에 따른 자성 코어의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 자성 코어의 측면도이다.
도 7은 Z 축 권선 채널을 가로지른 도 5에 도시된 자성 코어의 횡단면도이다.

상기 및 다른 이점들 및 특징들은 한정이 아닌 예시로서 취해지는 첨부 도면들을 참조하여 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이다.

제안된 3 축 안테나의 제 1 실시예에 따르면, 자성 코어(10)는 압축 및 소결된 금속 분말로부터 얻어진다. 상기 자성 코어(10)는 2-파트 캐스트로부터 용이하게 캐스트 추출 가능하게 하는 기하학적 구조 덕분에 2-파트 캐스트에서 제조된다. 대안의 실시예에서는, 다른 코어용 재료, 바람직하게는 강자성 재료, PBM(polymer-bonded soft magnetic)이 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 자성 코어(10)의 형상은 서로 직교하는 X 축(X), Y 축(Y) 및 Z 축(Z)을 규정하며, 4개의 모서리를 갖는 Z 축에 수직인 2개의 주면(main face)을 갖는 각기둥 형상이다.

각 모서리에는, 상기 자성 코어(10)로부터 돌출부(11)가 돌출되어 있으며, 상기 4개의 돌출부(11)는 자성 코어(10)의 두 개의 주면 상에 돌출되어 있으며, 또한 자성 코어(10)의 외주(outer perimeter)를 형성하는 각기둥 형상의 바깥쪽으로 반경 방향으로 연장되어 있다.

자성 코어(10)의 각 주면에는, 4개의 돌출부(11) 사이에, 2개의 수직 권선 채널(12X 및 12Y)이 형성되어 있다. X 축 권선 채널(12X)은 두 개의 주면을 가로지른다. X 축 권선 채널(12X)에 의해 점유되지 않는 2개의 인접한 돌출부(11) 사이에 형성되는 공간은 X 축 권선 채널(12X)과 계단 형상을 형성하는 융기된 표면을 포함한다. 상기 융기된 표면은 X 축 권선 채널(12X)에 대해 상이한 높이에 있는 Y 축 권선 채널(12Y)을 형성한다.

자성 코어(10)의 둘레면들은 그 둘레에 배치되며 자성 코어(10)의 외주를 포함하는, 자성 코어(10)의 주면들을 연결하는 면들이다.

전술한 바와 같이, 돌출부들(11)은 반경 방향들(X 축(X) 및 Y 축(Y) 방향들)로 돌출한다. 반경 방향들로 돌출하는 돌출부들(11) 사이에는 자성 코어(10)의 둘레면들 상에 형성되어 있는, X 축 권선 채널(12X) 및 Y 축 권선 채널(12Y)의 일부가 형성된다.

X 축 권선 채널(12X)은 본 실시예에서는 자성 코어(10)를 둘러싸는 환형의 연속 벽인, X 축 구획 벽(14X)을 그 중심에 포함한다.

상기 X 축 구획 벽(14X)은 자성 코어(10)의 돌출부이며, 각 측면에 하나씩 2개의 X 축 부분 권선 채널(13X)을 형성한다.

또한, Y 축 권선 채널(12Y)은 본 실시예에서는 자성 코어(10)의 3개의 면을 각각 덮는 2개의 독립적인 코플래너(coplanar) 벽인 Y 축 구획 벽(14Y)을 그 중심에 포함하며, 상기 Y 축 구획 벽(14Y)은 자성 코어(10)의 돌출부로서 각각의 측면에 하나씩 2개의 Y 축 부분 권선 채널(13Y)을 형성한다.

돌출부들(11)의 외부 표면에 의해 형성되는 자성 코어(10)의 외주는 자성 코어(10)로부터 돌출하는 Z 축 벽(14Z)을 또한 포함하며, 본 실시예에서는 각각의 측면에 하나씩 2개의 Z 축 부분 권선 채널(13Z)을 형성하는 외주에 중심이 맞춰진, 각 돌출부(11) 상에 하나씩인 4개의 코플래너를 포함한다.

도 2에는 2개의 X 축 부분 코일(21X)이 자성 코어(10)를 둘러싸는 X 축 코일(20X)을 함께 생성하는 X 축 부분 코일(21X)을 각 X 축 부분 권취 채널(13X) 상에 권취하는 방식이 도시되어 있다.

또한, 각 Y 축 부분 권선 채널(13Y)에는, 2개의 Y 축 부분 코일(21Y)이 자성 코일(10)을 둘러싸는 Y 축 코일(20Y)을 함께 생성하게 되는 Y 축 부분 코일(21Y)이 권취되어 있다.

마지막으로, 각 Z 축 부분 권선 채널(13Z)에는, 2개의 Z 축 부분 코일(21Z)이 자성 코어(10)를 둘러싸는 Z 축 코일(20Z)을 함께 생성하게 되는 Z 축 부분 코일(21Z)이 권취되어 있다.

그리고, 3 축 안테나의 주위에는, 부분 코일(21X, 21Y, 21Z)을 구성하는 와이어의 일단에 그 각각이 연결되어 있는 금속성 연결 단자들(30)이 배치되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 금속성 연결 단자(30)는 예를 들어 돌출부(11) 각각에 접착제에 의해 자성 코어(10)에 부착되어, 표면 장착 패드로서 작용하는 표면 장착 연결을 위한 부분들을 제공한다.

또한, 3 축 안테나 주위에 오버 몰딩된(over-molded) 커버가 생성되어 회로에 생성된 안테나의 전기적 연결을 위해 노출된 모든 금속성 연결 단자들(30)의 부분이 남게 된다. 이 오버 몰딩된 커버는 도면에 표시되어 있지 않다.

도 3에 도시된 대안의 실시예에 따르면, X 축 구획 벽(14X)은 비연속적이고 비환형일 수 있다.

본 실시예에서, Z 축 구획 벽(14Z)은 외주의 비중심 위치에 배치되어, 일 측면 상에서만 Z 축 권선 채널(12Z)을 형성하며, 여기에 도 4에 도시된 바와 같이, 단일의 Z 축 코일(20Z)이 권취하게 된다.

도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 추가의 대안에서, X 축 구획 벽(14X)은 Y 축(Y) 방향으로만 돌출되어 있고, Y 축 구획 벽(14Y)은 X 축(X) 방향으로만 돌출되어 있으며, 양쪽 모두 자성 코어(10)의 주면들로부터가 아니라 자성 코어(10)의 둘레면들로부터 돌출되어 있다.

본 실시예에서는, Z 축 벽(14Z)이 비중심 위치에서 돌출부들(11)의 외주로부터 돌출하고, Z 축 추가 벽(15Z)이 또한 Z 축(Z)에 수직인 자성 코일(10)의 중심 평면에 대하여 전술한 Z 축 벽(14Z)으로부터 대칭이 되는 비중심 위치에서 외주로부터 돌출한다.

Z 축 벽(14Z)과 Z 축 추가 벽(15Z) 사이에는, 하나의 Z 축 코일(20Z)이 권취되는 Z 축 권선 채널(12Z)이 형성된다.

이러한 마지막 실시예에서 설명한 자성 코어(10)의 형상은 서로 마주하는 2개의 벽 사이에 포함된 Z 축 권선 채널(12Z)의 형상으로 인해 그리고 직교 방향들 상에서 서로 마주하는 면들 사이에 포함된 다른 권선 채널들(12X 및 12Y)의 형상으로 인해, 2-파트 캐스트로 제조될 수 없다.

이 경우, 자성 코어(10)는 예를 들어, Z 축 권선 채널(12Z)이 없는 자성 코어(10)의 일반적인 형상을 형성하는 캐스트에서 금속 분말을 가압함으로써 제조될 수 있다. 자성 코어(10)를 구성하는 금속 분말을 응고시키는 소결 공정 이전 또는 이후에 자성 코어(10)가 추출되고, Z 축 권선 채널(12Z)이 자성 코어(10)에서 밀링된다. 대안예에서는 고압 몰드 주입 공정 및 후속 소결이 사용될 수 있다.

전술한 실시예들 중의 임의의 실시예에서, 상기 자성 코어(10)는 X 축, Y 축 및 Z 축 코일(20X, 20Y 및 20Z)을 권취하기 이전에 절연 재료로 덮일 수 있다. 바람직하게는, 상기 절연 재료는 초박형 절연 층을 생성하는 화학 기상 증착 폴리머이다.

본 발명의 일 실시예의 다양한 부분들이 다른 실시예들에 기술된 부분과 자유롭게 조합될 수 있으며, 그 조합에 불이익이 없을 경우에는, 상기 조합이 명시적으로 기술되지 않았더라도 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (13)

1. 개선된 품질 계수(quality factor)를 가진 3 축 안테나로서,
   서로 직교하는 X 축(X), Y 축(Y) 및 Z 축(Z)을 한정하는 각기둥 형상(prismatic configuration)을 갖는 자성 코어(10)로서, 상기 각기둥 형상은 X 축(X), Y 축(Y) 및 Z 축(Z) 각각에 수직인 2개의 주면(main face)을 가진 직사각형 각기둥 형상이고, 상기 각기둥 형상은 자성 코어(10)의 각 모서리 상에서 Z 축(Z)으로 돌출하는 돌출부들(11)을 포함하고, 상기 돌출부들(11)은 자성 코어(10)를 두르는 X 축 권선 채널(12X) 및 Y 축 권선 채널(12Y)을 구획하는, 상기 자성 코어(10);
   상기 X 축 권선 채널(12X) 내에서 자성 코어(10)를 둘러싸며 X 축(X)을 중심으로 권취된 X 축 코일(20X)로서, 2개의 개별적이면서 서로 인접한 X 축 부분 코일(21X)을 포함하는, 상기 X 축 코일(20X);
   상기 Y 축 권선 채널(12Y) 내에서 자성 코일(10)을 둘러싸며 Y 축(Y)을 중심으로 권취된 Y 축 코일(20Y)로서, 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일(21Y)을 포함하는, 상기 Y 축 코일(20Y);
   상기 자성 코어(10)를 둘러싸며 Z 축(Z)을 중심으로 권취된 Z 축 코일(20Z);을 포함하고,
   상기 X 축 권선 채널(12X)은 상기 Y 축 권선 채널(12Y)과 2개의 반대편 교차 영역들에서 교차하며, 상기 2개의 반대편 교차 영역들에서, 상기 Y 축 권선 채널(12Y)이 더 낮은 높이(level)에서 형성된 X 축 권선 채널(12X)에 의해 중단되는(interrupted), 3 축 안테나에 있어서,
   상기 돌출부들(11)은 상기 X 축(X) 방향 및 Y 축(Y) 방향으로 돌출하여 외주부(outer perimeter)를 형성하고, 상기 Z 축 코일(20Z)은 X 축 코일(20X) 및 Y 축 코일(20Y)에 의해 중단됨이 없이 상기 외주부를 따라서 권취되며,
   상기 자성 코어(10)는,
   · 상기 X 축 권선 채널(12X)로부터 돌출하여 X 축 권선 채널(12X)을 2개의 X 축 부분 권선 채널(13X)로 분할하는 적어도 하나의 X 축 구획 벽(14X)으로서, 상기 2개의 개별적이면서 서로 인접한 X 축 부분 코일들(21X)이 상기 2개의 X 축 부분 권선 채널(13X) 내에 각각 수용되며, 상기 X 축 구획 벽은 Y 축 권선 채널(12Y)과 만나지 않는, 상기 적어도 하나의 X 축 구획 벽(14X); 및
   · 상기 Y 축 권선 채널(12Y)로부터 돌출하여 Y 축 권선 채널(12Y)을 2개의 Y 축 부분 권선 채널(13Y)로 분할하는 적어도 하나의 Y 축 구획 벽(14Y)으로서, 상기 2개의 개별적이면서 서로 인접한 Y 축 부분 코일(21Y)이 상기 2개의 Y 축 부분 권선 채널(13Y) 내에 각각 수용되는, 상기 적어도 하나의 Y 축 구획 벽(14Y);
   · 상기 자성 코어(10)의 외주부에 포함되고 상기 X 축(X) 및/또는 Y 축(Y) 방향들로 돌출하는 Z 축 벽(14Z)으로서, 2-파트 캐스트(two-parts cast)로부터 용이하게 탈형될 수 있는(unmoldable) 탈형가능한 기하학적 구조를 가진 자성 코어를 제공하는, 상기 Z 축 벽(14Z);을 포함하고,
   상기 X 축 구획 벽(14X)은 2개의 독립적인 대칭 벽들이며, 상기 2개의 독립적인 대칭 벽 각각은 각기둥형 코어(10)의 3개의 인접한 면들 둘레로 연속적으로 연장되고 Y 축(Y) 방향 및/또는 Z 축(Z) 방향으로 돌출되고;
   상기 Y 축 구획 벽(14Y)은 2개의 독립적인 대칭 벽들이며, 상기 2개의 독립적인 대칭 벽 각각은 각기둥형 코어(10)의 3개의 인접한 면들 둘레로 연속적으로 연장되고 X 축(X) 방향 및/또는 Z 축(Z) 방향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 3 축 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 Y 축 구획 벽(14Y)을 구성하는 2개의 독립적인 대칭 벽들은 상기 X 축 권선 채널(12X)만큼 서로 이격되어 있는, 3 축 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 X 축 구획 벽(14X) 및/또는 Y 축 구획 벽(14Y)은 상기 돌출부들(11)로부터 등거리인, 3 축 안테나.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 Z 축 벽(14Z)은 상기 외주부의 중앙부에 배치되고, 상기 중앙부는 2개의 대칭 Z 축 부분 권선 채널들(13Z)을 구획하며, 상기 2개의 대칭 Z 축 부분 권선 채널들(13Z)은 함께 상기 Z 축 권선 채널(12Z)을 형성하며,
   Z 축을 중심으로 권취된 상기 Z 축 코일(20Z)은, 2개의 개별적인 서로 인접한 Z 축 부분 코일들(21Z)을 포함하며, 상기 2개의 개별적인 서로 인접한 Z 축 부분 코일들(21Z) 각각은 서로 다른 Z 축 부분 권선 채널들(13Z)을 따라서 각기 권취되는, 3 축 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 Z 축 벽(14Z)은 상기 외주부의 비-중앙 위치(non-centered position)에서 돌출되고, 상기 Z 축 코일(20Z)은 상기 Z 축 벽(14Z)의 일 측면 상에서 Z 축(Z)을 중심으로 권취되며, 상기 일 측면은 상기 Z 축 코일(20Z)에 대한 일 권취 제한면(winding limit)이 되는, 3 축 안테나.
6. 제 5 항에 있어서,
   Z 축 추가 벽(15Z)이 상기 외주부의 비-중앙 위치에서 돌출되고, 상기 Z 축 추가 벽(15Z)은 상기 Z 축 벽(14Z)에 대칭이며, 상기 Z 축 벽(14Z)과 상기 Z 축 추가 벽(15Z) 간에 Z 축 권선 채널(12Z)이 형성되고, 상기 Z 축 권선 채널(12Z) 상에 상기 Z 축 코일(20Z)이 수용되는, 3 축 안테나.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 자성 코어(10)는 강자성 재료, PBM(polymer-bonded soft magnetic material), 압축 및 소결된 금속 분말 중에서 중에서 선택되는 재료로 제조되는, 3 축 안테나.
8. 제 1 항에 있어서,
   X 축, Y 축 및 Z 축 코일들(20X, 20Y, 20Z)과 자성 코어(10) 사이에는 전기 절연 재료가 존재하는, 3 축 안테나.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 전기 절연 재료는 화학적으로 성막된 폴리머인, 3 축 안테나.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 3 축 안테나는 절연 재료로 오버 몰딩(over-molding)되고, 상기 절연 재료는 내부에 매립된 금속성 연결 단자들(30)을 포함하고,
    상기 금속성 연결 단자들(30) 각각은 하나의 부분 코일(21X, 21Y, 21Z)을 구성하는 하나의 와이어의 일 단부에 연결되고,
    각 금속성 연결 단자(30)는 상기 3 축 안테나의 커버 외부로부터 접근 가능하며 상기 절연 재료에 의해 덮이지 않은 부분을 갖는, 3 축 안테나.
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