(57)【要約】【課題】簡素な構成でありながら、信号電波の送受信を共用すること。【解決手段】アンテナ装置１は、開磁路構造である第１の磁性体コア２と、第１の磁性体コア２に巻回され、一方の端部が第１の端子に接続されるアンテナコイル３と、閉磁路構造である第２の磁性体コア５と、第２の磁性体コア５に巻回され、一方の端部がアンテナコイル３の他方の端部に接続され、他方の端部が第２の端子に接続される補助コイル６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開磁路構造である第１の磁性体コアと、
前記第１の磁性体コアに巻回され、一方の端部が第１の端子に接続される第１のコイルと、
閉磁路構造である第２の磁性体コアと、
前記第２の磁性体コアに巻回され、一方の端部が前記第１のコイルの他方の端部に接続され、他方の端部が第２の端子に接続される第２のコイルと、を備える
アンテナ装置。
【請求項２】
一方の端部が第３の端子に接続され、他方の端部が前記第１の端子に接続されるコンデンサを備える
請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第２のコイルは、トロイダルコイルである
請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
アンテナ装置に供給する電流経路を変えることによって、信号電波の送受信を行う信号伝送システムであって、
前記アンテナ装置は、
開磁路構造である第１の磁性体コアと、
前記第１の磁性体コアに巻回され、一方の端部が第１の端子に接続される第１のコイルと、
閉磁路構造である第２の磁性体コアと、
前記第２の磁性体コアに巻回され、一方の端部が前記第１のコイルの他方の端部に接続され、他方の端部が第２の端子に接続される第２のコイルと、を備え、
前記第２の端子には、第１の電圧源から供給される電圧を切替える第１のスイッチと、接地される第２のスイッチが接続される
信号伝送システム。
【請求項５】
一方の端部が第３の端子に接続され、他方の端部が前記第１の端子に接続されるコンデンサを備え、
前記第３の端子には、第２の電圧源から供給される電圧を切替える第３のスイッチと、接地される第４のスイッチが接続される
請求項４記載の信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車のドア等に取り付けられ、ドアロックの施解錠を行う場合に適用して好適なアンテナ装置及び信号伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリンダにキーを差し込むことなく、自動車等のドアを施解錠することが可能なキーレスエントリシステムが知られている。キーレスエントリシステムに用いられるキー付きのリモートコントロール装置（以下、単にキーリモコンと称する。）には、一例として、施錠又は解錠を指示するボタンと、ユーザがこのボタンを押下することによって所定の周波数の信号電波を発生するアンテナ装置等が設けられる。そして、ユーザがキーリモコンのボタンを押下すると、ユーザが自動車から数ｍ程度離れていてもドアを施錠又は解錠できる。近年は、キーリモコンを持ったユーザが自動車に近づくと、人体が接近したことを検出して自動車のドアを解錠するキーレスエントリシステムも実現されている。
【０００３】
また、キーに埋め込まれた認証コードと、自動車が記憶する認証コードとを照合することによって、自動車のエンジンを始動させるイモビライザが実用化されている。近年は、イモビライザとキーレスエントリシステムを組み合わせることで、セキュリティ性能を高め、自動車の盗難等を防止する技術が望まれている。
【０００４】
特許文献１には、２個のコイルを並列に接続することによって、信号電波の受信性能を高める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３５４１９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、単に、信号電波を送受信する機能を１台のアンテナ装置に持たせただけでは、信号電波を送信する時に比べ、信号電波を受信する時にアンテナ装置を流れる電流が少なくなる。このため、受信する信号電波の周波数からアンテナ装置の共振周波数が外れてしまい、信号電波を受信できなくなってしまう。これは、信号電波の送信時と受信時では、アンテナ装置を動作させる電流の大きさが違うため、アンテナ装置のインダクタンスが変化することによる。また、自動車等に搭載されるアンテナ装置は、軽量化が望まれているが、信号電波の送信用と受信用にそれぞれアンテナ装置を設置すると部品点数が多くなり、自動車の重量が増す要因となってしまう。
【０００７】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、簡素な構成でありながら、信号電波の送受信を行えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、開磁路構造である第１の磁性体コアと、第１の磁性体コアに巻回され、一方の端部が外部接続されるアンテナコイルと、閉磁路構造である第２の磁性体コアと、第２の磁性体コアに巻回され、一方の端部がアンテナコイルの他方の端部に接続される補助コイルと、を備える。
【０００９】
このようにしたことで、アンテナ装置を信号電波の送受信に併用することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１台のアンテナ装置を信号電波の送受信に併用することができるため、信号電波の送信用又は受信用にそれぞれアンテナ装置を用意する必要がない。このため、アンテナ装置の設置箇所を占有せず、省スペース化を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の電流経路を示すモデル図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の信号電波の送信時における動作例を示すモデル図である。
【図５】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の信号電波の受信時における動作例を示すモデル図である。
【図６】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の電流に対するインダクタンスの特性の例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施の形態におけるアンテナ装置の電流に対するインダクタンスの特性の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。本実施の形態では、キーレスエントリ用送信アンテナと、イモビライザ用受信アンテナとして併用可能なアンテナ装置１に適用した例について説明する。
【００１３】
始めに、キーレスエントリシステムとイモビライザの動作の概要について説明する。
従来、キーレスエントリシステムを備えた自動車は、車体の周囲（数ｍの範囲内）に所定の周波数の信号電波を送信する。この信号電波の周波数は、例えば、１２５ｋＨｚ又は１３４．２ｋＨｚである。そして、キーが自動車から信号電波を受信すると、信号電波に自身のＩＤを乗せて、例えば、３１５ＭＨｚの信号電波を自動車に送信する。自動車は、キーから３１５ＭＨｚの信号電波を受信すると、予め記憶しているＩＤに基づいて認証を行う。そして、自動車は、正当なユーザであることを確認した場合に、ドアを解錠する。
【００１４】
また、自動車の車内には、エンジンを始動するためのキーの差し込み口がある。差し込み口の周囲には、アンテナコイルが形成されており、キーに埋め込まれた電子チップに記憶されたＩＤと自動車のＩＤを照合することによって、ユーザを認証する。このとき、アンテナコイルは、ＩＤのリクエストを１２５ｋＨｚ又は１３４．２ｋＨｚの信号電波に乗せてキーに送信すると共にキーに電力を供給する。キーは、アンテナコイルから受信したＩＤのリクエストに応じて、１２５ｋＨｚ又は１３４．２ｋＨｚの周波数の信号電波に乗せて自己のＩＤを送信する。自動車は、受信したＩＤを照合することによって、ユーザを認証する。
【００１５】
図１は、上面視した本例のアンテナ装置１の構成例を示す。
アンテナ装置１は、第１の磁性体コア２と、開磁路構造であって、第１の磁性体コア２に巻回されるアンテナコイル３を備えており、例えば、自動車のドアノブ内部に設置される。第１の磁性体コア２は、樹脂製のベース８に設置されており、ベース８は、コンデンサ４と、トロイダル状の閉磁路構造とした第２の磁性体コア５と、第２の磁性体コア５に巻回される補助コイル６と、３本のハーネス端子７ａ〜７ｃを備える。
【００１６】
第１の磁性体コア２は、扁平の棒状に形成してあり、材質はＭｎ−Ｚｎ系フェライトが用いられる。これは、より強力な磁界や磁束を発生させることで、高出力の送信用アンテナとして機能させるためである。また、アンテナコイル３には大電流が印加されることから、磁気飽和によるインダクタンスの劣化を防ぐことも目的としている。一般的に、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの透磁率：μと最大飽和磁束密度：Ｂｍは、従来用いられていたＮｉ−Ｚｎ系フェライトの透磁率：μと最大飽和磁束密度：Ｂｍよりも高い。また、磁性体コアとして用いられるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの絶縁抵抗値は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの絶縁抵抗値よりも低い。なお、第１の磁性体コア２の材質としては、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに限定されることなく、金属系圧粉磁芯や、アモルファス薄体の積層磁芯等を用いてもよい。
【００１７】
第１の磁性体コア２上に非導電性の樹脂やゴム等により不図示の絶縁層を形成しており、アンテナコイル３と第１の磁性体コア２との導通不良が防止される。また、絶縁層の上には導線が所望の巻き数で巻回されることによって、アンテナコイル３が形成される。
【００１８】
ベース８には、コンデンサ４と補助コイル６を設置するための搭載部９ａ，９ｂが形成される。搭載部９ａ，９ｂは、コンデンサ４と補助コイル６の外形に合わせて形成され、コンデンサ４と補助コイル６が設置された後、硬化樹脂等によって固定される。アンテナコイル３の一方の端部は、補助コイル６の一方の端部に接続される。アンテナコイル３の他方の端部は、ハーネス端子７ｂとコンデンサ４の一方の端部に接続される。補助コイル６の他方の端部は、ハーネス端子７ａに接続される。そして、コンデンサ４の他方の端部は、ハーネス端子７ｃに接続される。
【００１９】
また、ベース８に植設されるハーネス端子７ａ〜７ｃは、不図示の導線によって不図示の制御装置に接続される。本例において、制御装置は、ハーネス端子７ａ〜７ｃに流す電流経路を適宜変えることによって、アンテナ装置１を直列共振回路又は並列共振回路として動作させるキーレスエントリシステム及びイモビライザとしての機能を有する。電流経路の例については、後述する。
【００２０】
図２は、アンテナ装置１の斜視図の例を示す。
補助コイル６が巻回された第２の磁性体コア５は、ベース８に形成された凹部に設置されることが示される。
【００２１】
図３は、アンテナ装置１の電流経路を示すモデル図である。
アンテナコイル３の一方の端部は、補助コイル６の一方の端部に接続される。補助コイル６の他方の端部は、ハーネス端子７ａに接続される。一方、アンテナコイル３の他方の端部は、コンデンサ４の一方の端部とハーネス端子７ｂに接続される。また、コンデンサ４の他方の端部は、ハーネス端子７ｃに接続される。
【００２２】
ここで、式（１）を参照して、アンテナコイル３と補助コイル６のインダクタンス値と送信用アンテナの共振周波数を調整する詳細について説明する。
共振周波数：ｆ０＝１／２π√（Ｌ×Ｃ）…式（１）
コンデンサの容量成分：Ｃ、インダクタンス値：Ｌ
【００２３】
式（１）は、共振周波数：ｆ０を求めるための公式であり、Ｃが一定である時、Ｌが大きくなれば、共振周波数：ｆ０は低周波数側へ推移する。逆に、Ｌが小さくなれば、共振周波数：ｆ０は高周波数側へ推移する。このため、アンテナコイル３と補助コイル６のインダクタンス値を変えることによって、共振周波数：ｆ０を調整できることが示される。
【００２４】
図４は、信号電波の送信時におけるアンテナ装置１の動作例を示すモデル図である。
本例の信号伝送システム１０は、アンテナ装置１と、アンテナ装置１に電流を供給する電圧源１１，１２と、電流の経路を切替えるスイッチ１５〜１８を備える。
【００２５】
ハーネス端子７ａは、電圧源１１にスイッチ１５を介して接続される。また、ハーネス端子７ａは、スイッチ１６を介して接地される。
一方、ハーネス端子７ｃは、アンテナ装置１に電流を供給する電圧源１２にスイッチ１７を介して接続される。また、ハーネス端子７ｃは、スイッチ１８を介して接地される。
ハーネス端子７ｂは、不図示の電子回路に接続される。電圧源１２は、電圧源１１と同じものであってもよい。
【００２６】
図４Ａは、信号電波を送信する場合におけるアンテナ装置１の動作例を示す。
このとき、スイッチ１５，１８がオンされ、スイッチ１６，１７がオフされる。そして、電圧源１１から供給された電流は、スイッチ１５，補助コイル６、アンテナコイル３，コンデンサ４及びスイッチ１８の順に伝わり、アンテナ装置１は直列共振する。
【００２７】
図４Ｂは、信号電波を送信する場合におけるアンテナ装置１の動作例を示す。
このとき、スイッチ１６，１７がオンされ、スイッチ１５，１８がオフされる。そして、電圧源１２から供給された電流は、スイッチ１７，コンデンサ４，アンテナコイル３，補助コイル６及びスイッチ１６の順に伝わり、アンテナ装置１は直列共振する。
【００２８】
アンテナ装置１が直列共振すると、インピーダンスが最小となるため、大きな電流がアンテナ装置１の各部を通過する。このため、アンテナ装置１は強い信号電波を送信する送信アンテナとして機能する。
【００２９】
図４Ｃは、送信アンテナとして機能するアンテナ装置１のモデル図を示す。
図４Ａ，図４Ｂに示すように、信号電波を送信する場合、各部を通過する電流が大きくなるため、補助コイル６が巻回される第２の磁性体コア５が磁気飽和してしまう。このため、補助コイル６のインダクタンスは無いものとして考えられる。つまり、従来の送信アンテナと同じ特性になる。
【００３０】
図５は、信号電波の受信時におけるアンテナ装置１の動作例を示すモデル図である。
【００３１】
図５Ａは、信号電波を受信する場合におけるアンテナ装置１の動作例を示す。
図５Ｂは、図５Ａに示した並列共振におけるアンテナ装置１の等価回路を示す。
このとき、スイッチ１６，１８がオンされ、スイッチ１５，１７がオフされる。そして、アンテナコイル３，補助コイル６とコンデンサ４は、並列共振する。
【００３２】
アンテナ装置１が並列共振すると、インピーダンスが最大となるため、起電力が最大となり、アンテナ装置１に流れる電流はわずかとなる。このとき、アンテナ装置１は、信号電波を受信する受信アンテナとして機能する。
【００３３】
図５Ｃは、受信アンテナとして機能するアンテナ装置１のモデル図を示す。
図５Ａ，図５Ｂに示すように、信号電波を受信する場合は、各部を通過する電流が小さくなるため、補助コイル６が巻回される第２の磁性体コア５は磁気飽和しない。このとき、アンテナ装置１は、アンテナコイル３と補助コイル６のインダクタンスで共振する。ここで、信号電波を受信する時のインダクタンスは、送信時より小さくなるが、小さくなった分のインダクタンスを補助コイル６が補う。このため、共振周波数は送信時における周波数と同じ値になる。
【００３４】
本例の補助コイル６は、ある電流以上で磁気飽和するように形成される。補助コイル６は、上述したようにトロイダルコイルや積層コイルなどによって作成される。そして、アンテナコイル３は、電流の大きさによってインダクタンスが変化する。ここで、小さい電流の時より、大きい電流の時の方がインダクタンスは数％（例えば、５％）程度大きくなる。
【００３５】
インダクタンスが変わると、共振周波数が変化してしまい、目的の周波数の信号電波に対する受信性能あるいは送信性能が低下する。本例の補助コイル６は、このインダクタンスの変化分を吸収し、共振周波数を電流の大きさに関わらず一定にするためにある。
【００３６】
大きい電流の時は、補助コイル６は磁気飽和してしまい、そのインダクタンスはほぼゼロになる。従って、アンテナ装置１は、アンテナコイル３のインダクタンスとコンデンサ４だけで共振する。
【００３７】
小さい電流の時、アンテナコイル３のインダクタンスは大きい電流の時より数％程度低下する。この時、補助コイル６は磁気飽和していないので、アンテナコイル３の低下したインダクタンスを補って、共振周波数の変化を防ぐ。つまり、小さい電流では、補助コイル６、アンテナコイル３及びコンデンサ４で共振することとなる。
【００３８】
図６は、アンテナ装置１を流れる電流に対するインダクタンスの特性の例を示す。
アンテナ装置１が信号電波を受信する時は、アンテナ装置１を流れる電流Ｉはわずかであり、アンテナコイル３のインダクタンスは、Ｌ１となる。しかし、補助コイル６のインダクタンスの増分２１は、△Ｌであり、アンテナ装置１のインダクタンスは、Ｌ２となる。ここで、Ｌ２＝Ｌ１＋△Ｌの関係を満たす。
【００３９】
一方、アンテナ装置１が信号電波を送信する時は、アンテナ装置１を流れる電流Ｉ１となり、インダクタンスは、わずかに大きくなり、Ｌ２となる。このとき、補助コイル６のインダクタンスの増分２１は減少する。アンテナ装置１のインダクタンスは、電流がＩ１からＩ２に至るまで、一定値Ｌ２となる。そして、電流がＩ２を超えるとアンテナ装置１のインダクタンスは減少する。
【００４０】
図７は、図６に示したアンテナ装置１を流れる電流に対するインダクタンスの特性について詳細化した例を示す。
【００４１】
図７Ａは、アンテナコイル３を流れる電流に対するインダクタンスの特性の例を示す。
電流がゼロの場合、アンテナコイル３のインダクタンスはＬ１である。そして、電流が増加するにつれて、アンテナコイル３のインダクタンスは増加し、電流がＩ１のとき、アンテナコイル３のインダクタンスはＬ２となる。その後、電流が増加してもアンテナコイル３のインダクタンスはＬ２を保つ。しかし、電流がＩ２を超えると、アンテナコイル３のインダクタンスは低下する。
【００４２】
図７Ｂは、補助コイル６を流れる電流に対するインダクタンスの特性の例を示す。
電流がゼロの場合、補助コイル６のインダクタンスは△Ｌである。そして、電流が増加するにつれて、補助コイル６のインダクタンスは低下し、電流がＩ１のとき、補助コイル６のインダクタンスは最小値となる。その後、電流が増加しても補助コイル６のインダクタンスは最小値を保つ。
【００４３】
図７Ｃは、アンテナコイル３と補助コイル６を組み合わせた場合における、アンテナ装置１を流れる電流に対するインダクタンスの特性の例を示す。
電流がゼロの場合、アンテナコイル３のインダクタンスはＬ１である。一方、補助コイル６のインダクタンスは△Ｌである。このため、アンテナコイル３と補助コイル６のインダクタンスは加算され、Ｌ２となる。
【００４４】
以上説明した本実施の形態に係るアンテナ装置１によれば、信号電波を送受信する機能を１台で併用することが可能となる。信号電波を送信する際は、少なくともアンテナコイル３及び補助コイル６を直列共振することによって、強い信号電波を送信することができる。一方、信号電波を受信する際は、少なくともアンテナコイル３及び補助コイル６を並列共振することによって、信号電波を受信することができる。信号電波の受信時には、補助コイル６のインダクタンスの増分によって、アンテナコイル３のインダクタンスの低下を補うため、送受信する信号電波の周波数を一定にすることが可能となる。このため、アンテナ装置１の共振周波数を、信号電波の送信又は受信に際して同じ周波数（例えば、１２５ｋＨｚ）となるように調整し、信号電波の送受信を切替えることによって、１台のアンテナ装置１で送信アンテナと受信アンテナの機能を持たせることができる。
【００４５】
例えば、キーレスエントリ用送信アンテナとイモビライザ用受信アンテナとは動作に要する共振周波数が同じ１２５ｋＨｚである。アンテナ装置１は、補助コイル６の磁気飽和によって、電流変化によるインダクタンスの変化を吸収できる。このため、低周波数の信号電波を受信できるようにアンテナ装置１を調整することによって、アンテナ装置１をイモビライザ用の受信アンテナとして使用することが可能となる。同様に、高周波数の信号電波を送信できるようにアンテナ装置１を調整することによって、アンテナ装置１をキーレスエントリシステム用の送信アンテナとしても使用することが可能となる。この結果、自動車のドアハンドル、ピラー、ドア内部等にアンテナ装置１を取り付ける場合に、複数種類あるアンテナ装置の数を削減することができ、省スペース化に貢献するという効果がある。
【００４６】
また、スイッチ１５〜１８は、安価なスイッチング素子等を用いればよい。このため、キーレスエントリシステムとイモビライザを構成する場合に製造コストを低減できるという効果がある。
【００４７】
また、アンテナ装置１が信号電波をキーに送信する際、キーに電力が供給される。このため、キーの電池がなくなったとしても、キーが受信した信号電波に対して応答することが可能となり、ドアを解錠したり、自動車のエンジン等を始動したりすることが可能となる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態に係るアンテナ装置１において、補助コイル６は、ベース８に一体に形成したが、補助コイル６はアンテナ装置１に内蔵する以外に、アンテナ装置１の動作を制御する制御回路側に付けてもよい。
【００４９】
また、スイッチ１５〜１８は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field effect transistor）、トランス、集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）、リレー回路等を用いてもよい。外部の制御回路はスイッチ１５〜１８のオン・オフを制御するだけで、アンテナ装置１を信号電波の送受信共用に切替えることができる。
【００５０】
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を取り得ることは勿論である。例えば、アンテナ装置１、信号伝送システム１０は自動車に適用した例について説明したが、家のドア等に取り付けて用いてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…アンテナ装置、２…第１の磁性体コア、３…アンテナコイル、４…コンデンサ、５…第２の磁性体コア、６…補助コイル、７ａ〜７ｃ…ハーネス端子、８…ベース、９ａ，９ｂ…搭載部、１０…信号伝送システム、１１，１２…電圧源、１５〜１８…スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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