DE202012012880U1 - coil system - Google Patents

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Abstract

Spulensystem mit wenigstens zwei gekoppelten Spulen aufweisend – wenigstens eine, einen Schichtaufbau beherbergende Trägereinrichtung (3), welche Leiterbahnen auf wenigstens zwei Schichten und mindestens ein RFID/NFC-Interface (4) trägt, – und ein RFID/NFC-Gerät (10) mit mindestens einer RFID/NFC-Gerät-Spule (8), welche in Bezug auf die Trägereinrichtung unterschiedliche relative Ausrichtungen einnehmen kann, – wobei Leiterbahnen umfassende Schichten durch mindestens eine Isolationsschicht voneinander getrennt sind und wobei auf einer ersten Schicht wenigstens ein Segment einer ersten Leiterbahn und auf einer zweiten Schicht wenigstens ein Segment einer zweiten Leiterbahn angeordnet ist und das wenigstens eine Segment der Leiterbahn auf der ersten Schicht mit dem wenigstens einen Segment der Leiterbahn auf der zweiten Schicht über Kontaktierungen miteinander elektrisch leitend verbunden ist derart, dass die miteinander elektrisch leitend verbundenen Leiterbahnsegmente wenigstens eine Windung einer ersten Spule (50, 50a) bilden, welche als Antenne an das RFID/NFC-Interface (4) angeschlossen ist und deren zentrale Spulenachse im Wesentlichen parallel zu den Schichten, insbesondere parallel zu den Schichten verläuft.A coil system with at least two coupled coils - at least one carrier device (3) accommodating a layer structure, which carries conductor tracks on at least two layers and at least one RFID / NFC interface (4), - and an RFID / NFC device (10) at least one RFID / NFC device coil (8), which can assume different relative orientations with respect to the carrier device, - with layers comprising conductor tracks being separated from one another by at least one insulation layer and with at least one segment of a first conductor track and at least one segment of a second conductor track is arranged on a second layer and the at least one segment of the conductor track on the first layer is electrically conductively connected to the at least one segment of the conductor track on the second layer via contacts such that the conductor track segments that are electrically conductively connected to one another at least one W forming a first coil (50, 50a) which is connected as an antenna to the RFID / NFC interface (4) and whose central coil axis runs essentially parallel to the layers, in particular parallel to the layers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Spulensystem welches wenigstens eine, einen Schichtaufbau beherbergende Trägereinrichtung, welche Leiterbahnen auf wenigstens zwei Schichten und mindestens ein RFID/NFC-Interface trägt, und ein RFID/NFC-Gerät mit mindestens einer Spule besitzt, wobei die mindestens eine RFID/NFC-Gerät-Spule in Bezug auf die Trägereinrichtung unterschiedliche relative Ausrichtungen einnehmen kann.The present invention relates to a coil system which has at least one carrier structure accommodating a layer structure, which carries printed conductors on at least two layers and at least one RFID / NFC interface, and an RFID / NFC device having at least one coil, wherein the at least one RFID / NFC device coil with respect to the carrier device can assume different relative orientations.

Im Bereich der drahtlosen Kommunikationsschnittstellen bieten Systeme basierend auf induktiver Kopplung die Möglichkeit, bei einer Reichweite von typischerweise einigen Zentimetern zwischen den Teilnehmern Informationen und/oder Energie kontaktlos auszutauschen. Beispiele solcher Kommunikationsschnittstellen basierend auf induktiver Kopplung können RFID (Radiofrequenzidentifikation) Systeme oder Systeme basierend auf der NFC-Technik (Near Field Communication) sein. Induktive drahtlose Systeme haben gemein, dass jeder Teilnehmer der induktiven Energie- und/oder Datenschnittstelle mindestens eine interne oder externe Antenne benötigt, die häufig als Spulenform ausgebildet ist. Solche Spulensysteme sind Gegenstand der Erfindung.In the field of wireless communication interfaces, systems based on inductive coupling offer the possibility of exchanging contactless information and / or energy at a range of typically a few centimeters between the subscribers. Examples of such communication interfaces based on inductive coupling may be RFID (Radio Frequency Identification) systems or systems based on NFC (Near Field Communication) technology. Inductive wireless systems have in common that each participant of the inductive energy and / or data interface needs at least one internal or external antenna, which is often designed as a coil shape. Such coil systems are the subject of the invention.

Im Bereich der RFID-Technik (Radiofrequenzidentifikation) bestehen Teilnehmer der drahtlosen Kommunikationsschnittstelle typischerweise aus einem oder mehreren RFID-Lesegeräten (auch Reader oder Schreib-/Lesegeräte genannt), die ein magnetisches Feld aufbauen und in Reichweite befindliche RFID-Transponder (auch Tags oder RFID-Chips genannt) auslesen, beschreiben und/oder mit Energie versorgen können.In the field of RFID technology (radio frequency identification) subscribers of the wireless communication interface typically consist of one or more RFID readers (also called readers or read / write devices) that build a magnetic field and within reach RFID transponder (tags or RFID Called chips) read, describe and / or can provide energy.

Im Bereich der NFC-Technik (Near Field Communication) können die NFC-Teilnehmer unterschiedliche Rollen einnehmen, beispielsweise können sie als mehr oder weniger gleichberechtigte Partner über die induktive Schnittstelle Daten austauschen oder ein NFC-Teilnehmer kann die Rolle eines Lesegerätes einnehmen und damit beispielsweise kompatible RFID-Transponder auslesen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein NFC-Teilnehmer auch die Rolle eines RFID-Transponders einnehmen, womit eine teilweise Kompatibilität zwischen den verschiedenen Technologien gegeben ist.In the field of Near Field Communication (NFC) technology, NFC subscribers can take on different roles; for example, they can exchange data as more or less equal partners via the inductive interface, or an NFC subscriber can assume the role of a reader and thus, for example, compatible ones Read RFID transponder. Alternatively or additionally, an NFC subscriber can also play the role of an RFID transponder, which provides a partial compatibility between the different technologies.

Induktive Energie- und Informationskanäle sind nicht auf die RFID- bzw. NFC Technologie beschränkt. So können auch andere Frequenzen verwendet werden oder die Informationsübertragung ist auf proprietäre Weise realisiert. Im Folgenden einschließlich der Ansprüche wird der Begriff RFID/NFC stellvertretend für induktive Energie- und/oder Kommunikationsschnittstellen verwendet, wobei jedoch andere induktive Energie- und/oder Informationsübertragungstechniken explizit eingeschlossen sind.Inductive energy and information channels are not limited to RFID or NFC technology. Thus, other frequencies can be used or the information transfer is realized in a proprietary way. In the following, including the claims, the term RFID / NFC is used to represent inductive energy and / or communication interfaces, but other inductive energy and / or information transmission techniques are explicitly included.

Somit bezeichnet im Folgenden einschließlich der Ansprüche ein RFID/NFC-Interface eine elektronische Einrichtung, die eine Schnittstelle für den induktiven Übertragungskanal darstellt. Dies kann z. B. ein RFID-Transponder sein, der beispielsweise aus einem einzelnen IC (Integrated Circuit) besteht. Die möglicherweise daran angeschlossene Antenne oder Spule ist in diesem Zusammenhang nicht eingeschlossen. Alternativ kann ein RFID/NFC-Interface auch verschiedene elektronische Komponenten wie beispielsweise einen Verstärker, ein Anpassnetzwerk, einen oder mehrere Resonanzkondensatoren oder eine Zuleitung zu einer externen Antenne beinhalten.Thus, hereinafter including the claims, an RFID / NFC interface refers to an electronic device that provides an interface for the inductive transmission channel. This can be z. B. an RFID transponder, which consists for example of a single IC (Integrated Circuit). The possibly connected antenna or coil is not included in this context. Alternatively, an RFID / NFC interface may also include various electronic components, such as an amplifier, matching network, one or more resonant capacitors, or a lead to an external antenna.

Ein RFID/NFC-Gerät bezeichnet im Folgenden einschließlich der Ansprüche ein elektronisches Modul, das eine Elektronik, ein RFID/NFC-Interface, mindestens eine Antenne bzw. Spule enthält und ggf. eine oder mehrere Antennenzuleitung enthält. Ein Beispiel eines RFID/NFC-Gerätes ist ein RFID Lesegerät.An RFID / NFC device in the following, including the claims, an electronic module that contains electronics, an RFID / NFC interface, at least one antenna or coil and optionally contains one or more antenna feed line. An example of an RFID / NFC device is an RFID reader.

Im Bereich der RFID/NFC Technik werden häufig RFID/NFC-Interfaces auf einer Trägereinrichtung z. B. auf einer Leiterplatte integriert, so dass damit eindeutige Informationen mit der Trägereinrichtung in Form eines Barcodeersatzes verknüpft werden können oder eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle mit einer auf der Trägereinrichtung, insbesondere in Art einer Leiterplatte oder mit einer Leiterplatten ähnlichen Struktur, aufgebrachten Elektronik derart aufgebaut werden kann, um z. B. die Elektronik zu konfigurieren oder Auswertedaten auszulesen.In the field of RFID / NFC technology are often RFID / NFC interfaces on a support device z. B. integrated on a printed circuit board, so that it can be linked to the carrier device in the form of a barcode replacement unique information or a wireless communication interface with a on the support means, in particular in the manner of a circuit board or a circuit board-like structure, applied electronics can be constructed to B. to configure the electronics or read out evaluation data.

Für die drahtlose Kommunikation zwischen einem RFID/NFC-Gerät und der auf der Trägereinrichtung angeordneten Elektronik mittels der RFID bzw. NFC Schnittstelle, benötigt das RFID/NFC-Interface in aller Regel eine an dieses angeschlossene Antenne. Bei der Kombination mit einer Leiterplatte kann es sich in einigen Fällen anbieten, die Antenne direkt als gedruckte bzw. geätzte Leiterplattenantenne auszuführen. Die Ausgestaltung der Antenne durch Leiterbahnen auf der Leiterplatte hat den entscheidenden Vorteil, dass praktisch keine Zusatzkosten und zusätzliche Produktionsschritte entstehen, außerdem kann eine gute Reproduzierbarkeit gewährleistet werden.For the wireless communication between an RFID / NFC device and the electronics arranged on the carrier device by means of the RFID or NFC interface, the RFID / NFC interface usually requires an antenna connected to it. When combined with a printed circuit board, in some cases it may be convenient to run the antenna directly as a printed or etched circuit board antenna. The design of the antenna by printed conductors on the circuit board has the decisive advantage that virtually no additional costs and additional production steps arise, also good reproducibility can be ensured.

Für induktive Anwendungen vom kHz-Bereich bis in den MHz-Bereich sind die Antennen häufig als Spulen ausgebildet. Als Beispiele können um einen Ferritkörper gewickelte oder geätzte spiralförmige Spulen dienen. Häufig werden auch Luftspulen ohne magnetischen Kern verwendet, es können aber auch magnetische Kerne zur Konzentration der magnetischen Energie oder zur Schirmung der magnetischen Felder gegenüber Störkörpern wie beispielsweise Metallen verwendet werden.For inductive applications from the kHz range to the MHz range, the antennas are often designed as coils. As examples, helical coils wound or etched around a ferrite body can serve. Frequently also air coils become without magnetic core, but magnetic cores may also be used to concentrate the magnetic energy or to shield the magnetic fields from interfering objects such as metals.

Ein System zum kontaktlosen Austausch von Energie und Daten auf Basis der RFID Technologie wird z. B. in DE 697 29 865 T2 beschrieben. Die WO 2010/123926 offenbart eine Methode zur Herstellung einer spiralförmigen RFID Spule, an die ggf. eine Kapazität und ein RFID-Tag angeschlossen werden kann. In US 5,727,408 A wird eine Leiterplatte aus magnetisch aktivem Material von einer gewundenen Spule umgeben, wobei deren Anwendung nicht im Bereich RFID/NFC ist. In US 2007/0012771 A1 wird ein RFID-Armband mit zugehöriger Antennenform beschrieben, wobei die Spule in spezieller Form in das Armband integriert ist. In EP 1 561 129 B1 wird ein RFID-Tag mit einer besonderen Spulenform beschrieben, wobei die Windungen der Spule teilweise einen unterschiedlichen Wicklungssinn aufweisen. In EP 1 652 132 B1 wird eine RFID-Einheit beschrieben, bei der zumindest Teile der Antenne bei auftretenden Ereignissen verändert werden können. In EP 1 646 122 A1 wird ein elektronisches Gerät mit einer Leiterplatte und einer sich darauf befindlichen Spule beschrieben, welche aus Leiterbahnen gebildet ist. In US 4,866,573 A wird eine gewickelte Spule beschrieben, die auf einer Leiterplatte befestigt werden kann. In DE 103 34 830 A1 wird eine Leiterplattenspule mit integriertem magnetischem Kern für den LF (Low Frequency) Bereich, d. h. bei Niedrigfrequenzen von ca. 100 bis 135 KHz, beschrieben. Die EP 2 341 463 A2 und EP 1 843 281 A1 zeigen Datenträger-/Sendevorrichtungen, bei welchen die Spulenachsen parallel zur Ebene des Datenträgers verlaufen. Die WO 2011/091830 A1 zeigt einen tragbaren Datenträger mit funkbasierter Datenkommunikationseinrichtung. Die Spulenachse kann parallel zur Ebene des Datenträgers verlaufen und senkrecht zur Spulenachse sind auf beiden Seiten der Spule Ferritschichten vorgesehen. Die DE 10 2010 042 395 A1 zeigt ein Verfahren und Systeme zum induktiven Laden von Batterien eines Fahrzeugs, wobei ein automatisches Platzieren der beteiligten Spulen vorgesehen ist, um die Energieübertragung beim Aufladevorgang möglichst effizient zu gestalten.A system for the contactless exchange of energy and data based on RFID technology is z. In DE 697 29 865 T2 described. The WO 2010/123926 discloses a method for producing a spiral RFID coil to which a capacity and an RFID tag can be connected, if necessary. In US 5,727,408 A For example, a circuit board of magnetically active material is surrounded by a tortuous coil, the application of which is not in the RFID / NFC range. In US 2007/0012771 A1 is described an RFID bracelet with associated antenna form, the coil is integrated in a special form in the bracelet. In EP 1 561 129 B1 an RFID tag is described with a special coil shape, the windings of the coil partially have a different sense of winding. In EP 1 652 132 B1 an RFID unit is described in which at least parts of the antenna can be changed when events occur. In EP 1 646 122 A1 An electronic device is described with a printed circuit board and a coil located thereon, which is formed of conductor tracks. In US 4,866,573 A a wound coil is described which can be mounted on a printed circuit board. In DE 103 34 830 A1 describes a printed circuit board coil with integrated magnetic core for the LF (Low Frequency) range, ie at low frequencies of approximately 100 to 135 KHz. The EP 2 341 463 A2 and EP 1 843 281 A1 show data carrier / transmitter devices in which the coil axes extend parallel to the plane of the data carrier. The WO 2011/091830 A1 shows a portable data carrier with radio-based data communication device. The coil axis can run parallel to the plane of the data carrier and perpendicular to the coil axis ferrite layers are provided on both sides of the coil. The DE 10 2010 042 395 A1 shows a method and systems for inductively charging batteries of a vehicle, wherein an automatic placement of the coils involved is provided in order to make the energy transfer during charging as efficient as possible.

Spulensysteme mit gekoppelten Spulen, wie sie in RFID/NFC Systemen vorkommen können, beinhalten typischerweise eine orts- und orientierungsabhängige magnetische Kopplung. So kann es vorkommen, dass ein in paralleler und koaxialer Ausrichtung beider Spulen gut funktionierendes Systemverhalten dann nicht mehr aufrechterhalten werden kann, wenn eine Spule beispielsweise um 90 Grad in eine bestimmte Richtung gedreht wird. In diesem Fall können magnetische Felder senkrecht aufeinander stehen und eine sehr geringe magnetische Kopplung zwischen den Spulen kann auftreten. Wenn die gedrehte Spule wiederum seitlich verschoben wird, kann beispielsweise eine Systemfunktionalität wiederhergestellt werden.Coupled coil systems such as may occur in RFID / NFC systems typically include location and orientation dependent magnetic coupling. It may happen that a system behavior that works well in parallel and coaxial alignment of both coils can no longer be maintained if, for example, a coil is rotated 90 degrees in a certain direction. In this case, magnetic fields can be perpendicular to each other and very little magnetic coupling between the coils can occur. For example, when the rotated coil is laterally displaced, system functionality can be restored.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, für induktive RFID/NFC Anwendungen mit auf einer Trägereinrichtung angebrachten Antennen bzw. Spulen ein verbessertes Spulenssystem für gekoppelte Spulen bereitzustellen, welches insbesondere auch bei aneinander gereihten Trägereinrichtungen, welche z. B. an einer Tragschiene aneinandergereihte Module ohne Zwischenräume mit daran ausgebildeten RFID/NFC-Spulen bilden, effektiv mit herkömmlichen Spulen eines RFID/NFC-Gerätes ausgelesen, konfiguriert und/oder mit Energie versorgt werden können.An object of the invention is to provide an improved coil system for coupled coils for inductive RFID / NFC applications with mounted on a support means antennas or coils, which in particular also in juxtaposed carrier devices which z. B. modules lined up on a mounting rail modules without gaps form with RFID / NFC coils formed thereon, can be effectively read out with conventional coils of an RFID / NFC device, configured and / or can be supplied with energy.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch ein Spulensystem gemäß Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The inventive solution of the problem is given by a coil system according to claim 1. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schlägt folglich ein Spulensystem mit wenigstens zwei gekoppelten Spulen vor, welches wenigstens eine, einen Schichtaufbau beherbergende Trägereinrichtung, welche Leiterbahnen auf wenigstens zwei Schichten und mindestens ein RFID/NFC-Interface trägt, und ein RFID/NFC-Gerät mit mindestens einer RFID/NFC-Gerät-Spule, welche in Bezug auf die Trägereinrichtung unterschiedliche relative Ausrichtungen einnehmen kann, aufweist. Hierzu sind Leiterbahnen umfassende Schichten durch mindestens eine Isolationsschicht voneinander getrennt, wobei auf einer ersten Schicht wenigstens ein Segment einer ersten Leiterbahn und auf einer zweiten Schicht wenigstens ein Segment einer zweiten Leiterbahn angeordnet ist und wobei das wenigstens eine Segment der Leiterbahn auf der ersten Schicht mit dem wenigstens einen Segment der Leiterbahn auf der zweiten Schicht über Kontaktierungen miteinander elektrisch leitend verbunden ist derart, dass die miteinander elektrisch leitend verbundenen Leiterbahnsegmente wenigstens eine Windung einer ersten Spule bilden. Diese Spule ist als Antenne an das RFID/NFC-Interface angeschlossen und besitzt eine zentrale Spulenachse, die im Wesentlichen parallel zu den Schichten, insbesondere parallel zu den Schichten verläuft.The invention therefore proposes a coil system with at least two coupled coils, which carries at least one carrier structure accommodating a layer structure, which carries printed conductors on at least two layers and at least one RFID / NFC interface, and an RFID / NFC device with at least one RFID / NFC device coil which can assume different relative orientations with respect to the carrier device. For this purpose, layers comprising interconnects are separated from one another by at least one insulation layer, wherein at least one segment of a first interconnect is arranged on a first layer and at least one segment of a second interconnect on a second layer, and wherein the at least one segment of the interconnect on the first layer is connected to the first layer at least one segment of the conductor track on the second layer is electrically conductively connected to one another via contacts such that the conductor track segments connected to one another in an electrically conductive manner form at least one turn of a first coil. This coil is connected as an antenna to the RFID / NFC interface and has a central coil axis, which runs substantially parallel to the layers, in particular parallel to the layers.

Folglich kann sich zwischen der RFID/NFC-Gerät-Spule und der ersten Spule bei Ausrichtung der Spulenachse der RFID/NFC-Gerät-Spule parallel, zumindest jedoch im Wesentlichen parallel, zu den Schichten der Trägereinrichtung, eine bessere induktive Kopplung einstellen.Consequently, a better inductive coupling can be established between the RFID / NFC device coil and the first coil in alignment with the coil axis of the RFID / NFC device coil in parallel, but at least substantially parallel, to the layers of the carrier device.

Ein Vorteil der Erfindung liegt somit darin begründet, dass die magnetische Kopplung für bestimmte geometrische Orientierungen der Spulen optimiert bzw. maximiert werden kann. Dies ist insbesondere der Fall für geometrische Ausrichtungen bzw. Orientierungen der gekoppelten Spulen zueinander für den Fall, dass herkömmliche Systeme versagen können, bzw. keine optimalen Ergebnisse erzielen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn dünne nebeneinandergereihte Geräte, z. B. an einer Tragschiene angereihte Module ohne Zwischenräume, mit RFID/NFC-Interfaces und zugehörigen Spulen ausgestattet werden sollen und mit herkömmlichen RFID/NFC-Gerät-Spulen ausgelesen, konfiguriert bzw. versorgt werden sollen.An advantage of the invention is therefore based on the fact that the magnetic coupling for certain geometric orientations of the coils can be optimized or maximized. This is the case in particular for geometrical orientations or orientations of the coupled coils relative to one another in the case where conventional systems can fail or do not achieve optimal results. This is especially the case when thin juxtaposed devices, eg. B. attached to a mounting rail modules without gaps, to be equipped with RFID / NFC interfaces and associated coils and to be read out, configured or supplied with conventional RFID / NFC device coils.

Die Erfindung nutzt folglich geometrische Optimierungen der Spule auf der Trägereinrichtung, z. B. Platine oder Leiterplatte. Die zentrale Spulenachse oder zumindest ein Teil davon wird entgegen herkömmlichen Lösungen so gewählt, dass sie parallel oder nahezu parallel zur Grundfläche der Trägereinrichtung, an welcher Grundfläche die Spule angeordnet ist, liegt. Durch diese Maßnahme kann eine signifikante Kopplung für solche Spulenanordnungen geschaffen werden, bei denen eine Kopplung sonst nur sehr gering sein könnte.The invention thus uses geometrical optimizations of the coil on the support means, e.g. B. board or circuit board. The central coil axis or at least a part thereof is chosen contrary to conventional solutions so that it is parallel or nearly parallel to the base surface of the support means, on which base the coil is arranged. By this measure, a significant coupling for such coil arrangements can be created, in which a coupling could otherwise be very low.

Zur Ausbildung einer solchen an der Trägereinrichtung angeordneten Spule hat sich insbesondere eine helix- oder zylinderförmige Grundform als zweckmäßig erwiesen.In order to form such a coil arranged on the carrier device, in particular a helical or cylindrical basic shape has proven to be expedient.

Wird als Trägereinrichtung eine Leiterplatte eingesetzt, kann die an der Trägereinrichtung ausgebildete erste Spule günstig und mit Standardkomponenten aufgebaut sein, da in der Regel eine zur Verfügung stehende Fläche auf der Leiterplatte für die Spule nutzbar ist, und Leiterbahnen der Leiterplatte selbst zur Bildung der ersten Spule nutzbar sind. Die erste Spule verursacht folglich nahezu keine Zusatzkosten und auf derselben Leiterplatte können wie die erste Spule sonstige elektronische Komponenten untergebracht werden.If a printed circuit board is used as the carrier device, the first coil formed on the carrier device can be constructed inexpensively and with standard components, since as a rule an available area on the printed circuit board can be used for the coil, and printed conductors of the printed circuit board itself form the first coil are usable. Consequently, the first coil causes almost no additional costs, and other electronic components can be accommodated on the same circuit board as the first coil.

Das erfindungsgemäße Spulensystem eignet sich insbesondere für Ausführungsformen, bei welchen die RFID/NFC-Gerät-Spule, die in unterschiedlichen Orientierungen zur Trägereinrichtung ausgerichtet sein kann, als spiralförmige Flachspule ausgebildet ist. Denn bei herkömmlichen Spulen, die spiralförmig z. B. auf einer Leiterplatte untergebracht sind, kann in gewissen Ausrichtungen der Spulen zueinander die Kopplung sehr gering sein und eine Systemfunktionalität kann unter Umständen nicht garantiert werden. Um die Funktionalität für diese Anordnungen zu verbessern, ist die erfindungsgemäße Spulenform der RFID/NFC Leiterplattenspule hingegen so ausgelegt, dass die Ausrichtung beider Spulen, also der ersten, an der Trägereinrichtung ausgebildeten Spule und der RFID/NFC-Gerät-Spule, zueinander derart gewählt ist, dass magnetische Feldlinien die jeweils andere Spulenfläche durchstoßen können und somit zu einer signifikanten Kopplung beider Spulen beitragen können, so dass eine Systemfunktionalität weiterhin gegeben sein kann.The coil system according to the invention is particularly suitable for embodiments in which the RFID / NFC device coil, which can be aligned in different orientations to the carrier device, is designed as a spiral flat coil. Because in conventional coils, the spiral z. B. are housed on a circuit board, in certain orientations of the coils to each other, the coupling can be very low and a system functionality may not be guaranteed. On the other hand, in order to improve the functionality for these arrangements, the coil form of the RFID / NFC circuit board coil according to the invention is designed such that the alignment of both coils, ie the first coil formed on the carrier device and the RFID / NFC device coil, is selected to one another is that magnetic field lines can pierce the other coil surface and thus can contribute to a significant coupling of the two coils, so that a system functionality may continue to exist.

Bevorzugt ist daher ein Spulensystem, bei welchen der Anteil eines magnetischen Feldes zwischen der RFID/NFC-Gerät-Spule und der ersten Spule nutzbar ist, bei welchem die Feldlinien parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung verlaufen.Preference is therefore given to a coil system in which the proportion of a magnetic field between the RFID / NFC device coil and the first coil can be used, in which the field lines extend parallel to the layers of the carrier device.

Zur Verbesserung der Kopplungseigenschaften zur RFID/NFC-Gerät-Spule und/oder zur Erhöhung der Induktivität des Spulensystems kann innerhalb der ersten Spule ein magnetischer Kern, insbesondere ein Ferritkern, integriert sein.To improve the coupling properties to the RFID / NFC device coil and / or to increase the inductance of the coil system, a magnetic core, in particular a ferrite core, may be integrated within the first coil.

Besitzt das erfindungsgemäße Spulensystem zweckmäßig ferner eine zusammengesetzte Spule, derart, dass die erste Spule lediglich einen Spulenanteil der zusammengesetzten Spule bildet, welche als Antenne an das RFID/NFC-Interface angeschlossen ist, wobei die zusammengesetzte Spule sowohl den Spulenanteil der ersten Spule und wenigstens einen zweiten an der Trägereinrichtung ausgebildeten Spulenanteil besitzt, der zum Spulenanteil der ersten Spule elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet und dessen zentrale Spulenachse im Wesentlichen senkrecht zu den Schichten, insbesondere senkrecht zu den Schichten der Trägereinrichtung verläuft, kann der wenigstens eine zweite Spulenanteil zur Funktionalität beitragen, wenn die Spulenachse der RFID/NFC-Gerät-Spule von einer Ausrichtung parallel, zumindest jedoch im Wesentlichen parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung hin zu einer Ausrichtung in Richtung senkrecht, zumindest jedoch im Wesentlichen senkrecht zu den Schichten der Trägereinrichtung wechselt.The coil system according to the invention expediently further comprises a composite coil, such that the first coil forms only a coil portion of the composite coil, which is connected as an antenna to the RFID / NFC interface, wherein the composite coil both the coil portion of the first coil and at least one has second coil portion formed on the support means, which connected to the coil portion of the first coil electrically connected in series or parallel and the central coil axis substantially perpendicular to the layers, in particular perpendicular to the layers of the support means, the at least one second coil portion contribute to the functionality, when the coil axis of the RFID / NFC device coil of a Alignment parallel, but at least substantially parallel to the layers of the carrier device towards an orientation in the direction perpendicular, but at least substantially perpendicular to the layers of the carrier device changes.

Besitzt das erfindungsgemäße Spulensystem in hierzu alternativer oder ergänzender Ausführung zweckmäßig ferner eine zusammengesetzte Spule, derart, dass die erste Spule lediglich einen Spulenanteil der zusammengesetzten Spule bildet, welche als Antenne an das RFID/NFC-Interface angeschlossen ist, wobei die zusammengesetzte Spule sowohl den Spulenanteil der ersten Spule und wenigstens einen dritten an der Trägereinrichtung ausgebildeten Spulenanteil besitzt, der zum Spulenanteil der ersten Spule elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet und dessen zentrale Spulenachse im Wesentlichen parallel zu den Schichten, insbesondere parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung verläuft, jedoch in Bezug auf die Spulenachse des Spulenanteils der ersten Spule um die Normale der Schichten der Trägereinrichtung verdreht ist, kann der wenigstens eine dritte Spulenanteil zur Funktionalität beitragen, wenn die Spulenachse der RFID/NFC-Gerät-Spule von einer Ausrichtung parallel, zumindest jedoch im Wesentlichen parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung hin zu einer alternativen Ausrichtung in Richtung parallel, zumindest jedoch im Wesentlichen parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung, und um die Normale der Schichten der Trägereinrichtung drehend wechselt.The coil system according to the invention in this alternative or complementary embodiment expediently further comprises a composite coil, such that the first coil forms only a coil portion of the composite coil, which is connected as an antenna to the RFID / NFC interface, wherein the composite coil both the coil portion the first coil and at least one third formed on the support means coil portion which connected to the coil portion of the first coil electrically connected in series and / or parallel and its central coil axis substantially parallel to the layers, in particular parallel to the layers of the support means, but in With respect to the coil axis of the coil portion of the first coil is rotated about the normal of the layers of the carrier device, the at least one third coil portion may contribute to the functionality when the coil axis of the RFID / NFC device coil from an orientation parallel, i However, it is substantially parallel to the layers of the support means to an alternative orientation in the direction parallel, but at least substantially parallel to the layers of the support means, and to rotate about the normal of the layers of the support means.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:

1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer optimierten Leiterplattenspule, 1 an embodiment of the invention with an optimized circuit board coil,

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer optimierten Leiterplattenspule, 2 Another embodiment of the invention with an optimized PCB coil,

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer optimierten Leiterplattenspule, 3 Another embodiment of the invention with an optimized PCB coil,

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer optimierten Leiterplattenspule, 4 Another embodiment of the invention with an optimized PCB coil,

5 schematisch die zusammengesetzten Induktivitäten und Kopplungen der erfindungsgemäßen Leiterplattenspule nach 4, 5 schematically the composite inductances and couplings of the circuit board coil according to the invention 4 .

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Spulen verschiedener Ausrichtungen, 6 a further embodiment of the invention with coils of different orientations,

7 den Kopplungsverlauf des Ausführungsbeispieles aus 6 für verschiedene Ausrichtungen der Spulen, 7 the coupling process of the embodiment 6 for different orientations of the coils,

8 ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen RFID/NFC Spulensystems nach dem Stand der Technik bei günstiger Orientierung der Spulen zueinander, und 8th an embodiment of a conventional RFID / NFC coil system according to the prior art with favorable orientation of the coils to each other, and

9 ein Ausführungsbeispiel des herkömmlichen RFID/NFC Spulensystems gemäß 8 bei ungünstiger Orientierung der Spulen zueinander. 9 an embodiment of the conventional RFID / NFC coil system according to 8th in unfavorable orientation of the coils to each other.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst auf die 8 und 9 eingegangen, welche ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen RFID/NFC Spulensystems nach dem Stand der Technik zeigen.For a better understanding of the invention is first on the 8th and 9 which show an embodiment of a conventional RFID / NFC coil system according to the prior art.

8 zeigt stark vereinfacht und lediglich in Teilen, ein elektronisches Gerätemodul 2, das beispielsweise für industrielle Anwendungen verwendet werden kann. Das elektronische Gerätemodul 2 kann gleichermaßen auch in anderen Bereichen wie beispielsweise der Unterhaltungselektronik angesiedelt sein. Das Gerätemodul 2 kann entweder tragbar oder, wie bei 8 zu sehen, an einer Halterung 1 befestigt sein, die im industriellen Umfeld beispielsweise aus einer Tragschiene gebildet sein kann. Innerhalb des Gerätemoduls 2 befindet sich mindestens eine Trägereinrichtung 3 mit Schicht- oder Lagenaufbau, z. B. eine Leiterplatte, die auch als Schaltungsplatte, Platine oder PCB (Printed Circuit Board) bezeichnet wird. Leiterplatten bestehen typischerweise aus einem Schicht- oder Lagenaufbau mit mindestens zwei elektrisch leitfähigen Schichten oder Lagen, die durch mindestens eine isolierende Schicht oder Lage räumlich und elektrisch voneinander getrennt sind. Der Schicht- oder Lagenaufbau der Leiterplatte kann auch aus einer Vielzahl unterschiedlicher Schichten oder Lagen bestehen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass anstelle einer Leiterplatte auch andere dreidimensionale Gebilde als Trägereinrichtung mit einem geeigneten Schichtaufbau verwendet werden können. 8th shows very simplified and only in parts, an electronic device module 2 , which can be used for industrial applications, for example. The electronic device module 2 can equally be located in other areas such as consumer electronics. The device module 2 Can be either portable or, as at 8th to see on a bracket 1 be attached, which may be formed in a industrial environment, for example, from a mounting rail. Within the device module 2 there is at least one carrier device 3 with layer or layer structure, z. As a circuit board, which is also referred to as a circuit board, board or PCB (Printed Circuit Board). Printed circuit boards typically consist of a layer or layer structure with at least two electrically conductive layers or layers, which are spatially and electrically separated from one another by at least one insulating layer or layer. The layer or layer structure of the circuit board may also consist of a plurality of different layers or layers. It should be noted, however, that instead of a printed circuit board other three-dimensional structures can be used as a carrier device with a suitable layer structure.

Die Trägereinrichtung 3 mit Schicht- oder Lagenaufbau ist mit einem RFID/NFC-Interface 4, z. B. in Art eines Funkchips, ausgestattet, der auf der RFID/NFC Technologie oder einer dazu ähnlichen Technologie basiert. Das RFID/NFC-Interface kann z. B. passiv ausgelegt sein (Energieversorgung über das magnetische Wechselfeld), oder aktiv mit externer Energieversorgung. Des Weiteren kann eine externe kontaktbehaftete Datenschnittstelle zu externen Elektronikkomponenten (nicht dargestellt) vorhanden sein.The carrier device 3 with layer or layer structure is with an RFID / NFC interface 4 , z. B. in the manner of a radio chip, based on the RFID / NFC technology or a similar technology. The RFID / NFC interface can, for. B. be designed passive (power supply via the magnetic alternating field), or active with external power supply. Furthermore, an external contact-type data interface to external electronic components (not shown) may be present.

In einem solchen Fall ist es häufig sinnvoll, die zum RFID/NFC-Interface 4 zugehörige Antenne bzw. Spule 5 direkt auf der Trägereinrichtung 3 auszubilden. Wird als Trägereinrichtung 3 eine Leiterplatte eingesetzt, hat dies den Vorteil, dass die Spule 5 als Leiterplattenspule aus Leiterbahnen ohne nennenswerte Zusatzkosten aufgebaut werden kann, da kein zusätzlicher Produktionsschritt erforderlich ist. Zudem kann auf eine externe Antenne bzw. Spule verzichtet werden. Häufig werden derartige, direkt auf der Trägereinrichtung 3 ausgebildete Spulen 5, und also insbesondere Leiterplattenspulen, in Spiralform mit mindestens einer Windung ausgebildet. Werden mehrere Windungen benötigt, werden die spiralförmigen Windungen häufig auf einer Schicht oder Lage angebracht und die innerste oder äußerste Windung der Spiralform wird auf einer anderen Schicht oder Lage des Schichtaufbaus zurückgeführt. Die hierbei die Windungen umfassenden Schichten sind folglich durch mindestens eine Isolationsschicht voneinander getrennt. Diese Vorgehensweise vermeidet unter anderem Kurzschlüsse zwischen den Windungen der Spule. Die spiralförmige Grundstruktur der Spule 5 ist häufig kreisförmig, es werden aber auch andersförmige Strukturen wie beispielsweise rechteckige Grundformen häufig mit abgerundeten Ecken verwendet.In such a case, it is often useful to the RFID / NFC interface 4 associated antenna or coil 5 directly on the carrier device 3 train. Used as a carrier device 3 a printed circuit board, this has the advantage that the coil 5 can be constructed as a circuit board coil of conductors without significant additional costs, since no additional production step is required. In addition, can be dispensed with an external antenna or coil. Often, such, directly on the carrier device 3 trained coils 5 , And thus in particular PCB coils, formed in a spiral shape with at least one turn. When multiple windings are required, the spiral windings are often mounted on one layer or layer and the innermost or outermost winding of the spiral shape is returned to another layer or layer of the layer structure. The layers comprising the turns are consequently separated from one another by at least one insulating layer. This approach avoids, inter alia, short circuits between the turns of the coil. The spiral basic structure of the coil 5 is often circular, but also other shaped structures such as rectangular basic shapes are often used with rounded corners.

Bei der Auslegung der Spulenform ist es insbesondere von Vorteil, die Form der Spule sowie die Anzahl der Windungen elektrisch auf das RFID/NFC-Interface 4 anzupassen, was eine besonders optimale Systemfunktionalität nach sich ziehen kann. Unter Umständen kann es auch sinnvoll sein, ein elektrisches Anpassnetzwerk, im einfachsten Fall ein in Reihe oder parallel zu der Antenne geschalteter Kondensator anzubringen, um resonante Effekte optimal ausnutzen zu können.In the design of the coil form, it is particularly advantageous, the shape of the coil and the number of turns electrically to the RFID / NFC interface 4 which can lead to a particularly optimal system functionality. Under certain circumstances, it may also be useful to attach an electrical matching network, in the simplest case a capacitor connected in series or parallel to the antenna in order to be able to optimally exploit resonant effects.

Wird ein weiteres RFID/NFC-Interface 6 (z. B. ein RFID-Transceiver innerhalb eines RFID-Lesegerätes) als Gegenstück zum RFID/NFC-Interface 4 in die Nähe des Gerätemoduls 2 gebracht und das RFID/NFC-Interface 6 mit einer weiteren, zu dem RFID/NFC-Interface 6 gehörenden Antenne oder Spule 8 und ggf. einer Zuleitung 7 ausgestattet, kann eine magnetische Kopplung zwischen der zum RFID/NFC-Interface 4 gehörenden Antenne oder Spule 5 und der zu dem RFID/NFC-Interface 6 gehörenden Antenne oder Spule 8 entstehen und es können zwischen den RFID/NFC Teilnehmern, d. h. zwischen dem RFID/NFC-Interface 4 und dem RFID/NFC-Interface 6, Energie und/oder Daten ausgetauscht werden. Sobald in der zum RFID/NFC-Interface 6 gehörenden Spule 8 ein Strom fließt, bildet sich ein magnetisches Feld aus, das bei 8 mit zwei Feldlinien 9 symbolisch dargestellt ist. Ist dieses magnetische Feld zeitlich veränderlich, kann beim Durchfluten des Feldes durch die Spulenfläche der zur RFID/NFC-Interface 4 gehörenden Spule 5 eine Spannung induziert werden, die wiederum zur Energieversorgung des RFID/NFC-Interfaces 4 verwendet werden kann. Eine gezielte zeitliche Änderung der induzierten Spannung kann auch zur Informationsübertragung zwischen den Spulen 8 und 5 genutzt werden. Gleiches gilt entsprechend auch für die umgekehrte Richtung.Will be another RFID / NFC interface 6 (eg an RFID transceiver within an RFID reader) as a counterpart to the RFID / NFC interface 4 near the device module 2 brought and the RFID / NFC interface 6 with another, to the RFID / NFC interface 6 belonging antenna or coil 8th and possibly a supply line 7 Equipped with a magnetic coupling between the RFID / NFC interface 4 belonging antenna or coil 5 and the to the RFID / NFC interface 6 belonging antenna or coil 8th arise and it can be between the RFID / NFC participants, ie between the RFID / NFC interface 4 and the RFID / NFC interface 6 , Energy and / or data are exchanged. Once in the RFID / NFC interface 6 belonging coil 8th a current flows, forms a magnetic field, which at 8th with two field lines 9 is shown symbolically. If this magnetic field is variable in time, the field passing through the coil surface can pass through to the RFID / NFC interface 4 belonging coil 5 a voltage can be induced, which in turn is used to power the RFID / NFC interface 4 can be used. A targeted temporal change of the induced voltage can also be used to transfer information between the coils 8th and 5 be used. The same applies accordingly also for the opposite direction.

Wenn beide zentralen Achsen der Spulen 5 und 8 parallel oder nahezu parallel zueinander stehen und beide Spulen mehr oder weniger koaxial angeordnet sind, kann sich eine gute magnetische Kopplung zwischen den Spulen 5 und 8 einstellen und eine Systemfunktionalität kann gegeben sein. Diese relative Ausrichtung beider Spulen zueinander ist somit ein bevorzugter Anwendungsfall im Stand der Technik.If both central axes of the coils 5 and 8th parallel or nearly parallel to each other and both coils are arranged more or less coaxially, a good magnetic coupling between the coils can 5 and 8th set and a system functionality can be given. This relative alignment of the two coils is thus a preferred application in the prior art.

In 9 ist das RFID/NFC-Interface 6 mitsamt der Zuleitung 7 und der Antenne 8 zu einem RFID/NFC-Gerät 10 zusammengefasst. Gegenüber der Anordnung aus 8 ist das RFID/NFC-Gerät 10 derart gedreht, dass die Spulenachse der zum RFID/NFC-Interface 6 gehörenden Spule 8 nunmehr mehr oder weniger parallel zu den Schichten der als Trägereinrichtung 3 verwendeten Leiterplatte und im Wesentlichen senkrecht zur Schichten- oder Leiterplattennormalen N (vgl. 1) und somit auch im Wesentlichen senkrecht zur Spulenachse der zum RFID/NFC-Interface 4 gehörenden Spule 5 steht. In diesem Fall können etwaige Feldlinien 9 der stromdurchflossenen Spule 8 die Spulenfläche der Spule 5 kaum noch oder im schlimmsten Fall gar nicht mehr durchfluten und es kann sich lediglich eine sehr geringe oder minimale Kopplung zwischen den Spulen einstellen. In diesem Fall kann folglich eine Systemfunktionalität gefährdet sein oder die Kommunikation zwischen den RFID/NFC Teilnehmern kann ausfallen. Dieses Szenario bildet Ausgangspunkt für die Erfindung, da eine solche Anordnung zwischen der zum RFID/NFC-Interface 6 gehörenden Antenne 8 und dem elektronischem Gerätmodul 2 in einigen Anwendungsfällen vorkommen kann und auch bei solchen Ausrichtungen der Komponenten zueinander eine korrekte Funktionalität gegeben sein soll.In 9 is the RFID / NFC interface 6 together with the supply line 7 and the antenna 8th to an RFID / NFC device 10 summarized. Opposite the arrangement 8th is the RFID / NFC device 10 rotated so that the coil axis of the RFID / NFC interface 6 belonging coil 8th now more or less parallel to the layers of the carrier device 3 used circuit board and substantially perpendicular to the layer or PCB normal N (see. 1 ) and thus also substantially perpendicular to the coil axis of the RFID / NFC interface 4 belonging coil 5 stands. In this case, any field lines 9 the current-carrying coil 8th the coil surface of the coil 5 barely or in the worst case no longer flood and it can only be a very small or minimal coupling between the coils set. In this case, consequently, a system functionality may be compromised or the communication between the RFID / NFC subscribers may fail. This scenario forms the starting point for the invention, since such an arrangement between the RFID / NFC interface 6 belonging antenna 8th and the electronic device module 2 may occur in some applications and should be given to each other in such orientations of the components correct functionality.

In 1 ist eine erste erfindungsgemäße Anordnung mit einer veränderten Spulengeometrie für eine Anordnung zwischen einem RFID/NFC-Gerät 10 mit zugehörendem RFID/NFC-Interface 6, optionaler Zuleitung 7 und Antenne 8 und einem Gerätemodul 2 wie in 9 skizziert. Eine erfindungsgemäße, zum RFID/NFC-Interface 4 gehörende und an diese angeschlossene erste Spule 50 aus 1 ersetzt hierbei die Spule 5 des Standes der Technik gemäß 8 und 9 und ist derart ausgebildet, dass für ein gedrehtes RFID/NFC-Interface 6 mit zugehöriger Zuleitung 7 und Spule 8, deren Spulenachse parallel, zumindest jedoch im Wesentlichen parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung ist, eine signifikante magnetische Kopplung zwischen den Spulen 50 und 8 erreicht werden kann.In 1 is a first arrangement according to the invention with a modified coil geometry for an arrangement between an RFID / NFC device 10 with associated RFID / NFC interface 6 , optional supply 7 and antenna 8th and a device module 2 as in 9 outlined. An inventive, the RFID / NFC interface 4 belonging and connected to this first coil 50 out 1 replaces the coil 5 of the prior art according to 8th and 9 and is designed such that for a rotated RFID / NFC interface 6 with associated supply line 7 and coil 8th whose coil axis is parallel, but at least substantially parallel to the layers of the carrier means, a significant magnetic coupling between the coils 50 and 8th can be achieved.

Dies wird dadurch ermöglicht, dass die zentrale Spulenachse der Spule 50 nunmehr auch parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung 3, gemäß 1 also parallel zur als Trägereinrichtung 3 verwendeten Leiterplatte, verläuft und somit auch parallel oder zumindest nahezu parallel zur Spulenachse der zum RFID/NFC-Interface 6 gehörenden Spule 8 liegt. Somit sind beide Spuleachsen mehr oder weniger parallel zueinander ausgerichtet und die Feldlinien 9 eines magnetischen Wechselfeldes der Spule 8 können die Spulenfläche der neu gebildeten ersten Spule 50 durchfluten. Somit können beide Spulen ausreichend miteinander gekoppelt sein und eine Energie- und/oder Datenübertragung zwischen den RFID/NFC-Teilnehmern kann bei gedrehtem RFID/NFC-Interface 6 ermöglicht werden.This is made possible by the fact that the central coil axis of the coil 50 now also parallel to the layers of the carrier device 3 , according to 1 So parallel to the carrier device 3 used circuit board, and thus also runs parallel or at least almost parallel to the coil axis of the RFID / NFC interface 6 belonging coil 8th lies. Thus, both winding axes are aligned more or less parallel to each other and the field lines 9 an alternating magnetic field of the coil 8th may be the coil area of the newly formed first coil 50 flood. Thus, both coils can be sufficiently coupled together and an energy and / or data transmission between the RFID / NFC participants can with rotated RFID / NFC interface 6 be enabled.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die wesentlichen Eigenschaften sind identisch zu 1, wobei in 2 allerdings detaillierter auf einen für die Erfindung bevorzugten geometrischen Aufbau der ersten Spule 50 eingegangen ist. Die in 2 direkt auf der Trägereinrichtung 3 ausgebildete Spule 50, und also insbesondere Leiterplattenspule, ist mittels Kontaktierungen, insbesondere Durchlochkontaktierungen (auch als Durchkontaktierungen oder Vias bezeichnet) 60a, 60b, 60c und 61a, 61b, 61c aufgebaut, wobei die Durchlochkontaktierungen Teile der ersten Spule 50 bilden, wie dies z. B. aus der DE 103 34 830 A1 bekannt ist. Die Anzahl der Durchkontaktierungen beträgt typischerweise 2 × Nw, wobei Nw die Anzahl der Windungen der Spule bezeichnet. Die Vias sind auf mindestens zwei leitfähigen Schichten oder Lagen des Schicht- oder Lagenaufbaus miteinander über leitfähige Segmente oder Verbindungselemente 70a, 70b, 70c bzw. 71a, 71b, 71c miteinander verbunden. Diese Verbindungselemente sind vorzugsweise aus abschnittsweise geraden Segmenten von Leiterbahnen aufgebaut, es können aber auch abgerundete oder teilweise kurvige Leiterbahnsegmente verwendet werden.In 2 a further embodiment of the invention is shown. The essential properties are identical to 1 , where in 2 however, more detailed on a preferred for the invention geometric structure of the first coil 50 has been received. In the 2 directly on the carrier device 3 trained coil 50 , and thus in particular printed circuit board coil, is by means of contacting, in particular through-hole contacting (also referred to as plated-through holes or vias) 60a . 60b . 60c and 61a . 61b . 61c constructed, wherein the Durchlochkontaktierungen parts of the first coil 50 form, as z. B. from the DE 103 34 830 A1 is known. The number of vias is typically 2 x Nw, where Nw is the number of turns of the coil. The vias are on at least two conductive layers or layers of the layer or layer structure with each other via conductive segments or connecting elements 70a . 70b . 70c respectively. 71a . 71b . 71c connected with each other. These connecting elements are preferably constructed of sections of straight segments of printed conductors, but it can also be used rounded or partially curved conductor segments.

So sind beispielsweise die Vias 60a und 61a auf einer unteren Lage mit dem Verbindungselement 71a verbunden und die Vias 61a und 60b auf einer oberen Lage mit dem Verbindungselement 70b usw. Ansonsten sind die, die Leiterbahnen oder Verbindungselemente 70a, 70b, 70c bzw. 71a, 71b, 71c umfassende Schichten durch mindestens eine Isolationsschicht voneinander getrennt. Auf diese Weise ergibt sich eine spiralförmige bzw. helixförmige Grundstruktur der ersten Spule 50 mit Abschnitten, die aus Verbindungselementen, insbesondere Segmenten von Leiterbahnen einer Leiterplatte, und aus Kontaktierungselementen bestehen.For example, the vias 60a and 61a on a lower layer with the connecting element 71a connected and the vias 61a and 60b on an upper layer with the connecting element 70b etc. Otherwise, those are the traces or fasteners 70a . 70b . 70c respectively. 71a . 71b . 71c comprehensive layers separated by at least one insulation layer. In this way, a helical or helical basic structure of the first coil results 50 with sections consisting of connecting elements, in particular segments of printed circuit traces of a printed circuit board, and of contacting elements.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Spulen 5 nach 8 und 9 wird die Spulengrundfläche somit gewissermaßen von der Grundfläche der Trägereinrichtung mit Schichtaufbau auf die Querschnittsfläche der Trägereinrichtung mit Schichtaufbau verlagert und die Spulenachse wird von ursprünglich senkrecht oder nahezu senkrecht zur Grundfläche der Trägereinrichtung mit Schichtaufbau ausgerichtet auf nunmehr parallel oder nahezu parallel zur Grundfläche der Trägereinrichtung mit Schichtaufbau ausgerichtet gedreht.Unlike conventional coils 5 to 8th and 9 Thus, the coil base is thus effectively shifted from the base of the carrier device with layer structure on the cross-sectional area of the carrier device with layer structure and the coil axis is aligned from originally perpendicular or nearly perpendicular to the base surface of the carrier device with layer structure aligned now parallel or nearly parallel to the base of the carrier device with layer structure turned.

Die Vorgehensweise nach der Erfindung bedingt somit zwar, dass die Querschnittsfläche der Spulengrundfläche und somit auch die Induktivität der Spule typischerweise geringer ist als im herkömmlichen Fall. Dieser Effekt kann allerdings zumindest teilweise durch eine Vielzahl von Windungen kompensiert werden. Eine weitere Verbesserung lässt sich beispielsweise auch dadurch erreichen, dass ein magnetischer Körper 51, z. B. ein Ferritkörper, mit einer hohen Permeabilität in den Schicht- oder Lagenaufbau der Trägereinrichtung integriert wird, was neben der Induktivitätserhöhung auch zu einer Verbesserung der Kopplung zwischen den Spulen 50 und 8 führen kann.Although the procedure according to the invention thus requires that the cross-sectional area of the coil base area and thus also the inductance of the coil is typically lower than in the conventional case. However, this effect can be at least partially compensated by a plurality of turns. A further improvement can also be achieved, for example, by using a magnetic body 51 , z. B. a ferrite body is integrated with a high permeability in the layer or layer structure of the support means, which in addition to the inductance increase also to an improvement of the coupling between the coils 50 and 8th can lead.

Die in 1 und 2 beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform mit der Spulenform 50 ermöglicht durch ihren flachen Aufbau eine signifikante magnetische Kopplung zu der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 auch für den Fall, dass mehrere Trägereinrichtungen mit Schichtaufbau oder flache Gerätemodule 2 insgesamt nebeneinander an der Halterung 1, d. h. gemäß 1 übereinander, aneinander gereiht sind. Dies ist möglich, da der Anteil des magnetischen Feldes zur Kopplung genutzt wird, der aus der Spulenachse der Spule 50 und somit aus der Querschnittsfläche der Trägereinrichtung heraustritt. Insofern ist es mehr oder weniger irrelevant, ob sich neben der Spule 50, d. h. gemäß 1 über der Spule 50, noch weitere gleich oder ähnlich geformte Spulen von Nachbarmodulen befinden. Ebenso ist bei diesem Fall eine magnetische Kopplung zwischen möglichen Nachbarelementen minimiert, was ein gewünschter positiver Effekt sein kann.In the 1 and 2 described embodiment of the invention with the coil shape 50 Its flat design allows significant magnetic coupling to the RFID / NFC device coil 8th even in the event that multiple carrier devices with layered structure or flat device modules 2 Total next to each other on the bracket 1 , ie according to 1 one above the other, are strung together. This is possible because the portion of the magnetic field is used for coupling, that of the coil axis of the coil 50 and thus emerges from the cross-sectional area of the support means. In that sense, it is more or less irrelevant, whether next to the coil 50 , ie according to 1 over the coil 50 , even more equal or similar shaped coils of neighboring modules are located. Likewise, in this case, magnetic coupling between possible neighboring elements is minimized, which may be a desired positive effect.

In 3 ist ein im Rahmen der Erfindung weiteres Ausführungsbeispiel einer gegenüber der 2 geringfügig abgewandelten ersten Spule 50 als mögliche Alternative gezeigt.In 3 is a further embodiment of the invention compared to the 2 slightly modified first coil 50 shown as a possible alternative.

Die in 3 auf der Trägereinrichtung 3 ausgebildete Spule 50, und also insbesondere Leiterplattenspule, ist wiederum mittels Kontaktierungen 60a, 60b und 61a, 61b, 61c aufgebaut, die Teile der ersten Spule 50 bilden. Auch sind die Kontaktierungen bzw. Vias auf mindestens zwei Schichten oder Lagen eines Schicht- oder Lagenaufbaus miteinander über leitfähige Segmente oder Verbindungselemente 70a, 70b bzw. 71a, 71b, 71c miteinander verbunden.In the 3 on the carrier device 3 trained coil 50 , And thus in particular PCB coil, in turn, by means of contacts 60a . 60b and 61a . 61b . 61c constructed, the parts of the first coil 50 form. Also, the contacts or vias are on at least two layers or layers of a layer or layer structure with each other via conductive segments or connecting elements 70a . 70b respectively. 71a . 71b . 71c connected with each other.

In Abwandlung zu 2 ist anstelle des dort integrierten Ferritkörpers bei der 3 als Element 52 ein Ferritkörper, eine zusätzliche Leiterplatter oder auch eine Kombination hiervon aufgesetzt auf der Trägereinrichtung 3 von dieser beherbergt.In modification to 2 is in place of the integrated ferrite body in the 3 as an element 52 a ferrite body, an additional circuit board or a combination thereof mounted on the support means 3 from this houses.

Auch die Trägereinrichtung 3 gemäß 3 mit einem oder mehreren aufgesetzt beherbergten Elementen 52 kann im Rahmen der Erfindung einen Schichtaufbau beherbergen und Leiterbahnen auf wenigstens zwei Schichten tragen.Also the carrier device 3 according to 3 with one or more mounted elements 52 can accommodate a layer structure within the scope of the invention and carry printed conductors on at least two layers.

Basierend auf der Terminologie gemäß Beschreibung zu 2 sind z. B. gemäß 3 die Kontaktierungen bzw. Vias 61a und 60a sowie die Kontaktierungen bzw. Vias 61b und 60b auf einer unteren Lage der Trägereinrichtung 3 selbst mit dem Verbindungselement 71a bzw. 71b verbunden und die Kontaktierungen bzw. Vias 60a und 61b sowie die Kontaktierungen bzw. Vias 60b und 61c auf einer oberen Lage des von der Trägereinrichtung 3 getragenen Elements 52 mit dem Verbindungselement 70a bzw. 70b verbunden.Based on terminology as described in 2 are z. B. according to 3 the contacts or vias 61a and 60a as well as the contacts or vias 61b and 60b on a lower layer of the carrier device 3 even with the connecting element 71a respectively. 71b connected and the contacts or vias 60a and 61b as well as the contacts or vias 60b and 61c on an upper layer of the carrier device 3 worn element 52 with the connecting element 70a respectively. 70b connected.

Je nach Größe des Elements 52 können hierzu die Kontaktierungen 60a, 60b und 61a, 61b, 61c durch das Element 52 hindurch verlängert sein, gemäß der Ausbildung nach 3 ist dies z. B. bei den Kontaktierungen 60a, 60b und 61b, 61c. Alternativ könnten bei einer Ausbildung nach 3 auch die auf der oberen Lage des Elements 52 verlaufenden leitfähigen Segmente oder Verbindungselemente 70a und 70b an den Seiten des Elements in Richtung Trägereinrichtung 3 verlängert sein.Depending on the size of the item 52 can do this the contacts 60a . 60b and 61a . 61b . 61c through the element 52 be extended therethrough, according to the training 3 is this z. B. in the contacts 60a . 60b and 61b . 61c , Alternatively, after training 3 also on the upper layer of the element 52 extending conductive segments or fasteners 70a and 70b on the sides of the element towards the support means 3 be extended.

Ferner liegen gemäß der Ausbildung nach 3 die leitfähigen Verbindungen von der Kontaktierung 61a zum RFID/NFC-Interface 4 auf einer oberen Lage der Trägereinrichtung 3 selbst und von der Kontaktierung 61c zum RFID/NFC-Interface 4 auf einer unteren Lage der Trägereinrichtung 3 selbst.Furthermore, according to the training 3 the conductive connections from the contact 61a to the RFID / NFC interface 4 on an upper layer of the carrier device 3 yourself and from the contact 61c to the RFID / NFC interface 4 on a lower layer of the carrier device 3 even.

In weiteren möglichen Alternativen hierzu könnte z. B. auch die leitfähige Verbindung von der Kontaktierung 61c zum RFID/NFC-Interface 4 auf einer oberen Lage der Trägereinrichtung 3 selbst oder einer unteren Lage des von der Trägereinrichtung 3 getragenen Elements 52 liegen und/oder die leitfähigen Segmente oder Verbindungselemente 71a und 71b könnten auf einer mittleren oder oberen Lage der Trägereinrichtung 3 liegen.In other possible alternatives to this z. B. also the conductive connection of the contact 61c to the RFID / NFC interface 4 on an upper layer of the carrier device 3 itself or a lower layer of the carrier device 3 worn element 52 lie and / or the conductive segments or connecting elements 71a and 71b could be on a middle or upper layer of the carrier device 3 lie.

Ersichtlich sind weitere Abwandlungen im Rahmen der Erfindung möglich.Obviously, further modifications are possible within the scope of the invention.

Entsprechend könnten im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung, welche sich im Rückbezug unter anderem auf Spulenausbildungen gemäß 1 und 2 bezieht, in abgewandelter Weise auch Spulenausbildungen basierend auf der Beschreibung zu 3 eingesetzt werden.Accordingly, in the context of the following description, which in reference to, inter alia, coil training according to 1 and 2 In a modified way, coil formations are also based on the description 3 be used.

In 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Anordnung eines Spulensystems mit einer veränderten Spulengeometrie für die gleiche Anordnung zwischen RFID/NFC-Gerät-Spule 8 und Gerätemodul 2 wie in 1 und 2 skizziert. Die auf der Trägereinrichtung 3 ausgebildete, wiederum mit 50 gekennzeichnete Spule aus 4 ersetzt die Spule 5 des Standes der Technik und ist derart ausgebildet, dass auch für ein verschieden gedrehtes RFID/NFC-Gerät 10 (beinhaltet 6, 7, 8) eine signifikante magnetische Kopplung zwischen den Spulen erreicht werden kann. Als Trägereinrichtung 3 fungiert wiederum zweckmäßig eine Leiterplatte, sodass auch die bei 4 dargestellte Spule 50 nachfolgend als Leiterplattenspule bezeichnet werden kann.In 4 is a further inventive arrangement of a coil system with a modified coil geometry for the same arrangement between RFID / NFC device coil 8th and device module 2 as in 1 and 2 outlined. The on the carrier device 3 educated, turn with 50 marked coil off 4 replaces the coil 5 of the prior art and is designed such that even for a differently rotated RFID / NFC device 10 (includes 6 . 7 . 8th ) a significant magnetic coupling between the coils can be achieved. As a carrier device 3 in turn functioned appropriately a circuit board, so that at 4 shown coil 50 may be referred to below as a printed circuit board coil.

Die Spule 50 nach 4 ist jedoch in Abwandlung zur ersten Spule 50 nach 1 und 2 aus mehreren Spulenteilen 50a, 50b, 50c, 50d zusammengesetzt, die elektrisch miteinander verbunden sind, so dass nicht nur eine erste Spule 50 nach 1 und 2 sondern die zusammengesetzte Spule 50 nach 4 insgesamt als Antenne an das RFID/NFC-Interface 4 angeschlossen ist.The sink 50 to 4 is however in modification to the first coil 50 to 1 and 2 from several parts of the coil 50a . 50b . 50c . 50d assembled, which are electrically connected to each other, so not just a first coil 50 to 1 and 2 but the composite coil 50 to 4 in total as an antenna to the RFID / NFC interface 4 connected.

Der Spulenanteil 50a entspricht der ersten Spule 50 nach 1 und 2 und ist folglich aus Durchkontaktierungen 60a, 60b, 60c und 61a, 61b, 61c aufgebaut, wobei die Durchkontaktierungen Teile des Spulenanteils 50a bilden. Die Anzahl der Vias beträgt wiederum typischerweise 2 × Nw, wobei Nw die Anzahl der Windungen des Spulenanteils 50a bezeichnet. Die Vias sind auf mindestens zwei leitfähigen Schichten oder Lagen des Leiterplattenaufbaus miteinander über leitfähige Verbindungselemente 70a, 70b, 70c bzw. 71a, 71b, 71c miteinander verbunden. Diese Verbindungselemente sind wiederum vorzugsweise aus abschnittsweise geraden Segmenten von Leiterbahnen aufgebaut, wobei auch abgerundete oder teilweise kurvige Leiterbahnsegmente verwendet werden können. So sind entsprechend zur Ausführungsform nach 1 und 2 beispielsweise die Vias 60a und 61a auf einer unteren Lage mit dem Verbindungselement 71a verbunden und die Vias 61a und 60b auf einer oberen Lage mit dem Verbindungselement 70b usw., so dass sich bevorzugt wieder eine zylindrisch spiralförmige bzw. helixförmige Grundstruktur des Spulenanteils 50a mit jeweiligen Abschnitten, die aus Leiterbahnen und Vias bestehen, ergibt.The coil portion 50a corresponds to the first coil 50 to 1 and 2 and is therefore made of vias 60a . 60b . 60c and 61a . 61b . 61c constructed, wherein the plated-through holes parts of the coil portion 50a form. Again, the number of vias is typically 2 × Nw, where Nw is the number of turns of the coil portion 50a designated. The vias are on at least two conductive layers or layers of the printed circuit board assembly via conductive interconnecting elements 70a . 70b . 70c respectively. 71a . 71b . 71c connected with each other. These connecting elements are in turn preferably constructed of sections of straight segments of printed conductors, wherein also rounded or partially curved conductor segments can be used. Thus, according to the embodiment according to 1 and 2 for example the vias 60a and 61a on a lower layer with the connecting element 71a connected and the vias 61a and 60b on an upper layer with the connecting element 70b etc., so that preferably again a cylindrical spiral or helical basic structure of the coil portion 50a with respective sections consisting of tracks and vias results.

Die spezielle Form des Spulenanteils 50a bedingt wie im Falle der ersten Spule 50 nach 1 und 2, dass deren Spulengrundfläche und somit auch die Induktivität dieses Spulenanteils typischerweise geringer ist als im herkömmlichen Fall, wobei dieser Effekt allerdings wiederum zumindest teilweise durch eine Vielzahl von Windungen und/oder durch Integration eines Ferritkörper 51a in den Schichtaufbau kompensiert werden kann, wobei letzteres neben der Induktivitätserhöhung auch zu einer Verbesserung der Kopplung zwischen den Spulen 50a und 8 führen kann.The special shape of the coil portion 50a conditionally as in the case of the first coil 50 to 1 and 2 in that its coil base area and thus also the inductance of this coil portion is typically lower than in the conventional case, but this effect is in turn at least partially due to a plurality of turns and / or by integration of a ferrite body 51a can be compensated in the layer structure, the latter in addition to the inductance increase also to an improvement of the coupling between the coils 50a and 8th can lead.

Diese spezielle Form des Spulenanteils 50a ermöglicht somit wiederum, dass die zentrale Spulenachse des Spulenanteils 50a nunmehr parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung 3 verläuft und somit auch nahezu parallel zur Spulenachse der gemäß 4 ausgerichteten RFID/NFC-Gerät-Spule 8 liegt. Somit sind beide Spulenachsen im speziellen Ausrichtungsfall aus 4 mehr oder weniger parallel zueinander ausgerichtet und die Feldlinien 9 eines magnetischen Wechselfeldes der Spule 8 können die Spulenfläche des Spulenanteils 50a durchfluten. Somit können die Spule 8 und der Spulenanteil 50a ausreichend miteinander gekoppelt sein und eine Energie- und/oder Datenübertragung zwischen den Teilnehmern kann ermöglicht werden.This special form of coil part 50a allows in turn that the central coil axis of the coil portion 50a now parallel to the layers of the carrier device 3 runs and thus also almost parallel to the coil axis of the according 4 aligned RFID / NFC device coil 8th lies. Thus, both coil axes are in the special alignment case 4 aligned more or less parallel to each other and the field lines 9 an alternating magnetic field of the coil 8th can the coil area of the coil portion 50a flood. Thus, the coil can 8th and the coil portion 50a be sufficiently coupled together and an energy and / or data transmission between the participants can be made possible.

Wenigstens ein zweiter Spulenteil 50d ist ähnlich dem Stand der Technik ein spiralförmiger Anteil, bei 4 mit rechteckiger Grundstruktur und zwei Windungen skizziert. Dieser Spulenanteil 50d trägt zur Funktionalität für solche Ausrichtungen bei, wie sie im Stand der Technik nach 8 vorkommen. Die Spulengrundfläche der Spule 50d verbleibt somit auf der Grundfläche der Trägereinrichtung mit Schichtaufbau, an welcher Grundfläche die Spule angeordnet ist, und also bevorzugt auf der Leiterplattengrundfläche, wobei die Spulenachse des Spulenanteils 50d weiterhin senkrecht, zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Grundfläche der Trägereinrichtung ausgerichtet ist.At least a second coil part 50d is similar to the prior art, a spiral portion, at 4 outlined with rectangular basic structure and two turns. This coil portion 50d contributes to the functionality for such orientations, as in the prior art 8th occurrence. The coil base of the coil 50d thus remains on the base of the carrier device with layer structure, at which base the coil is arranged, and thus preferably on the circuit board base surface, wherein the coil axis of the coil portion 50d is further aligned perpendicular, at least substantially perpendicular to the base surface of the support means.

Die weiteren dritten Spulenanteile 50b und 50c sind alternativ oder ergänzend zum zweiten Spulenteil 50d und ähnlich wie der Spulenanteil 50a aufgebaut, können allerdings andere Windungszahlen oder andere Leiterbahnformen besitzen.The other third coil components 50b and 50c are alternative or complementary to the second coil part 50d and similar to the coil portion 50a constructed, however, may have other numbers of turns or other trace shapes.

Auch bei den Spulenanteilen 50b und 50c können optional Ferritkörper angebracht werden, wie es beispielsweise mit 51b angedeutet ist. Die einzelnen Spulenanteile 50b, 50c unterscheiden sich allerdings vom Spulenanteil 50a im Wesentlichen dadurch, dass sie in jeweils unterschiedliche Richtungen der Trägereinrichtung 3 orientiert sind. Die Spulenanteile 50b, 50c können in solchen Fällen zur Systemfunktionalität beitragen, wenn die RFID/NFC-Gerät-Spule 8 gegenüber der bei 4 gezeigten Position auf verschiedenen Seiten neben das Gerätemodul 2 platziert und also im Wesentlichen um die Normale N (vg. 1) der Schichten der Trägereinrichtung herum verdreht wird.Also with the coil parts 50b and 50c Optionally ferrite bodies can be attached as it is, for example 51b is indicated. The individual coil components 50b . 50c However, they differ from the coil component 50a essentially in that they respectively in different directions of the support means 3 are oriented. The coil components 50b . 50c can contribute to system functionality in such cases when the RFID / NFC device coil 8th opposite to the 4 shown position on different pages next to the device module 2 placed and thus essentially around the normal N (vg. 1 ) of the layers of the carrier device is rotated around.

Die erfindungsgemäße zusammengesetzte Spule 50 gemäß Ausführungsform nach 4 ist folglich aus mehreren Spulenanteilen 50a, 50d oder aus mehreren Spulenanteilen 50a sowie 50b und/oder 50c oder aus mehreren Spulenanteilen 50a, 50d sowie 50b und/oder 50c, wobei jeder Spulenanteil jeweils für unterschiedliche Ausrichtungen und Orientierungen der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 unterschiedliche Kopplungsbeiträge aufweist und somit alle Spulenanteile zusammen bei einer optimierten Dimensionierung große Winkelbereiche abdecken können, in denen eine Systemfunktionalität gewährleistet werden kann.The composite coil according to the invention 50 according to the embodiment according to 4 is therefore made up of several coil components 50a . 50d or multiple coil components 50a such as 50b and or 50c or multiple coil components 50a . 50d such as 50b and or 50c wherein each coil portion respectively for different orientations and orientations of the RFID / NFC device coil 8th has different coupling contributions and thus all coil components together with optimized dimensioning can cover large angular ranges in which a system functionality can be guaranteed.

In 5 ist dieser Zusammenhang in einem skizzenhaften Ersatzschaltbild dargestellt. Das als RFID/NFC Chip bereitgestellte RFID/NFC-Interface 4 ist an die Spule 50 angeschlossen, die gemäß Beschreibung zu 4 bevorzugt aus mehreren Spulenteilen 50a, 50b, 50c, 50d zusammengesetzt ist, die wiederum bei 5 durch die Induktivitäten L50a, L50b, L50c, L50d repräsentiert sind. Die Spulenanteile sind hierbei in Reihe geschaltet, was durch die verbundenen Linien zwischen den einzelnen Induktivitäten dargestellt ist. Alternativ kann auch eine parallele oder eine seriell/parallel Verschaltung der Spulen angedacht werden. Die Spulenanteile 50a, 50b, 50c, 50d können magnetisch miteinander verkoppelt sein. Dies ist durch eine beispielhafte Verbindung 81 skizziert, welche die Gegeninduktivität zwischen der Spule 50a und 50b symbolisiert.In 5 this relationship is shown in a sketchy equivalent circuit diagram. The RFID / NFC interface provided as RFID / NFC chip 4 is to the coil 50 connected as described below 4 preferably of several coil parts 50a . 50b . 50c . 50d is composed, in turn 5 are represented by the inductors L50a, L50b, L50c, L50d. The coil components are in this case connected in series, which is represented by the connected lines between the individual inductors. Alternatively, a parallel or a serial / parallel connection of the coils can be considered. The coil components 50a . 50b . 50c . 50d can be magnetically coupled together. This is through an exemplary connection 81 outlines the mutual inductance between the coil 50a and 50b symbolizes.

Die zusammengesetzte Spule 50 ist magnetisch mit der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 gekoppelt, die durch die Induktivität L8 repräsentiert wird. An die RFID/NFC-Gerät-Spule 8 sind die optionale Zuleitung 7 und das RFID/NFC-Interface 6 angeschlossen, so dass sich diese Teile zu dem RFID/NFC-Gerät 10 vereinen. Je nach räumlicher Ausrichtung der Spulen 50 und 8 zueinander ergeben sich unterschiedliche Teilgegeninduktivitäten bzw. Teilkopplungen zwischen der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 und den einzelnen Teilspulen 50a, 50b, 50c, 50d. Eine erfindungsgemäße Neuerung bei dieser Ausführungsform ist somit, dass die einzelnen räumlich abhängigen Gegeninduktivitäten bzw. Kopplungen, skizziert durch die Verbindungen 80a, 80b, 80c, 80d, derart ausgelegt sind, dass die Gesamtgegeninduktivität bzw. Gesamtkopplung zwischen der Spule 50 und 8 unabhängig bzw. nahezu unabhängig von der räumlichen Orientierung der Spulen 50 und 8 zueinander innerhalb gewisser Grenzen ist. Dies gilt für eine Vielzahl von räumlichen Positionen, allerdings kann physikalisch bedingt auch durch diese erfindungsgemäße Neuerung beispielsweise nicht verhindert werden, dass die Gesamtkopplung mit zunehmendem Abstand zwischen den Spulen 8 und 50 geringer wird und irgendwann eine kritische Kopplung unterschritten wird.The composite coil 50 is magnetic with the RFID / NFC device coil 8th coupled, which is represented by the inductance L8. To the RFID / NFC device coil 8th are the optional supply line 7 and the RFID / NFC interface 6 connected, so that these parts to the RFID / NFC device 10 combine. Depending on the spatial orientation of the coils 50 and 8th to each other there are different Teilgegeninduktivitäten or partial couplings between the RFID / NFC device coil 8th and the individual sub-coils 50a . 50b . 50c . 50d , An innovation according to the invention in this embodiment is thus that the individual spatially dependent mutual inductances or couplings sketched by the compounds 80a . 80b . 80c . 80d are designed such that the total mutual inductance or total coupling between the coil 50 and 8th independent or almost independent of the spatial orientation of the coils 50 and 8th within certain limits. This applies to a large number of spatial positions; however, due to this innovation according to the invention, for example, it can not be physically prevented that the overall coupling increases with increasing distance between the coils 8th and 50 becomes smaller and eventually falls below a critical coupling.

Der beschriebene Sachverhalt der bei 4 dargestellten erfindungsgemäßen und weitgehend positionsunabhängigen Kopplung kann an dem Beispiel aus 6 verdeutlicht werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusammengesetzte Spule 50 wiederum auf einer als Trägereinrichtung 3 eingesetzten Leiterplatte mit einem RFID/NFC-Interface 4 elektrisch verbunden. Die zusammengesetzte Spule 50 nach 6 besteht aus zwei Spulenanteilen, den beiden Anteilen 50a und 50d gemäß 4, die wiederum in Reihe geschaltet sind. In einem ersten Fall wird die RFID/NFC-Gerät-Spule 8 wie in 6(a) skizziert, senkrecht zur Leiterplatte angeordnet. Dies entspricht einem Winkel von a = 0°, die Spulenachse der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 verläuft also parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung 3. In diesem Fall ist die Kopplung 80d (vgl. 5) zwischen der Spule 8 und dem Spulenanteil 50d klein und die Kopplung 80a (vgl. 5) zwischen der Spule 8 und dem Spulenanteil 50a größer. Die Gesamtkopplung kann vereinfacht ausgedrückt als eine Art Summation beider Kopplungen interpretiert werden. In dem zweiten Fall gemäß 6(b) wird die RFID/NFC-Gerät-Spule um a = 45° gegenüber den Schichten der Trägereinrichtung 3 gedreht. Die Kopplung 80a (vgl. 5) zum Spulenanteil 50a verringert sich somit im Vergleich zum ersten Fall, dafür erhöht sich die Kopplung 80d (vgl. 5) zum Spulenanteil 50d entsprechend. Die Gesamtkopplung zwischen Spule 50 und Spule 8 bleibt damit im Vergleich zum ersten Fall in etwa unverändert. Im dritten Fall in 6(c) ist der Drehwinkel auf a = 90° erhöht worden und die Spulenachse der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 verläuft senkrecht zu den Schichten der Trägereinrichtung 3. Im Vergleich zum ersten Fall nach 6(a) entstehen somit entgegengesetzte Verhältnisse, insofern, als dass die Kopplung 80a zum Spulenanteil 50a gering ist und die Kopplung 80d zum Spulenanteil 50d höher ausfällt. Insgesamt bleibt die Gesamtkopplung jedoch auf einem ähnlich konstanten Maß wie bei den ersten beiden Fällen. Bildet in Abwandlung für die zusammengesetzte Spule 50 nach 6 wenigstens ein dritter Spulenanteil, z. B. der Spulenanteil 50c nach 4 ergänzend oder alternativ zum zweiten Spulenteil 50d zusammen mit dem Spulenanteil 50a eine zusammengesetzte Spule 50, so verringert sich die Kopplung 80a zum Spulenanteil 50a und erhöht sich die Kopplung 80c zum Spulenanteil 50c, wenn die RFID/NFC-Gerät-Spule 8 gegenüber der bei 4 gezeigten Position im wesentlichen um die Normale N der Schichten der Trägereinrichtung herum gegen den Uhrzeiger verdreht und damit an einer Seite neben der Trägereinrichtung 3 oder dem Gerätemodul 2 platziert wird.The facts described in the 4 illustrated inventive and largely position-independent coupling can be made from the example 6 be clarified. In this embodiment, a composite coil 50 again on a carrier device 3 used PCB with an RFID / NFC interface 4 electrically connected. The composite coil 50 to 6 consists of two coil parts, the two parts 50a and 50d according to 4 which are in turn connected in series. In a first case, the RFID / NFC device coil 8th as in 6 (a) sketched, arranged perpendicular to the circuit board. This corresponds to an angle of a = 0 °, the coil axis of the RFID / NFC device coil 8th thus runs parallel to the layers of the carrier device 3 , In this case, the coupling is 80d (see. 5 ) between the coil 8th and the coil portion 50d small and the coupling 80a (see. 5 ) between the coil 8th and the coil portion 50a greater. In simple terms, the total coupling can be interpreted as a kind of summation of both couplings. In the second case according to 6 (b) the RFID / NFC device coil is rotated a = 45 ° with respect to the layers of the carrier device 3 turned. The coupling 80a (see. 5 ) to the coil portion 50a thus decreases compared to the first case, but the coupling increases 80d (see. 5 ) to the coil portion 50d corresponding. The total coupling between coil 50 and coil 8th remains unchanged compared to the first case. In the third case in 6 (c) the angle of rotation has been increased to a = 90 ° and the coil axis of the RFID / NFC device coil 8th is perpendicular to the layers of the carrier device 3 , Compared to the first case after 6 (a) thus arise opposite conditions, inasmuch as that the coupling 80a to the coil portion 50a is low and the coupling 80d to the coil portion 50d higher fails. Overall, however, the total coupling remains at a similar constant level as in the first two cases. Forms in modification for the composite coil 50 to 6 at least a third coil portion, z. B. the coil portion 50c to 4 in addition or as an alternative to the second coil part 50d together with the coil portion 50a a composite coil 50 , so the coupling is reduced 80a to the coil portion 50a and the coupling increases 80c to the coil portion 50c when the RFID / NFC device coil 8th opposite to the 4 shown rotated substantially counterclockwise around the normal N of the layers of the carrier device and thus on one side next to the carrier device 3 or the device module 2 is placed.

Durch die erfindungsgemäß geometrischen Optimierungen der Spulenform kann somit erreicht werden, dass eine relativ homogene magnetische Kopplung zwischen der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 und der erfindungsgemäßen RFID/NFC-Spule 50 für verschiedene räumliche Ausrichtungen der Spulen erreicht werden kann. 7 verdeutlicht diesen Zusammenhang für die Ausführungsbeispiele aus 6, wobei die konkreten Zahlenwerte beispielsweise simulativ ermittelt werden können. Es wird ersichtlich, dass für beliebige Drehwinkel a zwischen Null und 90 Grad die Gesamtkopplung z. B. in einem Bereich zwischen 1,8% und 2,1% liegt. Dies ist über den gesamten Drehwinkel gesehen eine relativ homogene Kopplung, die ausreichen kann, um eine dauerhafte Funktionalität zwischen den RFID/NFC-Teilnehmern zu gewährleisten.As a result of the geometrical optimizations of the coil shape according to the invention, it is thus possible to achieve a relatively homogeneous magnetic coupling between the RFID / NFC device coil 8th and the RFID / NFC coil according to the invention 50 can be achieved for different spatial orientations of the coils. 7 clarifies this relationship for the embodiments 6 , where the concrete numerical values can be determined simulatively, for example. It can be seen that for any rotational angle a between zero and 90 degrees, the total coupling z. B. is in a range between 1.8% and 2.1%. This is a relatively homogeneous coupling over the entire angle of rotation, which can be sufficient to ensure permanent functionality between the RFID / NFC subscribers.

Zusammenfassend ermöglicht die in 4 bis 7 beschriebene erfindungsgemäße Spulenform 50 durch ihren flachen Aufbau eine signifikante magnetische Kopplung zu der RFID/NFC-Gerät-Spule 8 für verschiedene Orientierungen der Spulen zueinander. Die magnetische Kopplung der Spulen 8 und 50 ist somit unabhängig oder nahezu unabhängig von der relativen Ausrichtung der Spulen zueinander innerhalb spezifizierter Grenzen. Eine Systemfunktionalität kann somit beispielsweise gleichermaßen für beide Fälle gegeben sein, dass sich das RFID/NFC-Gerät 10 wie in 8 oder wie in 9 gezeigt vor der Trägereinrichtung 3 oder dem elektronischen Gerätemodul 2 befindet, aber auch für den Fall, dass das RFID/NFC-Gerät 10 aus einer Position vor der Trägereinrichtung 3 oder dem elektronischen Gerätemodul 2 hin zu einer Position an einer Seite neben der Trägereinrichtung 3 oder dem Gerätemodul 2 platziert wird. Somit kann die Robustheit gegenüber herkömmlichen Spulenformen zusätzlich erhöht werden und eine Systemfunktionalität für eine Vielzahl von Anwendungsfällen gegeben sein.In summary, the in 4 to 7 described coil form according to the invention 50 due to its flat construction a significant magnetic coupling to the RFID / NFC device coil 8th for different orientations of the coils to each other. The magnetic coupling of the coils 8th and 50 is thus independent or nearly independent of the relative orientation of the coils to each other within specified limits. A system functionality can thus for example be given equally for both cases that the RFID / NFC device 10 as in 8th or as in 9 shown in front of the carrier device 3 or the electronic device module 2 but also in the event that the RFID / NFC device 10 from a position in front of the carrier device 3 or the electronic device module 2 towards a position on a side next to the support means 3 or the device module 2 is placed. Thus, the robustness compared to conventional coil shapes can be additionally increased and given a system functionality for a variety of applications.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Halterungbracket
22
elektronisches Gerätemodul,electronic device module,
33
Trägereinrichtung,Carrier device,
44
RFID/NFC-Interface (z. B. RFID Transponder),RFID / NFC interface (eg RFID transponder),
55
Spule,Kitchen sink,
66
RFID/NFC-Interface (z. B. RFID Transceiver),RFID / NFC interface (eg RFID transceiver),
77
Zuleitung,supply,
88th
RFID/NFC-Gerät-Spule,RFID / NFC device coil,
99
Feldlinien,Field lines,
1010
RFID/NFC-Gerät (z. B. RFID Reader),RFID / NFC device (eg RFID reader),
5050
erste Spulefirst coil
60a, 60b, 60c, 61a, 61b, 61c60a, 60b, 60c, 61a, 61b, 61c
Durchkontaktierungen,vias
70a, 70b, 70c, 71a, 71b, 71c70a, 70b, 70c, 71a, 71b, 71c
leitfähige Segmente,conductive segments,
51, 51a51, 51a
magnetischer Körper, z. B. Ferritkörper,magnetic body, z. B. ferrite bodies,
5252
Ferritkörper oder zusätzliche Leiterplatte oder KombinationFerrite body or additional circuit board or combination
50a, 50b, 50c, 50d50a, 50b, 50c, 50d
Spulenteile,Coil parts,
80a, 80b, 80c, 80d80a, 80b, 80c, 80d
Kopplung/Gegeninduktivität,Coupling / mutual inductance,
8181
Kopplung/Gegeninduktivität,Coupling / mutual inductance,
aa
Winkel der Spulenachse der RFID/NFC-Gerät-Spule 8,Angle of the coil axis of the RFID / NFC device coil 8th .
NN
Normale,normal,
NwNw
Anzahl von WindungenNumber of turns

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102010042395 A1 [0011] DE 102010042395 A1 [0011]

Claims (9)

Spulensystem mit wenigstens zwei gekoppelten Spulen aufweisend – wenigstens eine, einen Schichtaufbau beherbergende Trägereinrichtung (3), welche Leiterbahnen auf wenigstens zwei Schichten und mindestens ein RFID/NFC-Interface (4) trägt, – und ein RFID/NFC-Gerät (10) mit mindestens einer RFID/NFC-Gerät-Spule (8), welche in Bezug auf die Trägereinrichtung unterschiedliche relative Ausrichtungen einnehmen kann, – wobei Leiterbahnen umfassende Schichten durch mindestens eine Isolationsschicht voneinander getrennt sind und wobei auf einer ersten Schicht wenigstens ein Segment einer ersten Leiterbahn und auf einer zweiten Schicht wenigstens ein Segment einer zweiten Leiterbahn angeordnet ist und das wenigstens eine Segment der Leiterbahn auf der ersten Schicht mit dem wenigstens einen Segment der Leiterbahn auf der zweiten Schicht über Kontaktierungen miteinander elektrisch leitend verbunden ist derart, dass die miteinander elektrisch leitend verbundenen Leiterbahnsegmente wenigstens eine Windung einer ersten Spule (50, 50a) bilden, welche als Antenne an das RFID/NFC-Interface (4) angeschlossen ist und deren zentrale Spulenachse im Wesentlichen parallel zu den Schichten, insbesondere parallel zu den Schichten verläuft.Coil system with at least two coupled coils comprising - at least one, a layer structure harboring support means ( 3 ), which interconnects on at least two layers and at least one RFID / NFC interface ( 4 ), and an RFID / NFC device ( 10 ) with at least one RFID / NFC device coil ( 8th ), which can assume different relative orientations with respect to the carrier device, wherein layers comprising interconnects are separated from one another by at least one insulating layer and wherein at least one segment of a first interconnect is arranged on a first layer and at least one segment of a second interconnect on a second layer and the at least one segment of the conductor track on the first layer is electrically conductively connected to the at least one segment of the conductor track on the second layer via contacts such that the conductor track segments connected to one another in an electrically conductive manner at least one turn of a first coil ( 50 . 50a ), which as an antenna to the RFID / NFC interface ( 4 ) is connected and whose central coil axis substantially parallel to the layers, in particular runs parallel to the layers. Spulensystem nach Anspruch 1, wobei die erste Spule (50, 50a) eine helix- oder zylindrisch spiralförmige Grundform besitzt.Coil system according to claim 1, wherein the first coil ( 50 . 50a ) has a helical or cylindrical spiral shape. Spulensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trägereinrichtung (3) eine Leiterplatte ist.Coil system according to claim 1 or 2, wherein the carrier device ( 3 ) is a printed circuit board. Spulensystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die RFID/NFC-Gerät-Spule (8) als spiralförmige Flachspule ausgebildet ist.Coil system according to claim 1, 2 or 3, wherein the RFID / NFC device coil ( 8th ) is designed as a spiral flat coil. Spulensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Anteil eines magnetischen Feldes zwischen der RFID/NFC-Gerät-Spule (8) und der ersten Spule (50, 50a) nutzbar ist, bei welchem die Feldlinien parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung verlaufen.Coil system according to one of the preceding claims, wherein the proportion of a magnetic field between the RFID / NFC device coil ( 8th ) and the first coil ( 50 . 50a ) is usable, in which the field lines are parallel to the layers of the support means. Spulensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in der ersten Spule (50, 50a) ein Ferritkern (51, 51a) zur Erhöhung der Kopplung/Induktivität integriert ist.Coil system according to one of the preceding claims, wherein in the first coil ( 50 . 50a ) a ferrite core ( 51 . 51a ) is integrated to increase the coupling / inductance. Spulensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Spule (50a) lediglich einen Spulenanteil einer zusammengesetzten Spule bildet, welche als Antenne an den RFID/NFC-Interface (4) angeschlossen ist, wobei die zusammengesetzten Spule zusätzlich zum Spulenanteil der ersten Spule (50a) wenigstens einen elektrisch mit diesem verbundenen zweiten Spulenanteil (50d) besitzt, dessen zentrale Spulenachse im Wesentlichen senkrecht zu den Schichten, insbesondere senkrecht zu den Schichten der Trägereinrichtung (3) verläuft.Coil system according to one of the preceding claims, wherein the first coil ( 50a ) forms only a coil portion of a composite coil, which as an antenna to the RFID / NFC interface ( 4 ), wherein the composite coil in addition to the coil portion of the first coil ( 50a ) at least one electrically connected to this second coil portion ( 50d ) whose central coil axis substantially perpendicular to the layers, in particular perpendicular to the layers of the carrier device ( 3 ) runs. Spulensystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Spule (50a) lediglich einen Spulenanteil einer zusammengesetzten Spule bildet, welche als Antenne an den RFID/NFC-Interface (4) angeschlossen ist, wobei die zusammengesetzten Spule zusätzlich zum Spulenanteil der ersten Spule (50a) wenigstens einen elektrisch mit diesem verbundenen dritten Spulenanteil (50b, 50c) besitzt, dessen zentrale Spulenachse im Wesentlichen parallel zu den Schichten, insbesondere parallel zu den Schichten der Trägereinrichtung (3) verläuft, jedoch in Bezug auf Spulenachse des Spulenanteils der ersten Spule (50a) um die Normale N der Schichten der Trägereinrichtung (3) verdreht ist.Coil system according to one of the preceding claims, wherein the first coil ( 50a ) forms only a coil portion of a composite coil, which as an antenna to the RFID / NFC interface ( 4 ), wherein the composite coil in addition to the coil portion of the first coil ( 50a ) at least one electrically connected to this third coil portion ( 50b . 50c ) whose central coil axis substantially parallel to the layers, in particular parallel to the layers of the carrier device ( 3 ), but with respect to the coil axis of the coil portion of the first coil (FIG. 50a ) about the normal N of the layers of the carrier device ( 3 ) is twisted. Verwendung eines Spulensystems mit wenigstens zwei magnetisch gekoppelten Spulen für ein elektronisches Gerätemodul (2), das an einer Halterung (1) neben weiteren elektronischen Gerätemodulen befestigt wird, wobei das Spulensystem aufweist – wenigstens eine, einen Schichtaufbau beherbergende Trägereinrichtung (3), welche Leiterbahnen auf wenigstens zwei Schichten und mindestens ein RFID/NFC-Interface (4) trägt, – und ein RFID/NFC-Gerät (10) mit mindestens einer RFID/NFC-Gerät-Spule (8), welche in Bezug auf die Trägereinrichtung (3) unterschiedliche relative Ausrichtungen einnehmen kann, – wobei Leiterbahnen umfassende Schichten der Trägereinrichtung (3) durch mindestens eine Isolationsschicht voneinander getrennt sind und wobei auf einer ersten Schicht wenigstens ein Segment (70a70c) einer ersten Leiterbahn und auf einer zweiten Schicht wenigstens ein Segment (71a71c) einer zweiten Leiterbahn angeordnet ist und wobei das wenigstens eine Segment der Leiterbahn auf der ersten Schicht mit dem wenigstens einen Segment der Leiterbahn auf der zweiten Schicht über Kontaktierungen (60a60c, 61a61c) miteinander elektrisch leitend verbunden ist derart, dass die miteinander elektrisch leitend verbundenen Leiterbahnsegmente (70a70c, 71a71c) wenigstens eine Windung einer ersten Spule (50, 50a) bilden, welche als Antenne an das RFID/NFC-Interface (4) angeschlossen ist und deren zentrale Spulenachse im Wesentlichen parallel zu den Schichten verläuft, und wobei die mindestens eine Trägereinrichtung (3) innerhalb des Gerätemoduls (2) angeordnet wird.Use of a coil system with at least two magnetically coupled coils for an electronic device module ( 2 ) mounted on a bracket ( 1 ) is mounted next to other electronic device modules, wherein the coil system comprises - at least one, a layer structure harboring carrier device ( 3 ), which interconnects on at least two layers and at least one RFID / NFC interface ( 4 ), and an RFID / NFC device ( 10 ) with at least one RFID / NFC device coil ( 8th ), which in relation to the carrier device ( 3 ) can assume different relative orientations, wherein conductor tracks comprise layers of the carrier device ( 3 ) are separated from each other by at least one insulating layer and wherein on a first layer at least one segment ( 70a - 70c ) of a first conductor track and on a second layer at least one segment ( 71a - 71c ) is arranged a second conductor track and wherein the at least one segment of the conductor track on the first layer with the at least one segment of the conductor track on the second layer via contacts ( 60a - 60c . 61a - 61c ) is electrically conductively connected to one another in such a way that the interconnect segments connected to one another in an electrically conductive manner ( 70a - 70c . 71a - 71c ) at least one turn of a first coil ( 50 . 50a ), which as an antenna to the RFID / NFC interface ( 4 ) is connected and whose central coil axis is substantially parallel to the layers, and wherein the at least one carrier device ( 3 ) within the device module ( 2 ) is arranged.
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