EP3360145B1 - Stabförmiges induktivbauteil - Google Patents

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EP3360145B1
EP3360145B1 EP16791535.4A EP16791535A EP3360145B1 EP 3360145 B1 EP3360145 B1 EP 3360145B1 EP 16791535 A EP16791535 A EP 16791535A EP 3360145 B1 EP3360145 B1 EP 3360145B1
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Thomas ANETSEDER
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Intica Systems AG
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Intica Systems AG
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H01Q7/06—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop with core of ferromagnetic material
    • H01Q7/08—Ferrite rod or like elongated core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type with magnetic core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • H01F27/263—Fastening parts of the core together
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32—Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324—Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H01F27/325—Coil bobbins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/08—Cores, Yokes, or armatures made from powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
    • H01Q1/3241—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems particular used in keyless entry systems

Definitions

  • the invention relates to a rod-shaped inductive component with a core made of magnetic material and a holding element for the core according to the preamble of claim 1.
  • Such inductive components are used, for example, as rod antennas with a ferrite core for the contactless exchange of information and signals and are increasingly used up to a length of 100 mm, for example in motor vehicles with KeylessGo systems.
  • the aim of the original equipment manufacturer is to keep the number of antennas in the current system as low as possible for cost reasons and at the same time to increase the range of communication between the automobile and the access system.
  • By doubling the antenna length you can also achieve a 100% increase in range, while doubling the area only increases the range by around 10%.
  • rod-shaped inductive components in particular ferrite antennas
  • the greatest possible length of, for example, 300 mm.
  • the difficulty is that connected ferrite cores in such great lengths are technically difficult to manufacture and cause high manufacturing costs.
  • a rod antenna which consists of single cores butted together, which are connected to one another on one side by an elastic band.
  • an inductive component is described and shown, which is composed of at least two rod-shaped magnetic core elements, the ends of which are butted against one another. One end is spherical and engages in a cylindrical recess in the end of the adjacent magnetic core element.
  • the pamphlet DE 20 2007 001 542 U1 discloses an antenna having an elongated bobbin on which a coil winding is applied.
  • the coil body comprises several rod-shaped ferrite cores which are arranged parallel to one another and bear against one another on the circumferential side.
  • the pamphlet US 2004/0252068 A1 discloses an antenna with a plurality of ferrite cores which are arranged in two layers offset from one another.
  • the invention is based on the object of designing an inductive component of the type outlined at the beginning in such a way that the stability of the rod-shaped component is guaranteed despite a noticeable increase in length.
  • the core is divided into a number of individual cores which are fixed relative to one another by means of the holding element so that their adjacent ends overlap and are offset from one another in at least two layers .
  • This overlapping of the individual cores according to the brick principle makes it possible, for example, to produce antennas with a length of over 100 mm and more without impairing stability, because the individual cores are nested not only in length but also in height.
  • the geometry of the holding element in the case of a rod antenna, a coil body preferably designed as a plastic injection-molded part, is adapted accordingly.
  • the overlap of the individual cores advantageously corresponds to at least half the area of the end face of the individual cores, so that not only the stability in the longitudinal direction is achieved, but also the necessary magnetic closure in the area of the overlap. A possible air gap between two consecutive individual cores is intercepted by the bond surface achieved in this way.
  • the individual cores can be frictionally engaged in the area of the overlap, or they can be glued to one another. Gluing improves the bond between the individual cores, but this increases the manufacturing costs. Of the advantage of the non-glued connection points is that the entire component is more flexible and that it is inexpensive to manufacture.
  • FIGS. 3 and 4 show schematically two variants for the possible construction of a rod-shaped inductive component 10 according to the invention, which according to FIGS Figures 5 and 6 can be used as LF ferrite antenna 11 for frequency ranges on the order of 120 to 130 kHz or 14 to 25 kHz.
  • the inductive component 10 has a core made of magnetic material, generally ferrite, and a holding element 12 for the core, which is designed as a coil body 13 and as a one-piece plastic injection-molded part, for. B. can be made of PA.
  • Block-shaped recesses 14 are incorporated into the holding element 12, which are closed on the rear side, not shown, and extend over the width of the coil former 13, the length of which can be 100 mm or more.
  • the bobbin 13 is divided in a middle plane and thereby forms a lower part 16 and an upper part 18, which are both firmly connected to one another and have a rear wall 34, so that each recess 14 is open on the side opposite the rear, whereby insertion openings for the cuboid single cores 20 are formed here.
  • the recesses 14 into which the individual cores 20 are inserted also serve as spacers between the individual cores 20.
  • Figure 1 shows that the coil body 13 is closed on one end face by a cover 32 which can be injection-molded in one piece with the coil body 13.
  • the entire ferrite core consists of six individual cores 20 with a length of about 80 mm, a width of 13 mm and a height of 3 mm.
  • the individual cores 20 can also be arranged offset from one another in more than two layers.
  • Figure 1 it is indicated that the entire bobbin 13 for producing the inductive component 10 is wound in a known manner, for example with about 50 turns of a ribbon-shaped copper flat wire 26.
  • the two ends of the winding wire 26 are each connected in a known manner to a pin 28 through which the in the Figures 5 and 6 indicated connector contour 30 is formed.
  • the coil body 13 of the ferrite antenna 11 is housed in a housing 38 which has two screw-on lugs 36, which have both a horizontal (cf. Figure 1 ) as well as a vertical alignment.
  • a vertical construction the flexibility of the construction is improved compared to a horizontal installation, since core gaps are prevented.
  • the contact between the frictionally adjacent ends 22 is maintained; in the case of a horizontal construction, these could open in the event of possible bending stresses.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein stabförmiges Induktivbauteil mit einem Kern aus magnetischem Material und einem Halteelement für den Kern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Induktivbauteile werden beispielsweise als Stabantennen mit einem Ferritkern zum kontaktlosen Informations- und Signalaustausch verwendet und verstärkt bis zu einer Länge von 100 mm eingesetzt, beispielsweise in Kraftfahrzeugen mit KeylessGo-Systemen. Ziel der Erstausrüster ist es dabei, die Anzahl der Antennen im aktuellen System aus Kostengründen so gering wie möglich zu halten und gleichzeitig die Kommunikationsfähigkeit des Automobils mit dem Zutrittssystem in der Reichweite zu erhöhen. Durch eine Verdoppelung der Antennenlänge kann man auch eine 100%ige Erhöhung der Reichweite erzielen, während eine Flächenverdopplung nur etwa 10% Reichweitenerhöhung bringt.
  • Auf diesem Hintergrund ist es wünschenswert, stabförmige Induktivbauteile, insbesondere Ferritantennen mit einer möglichst großen Länge von beispielsweise 300 mm zur Verfügung zu stellen. Die Schwierigkeit besteht jedoch darin, dass zusammenhängende Ferritkerne in so großen Längen technisch nur schwer zu fertigen sind und hohe Kosten bei der Herstellung verursachen.
  • Es ist daher versucht worden, Ferritstabantennen mit aneinandergereihten Ferritkernen runden oder eckigen Querschnitts zu bauen. Hierbei besteht jedoch das Problem eines zu großen Luftspalts zwischen den aneinander gereihten Einzelkernen, verursacht durch Fertigungstoleranzen und Brüchen im Kernsystem, wodurch sich die Reichweite der Stabantenne sehr stark reduziert, beispielsweise bei der Kommunikation mit dem Fahrzeugschlüssel.
  • Aus US 2002/0122011 A1 ist eine Stabantenne bekannt, die aus stumpf aneinander gereihten Einzelkernen besteht, die an einer Seite durch ein elastisches Band miteinander verbunden sind.
  • In DE 10 2013 222 435 A1 ist ein induktives Bauelement beschrieben und dargestellt, das aus wenigstens zwei stabförmigen Magnetkernelementen zusammengesetzt ist, deren Enden stumpf aneinander stoßen sind. Dabei ist ein Ende sphärisch ausgebildet und greift in eine zylindrische Ausnehmung des Endes des anliegenden Magnetkernelementes ein.
  • Die Druckschrift DE 20 2007 001 542 U1 offenbart eine Antenne mit einem länglichen Spulenkörper, auf dem eine Spulenwicklung aufgebracht ist. Der Spulenkörper umfasst mehrere stabförmig ausgebildete Ferritkerne, die parallel zueinander angeordnet sind und umfangsseitig aneinander anliegen.
  • Die Druckschrift US 2004/0252068 A1 offenbart eine Antenne mit mehreren Ferritkernen, die in zwei Lagen versetzt zueinander angeordnet sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Induktivbauteil der eingangs umrissenen Bauart so auszubilden, dass trotz einer merklichen Längenvergrößerung die Stabilität des stabförmigen Bauteils gewährleistet bleibt.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach ist der Kern in eine Reihe von Einzelkernen unterteilt, die mittels des Halteelementes relativ zueinander so fixiert sind, dass sich ihre aneinander angrenzenden Enden überlappen und in mindestens zwei Lagen versetzt zueinander angeordnet sind. Durch diese Überlappung der Einzelkerne nach dem Mauersteinprinzip ist es möglich, beispielsweise Antennen mit einer Länge von über 100 mm und mehr herzustellen, ohne dass die Stabilität darunter leidet, weil die Einzelkerne nicht nur in der Länge, sondern auch in der Höhe geschachtelt werden. Die Geometrie des Halteelementes, im Fall einer Stabantenne ein vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgebildeter Spulenkörper, wird entsprechend angepasst.
  • Die Überlappung der Einzelkerne entspricht dabei in vorteilhafter Weise wenigstens der halben Fläche der Stirnseite der Einzelkerne, so dass nicht nur die Stabilität in Längsrichtung erreicht wird, sondern auch der notwendige magnetische Schluss im Bereich der Überlappung. Durch die dabei erzielte Verbundfläche wird eine mögliche Luftstrecke zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelkernen abgefangen.
  • Die Einzelkerne können im Bereich der Überlappung reibschlüssig aneinander liegen, oder sie können miteinander verklebt werden. Durch eine Verklebung wird der Verbund der Einzelkerne untereinander verbessert, wobei jedoch dabei die Herstellungskosten erhöht werden. Der Vorteil der nicht geklebten Verbundstellen besteht in einer höheren Biegsamkeit des gesamten Bauteils und der kostengünstigen Herstellung.
  • Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist. Es zeigen:
    • Figur 1 die schematische Ansicht eines Induktivbauteils gemäß der Erfindung am Beispiel einer Ferritantenne,
    • Figur 2 die Ansicht eines Einzelkerns,
    • Figur 3 in einer Variante das in Figur 1 verwendete Oberteil für das als Spulenkörper ausgebildete Halteelement,
    • Figur 4 das Unterteil des Halteelementes der Figur 3,
    • Figur 5 die Ansicht einer in einem Gehäuse untergebrachten Ferritantenne gemäß der Erfindung und
    • Figur 6 die Unteransicht der Ferritantenne der Figur 5.
  • In den Figuren 1 und 2 sowie 3 und 4 sind schematisch zwei Varianten für den möglichen Aufbau eines stabförmigen Induktivbauteils 10 gemäß der Erfindung dargestellt, das gemäß den Figuren 5 und 6 als LF-Ferritantenne 11 für Frequenzbereiche in der Größenordnung von 120 bis 130 kHz oder 14 bis 25 kHz verwendet werden kann.
  • Das Induktivbauteil 10 hat einen Kern aus magnetischem Material, im Allgemeinen Ferrit, und ein Halteelement 12 für den Kern, das als Spulenkörper 13 ausgebildet ist und als einstückiges Kunststoffspritzteil z. B. aus PA hergestellt sein kann.
  • In das Halteelement 12 sind quaderförmige Aussparungen 14 eingearbeitet, die auf der nicht gezeigten Rückseite geschlossen sind und sich über die Breite des Spulenkörpers 13 erstrecken, dessen Länge 100 mm oder mehr betragen kann. Im Beispiel der Figuren 3 und 4 ist der Spulenkörper 13 in einer mittleren Ebene geteilt und bildet dadurch ein Unterteil 16 und ein Oberteil 18, die beide fest miteinander verbunden werden und eine Rückwand 34 haben, so dass jede Aussparung 14 auf der der Rückseite gegenüberliegenden Seite offen ist, wodurch Einschuböffnungen für die hier quaderförmigen Einzelkerne 20 gebildet werden.
  • In jede Aussparung 14 ist ein hier aus Ferrit bestehender Einzelkern 20 eingesetzt, wobei die Anordnung der Aussparungen 14 in Längsrichtung des Spulenkörpers 13 einen mauersteinähnlichen Verbund der Einzelkerne 20 herstellt, bei dem sich die aneinander angrenzenden Enden 22 der Einzelkerne 20 überlappen. Die quaderförmigen Einzelkerne 20 - andere Formen, beispielsweise mit trapezförmigen oder rautenförmigen Querschnitten sind möglich - überlappen sich auf einer Fläche, die mindestens der halben Fläche der Stirnseite 24 jedes Einzelkerns 20 entspricht. Die Aussparungen 14, in die die Einzelkerne 20 eingesetzt sind, dienen gleichzeitig auch als Abstandshalter zwischen den Einzelkernen 20.
  • Figur 1 zeigt, dass der Spulenkörper 13 an einer Stirnseite durch einen Deckel 32 geschlossen ist, der einstückig mit dem Spulenkörper 13 gespritzt sein kann. Im Beispiel der Figur 1 besteht der gesamte Ferritkern aus sechs Einzelkernen 20 mit einer Länge von etwa 80 mm, einer Breite von 13 mm und einer Höhe von 3 mm.
  • Die Einzelkerne 20 können auch in mehr als zwei Lagen versetzt zueinander angeordnet sein.
  • In Figur 1 ist angedeutet, dass der gesamte Spulenkörper 13 zur Herstellung des Induktivbauteils 10 in bekannter Weise bewickelt ist, beispielsweise mit etwa 50 Windungen eines bandförmigen Kupferflachdrahtes 26. Die beiden Enden des Wickeldrahtes 26 sind in bekannter Weise mit jeweils einem Pin 28 verbunden, durch den die in den Figuren 5 und 6 angedeutete Steckerkontur 30 gebildet wird.
  • Aus den Figuren 5 und 6 geht hervor, dass der Spulenkörper 13 der Ferritantenne 11 in einem Gehäuse 38 untergebracht ist, das zwei Anschraublaschen 36 hat, die sowohl eine horizontale (vgl. Figur 1) als auch eine vertikale Ausrichtung ermöglichen. Bei einer vertikalen Bauweise wird gegenüber einem horizontalen Einbau die Flexibilität des Aufbaus verbessert, da Kernspalte verhindert werden. Bei einer vertikalen Druckbelastung von oben bleibt der Kontakt der reibschlüssig aneinanderliegenden Enden 22 erhalten; diese könnten sich bei einer horizontalen Bauweise bei möglichen Biegebeanspruchungen öffnen.

Claims (8)

  1. Stabförmiges Induktivbauteil mit einem Kern aus magnetischem Material und einem Halteelement (12), das als Spulenkörper (13) ausgeführt ist, für den Kern, der in eine Reihe von Einzelkernen (20) unterteilt ist, die mittels des Halteelements (12) relativ zueinander so angeordnet und fixiert sind, dass sich ihre aneinander angrenzenden Enden (22) überlappen, wobei die Einzelkerne (20) in mindestens zwei Lagen versetzt zueinander angeordnet sind.
  2. Induktivbauteil nach Anspruch 1, wobei die Einzelkerne (20) quaderförmig oder im Querschnitt trapez- oder rautenförmig ausgebildet sind, wobei die Überlappung der Einzelkerne (20) mindestens der halben Fläche der Stirnseite (24) der Einzelkerne entspricht.
  3. Induktivbauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einzelkerne (20) im Bereich ihrer Überlappung aneinander fixiert sind.
  4. Induktivbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (12) aus einem als Kunststoffspritzteil ausgeführten Spulenkörper (13) besteht, der der Form Einzelkerne (20) entsprechende Aussparungen (14) hat, in die die Einzelkerne (20) eingesetzt sind.
  5. Induktivbauteil nach Anspruch 4, wobei die Aussparungen (14) Einschuböffnungen für die Einzelkerne (20) haben, während sie auf der den Einschuböffnungen gegenüberliegenden Rückseite geschlossen sind.
  6. Induktivbauteil nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Kunststoffspritzteil des Spulenkörpers (13) aus einem Unterteil (16) und einem damit fest verbundenen Oberteil (18) besteht, die fest miteinander verbunden sind.
  7. Induktivbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Spulenkörper (13) bewickelt ist.
  8. Induktivbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Länge des Spulenkörpers (13) wenigstens 100 mm beträgt.
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