ES2973648T3 - Dispositivo de bobina y antena - Google Patents

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Hiroki Yamamoto
Tomoyuki Tada
Satoru Tanaka
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Proterial Ltd
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Abstract

Se proporciona una parte de bobina que comprende una bobina, un núcleo de ferrita que pasa a través de una porción de núcleo hueco de la bobina y una resina que cubre la bobina y el núcleo de ferrita, en donde un núcleo de ferrita a base de Ni que tiene una permeabilidad inicial μi de 450 o más. a una frecuencia de 100 kHz y una temperatura de 20°C y un tamaño de grano de cristal promedio de 5-9 μm, y en el que la tasa de cambio TLa y TLb de la inductancia frente a un cambio de temperatura, y la tasa de cambio PLa y PLb de inductancia contra un cambio de tensión son cada uno de -0,6% a +0,6%, y la suma de TLa y PLa y la suma de TLb y PLb son más de -1,0% y menos de +1,0%, se utiliza como núcleo de ferrita. . También se proporciona una antena que utiliza la parte de la bobina. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de bobina y antena
Campo de la invención
[0001] La presente invención se refiere a un dispositivo de bobina moldeado en resina y a una antena que comprende el mismo, por ejemplo, a un dispositivo de bobina usado en sistemas de entrada sin llave que utilizan llaves electrónicas, aparatos electrónicos de protección contra robos (inmovilizadores) y sistemas de monitorización de la presión de los neumáticos (TPMS) para automóviles, y a una antena.
Antecedentes de la invención
[0002] Con el requisito de una mayor comodidad y seguridad, en automóviles con tecnología inteligente se ha llegado a establecer un uso extendido de sistemas de entrada sin llave, TPMS (sistemas de monitorización de la presión de los neumáticos), etcétera. En un TPMS, por ejemplo, en cada neumático montado en un vehículo se fija una unidad sensora para medir la presión del aire, con el fin de llevar a cabo comunicaciones inalámbricas de información de identificación del vehículo e información de control de excitación/parada de la unidad sensora, etcétera, entre una unidad de control del vehículo y una antena de la unidad sensora de presión del aire. Las comunicaciones inalámbricas se llevan a cabo usando como onda portadora, por ejemplo, una onda de LF que tiene una frecuencia de 125 kHz. La antena puede tener la función de transmitir potencia para excitar el circuito.
[0003] La figura 2 muestra un ejemplo de las estructuras de circuitos de antena usados en sistemas del tipo mencionado. El circuito de antena tiene un circuito 10 de resonancia en paralelo que comprende una antena 1 y un condensador 20 conectados en paralelo, fijándose la frecuencia de resonancia determinada por la inductancia de la antena 1 y la capacidad del condensador 20 de manera que sea igual a la frecuencia de comunicación de las señales de onda de LF. La antena 1 está conectada a un circuito 30 de control. Por ejemplo, una unidad sensora de presión de aire recibe señales de una unidad de control en el vehículo, el circuito 30 de control resuelve si las señales recibidas son o no señales destinadas al funcionamiento de la unidad sensora, y, según la resolución, se inicia el funcionamiento de la unidad sensora.
[0004] La figura 1 muestra un ejemplo de las estructuras de antenas de LF usadas en circuitos de antena. La antena 1 es un dispositivo de bobina denominado antena moldeada en resina, que comprende una bobina 5, un núcleo 7 de ferrita dispuesto en una parte hueca de la bobina 5, y una parte exterior 8 (mostrada con una línea de trazos) que cubre al menos parcialmente la bobina 5 y el núcleo 7 de ferrita. Desde el punto de vista de la resistencia al calor, la resistencia de aislamiento, la moldeabilidad, etcétera, las resinas de moldeo son resinas termoestables, tales como resinas epoxi, etcétera, o resinas termoplásticas, tales como polímeros de cristal líquido, etcétera.
[0005] Debido a que los materiales de ferrita que forman el núcleo de ferrita tienen una permeabilidad variable con la temperatura y la tensión, es probable que la inductancia de la antena moldeada en resina varíe con los cambios de temperatura ambiente, provocando discrepancias entre la frecuencia de resonancia de un circuito de resonancia en paralelo y la frecuencia de comunicación, lo cual da como resultado comunicaciones fallidas o una reducción de la distancia de comunicación.
[0006] Como medidas para evitar las discrepancias de la frecuencia de resonancia debidas a las características de temperatura de un material de ferrita, existen métodos en los que se utiliza el cambio de capacidad, dependiente de la temperatura, de un condensador combinado. Por ejemplo, el documento JP S57-17110 A da a conocer un método de uso de un material de ferrita de Ni que tiene una permeabilidad que disminuye a medida que se eleva la temperatura, para un núcleo de ferrita para sintonizadores electrónicos, tales como radios de coches, etcétera; y la combinación de un condensador que constituye un circuito de resonancia en paralelo con un diodo de capacidad variable que tiene una capacidad que aumenta a medida que se eleva la temperatura.
[0007] Aunque el documento JP S57-17110 A da a conocer un método para afrontar las discrepancias de la frecuencia de resonancia, no consigue tener en cuenta en absoluto las características de tensión de un material de ferrita que provocan un cambio de la inductancia. Asimismo, puede que el cambio de permeabilidad de un núcleo de ferrita y el cambio de capacidad de un condensador en función de la temperatura no sean lineales, con lo cual se requiere la selección de condensadores que tengan un rendimiento y características adecuados para los fines de uso y adaptados a las características de temperatura del material de ferrita, entre los correspondientes disponibles en el mercado. No obstante, puede que incluso la anterior combinación no constituya una medida suficiente, no consiguiendo suprimir las discrepancias de la frecuencia de resonancia suficientemente.
[0008] El documento JP H6-140229 A da a conocer un inductor moldeado en resina, en el que el cambio de permeabilidad provocado por la tensión generada entre un núcleo de ferrita y una resina se corrige usando un material de ferrita expresado por a(Nh-xCux)O-bZnO-cFe2O3 con un coeficiente de temperatura negativo para la permeabilidad, en donde x = 0.1-0.8, a b c = 100, b = 0-35 (incluido 0) y c = 32-48.5, para reducir el cambio de inductancia debido al cambio de temperatura.
[0009] El documento JP H6-140229 A corrige el cambio de permeabilidad provocado por la tensión mediante las características de temperatura de un material de ferrita de Ni. No obstante, debido a que la influencia de la tensión sobre la permeabilidad varía dependiendo del material de ferrita, el ajuste de las características de temperatura hace que cambien las características de tensión. Consecuentemente, puede que el simple uso de un material de ferrita que tenga un coeficiente de temperatura negativo para la permeabilidad no consiga reducir el cambio de inductancia debido a un cambio de temperatura. El documento US 2005/0062576 A1 da a conocer un material de ferrita que tiene un valor de Q elevado y que comprende, como constituyentes principales, de un 45.5 a un 48% molar de Fe2O3, de un 5 a un 10.5% molar de CuO, de un 26 a un 30% molar de ZnO, y siendo el resto sustancialmente NiO. El documento US 2015/0228395 A1 da a conocer un cuerpo sinterizado de ferrita de una composición que tiene de un 48 a un 50% molar de Fe2O3, de un 5 a un 7% molar de CuO, de un 29 a un 31% molar de ZnO y de un 14 a un 16% molar de NiO, así como de un 0.05 a 0.30% en masa de TiO2.
Sumario de la invención
[0010] Es un objetivo de la presente invención materializada en tales circunstancias proporcionar un dispositivo de bobina recubierto al menos parcialmente con resina, que presente una supresión de los cambios de inductancia dependientes de la temperatura y los cambios de inductancia dependientes de la tensión, y que padezca un cambio menor de inductancia en un intervalo amplio de temperaturas, y una antena que comprenda un dispositivo de bobina del tipo mencionado.
[0011] El dispositivo de bobina del uso de la presente invención según la reivindicación 1 comprende una bobina, y un núcleo de ferrita dispuesto en un camino magnético de la bobina, estando recubierta al menos parte de la misma con una resina;
el núcleo de ferrita es un núcleo de ferrita de Ni que tiene un tamaño de grano cristalino medio de 5-9 pm; y el núcleo de ferrita de Ni cumple los siguientes requisitos:
a) una permeabilidad inicial pi de 450 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una temperatura de 20 °C, (b) relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa y TLb de -0.6% a 0.6%, en donde TLa se representa mediante la fórmula 1 de TLa = [(L<t>2 - L<t>1)/L<t>1] x 100 (%), y TLb se representa mediante la fórmula 2 de TLb = [(L<t>3 - L<t>1)/L<t>1] x 100 (%), en donde L<t>1 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, L<t>2 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y -40 °C, y L<t>3 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 80 °C, y
(c) relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLa y PLb de -0.6% a 0.6%, en donde PLa se representa mediante la fórmula 3 de PLa = [(L<p>2 - L<p>1)/L<p>1] x 100 (%), y PLb se representa mediante la fórmula 4 de PLb = [(L<t>1 - L<p>1)/L<p>1] x 100 (%), en donde L<p>1 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 10 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, L<p>2 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, y L<t>1 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C,
(d) tanto la suma de TLa y PLa como la suma de TLb y PLb son superiores a un -1.0% e inferiores a un 1.0%.
[0012] El núcleo de ferrita de Ni tiene una composición consistente en un 47.5-48.4% molar de Fe2O3, un 25.0-30.5% molar de ZnO y un 7.0-11.5% molar de CuO, siendo el resto NiO e impurezas inevitables.
[0013] Una antena de la presente invención usa el dispositivo de bobina anterior.
Efectos de la invención
[0014] La presente invención puede proporcionar un dispositivo de bobina que presenta una supresión de los cambios de inductancia dependientes de la temperatura y los cambios de inductancia dependientes de la tensión, y que padece un cambio de inductancia menor en un intervalo amplio de temperaturas incluso bajo tensión.
Breve descripción de los dibujos
[0015]
La figura 1 es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo de los dispositivos de bobina de la presente invención.
La figura 2 es una vista que muestra un circuito de antena de LF que comprende el dispositivo de bobina.
La figura 3 es una gráfica que muestra las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión en el Ejemplo 1 y los Ejemplos Comparativos 1, 3 y 6.
La figura 4 es una gráfica que muestra las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión en los Ejemplos 3 y 8, y los Ejemplos Comparativos 5 y 6.
La figura 5 es una gráfica que muestra las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura en el Ejemplo 1 y los Ejemplos Comparativos 1, 3 y 6.
La figura 6 es una gráfica que muestra las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura en los Ejemplos 3 y 8, y los Ejemplos Comparativos 5 y 6.
La figura 7 es una vista esquemática que muestra un método para medir una relación de cambio de inductancia dependiente de la tensión de compresión.
La figura 8 es una vista esquemática para explicar las características de tensión de la permeabilidad de un material de ferrita de Ni.
La figura 9 es una vista esquemática que muestra la relación entre la tensión aplicada al núcleo de ferrita sellado con resina y la temperatura.
Descripción de las realizaciones preferidas
[0016] A continuación, como dispositivo de bobina según una realización de la presente invención, se explicará específicamente una antena moldeada en resina, aunque la presente invención no se limita a esta última. Se puede modificar debidamente dentro del alcance de su idea técnica. En parte o la totalidad de las figuras, se muestran principalmente partes importantes para facilitar la comprensión de la esencia de la invención, omitiéndose sus detalles.
[0017] Debido a que la antena moldeada en resina tiene la misma estructura que la mostrada en la figura 1, y debido a que un circuito de antena que comprenda una antena de este tipo tiene la misma estructura que la mostrada en la figura 2, las mismas se usarán para materializar las explicaciones.
[0018] La antena moldeada en resina comprende un núcleo 7 de ferrita, una bobina 5 y una parte exterior 8 que cubre y sella los mismos. El núcleo 7 de ferrita está realizado con un material de ferrita de Ni que tiene una permeabilidad inicial de 450 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una temperatura de 20 °C, y un tamaño de grano cristalino medio de 5 9 pm, de manera que tanto las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa y TLb representadas por las fórmulas 1 y 2 como las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLa y PLb representadas por las fórmulas 3 y 4 oscilan de -0.6% a 0.6%, y tanto la suma de TLa y PLa como la suma de TLb y PLb son superiores a un -1.0% e inferiores a un 1.0%.
Fórmula 1: TLa = [(L<t>2 - L<t>1)/L<t>1] x 100 (%),
Fórmula 2: TLb = [(L<ts>- L<t>1)/L<t>1] x 100 (%),
Fórmula 3: PLa = [(L<p>2 - L<p>1)/L<p>1] x 100 (%),
y
Fórmula 4: PLb = [(L<t>1 - L<p>1)/L<p>1] x 100 (%).
[0019] L<t>1 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, L<t>2 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y -40 °C, y L<t>3 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 80 °C, L<p>1 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 10 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, y L<p>2 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C.
[0020] El núcleo 7 de ferrita comprende una parte de barra de devanado (carrete) con forma de prisma cuadrangular o columnar en torno a la cual está enrollada una bobina, y rebordes en ambos extremos de la misma. La parte de bobina de la antena, realizada con un material de ferrita de Ni y limitada por un espacio en el que se monta la antena, tiene generalmente una longitud de 7-16 mm y una sección transversal de 1.2 mm x 0.6 mm a 2.8 mm x 2.5 mm. En torno a este núcleo 7 de ferrita se enrolla un hilo metálico conductor con aproximadamente 900 vueltas para formar una bobina 5 que llena un espacio entre los rebordes. El hilo metálico conductor puede ser un hilo metálico recubierto con poliuretano o recubierto con poliimida. El núcleo 7 de ferrita y la bobina 5 están recubiertos con resinas, tales como resinas epoxi, etcétera, para el sellado, con el fin de formar la parte exterior 8 que constituye una antena moldeada en resina. Aunque no se representan, partes terminales de la bobina pueden prolongarse directamente desde la parte exterior 8, o pueden conectarse a terminales internos (no mostrados) fijados al núcleo de ferrita por soldadura con aporte, adhesivos conductores, soldadura genérica, etcétera. Además, terminales externos de un armazón conductor (no mostrado) fijado a la parte exterior se pueden conectar a los anteriores terminales internos para un montaje en superficie.
[0021] El número de vueltas de un hilo metálico conductor enrollado en torno al núcleo de ferrita se fija debidamente para obtener la inductancia deseada. Por ejemplo, para un TPMS, se fija de manera que tenga una inductancia de 1 mH a 8 mH a 125 KHz. Con la permeabilidad inicial inferior a 450, el número de vueltas de un hilo metálico conductor es elevado para obtener la inductancia deseada, dando como resultado una antena grande. Asimismo, el mayor número de vueltas conduce a una mayor capacidad parásita generada entre el hilo metálico conductor, dando como resultado una frecuencia de autorresonancia baja. A medida que la frecuencia de autorresonancia se aproxima a las frecuencias de comunicación, la autoinductancia de la bobina aumenta y el factor Q de la antena disminuye, dando como resultado probablemente un deterioro de las funciones de la antena, tal como una reducción de la distancia de comunicación, etcétera. Asimismo, la inductancia puede llegar a ser inconstante a las frecuencias de comunicación, no consiguiéndose obtener una frecuencia de resonancia estable.
[0022] El núcleo de ferrita es un cuerpo policristalino de un material de ferrita de Ni. Cuando el núcleo de ferrita tiene un tamaño de grano cristalino medio inferior a 5 pm, es probable que el mismo no consiga disponer de la permeabilidad inicial deseada y tiende a tener una estructura cristalina rica en poros con baja resistencia mecánica. Es probable que el tamaño de grano cristalino medio superior a 9 pm proporcione un cambio de permeabilidad inicial, dependiente de la temperatura, elevado, no consiguiéndose obtener la relación de cambio deseada.
[0023] Para el núcleo de ferrita de la antena moldeada en resina se usa un núcleo de ferrita de Ni que tiene características por las que todas las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa y TLb y las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLa y PLb son de -0.6% a 0.6%, y tanto la suma de TLa y PLa como la suma de TLb y PLb son superiores a un -1.0% e inferiores a un 1.0%. TLa, TLb, PLa y PLb se representan mediante las anteriores fórmulas 1-4.
[0024] La figura 8 muestra la relación entre la tensión de compresión aplicada al núcleo de ferrita y la permeabilidad inicial del núcleo de ferrita. Se sabe que un material de ferrita, tal como ferrita de Ni, que tiene una constante de magnetostricción negativa en general tiene características de tensión por las que su permeabilidad inicial aumenta y a continuación disminuye pasando por el valor máximo a medida que aumenta la tensión de compresión. La figura muestra una región A bajo una tensión de compresión inferior a la que proporciona la permeabilidad inicial máxima, en la que la permeabilidad inicial aumenta a medida que aumenta la tensión de compresión, y una región B en el lado de la tensión de compresión mayor, en la que la permeabilidad inicial disminuye a medida que aumenta la tensión de compresión.
[0025] Se considera que, en la antena moldeada en resina, a una temperatura ambiente estable mantenida a la temperatura de la sala, el núcleo de ferrita se somete a tensión en una cualquiera de las regiones A y B mostradas en la figura 8. Cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita es aa en un punto a de la región A, la permeabilidad inicial del material de ferrita aumenta por encima de pia a medida que se incrementa la tensión de compresión. Cuando la tensión es ab en un punto b de la región B, la permeabilidad inicial se reduce por debajo de pib a medida que se incrementa la tensión de compresión. Cuando la tensión esacen un punto c cerca de la tensión de compresión que proporciona la permeabilidad inicial máxima, la permeabilidad inicial se reduce por debajo de pic a medida que la tensión de compresión aumenta o disminuye.
[0026] Las resinas usadas en la antena moldeada en resina generalmente tienen coeficientes de dilatación térmica lineal mayores que el del material de ferrita, de manera que la tensión aplicada al núcleo de ferrita varía con el cambio de temperatura. La figura 9 muestra un ejemplo de las relaciones entre temperatura y tensión aplicada al núcleo de ferrita. Por ejemplo, la tensión aT1 aplicada al núcleo de ferrita en un estado estable T1 se reduce a aT2 (tensión -) cuando la antena moldeada en resina se expone a un entorno de alta temperatura T2 (temperatura ), y aumenta a aT3 (tensión ) cuando la antena moldeada en resina se expone a un entorno de baja temperatura T3 (temperatura -), por la anterior diferencia del coeficiente de dilatación térmica lineal.
[0027] La permeabilidad inicial de un material de ferrita también varía por el cambio de tensión debido a la diferencia del coeficiente de dilatación térmica lineal.
[0028] En un estado ideal en el que no es necesario considerar las características de temperatura de la permeabilidad de un material de ferrita, a saber, la permeabilidad inicial no varía por el cambio de temperatura, la permeabilidad inicial de un material de ferrita varía según el cambio de tensión provocado por el cambio de temperatura de la manera siguiente:
[0029] Por ejemplo, cuando la antena moldeada en resina se utiliza en un entorno de temperatura en el que el núcleo de ferrita está en un intervalo de temperaturas de -40 °C a 80 °C bajo tensión en la región A (punto a), la tensión disminuye (tensión -) a medida que la temperatura se eleva (temperatura ) desde el estado estable según se ha descrito anteriormente, reduciéndose la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial -), mientras que la tensión aumenta (tensión ) a medida que disminuye la temperatura (temperatura -), aumentando la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial ).
[0030] Cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita está en la región B (punto b), la tensión disminuye (tensión -) a medida que la temperatura se eleva desde el estado estable (temperatura ) según se ha descrito anteriormente, aumentando la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial ), mientras que la tensión aumenta (tensión ) a medida que disminuye la temperatura (temperatura -), reduciéndose la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial -).
[0031] Cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita está cerca de la tensión que proporciona la permeabilidad inicial máxima (punto c), la permeabilidad inicial disminuye (permeabilidad inicial -), independientemente de si la tensión disminuye (tensión -) debido a la elevación de la temperatura desde el estado estable (temperatura ), o aumenta (tensión ) debido a la disminución de la temperatura (temperatura -).
[0032] El cambio de permeabilidad inicial en dicho estado ideal difiere cuando se consideran las características de temperatura de un material de ferrita. A continuación se llevará a cabo una explicación sobre un núcleo de ferrita realizado con un material de ferrita de Ni que tiene un coeficiente de temperatura negativo para la permeabilidad, por el cual la permeabilidad inicial disminuye (permeabilidad inicial -) a medida que se eleva la temperatura (temperatura ), según se describe en el documento JP H6-140229 A.
[0033] Cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita está dentro de la región A (punto a), la tensión disminuye (tensión -) a medida que la temperatura se eleva desde el estado estable (temperatura ), reduciéndose adicionalmente la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial -) por las características de temperatura de la permeabilidad inicial. Por otro lado, a medida que la temperatura disminuye (temperatura -), la tensión aumenta (tensión ), aumentando adicionalmente la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial ), lo cual da como resultado un cambio elevado de permeabilidad inicial por cambio de temperatura.
[0034] Cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita está dentro de la región B (punto b), el cambio de permeabilidad inicial debido al cambio de tensión se reduce, de manera que el cambio de permeabilidad inicial es todavía menor, con independencia de si la temperatura se eleva o disminuye desde el estado estable, en comparación con el del anterior estado ideal en el que la permeabilidad inicial no varía por el cambio de temperatura (no es necesario considerar las características de temperatura de la permeabilidad de un material de ferrita).
[0035] Cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita está cerca de la tensión de compresión que proporciona la permeabilidad inicial máxima (punto c), la tensión disminuye (tensión -) a medida que la temperatura se eleva desde el estado estable (temperatura ), reduciéndose en gran medida la permeabilidad inicial (permeabilidad inicial -) por las características de temperatura de la permeabilidad inicial. Por otro lado, el aumento de la tensión (tensión ) debido a la disminución de la temperatura (temperatura -) hace que el cambio de permeabilidad inicial dependiente de la tensión sea menor que en el estado ideal.
[0036] Dicho cambio de permeabilidad inicial está en concordancia con el cambio de inductancia de un núcleo de ferrita. De este modo, el método del documento JP H6-140229 A proporciona una supresión limitada del cambio de inductancia, que se obtiene únicamente cuando la tensión aplicada al núcleo de ferrita está dentro de la región B en el estado estable.
[0037] Los inventores han observado que para suprimir el cambio de inductancia dependiente de la temperatura, deben reducirse las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa, TLb y las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLa, PLb con respecto a las del estado estable; y también deben reducirse una suma de la relación de cambio de inductancia TLa a una temperatura menor que la del estado estable y la relación de cambio de inductancia PLa a una tensión mayor que la del estado estable, y una suma de la relación de cambio de inductancia TLb a una temperatura mayor que la del estado estable y la relación de cambio de inductancia PLb a una tensión menor que la del estado estable.
[0038] Los inventores han realizado investigaciones adicionales para observar que un cambio de inductancia debido al cambio de temperatura se puede suprimir, cuando, para una antena moldeada en resina, se usa un núcleo de ferrita de Ni con la totalidad de TLa, TLb, PLa y PLb en un intervalo de -0.6% a 0.6%, siendo tanto la suma de TLa y PLa como la suma de TLb y PLb superiores a un -1.0% e inferiores a un 1.0%.
[0039] Cuando PLa y PLb son inferiores a un -0.6% ó superiores a un 0.6% en la antena moldeada en resina, el cambio de inductancia se ve más afectado por el grosor y el coeficiente de dilatación térmica lineal de una resina de sellado. Asimismo, cuando TLa PLa y TLb PLb son del -1.0% ó inferiores o del 1.0% ó superiores, la supresión del cambio de inductancia dependiente de la temperatura, de la antena moldeada en resina, tiende a resultar difícil.
[0040] La medición de las inductancias L<t i>, L<t>2, L<t>3, L<pi>y L<p>2 para determinar TLa y TLb, características de temperatura de la inductancia, y PLa y PLb, características de tensión de la inductancia, se efectúa preferentemente usando una muestra de núcleo de ferrita con forma de barra que tiene una sección transversal rectangular de 1.0 mm x 0.5 mm a 2.8 mm x 2.5 mm, y una longitud de 6 mm a 15 mm, dependiendo del tamaño de una parte de carrete del núcleo de ferrita en torno a la cual se enrolla una bobina. El número de devanados es preferentemente de 50 vueltas o superior. La figura 7 es una vista en perspectiva que representa una muestra usada para la medición. Una muestra de medición se constituye disponiendo un núcleo 200 de ferrita en una parte hueca de un carrete 205 de bobina en torno al cual se enrolla un hilo metálico conductor 300 con 60 vueltas.
[0041] La inductancia L<t>1 en un estado sin compresión a 20 °C se determina mediante medición con corriente de una frecuencia de 100 kHz y 1 mA en un entorno de temperatura de 20 °C. La medición de la inductancia utiliza un medidor de LCR (por ejemplo, 4284A disponible en Agilent Technologies). La inductancia L<t>2 en un estado sin compresión a -40 °C y la inductancia L<t>3 en un estado sin compresión a 80 °C se miden de la misma manera, excepto que las muestras de medición se colocan en una cámara electrónica de temperatura constante a -40 °C y 80 °C. La dependencia de la inductancia con respecto a la temperatura también se puede medir con el mismo método de -40 °C a 80 °C.
[0042] La dependencia de la inductancia con respecto a la tensión se puede medir sobre una muestra dispuesta en una plantilla de compresión[compression jig]simple con una tensión predeterminada aplicada longitudinalmente al núcleo 200 de ferrita. Por ejemplo, un núcleo de ferrita se interpone entre una placa y una parte terminal de punta plana de un dinamómetro, y la placa se mueve hacia arriba y hacia abajo para aplicar una carga predeterminada al núcleo de ferrita en la misma dirección que la de un flujo magnético generado en el núcleo de ferrita, con el fin de medir la inductancia con corriente de una frecuencia de 100 kHz y 1 mA a 20 °C, como la inductancia L<t>1. La inductancia L<p>1 cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 10 MPa y la inductancia L<p>2 cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa se miden, respectivamente, bajo una presión superficial de 10 MPa y 20 Mpa.
[0043] En la antena moldeada en resina, la composición de los componentes del núcleo de ferrita de Ni consiste en un 47.5-48.4% molar de Fe2Ü3, un 25.0-30.5% molar de ZnO y un 7.0-11.5% molar de CuO, siendo el resto NiO e impurezas inevitables.
[0044] Cuando el Fe2O3 es inferior al 47.5% molar, puede que no se obtenga la permeabilidad inicial deseada. Por otro lado, cuando el Fe2O3 es superior al 48.4% molar, es probable que el cambio de permeabilidad inicial por cambio de temperatura sea elevado. La cantidad de Fe2O3 es preferentemente del 47.6% molar o superior, más preferentemente del 47.8% molar o superior. También es preferentemente del 48.3% molar o inferior, más preferentemente del 48.2% molar o inferior.
[0045] Menos de un 25.0% molar de ZnO proporciona una permeabilidad inicial baja, no consiguiéndose obtener la permeabilidad inicial deseada. Por otro lado, más ZnO hace que disminuya la temperatura de Curie (Tc). Para alcanzar la temperatura de Curie de 130 °C ó superior, el ZnO es del 30.5% molar o inferior. La cantidad de ZnO es preferentemente del 25.1% molar o superior, más preferentemente del 25.3% molar o superior. También es preferentemente del 30.4% molar o inferior, más preferentemente del 30.2% molar o inferior.
[0046] Menos del 6.0% molar de CuO proporciona una densificación insuficiente, haciendo que resulte difícil obtener la permeabilidad inicial deseada y mantener una estructura cristalina que tenga un tamaño de partícula medio de 5-9 pm. Por otro lado, cuando el CuO es superior al 11.5% molar, el exceso de CuO acelera la sinterización, haciendo que resulte difícil mantener la anterior estructura cristalina y tendiendo a proporcionar un cambio de permeabilidad inicial dependiente de la temperatura elevado. La cantidad de CuO es del 7.0% molar o superior, preferentemente del 7.5% molar o superior. También es preferentemente del 11.0% molar o inferior, más preferentemente del 10.5% molar o inferior, con la mayor preferencia del 10.0% molar o inferior.
[0047] El resto son NiO e impurezas inevitables.
[0048] Como impurezas inevitables, puede haber un contenido de 1 parte o menos en masa por 100 partes en masa en total de Fe2O3, ZnO, CuO y NiO. Por ejemplo, puede haber un contenido de 0.1 partes o menos en masa de Ca calculado como CaO, y 0.1 partes o menos en masa de Si calculado como SiO2. Las cantidades de Na, S, Cl, P, Mn, Cr, B, etcétera, son preferentemente lo más pequeñas posible, y sus cantidades totales industrialmente aceptables son 0.05 partes o menos en masa.
[0049] Como se muestra en la figura 2, un circuito de antena que tiene una antena moldeada en resina que comprende el dispositivo de bobina de la presente invención comprende un condensador 20 conectado en paralelo a la antena 1 moldeada en resina, que está conectado a un circuito 30 de control. La frecuencia de resonancia determinada por la inductancia de la antena 1 moldeada en resina y la capacidad del condensador 20 se fija para una frecuencia de comunicaciones. Debido a que la presente invención suprime el cambio de inductancia dependiente de la temperatura, la frecuencia de resonancia es estable, no deteriorando la función de comunicación de la antena. Asimismo, en la medida que no es necesario tener en consideración el cambio de inductancia dependiente de la temperatura, el condensador presenta mejoras en el grado de libertad de selección.
Ejemplos
[0050] Se explicará con mayor detalle el dispositivo de bobina de la presente invención en referencia a los siguientes ejemplos, sin intención de limitar la presente invención a los mismos.
(1) Producción en los Ejemplos 1-7, el Ejemplo de Referencia 8 y los Ejemplos Comparativos 1-6
[0051] Después de efectuar un pesaje y un mezclado en seco para proporcionar las composiciones postsinterización de Fe, Zn, Cu y Ni calculadas como óxidos que se muestran en la Tabla 1, se efectuaron un secado y una calcinación a 900 °C durante 1 hora. Cada uno de los polvos calcinados resultantes se cargó en un molino de bolas junto con agua con intercambio iónico y se pulverizó a un tamaño de partícula medio de 1.6 pm. El polvo calcinado mezclado con alcohol polivinílico se granuló mediante un método con secador por atomización, se moldeó y a continuación se sinterizó a la temperatura mostrada en la Tabla 1 al aire, para producir muestras de núcleo de ferrita con forma anular de 25 mm de diámetro exterior, 15 mm de diámetro interior y 5 mm de grosor, muestras de núcleo de ferrita con forma de prisma cuadrangular de 2.0 mm x 2.0 mm de sección transversal y 10 mm de longitud, y muestras de núcleo de ferrita con forma de prisma cuadrangular de 1.8 mm x 0.8 mm de sección transversal y 11 mm de longitud.
[0052] Un hilo metálico de 0.2 mm de diámetro se enrolló dando 850 vueltas en torno a cada núcleo de ferrita con forma de prisma cuadrangular de 1.8 mm x 0.8 mm de sección transversal y 11 mm de longitud, y se selló con un polímero de cristal líquido para formar dispositivos de bobina de 4.0 mm x 3.0 mm de sección transversal y 12 mm de longitud. En los Ejemplos Comparativos 1 y 2, se midieron únicamente las características de los núcleos de ferrita, sin formar los dispositivos de bobina.
(2) Características del núcleo de ferrita
[0053] Se midieron o calcularon muestras de núcleo de ferrita con forma anular con respecto a la densidad de sinterización, el tamaño de grano cristalino medio, la permeabilidad inicial pi y el coeficiente de temperatura relativo aMir de la permeabilidad inicial pi. Los resultados de las mediciones se muestran en las Tablas 1 y 2. La medición y evaluación se efectuaron según la JIS C 2560-2 y la composición del núcleo de ferrita se analizó mediante fluorescencia de rayos X.
Densidad de sinterización
[0054] Se midió y calculó la densidad de sinterización de una muestra con forma anular mediante un método de desplazamiento de agua. La forma de la muestra no presenta limitaciones específicas, pero puede tener una forma de prisma cuadrangular o cilíndrica maciza, etcétera.
Tamaño de grano cristalino medio
[0055] Con un microscopio electrónico de barrido (3000 veces) se tomó una fotografía de una sección transversal fracturada de una muestra con forma anular, y de la fotografía se tomó una región rectangular correspondiente a un tamaño real de 32 pm x 42 pm. En la región rectangular se dibujaron cuatro líneas transversales arbitrarias, cada una de ellas con una longitud L1, se contó el número N1 de granos en cada línea y el mismo se dividió por la longitud L1 para obtener L1/N1, que se promedió para cuatro líneas con el fin de determinar el tamaño de grano cristalino medio. Por otro lado, la muestra no presenta limitaciones en cuanto a la forma anular, sino que puede tener forma de prisma cuadrangular o cilíndrica maciza, etcétera.
Permeabilidad inicial pi
[0056] Con un hilo metálico conductor enrollado en torno a una muestra con forma anular, se midió la inductancia con un medidor de LCR (4284A disponible en Agilent Technologies) con corriente de una frecuencia de 100 kHz y 1 mA a 20 °C. Con la siguiente fórmula se determinó la permeabilidad inicial pi a partir de la inductancia medida:
Permeabilidad inicial pi = (le x L)/(p0 x Ae x N2),
en donde le es la longitud (m) de un camino magnético, L es la inductancia H de la muestra, p0 es la permeabilidad en el vacío = 4n x 10-7 (H/m), Ae es el área de la sección transversal (m2) de un núcleo magnético y N es el número de devanados de un hilo metálico conductor.
Coeficiente de temperatura relativo oM¡r
[0057] El coeficiente de temperatura relativo apir se define con la fórmula de apir = [(pb - pii)/pii2]/(T2 - Ti), en donde Ti y T 2 son temperaturas de medición, pii es la permeabilidad inicial a una temperatura Ti, y pb es la permeabilidad inicial a una temperatura T2.
[0058] Por ejemplo, en el caso de un coeficiente de temperatura relativo apir en un intervalo de temperaturas de -40 °C a 20 °C, Ti es 20 °C, T2 es -40 °C, pii es la permeabilidad inicial a 20 °C y pb es la permeabilidad inicial a -40 °C. Asimismo, en el caso de un coeficiente de temperatura relativo apir en un intervalo de temperaturas de 20 °C a 80 °C, Ti es 20 °C, T2 es 80 °C, pii es la permeabilidad inicial a 20 °C y pb es la permeabilidad inicial a 80 °C.
Dependencia de la inductancia con respecto a la temperatura y la tensión
[0059] Utilizando una muestra de núcleo de ferrita con forma de prisma cuadrangular de 2.0 mm x 2.0 mm de sección transversal y i 0 mm de longitud, se calcularon de la siguiente manera las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLa y PLb y las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa y TLb: Los resultados se muestran en la Tabla 3. Las figuras 3 y 4 muestran las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión, con un estado sin carga como referencia. Las figuras 5 y 6 muestran las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura, con una temperatura de referencia de 20 °C.
[0060] TLa, TLb, PLa y PLb se calcularon con las siguientes fórmulas i-4:
Fórmula i: TLa = [(L<t>2 - L<t i>)/L<t i>] x i00 (%),
Fórmula 2: TLb = [(L<t>3 - L<t i>)/L<t i>] x i00 (%),
Fórmula 3: PLa = [(L<p>2 - L<pi>)/L<pi>] x i00 (%),
y
Fórmula 4: PLb = [(Lti - Lpi)/Lpi] x i00 (%),
en donde L<ti>es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de i00 kHz y 20 °C, L<t>2 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y -40 °C, L<t>3 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de i00 kHz y 80 °C, L<pi>es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de i0 MPa a una frecuencia de i00 kHz y 20 °C, y L<p>2 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C.
[0061] La inductancia L<ti>en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, la inductancia L<t>2 en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y -40 °C, la inductancia L<t>3 en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 80 °C, la inductancia Lpi cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 10 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, y la inductancia L<p>2 cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, que se utilizaron en cada una de las fórmulas, se determinaron de la siguiente manera.
[0062] Se constituyó una muestra de medición disponiendo un núcleo 200 de ferrita con forma de prisma cuadrangular, de 2.0 mm x 2.0 mm y 10 mm de longitud, en una parte hueca de un carrete 205 de bobina, en torno al cual se enrolló un hilo metálico conductor 300 dando 60 vueltas, según se muestra en la figura 7. La inductancia Lti en un estado sin compresión se midió con un medidor de LCR (4284A disponible en Agilent Technologies) con corriente de una frecuencia de 100 kHz y 1 mA en un entorno de 20 °C de temperatura. A continuación, la muestra de medición se colocó en una cámara electrónica de temperatura constante para medir la inductancia a -40 °C y 80 °C, con el fin de determinar la inductancia L<t>2 en un estado sin compresión a -40 °C y la inductancia L<t>3 en un estado sin compresión a 80 °C. A partir de los resultados obtenidos, se calcularon TLa y TLb con las anteriores fórmulas 1 y 2. Se determinaron las relaciones de cambio mostradas en las figuras 5 y 6 a partir de la inductancia medida con el mismo método de -40 °C a 80 °C.
[0063] Se midió la inductancia en un estado con compresión sobre un núcleo 200 de ferrita en la muestra de medición producida con el mismo método, con la aplicación longitudinal de una tensión predeterminada. El núcleo de ferrita se interpuso entre una placa y una parte terminal de punta plana de un dinamómetro, y la placa se movió hacia arriba y hacia abajo para aplicar una carga predeterminada al núcleo de ferrita en la misma dirección que la de un flujo magnético generado en el núcleo de ferrita (véase la figura 7). En condiciones de presión superficial de 10 MPa y 20 MPa, con corriente de frecuencia de 100 kHz y 1 mA a 20 °C, se midieron la inductancia Lpi cuando se producía una compresión uniaxial con una presión superficial de 10 MPa, y la inductancia L<p>2 cuando se producía una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa. A partir de la inductancia obtenida, se calcularon PLa y PLb con las fórmulas 3 y 4. Se determinaron las relaciones de cambio mostradas en las figuras 3 y 4 a partir de la inductancia medida con el mismo método a 0-29 MPa.
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
[0064] Cualquier núcleo de ferrita de los Ejemplos 1-7 y el Ejemplo de Referencia 8 tenía una permeabilidad inicial de 450 ó superior, oscilando de -0.6% a 0.6% las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura tanto TLa como TLb y las relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión tanto PLa como PLb, y siendo tanto la suma de TLa y PLa como la suma de TLb y PLb superiores a -1.0% e inferiores a 1.0%. TLa fue negativa en todos los ejemplos. Como se muestra en las figuras 3 y 4, la tensión que proporcionaba la relación máxima de cambio de inductancia fue 10 MPa ó inferior.
[0065] Por otro lado, debido a que la cantidad de Cu era de tan solo un 7.0% molar a pesar de una reducida relación de cambio de inductancia en el Ejemplo Comparativo 1, los granos cristalinos no se densificaron a una temperatura de sinterización de 1000 °C, dando como resultado un tamaño de grano cristalino medio inferior a 5 pm y una permeabilidad inicial de tan solo 333. Al igual que el Ejemplo Comparativo 1, el Ejemplo Comparativo 2 experimentó una baja densidad de sinterización y una permeabilidad inicial de tan solo 417. Los Ejemplos Comparativos 3-5 que tenían más de un 11.5% molar de CuO presentaban permeabilidades iniciales de 450 ó superiores, y tamaños de grano cristalino medio de 9 pm o superiores, siendo sus relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa inferiores al -0.6%, y siendo del -1.0% ó inferior la suma de TLa y la inductancia dependiente del cambio de tensión PLa (TLa PLa). El Ejemplo Comparativo 6 que tenía menos de un 47.5% molar de Fe2O3 presentaba una permeabilidad inicial inferior a 450 y una relación de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLb inferior al -0.6%, siendo del -1.0% ó inferior la suma de una relación de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLb y PLb ( TLb PLb). Como se muestra en las figuras 3 y 4, la tensión que proporcionaba la relación máxima de cambio de inductancia se situó cerca de 15 MPa. Asimismo, como se muestra en las figuras 5 y 6, presentó una relación negativa de cambio dependiente de la temperatura, con una temperatura de referencia de 20 °C.
(3) Evaluación del d ispositivo de bobina
[0066] Se midió la inductancia de cada dispositivo de bobina de los Ejemplos 1-8 y los Ejemplos Comparativos 3-6 con un medidor de LCR (4284A disponible en Agilent Technologies) con corriente de una frecuencia de 100 kHz y 1 mA, a temperaturas de -40 °C, 20 °C y 80 °C.
[0067] A partir de los resultados medidos, se calcularon con la siguiente fórmula las relaciones de cambio de inductancia en intervalos de temperatura de 20 °C a -40 °C y 80 °C:
AL(T2) = [(L2 - L<i>)/L<i>]/(T2 - T1) x 100 (%),
en donde T1 es 20 °C, T2 es -40 °C ó 80 °C, L1 es la inductancia a una temperatura T1 y L2 es la inductancia a una temperatura T2.
[0068] El dispositivo de bobina del Ejemplo 1 presentó una relación de cambio de inductancia AL(-40) de un -0,72% cuando T2= -40 °C, una relación de cambio de inductancia AL(+80) de un -0.65% cuando T2= 80 °C, ambas en un intervalo del -1.0% al 1.0%. Cualquier dispositivo de bobina de los Ejemplos 2-8 presentó una relación de cambio de inductancia AL(-40) cuando T2 = -40 °C y una relación de cambio de inductancia AL(+80) cuando T2 = 80 °C en un intervalo del -1.0% al 1.0% ambas, presentando supresión del cambio de inductancia dependiente de la temperatura.
[0069] El dispositivo de bobina del Ejemplo Comparativo 6 presentó una relación de cambio de inductancia AL(-40) de un 0.65% cuando T2 = -40 °C, y una relación de cambio de inductancia AL(+80) de un -1,95% cuando T2 = 80 °C. Cualquier dispositivo de bobina de los Ejemplos Comparativos 3-5 presentó una relación de cambio de inductancia AL(-40) cuando T2 = -40 °C y una relación de cambio de inductancia AL(+80) cuando T2 = 80 °C que se situaban, cualquiera de ellas, fuera del intervalo del - 1.0% al 1.0%, presentando un cambio de inductancia dependiente de la temperatura elevado.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Uso de un dispositivo de bobina en sistemas de entrada sin llave que utilizan llaves electrónicas, o aparatos electrónicos de protección contra robos, comprendiendo el dispositivo de bobina una bobina (5) y un núcleo (7) de ferrita dispuesto en un camino magnético de la bobina, al menos parte de la cual está recubierta con una resina; caracterizado por que
    dicho núcleo (7) de ferrita es un núcleo de ferrita de Ni que tiene un tamaño de grano cristalino medio de 5 pm a 9 pm; y
    dicho núcleo (7) de ferrita de Ni tiene que cumplir los siguientes requisitos:
    a) una permeabilidad inicial pi de 450 ó superior a una frecuencia de 100 kHz y una temperatura de 20 °C, (b) relaciones de cambio de inductancia dependiente de la temperatura TLa y TLb de un -0.6% a un 0.6%, en donde TLa se representa mediante la fórmula 1 de TLa = [(LT2 - LT1)/LT1] x 100 (%), y TLb se representa mediante la fórmula 2 de TLb = [(LT3 - LT1)/LT1] x 100 (%), en donde LT1 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, LT2 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y -40 °C, y LT3 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 80 °C, y
    (c) relaciones de cambio de inductancia dependiente de la tensión PLa y PLb de un -0.6% a un 0.6%, en donde PLa se representa mediante la fórmula 3 de PLa = [(LP2 - LP1)/LP1] x 100 (%), y PLb se representa mediante la fórmula 4 de PLb = [(LT1 - LP1)/LP1] x 100 (%), en donde LP1 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 10 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, LP2 es la inductancia cuando se produce una compresión uniaxial con una presión superficial de 20 MPa a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C, y LT1 es la inductancia en un estado sin compresión a una frecuencia de 100 kHz y 20 °C,
    (d) tanto la suma de TLa y PLa como la suma de TLb y PLb son superiores a un -1.0% e inferiores a un 1.0%; y
    caracterizado por que
    dicho núcleo (7) de ferrita de Ni tiene una composición consistente en de un 47.5% a un 48.4% molar de Fe2Ü3, de un 25.0% a un 30.5% molar de ZnO y de un 7.0% a un 11.5% molar de CuO, siendo el resto NiO e impurezas inevitables que contienen 0.1 partes o menos en masa de Ca calculado como CaO, 0.1 partes o menos en masa de Si calculado como SiO2, y 0.05 partes o menos en masa de al menos seleccionado del grupo consistente en Na, S, Cl, P, Mn, Cr y B, por 100 partes en masa en total de Fe2O3, ZnO, CuO y NiO.
    Uso de un dispositivo de bobina en sistemas de entrada sin llave que utilizan llaves electrónicas, o aparatos electrónicos de protección contra robos, en particular según la reivindicación 1, en donde dicho núcleo de ferrita de Ni tiene una composición consistente en de un 47.5% a un 48.4% molar de Fe2O3, de un 25.0% a un 30.5% molar de ZnO y de un 7.5% a un 11.5% molar de CuO, siendo el resto NiO y las impurezas inevitables.
    Uso de una antena (1) moldeada en resina que comprende el dispositivo de bobina mencionado en la reivindicación 1 ó 2 en un circuito de antena conectado a un circuito (30) de control.
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