DE102016125211A1

DE102016125211A1 - Antennensegment und Mehrsegmentantenne

Info

Publication number: DE102016125211A1
Application number: DE102016125211.5A
Authority: DE
Inventors: Rafal Szczotka
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-22
Also published as: WO2018114234A1; JP6736776B2; DE102016125211B4; EP3560037B1; EP3560037A1; ES2871538T3; US20190334240A1; HUE054263T2; JP2020502931A; US11088451B2

Abstract

Das Antennensegment (10, 10') umfasst einen Spulenträger (14, 14') mit einem ersten Endbereich (18, 18') und einem zweiten Endbereich (20, 20'). Des Weiteren umfasst das Antennensegment (10, 10') eine Drahtspule (16, 16'), die um den Spulenträger (14, 14') angeordnet ist, und einen Magnetkern (12, 12'), der in dem Spulenträger (14 , 14') angeordnet ist, wobei der Magnetkern (12, 12') und die Drahtspule (16, 16') derart angeordnet sind, dass sich im ersten Endbereich (18, 18') der Magnetkern (12, 12') und der Spulenträger (14, 14') über die Drahtspule (16, 16') hinaus erstrecken und sich im zweiten Endbereich (20, 20') der Spulenträger (14, 14') und die Drahtspule (16, 16') über den Magnetkern (12, 12') hinaus erstrecken. Die Mehrsegmentantenne (100) umfasst mindestens zwei Antennensegmente (10, 10'), wobei die mindestens zwei Antennensegmente (10, 10') in einer Reihe angeordnet sind, sodass der erste Endbereich (18, 18') eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments (10') und der zweite Endbereich (20, 20') eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments (10) angrenzender Antennensegmente (10, 10') mechanisch einrasten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennensegment für eine Antenne mit einem Magnetkern und eine Mehrsegmentantenne. Außerdem betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung eines Antennensegments und einer Mehrsegmentantenne.
In der derzeitigen Technologie, insbesondere in der technischen Automobilbranche, besteht ein erhöhter Bedarf an induktiven Baukomponenten und insbesondere Ferritantennen, wobei die Ferritantennen aus Installationsgründen so lang und schmal wie möglich sein sollten. Solche Ferritantennen werden insbesondere in Verbindung mit schlüssellosen Betätigungs- und/oder Schließvorrichtungen für Fahrzeuge verwendet, wobei die Ferritantennen in Türgriffen, in einem Innenraum oder in einem Stoßfänger angeordnet sind.
In Bezug auf solche Ferritantennen ist es jedoch schwierig, Antennen zu konfigurieren, die länger als eine vorbestimmte Länge sind oder dünner als eine vorbestimmte Dicke sind. Diese Einschränkungen entstehen aus der Tatsache, dass die Herstellung von sehr kleinen Ferritkernen mit langer Länge zeitaufwändig und schwierig ist und dass die Dicke des Spulenträgers bei der Berücksichtigung der Gesamtdicke der Bauteile in Betracht gezogen werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Antennensegments und einer Mehrsegmentantenne sowie von Verfahren zur Herstellung des Antennensegments und der Mehrsegmentantenne, die eine kosteneffektive Bereitstellung von Antennensegmenten und Mehrsegmentantennen mit einer ausreichenden oder guten Antenneneffizienz ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch ein Antennensegment, das einen Spulenträger mit einem ersten Endbereich und einem zweiten Endbereich umfasst. Des Weiteren umfasst das Antennensegment eine Drahtspule, die um den Spulenträger angeordnet ist, und einen Magnetkern, der in dem Spulenträger angeordnet ist, wobei der Magnetkern und die Drahtspule derart angeordnet sind, dass sich im ersten Endbereich der Magnetkern und der Spulenträger über die Drahtspule hinaus erstrecken und sich im zweiten Endbereich der Spulenträger und die Drahtspule über den Magnetkern hinaus erstrecken.
Durch die Verwendung solcher Antennensegmente können die Fertigungs- und Arbeitskosten im Vergleich zur Fertigung von langen Antennen reduziert werden, insbesondere von langen Niederfrequenzantennen. Die Verwendung eines/einer hochmodernen Fertigungsverfahrens und -ausrüstung, z. B. Wickelmaschinen mit synchronisiertem Treiber und mit Unterstützung, ist nicht notwendig. Im Falle eines monolithischen Ferritkerns, bei dem die Spule direkt um den Kern gewickelt ist, kann aufgrund der Größenproportion und der natürlichen Brüchigkeit des Ferritkerns dieser in Folge der Handhabung und/oder der Spulenwickelspannung leicht brechen. Zusätzlich erfordert das direkte Wickeln um den Ferritkern die Verwendung von hoch entwickelten Wickelmaschinen, um die Verdrehung des Ferritkerns zu vermeiden. Bei Mehrkernsegmenten und Einzelspulenlösungen ist die Kerneinführung und insbesondere die Ferritkerneinführung in die Spule ein sehr arbeitsaufwändiges Verfahren, das von der Gefahr einer Spulenbeschädigung beeinträchtigt ist. Zusätzlich erfordert das lange Gleiten der Ferritkernsegmente hoch entwickelte Produktionshalterungen oder Spannvorrichtungen.
Des Weiteren können die Antennensegmente zuverlässig miteinander verbunden werden, um eine lange Antenne zu bilden. Daher dienen die verbundenen Antennenelemente als lange Antenne und nicht als separate Antennen. Daher kann eine ausreichende oder gute Antenneneffizienz erreicht werden.
In einer Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt weist der erste Endbereich ein erstes Profil und der zweite Endbereich weist ein zweites Profil auf, das komplementär zum ersten Profil ist. Vorteilhaft ermöglichen die Profile des ersten und zweiten Endbereichs eine optimale Kopplung des Spulenträgers und der Drahtspulensegmente, sowie eine leichte Fertigung.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst der Magnetkern ein Ferritmaterial oder besteht aus einem Ferritmaterial. Aufgrund der reduzierten Kernverdrehung ist es möglich, Ferritmaterialien zu verwenden, die eine bessere elektromagnetische Leistung des Antennensegments als z. B. Kernmaterialien wie die amorphe kobaltbasierte Legierung ohne Magnetostriktion (VITROVAC^®) bereitstellen.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Antennensegment mindestens zwei Verbindungsschnittstellenelemente, wobei die mindestens zwei Verbindungsschnittstellen als ein Startpunkt bzw. Endpunkt der Drahtspule dienen. Die mindestens zwei Verbindungsschnittstellenelemente sind angeordnet und konfiguriert, um eine elektrische Kopplung der Drahtspulen benachbarter Antennensegmente in einem Kopplungszustand aus mindestens zwei Antennensegmenten bereitzustellen.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem zweiten Aspekt aus durch eine Mehrsegmentantenne, die mindestens zwei Antennensegmente gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wobei die mindestens zwei Antennensegmente in einer Reihe angeordnet sind, sodass der erste Endbereich eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments und der zweite Endbereich eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments angrenzender Antennensegmente mechanisch einrasten.
Vorteilhafte Ausführungsformen des ersten Aspekts gelten auch für den zweiten Aspekt. Die Mehrsegmentantenne kann als eine Niederfrequenzantenne konfiguriert sein, z. B. für Anwendungen in einem Frequenzbereich von 22 kHz.
In einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt wird eine Klebesubstanz zwischen zugehörigen angrenzenden Magnetkernen der Antennensegmente angeordnet. Vorteilhaft können auf diese Weise Spalte zwischen den Magnetkernen vermieden werden oder es können kleinstmögliche Spalte zwischen den Magnetkernen sichergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt umfasst ein letztes Antennensegment, das an einem Ende der Reihe von Antennensegmenten angeordnet ist, einen Einsatzkörper, der im zweiten Endbereich des letzten Antennensegments angeordnet ist. Auf diese Weise können die Magnetkerne eng aneinander gepresst werden.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem dritten Aspekt aus durch ein Verfahren zum Herstellen eines Antennensegments gemäß dem ersten Aspekt. Zum Herstellen des Antennensegments werden ein Magnetkern mit einer ersten Länge und ein Spulenträger mit einer zweiten Länge bereitgestellt, wobei die zweite Länge größer als die erste Länge ist. Des Weiteren wird der Magnetkern in den Spulenträger derart eingeführt, dass sich auf dem zweiten Endbereich des Spulenträgers der Spulenträger über den Magnetkern hinaus erstreckt und die Drahtspule um den Spulenträger gewickelt ist, sodass die Drahtspule in dem zweiten Endbereich und zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich des Spulenträgers angeordnet ist. In dieser Hinsicht gelten vorteilhafte Ausführungsformen des ersten Aspekts auch für den dritten Aspekt.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem vierten Aspekt aus durch ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrsegmentantenne gemäß dem zweiten Aspekt. Zur Herstellung der Mehrsegmentantenne werden mindestens zwei Antennensegmente gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt und die mindestens zwei Antennensegmente derart gekoppelt, dass die mindestens zwei Antennensegmente in einer Reihe angeordnet sind und der erste Endbereich eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments und der zweite Endbereich eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments angrenzender Antennensegmente mechanisch einrasten. Vorteilhafte Ausführungsformen des ersten bis dritten Aspekts gelten auch für den vierten Aspekt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Zuhilfenahme der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Antennensegments in einer Längsschnittansicht,
2 ein Ausführungsbeispiel einer Mehrsegmentantenne in einer Längsschnittansicht,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Mehrsegmentantenne in einer Längsschnittansicht, und
4 ein Ausführungsbeispiel einer Mehrsegmentantenne in perspektivischer Ansicht.

Ähnliche Elemente, Elemente der gleichen Art und identisch funktionierende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen in den Figuren versehen.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Antennensegments 10 in einer Längsschnittansicht.
Das Antennensegment 10 umfasst einen Spulenträger 14 mit einem ersten Endbereich 18 und einem zweiten Endbereich 20. Des Weiteren umfasst das Antennensegment 10 eine Drahtspule 16, die um den Spulenträger 14 angeordnet ist, und einen Magnetkern 12, der in dem Spulenträger 14 angeordnet ist. Der Magnetkern 12 und die Drahtspule 16 sind derart angeordnet, dass sich im ersten Endbereich 18 des Spulenträgers 14 der Magnetkern 12 und der Spulenträger 14 über die Drahtspule 16 hinaus erstrecken und sich im zweiten Endbereich 20 des Spulenträgers 14 der Spulenträger 14 und die Drahtspule 16 über den Magnetkern 12 hinaus erstrecken.
Daher ist die Drahtspule 16 versetzt und asymmetrisch in Bezug auf den Magnetkern 12 angeordnet. Der Spulenträger 14 trägt die Drahtspule 16 sogar über das Kernende hinaus, sodass sich die Drahtspule 16 über das Kernende hinaus erstreckt.
Daher wird der erste Endbereich 18 nicht von der Drahtspule 16 bedeckt. Im ersten Endbereich 18 endet der Spulenträger 14 vorzugsweise bündig mit dem Magnetkern 12.
Der Magnetkern 12 kann mehrere Kernsegmente umfassen. Der Magnetkern 12 kann einen kreisförmigen, elliptischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Insbesondere bildet der erste Endbereich 18 einen ersten Kopplungsabschnitt und der zweite Endbereich 20 bildet einen zweiten Kopplungsabschnitt, wodurch in einem Kopplungszustand von angrenzenden Antennensegmenten 10, 10' ein mechanisches Einrasten des ersten Endbereichs 18 und des zweiten Endbereichs 20 der angrenzenden Antennensegmente 10, 10' ermöglicht wird.
Dies bedeutet, dass jeder Antennensegmentschwanz, d. h., die Seite, an der sich die Drahtspule 16 über den Magnetkern 12 hinaus erstreckt, und jeder Antennensegmentkopf, d. h., die Seite, an der der Magnetkern 12 nicht von der Drahtspule 16 bedeckt ist, als ein zugehöriger Kopplungsabschnitt dienen. Insbesondere umfasst der Antennensegmentkopf einen Vorsprung und der Antennensegmentschwanz umfasst einen Schlitz, wobei der Vorsprung des Kopfes eines nachfolgenden Antennensegments 10' in den Schlitz des Schwanzes eines vorherigen Antennensegments 10 eingeführt werden kann.
Vorzugsweise ist eine erste Länge des ersten Endbereichs 18 gleich einer zweiten Länge des zweiten Endbereichs 20.
Vorzugsweise umfasst der Magnetkern 12 ein Ferritmaterial oder besteht aus einem Ferritmaterial. Der Spulenträger 14 z. B. umfasst ein Kunststoffmaterial oder besteht aus einem Kunststoffmaterial.
Zum Herstellen des Antennensegments 10 werden der Magnetkern 12 mit einer ersten Länge und der Spulenträger 14 mit einer zweiten Länge bereitgestellt, wobei die zweite Länge größer als die erste Länge ist. Des Weiteren wird der Magnetkern 12 in den Spulenträger 14 eingeführt, so dass sich auf dem zweiten Endbereich 20 des Spulenträgers 14 der Spulenträger 14 über den Magnetkern 12 hinaus erstreckt. Die Drahtspule 16 ist derart auf den Spulenträger 14 gewickelt, dass die Drahtspule 16 im zweiten Endbereich 20 und zwischen dem ersten Endbereich 18 und dem zweiten Endbereich 20 des Spulenträgers 14 angeordnet ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mehrsegmentantenne 100 in einer Längsschnittansicht.
Die Mehrsegmentantenne 100 umfasst mindestens zwei Antennensegmente 10, 10'. Die mindestens zwei Antennensegmente 10, 10' sind in einer Reihe angeordnet, sodass der erste Endbereich 18 eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments 10' und der zweite Endbereich 20 eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments 10 angrenzender Antennensegmente 10, 10' mechanisch einrasten.
Daher sind die Magnetkerne 12, 12' angrenzender Antennensegmente 10, 10' zueinander weisend angeordnet. Wahlweise ist eine Klebesubstanz zwischen zugehörigen angrenzenden Magnetkernen 12, 12' der Antennensegmente 10, 10' angeordnet.
Der erste Endbereich 18 des vorherigen Antennensegments 10 wird von der Drahtspule 16 des zweiten Endbereichs 20 des nachfolgenden Antennensegments 10' bedeckt.
Jedes Antennensegment 10, 10' umfasst beispielsweise mindestens zwei Verbindungsschnittstellenelemente 22. Die mindestens zwei Verbindungsschnittstellenelemente 22 dienen als Startpunkt bzw. Endpunkt der Drahtspule 16. Die mindestens zwei Verbindungsschnittstellenelemente 22 sind angeordnet und konfiguriert, um eine elektrische Kopplung der Drahtspulen 16, 16' der benachbarten Antennensegmente 10, 10' der Mehrsegmentantenne 100 bereitzustellen.
Vorzugsweise sind die zugehörigen Verbindungsschnittstellenelemente 22 der benachbarten Antennensegmente 10, 10' kohäsiv gekoppelt, z. B. durch Löten und/oder Anschweißen und/oder Crimpen. Auf diese Weise kann eine stabile elektrische Kopplung bereitgestellt werden.
Zum Herstellen der Mehrsegmentantenne 100 werden mindestens zwei Antennensegmente 10, 10' derart gekoppelt, dass die mindestens zwei Antennensegmente 10, 10' in einer Reihe angeordnet sind und der erste Endbereich 18 eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments 10' und der zweite Endbereich 20 eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments 10 angrenzender Antennensegmente 10, 10' mechanisch einrasten.
Insbesondere wird der Vorsprung des Kopfes eines nachfolgenden Antennensegments 10' in den Schlitz des Schwanzes eines vorherigen Antennensegments 10 eingeführt.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Mehrsegmentantenne 100 in einer Längsschnittansicht.
Im Vergleich zur Ausführungsform der Mehrsegmentantenne 100 aus 2 umfasst in dieser Mehrsegmentantenne 100 ein letztes Antennensegment, das an einem Ende der Reihe von Antennensegmenten angeordnet ist, einen Einsatzkörper 24, der in dem zweiten Endbereich 20 des letzten Antennensegments angeordnet ist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Mehrsegmentantenne 100 in perspektivischer Ansicht.
Bezugszeichenliste

10, 10': Antennensegment
12, 12': Magnetkern
14, 14': Spulenträger
16, 16': Drahtspule
18, 18': erster Endbereich
20, 20': zweiter Endbereich
22: Verbindungsschnittstellenelement
24: Einsatzkörper

Claims

Antennensegment (10, 10'), umfassend: - einen Spulenträger (14, 14'), aufweisend einen ersten Endbereich (18, 18') und einen zweiten Endbereich (20, 20'), - eine Drahtspule (16, 16'), die um den Spulenträger (14, 14') angeordnet ist, - einen Magnetkern (12, 12'), der in dem Spulenträger (14, 14') angeordnet ist, wobei der Magnetkern (12, 12') und die Drahtspule (16, 16') so angeordnet sind, dass - sich im ersten Endbereich (18, 18') der Magnetkern (12, 12') und der Spulenträger (14, 14') über die Drahtspule (16, 16') hinaus erstrecken, und - sich im zweiten Endbereich (20, 20') der Spulenträger (14, 14') und die Drahtspule (16, 16') über den Magnetkern (12, 12') hinaus erstrecken.
Antennensegment (10, 10') nach Anspruch 1, wobei der erste Endbereich (18, 18') ein erstes Profil und der zweite Endbereich (20, 20') ein zweites Profil aufweist, das komplementär zu dem ersten Profil ist.
Antennensegment (10, 10') nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Magnetkern (12, 12') ein Ferritmaterial umfasst oder aus einem Ferritmaterial besteht.
Antennensegment (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Antennensegment (10, 10') mindestens zwei Verbindungsschnittstellenelemente (22) umfasst, wobei die mindestens zwei Verbindungsschnittstellen als ein Ausgangspunkt bzw. ein Endpunkt der Drahtspule (16, 16') dienen und angeordnet und konfiguriert sind, um eine elektrische Kopplung der Drahtspulen (16, 16') von benachbarten Antennensegmenten (10, 10') in einem Kopplungszustand von mindestens zwei Antennensegmenten (10, 10') bereitzustellen.
Mehrsegmentantenne (100), umfassend mindestens zwei Antennensegmente (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens zwei Antennensegmente (10, 10') in einer Reihe angeordnet sind, sodass der erste Endbereich (18, 18') eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments (10') und der zweite Endbereich (20, 20') eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments (10) angrenzender Antennensegmente (10, 10') mechanisch einrasten.
Mehrsegmentantenne (100) nach Anspruch 5, wobei eine Klebesubstanz zwischen zugehörigen angrenzenden Magnetkernen (12, 12') der Antennensegmente (10, 10') angeordnet ist.
Mehrsegmentantenne (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein letztes Antennensegment, das an einem Ende der Reihe von Antennensegmenten (10, 10') angeordnet ist, einen Einsatzkörper (24) umfasst, der im zweiten Endbereich (20, 20') des letzten Antennensegments angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Antennensegments (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellen eines Magnetkerns (12, 12') mit einer ersten Länge, - Bereitstellen eines Spulenträgers (14, 14') mit einer zweiten Länge, wobei die zweite Länge größer als die erste Länge ist, - Einführen des Magnetkerns (12, 12') in den Spulenträger (14, 14'), so dass sich auf dem zweiten Endbereich (20, 20') des Spulenträgers (14, 14') der Spulenträger (14, 14') über den Magnetkern (12, 12') hinaus erstreckt, - Wickeln der Drahtspule (16, 16') auf den Spulenträger (14, 14') derart, dass die Drahtspule (16, 16') im zweiten Endbereich (20, 20') und zwischen dem ersten Endbereich (18, 18') und dem zweiten Endbereich (20, 20') des Spulenträgers (14, 14') angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrsegmentantenne (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend die folgenden Schritte: - Herstellen von mindestens zwei Antennensegmenten (10, 10') nach Anspruch 8, - Koppeln der mindestens zwei Antennensegmente (10, 10') derart, dass die mindestens zwei Antennensegmente (10, 10') in einer Reihe angeordnet sind und der erste Endbereich (18, 18') eines zugehörigen nachfolgenden Antennensegments (10) und der zweite Endbereich (20, 20') eines zugehörigen vorausgehenden Antennensegments (10') angrenzender Antennensegmente (10, 10') mechanisch einrasten.