WO2017108227A1 - Stabförmiges induktivbauteil - Google Patents

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Thomas SICKLINGER
Thomas ANETSEDER
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    • 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
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
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    • 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 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 contactless information and signal exchange and amplified 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 improve the communication capability of the system
  • rod-shaped inductive components in particular ferrite antennas having the largest possible length of, for example, 300 mm.
  • the difficulty is that interconnected ferrite cores in such long lengths are technically difficult to manufacture and cause high manufacturing costs.
  • Rod antenna greatly reduced, for example, in communication with the
  • an inductive component is described and shown, which is composed of at least two rod-shaped magnetic core elements, the ends of which are butt abutting each other. In this case, one end is spherical and engages in a cylindrical recess of the end of the adjacent magnetic core element.
  • the invention has for its object to form an inductive component of the initially outlined type so that despite a significant increase in length, the stability of the rod-shaped component is guaranteed.
  • the core is divided into a series of individual cores, which are fixed by means of the holding element relative to each other so that overlap their adjacent ends and offset from each other in at least two positions are.
  • Plastic injection molded part bobbin is adjusted accordingly.
  • the overlap of the individual cores corresponds advantageously 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 region of
  • the individual cores can lie in the region of the overlap frictionally against each other, where they are fixed for example by the wire winding tension of the coil, or they can be glued together.
  • bonding the composite of the individual cores is improved with each other, but in this case the production costs are increased.
  • non-glued composites is greater flexibility of the entire component and cost-effective production.
  • FIG. 1 shows the schematic view of an inductive component according to the invention using the example of a ferrite antenna
  • FIG. 2 shows the view of a single core
  • FIG. 3 in a variant, the upper part used in FIG. 1 for the holding element designed as a bobbin, FIG.
  • FIG. 4 shows the lower part of the retaining element of FIG. 3,
  • Figure 5 is a view of a housed in a housing ferrite antenna according to the invention.
  • FIG. 6 shows the bottom view of the ferrite antenna of FIG. 5.
  • FIGS. 1 and 2 as well as FIGS. 3 and 4 schematically show two variants for the possible construction of a rod-shaped inductive component 10 according to the invention, which according to FIGS. 5 and 6 is designed as LF ferrite antenna 11 for frequency ranges in the order of 120 to 130 kHz or 14 to 25 kHz can be used.
  • the inductive component 10 has a core of magnetic material, generally ferrite, and a holding element 12 for the core, which is designed as a bobbin 13 and as a one-piece plastic injection molded part z. B. may be made of PA.
  • cuboid recesses 14 are incorporated, which are closed on the rear side, not shown, and extend over the width of the bobbin 13, whose length may 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 each other and have a rear wall 34, so that each recess 14 on the opposite side of the back is open, whereby insertion openings for the cuboidal single cores 20 are formed here.
  • each recess 14 an existing here of ferrite single core 20 is used, wherein the arrangement of the recesses 14 in the longitudinal direction of the bobbin 12 produces a brick-like composite of the individual cores 20, in which the adjacent ends 22 of the individual cores 20 overlap.
  • the cuboidal individual cores 20 - other shapes, for example with trapezoidal or diamond-shaped cross sections are possible - overlap on a surface corresponding to at least half the area of the end face 24 of each individual core 20.
  • Figure 1 shows that the bobbin 12 is closed at one end face by a lid 32 which may be integrally molded with the bobbin 12.
  • a lid 32 which may be integrally molded with the bobbin 12.
  • the entire ferrite core of six single 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 each other in more than two layers.
  • the two ends of the winding wire 26 are connected in a known manner, each with a pin 28 through which the indicated in Figures 5 and 6 connector contour 30 is formed.

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Abstract

Das stabförmige Induktivbauteil besteht aus einem Kern aus magnetischem Material und einem Halteelement (12) für den Kern, der in eine Reihe von Einzelkernen (20) unterteilt ist. Diese sind mittels des Halteelements (12) relativ zueinander so angeordnet und fixiert, dass sich ihre aneinander angrenzenden Enden (22) überlappen. Dabei ist vorgesehen, dass die Einzelkerne (20) in mindestens zwei Lagen versetzt zueinander angeordnet sind.

Description

Stabförmiges Induktivbauteil
Beschreibung
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 AI 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 AI 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.
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 ist, 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, wobei sie beispielsweise durch den Draht- Wickelzug der Spule fixiert werden, 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 der Zeichnung 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 hergesellt sein kann.
In das Halteelment 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 12 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 12 an einer Stirnseite durch einen Deckel 32 geschlossen ist, der einstückig mit dem Spulenkörper 12 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.
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Claims

Patentansprüche
1. Stabförmiges Induktivbauteil mit einem Kern aus magnetischem Material und einem Halteelement 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, dadurch gekennzeichnet, dass die
Einzelkerne (20) in mindestens zwei Lagen versetzt zueinander angeordnet sind.
2. Induktivbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkerne (20) im Bereich ihrer Überlappung aneinander fixiert sind.
4. Induktivbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (12) aus einem als Kunststoffspritzteil ausgeführten Spulenkörper (13) besteht, der der Form Einzelkerne (20) entprechende Aussparungen (14) hat, in die die Einzelkerne (20) eingesetzt sind.
5. Induktivbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 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, dadurch gekennzeichnet, dass 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, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (13) bewickelt ist.
8. Induktivbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Spulenkörpers (13) wenigstens 100 mm beträgt.
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