ロッド形状の磁気コア要素および誘導性部品

発明の詳細な説明 本発明は、磁気コア要素と、磁気コアモジュールと、受信範囲が改善されたアンテナ、特に自動車をロックおよびロック解除するための、ならびに位置検出のためのアンテナの構築のために磁気コアモジュールを用いる誘導性部品とに関する。

無線電子ロックおよびロック解除システムは自動車業界から公知である。たとえば、磁気アンテナは、自動車のドアハンドル、ドアフレーム、自動車のサイドパネルまたはバンパー内に設置され、電磁信号を送受信して、たとえばキーのトランシーバと通信するための無線通信を可能にする。送受信アンテナを曲がったドアハンドルに収容するため、磁気コアは、たとえば、軟磁性金属合金のいくつかのテープ形状の層で形成される縦方向形状のロッドコアとして設計され、積層の曲げ公差は、制限された公差から小さい公差に及ぶ。したがって、これらのアンテナのコアは応力に晒され、大きい張力および圧縮力が層レベルで材料内に生じると、変形が強すぎる場合は磁気特性が変化し得る。さらに、これらのいわゆるテープコアの原料はフェライトコアの原料よりもはるかに高価であり、フェライトと比較してより安価な鉄ベースのアモルファスコアの磁気損失は、100kHzよりも高い周波数で明らかにより大きい。テープコアを用いてそれらのアンテナを製造するための従来の方法にはさらに、テープの積層が比較的複雑であるという欠点がある。

曲げ形状または非常に長い形状を有するフェライトロッドからなるコアを有するアンテナは、その製造方法のために、実現が完全に不可能ではないにしても困難である。曲げフェライトコアロッドの例は、DE 101 28 406 B4およびDE 10 2007 007 117 A1に記載されている。フェライトコアの製造では、予備焼結された磁性粉を特別なプラスチック注入粒子と混合する必要があり、これを注入して所望の形状を得る。

曲げアンテナまたは長いアンテナの製造において、フェライトコアロッド自体の内部の機械的な歪みまたは外部衝撃はコアの破損に、したがって磁気特性の劣化に繋がり得る。また、比較的小さいコア断面を有する特に長いロッドコアの作製は制限的な技術規則を受け、それによると、ロッドコアの長さは断面、断面形状のそれぞれに対して特別の比率でなければならない。この理由は、磁性粉の必要な均一の圧縮、圧縮装置の技術的に可能なストローク、焼結装置への搬送時の機械的安定性、焼結時に起こり得る歪み、および完成した磁気セラミックの機械的安定性にある。ゆえに、たとえば約125kHzの周波数でのLFアンテナのさらに著しく大きい受信範囲のために必要とされる、たとえば最大で30cm以上の長さを有する長いロッドコアを製造するのは困難である。

曲げフェライトコアロッドまたは長いフェライトコアロッドを形成するために、直線状の、または面取りされた平坦な端部を有するいくつかのコア要素を曲げ形状または直線形状に接続することもできる。しかし、この種類の構成には、一方で、互いに糊付けされたロッドコアの接着接合部が外れ得るという欠点がある。他方で、非常に良好な結合強度の場合、コアは小さい曲げ荷重下でも定義できないように破損し得る。このようにして生じる空隙は、一片で形成されるアンテナコアとして比較して、アンテナの効率をそれぞれ変化および劣化させる。また、この種類のフェライトロッドコアは磁気および温度の面で比較的不安定であり、変化する空隙のために漂遊磁界において大きい変動に晒される。

このような背景で、発明の目的は、磁気漏れがほとんどない、曲げ可能な、それぞれ非常に長いロッドコアアンテナの低コストの製造に適した磁気コア要素を提供することである。本発明のさらなる目的は、磁気コアモジュールと、受信範囲が広い柔軟に調節可能なアンテナの構築のために、および小さいコア断面を有する長いロッドコアコイルの構築のために磁気コアモジュールを用いる誘導性部品とを提供することである。

発明によると、これらの目的は請求項1,10および17の主題によって達成される。 本発明はしたがって、ロッド形状の磁気コア要素であって、球形もしくは円筒形凹部または球形もしくは円筒形接続突起部を有する第1の端と、球形もしくは円筒形凹部または球形もしくは円筒形接続突起部を有する第2の端とを含み、それによって、少なくとも2つの磁気コア要素の曲げ接続部が可変に調節可能である磁気コア要素に関する。

そのような磁気コア要素によって、最小限の内部磁気シアを有する、いくつかの部材で構成される長いロッドコア組合せの構築が可能になる。この場合、球形凹部はたとえば球形シェルであり、球形接続突起部は球形ヘッドであり、カップ/球の端輪郭を形成する。

好ましくは、磁気コア要素は、第1の端および第2の端にそれぞれ球形もしくは円筒形凹部または球形もしくは円筒形接続突起部を含み得る。各々が第1および第2の端に球形凹部を有する少なくとも2つの磁気コア要素の可変に調節可能な曲げ接続部は、2つのそのように構成されたロッド形状の磁気コア要素同士の間に配置され、かつ凹部に対応する半径を有する、たとえばフェライトなどの好適な材料からなる球によって得られる。第1および第2の端にそれぞれ球形接続突起部を含む磁気コア要素は、たとえばフェライトなどの好適な磁性材料からからなり、かつロッド形状の磁気コア要素の球形カロットを受けるのに適した凹部を含む両凹状接続片によって、互いに接続される。各々が第1および第2の端に円筒形凹部を有する少なくとも2つの磁気コア要素の可変に調節可能な曲げ接続部は、円筒形接続片によって得られる。

代替案の各々によって、磁気漏れがほとんどない、複数の部材からなる、空隙がほとんどないコアモジュールの構築が可能になり、2つの磁気コア要素の接続面は、端部の面が平坦なフェライトロッドと比較して表面が若干大きい。球面または円筒面のより大きい表面積によって、平坦な端部の面とは対照的に、いくつかの磁気コア要素からなる磁気コアモジュール、またはいくつかの磁気コア要素の接続部をたとえばばね要素を用いることによって互いに軸方向に連結させることによって接着結合を用いずに製造する際に、自己誘導心出しおよびより安定した接着結合が有利に可能になる。ゆえに、本発明は、上述の球形または円筒形の端輪郭によって、長い、柔軟に調節可能なロッドコアおよびロッドコアコイルの製造を可能にする。

好ましい実施形態では、磁気コア要素は、円筒形、矩形、正方形または楕円形の断面を有する。有利なことに、磁気コア要素の球形の端輪郭は、当該断面形状の各々に適用可能である。さらに、ロッドコアコイルの応用分野および/または構造的な状況に応じて、たとえば自動車において、対応する断面が選択され得る。

本発明の好ましい実施形態では、磁気コア要素の直径と、球形または円筒形凹部および球形または円筒形接続突起部のそれぞれの直径との差が肩部を規定し、当該差はコア直径の5%から10%である。これによって、一方では、互いに接続される2つの磁気コア要素の接続部に十分な角度範囲が提供され、他方では、結合面の領域内の磁気コアの高い機械的安定性が確保される。

本発明の別の局面によると、この肩部は面取りされる。 本発明の別の実施形態では、磁気コア要素はフェライトセラミックまたは磁性粉からなる。フェライトセラミックは、たとえば、マンガン−亜鉛−フェライトまたはニッケル−亜鉛−フェライトを含む。ニッケル−亜鉛−フェライトを用いると、この材料が電気的に絶縁しているというさらなる利点があるのに対して、マンガン−亜鉛−フェライトを用いると、非絶縁導体が直接巻回されたコアに電気絶縁層をコーティングすることができるという利点がある。

本発明の別の実施形態は、上述のような複数の磁気コア要素で構成される磁気コアモジュールに関する。ゆえに、複数の磁気コア要素からの少なくとも2つの磁気コア要素の可変に調節可能な曲げ接続部が角度(α)を有して作られ得る。角度(α)の好ましい範囲は、0°から15°である。一致するように構成される、接続された磁気コア要素の端形状によって、最小の内部磁気シアを有する、長い複数部材ロッドコア組合せの構築が可能になる。接続された磁気コア要素がたとえば弓形に配置されている場合でも空隙がほとんどない構築が実現されるため、漂遊磁界が減少する。ゆえに、車両部品に対する形状の点で容易に適合可能であり、かつ、柔軟な調節が改善された結果、設置時または使用時に耐変形性により優れるため性耐用年数が長いロッドコアアンテナを作ることができる。

別の実施形態では、本発明は、ロッドコアアンテナを実現するための上述の磁気コアモジュールを用いる誘導性部品に関する。誘導性部品は好ましくは巻線キャリアを用いずに形成されるため、巻線は磁気コアモジュールに直接適用される。このため、コアはよく絶縁される必要があるか、またはコア自体がZn−Niセラミックからなる必要がある。

本発明のさらなる局面によると、複数の磁気コア要素は引張ばねシステムによって互いに接続される。この場合、球はシェル内で張力を受け、そのように接続された磁気コア要素は摩擦接触によって所定位置に保持される。しかし、この位置は力を加えることによって変更可能である。コアの接着結合が不要であるため、空隙の発生を防止することができ、漂遊磁界の形成を減少させることができる。

本発明の別の局面によると、複数の磁気コア要素からの少なくとも2つの磁気コア要素を接続する際、球形または円筒形凹部と、第2の端における球形または円筒形接続突起部、接続球または接続片のそれぞれとの間に磁気導通媒体が挿入され、個々の磁気コア要素を接続する際に生じる空隙が回避される。

本発明の付加的な有利な実施形態は、添付の特許請求項において定義される。他の実施形態は、添付の図面を参照して以下の説明においてより詳細に説明される。

本発明の磁気コア要素を示す第1の実施形態の概略斜視図である。

本発明に係る少なくとも2つの磁気コア要素の可変に調節可能な曲げ接続部の概略断面図である。

互いに接続され、かつ角度(α)をなして互いに配置された少なくとも2つの磁気コア要素の概略断面図である。

1つの磁気コア要素が面取りされた肩部を含む、互いに接続された少なくとも2つの磁気コア要素の概略断面図である。

本発明の第2の実施形態の概略図である。

本発明の第2の実施形態の磁気コア要素の概略図である。

本発明の第3の実施形態の概略図である。

引張ばねシステムによって互いに接続された少なくとも2つの磁気コア要素の概略断面図である。

図1の複数の磁気コア要素で構成される磁気コアモジュールの概略図である。

ハウジングのない巻回アンテナの概略図、およびその断面図である。

図1は、本発明の実施形態に係る磁気コア要素100を示す。磁気コア要素はロッド形状であり、縦方向101を規定し、球形凹部を有する第1の端102および球形接続突起部120を有する第2の端103を含み、これは、少なくとも2つの磁気コア要素100の可変に調節可能な曲げ接続部の製造に適している。磁気コア要素100のコア直径は典型的に1mmから10mmであり、好ましくは10から60mmの長さを有する。しかし、磁気コア要素の寸法は、具体的な応用分野に応じて選択されることが認識される。

本発明の一実施形態では、球形凹部110は球形シェルを含み、球形接続突起部120は球形ヘッドを含み、カップ/球の端輪郭を形成する。先行技術において公知の、面取りされた平坦な端部の面と比較して、接続突起部の球面は表面積がより大きく、少なくとも2つの磁気コア要素100の可変に調節可能な曲げ接続部にとって有利であることがわかっている。一方では、少なくとも2つの磁気コア要素100同士の、複数の磁気コア要素100同士のそれぞれのより安定した付着がこれらを接続すると達成され、それによって、たとえば、2つの磁気コア要素同士100それぞれ同士の間の接着接合部における破損の頻度を低減させることができる。これは、意図する目的および構造要件に応じて、複数の磁気コア要素100を接合してアンテナ内に使用できるため、特に有利である。少なくとも2つの磁気コア要素100、複数の磁気コア要素100のそれぞれの曲げ接続部は、たとえば、自動車ドアのハンドル、ドアフレーム、自動車のサイドパネルまたはバンパー内に設置され得る。他方では、カップ/球の端輪郭の実現によって、好ましくは、接着結合を使用せずに少なくとも2つの磁気コア要素100の接続部が確保される。接着剤を使用しない磁気コア要素の結合を以下により詳細に説明する。

アンテナ内に使用する、複数の要素で構成されるロッドコアの端形状を安定させる種類とは別に、少なくとも2つ以上の磁気コア要素100を接合する際、カップ/球の端輪郭のために異なる最終的なアンテナ構成を実現することができることに留意すべきである。換言すれば、磁気コア要素100を接合して直線ロッドコアもしくは曲げロッドコアを形成するか、またはこれらの組合せを形成することができる。カップ/球の端輪郭は縦軸に対して回転対称であるため、少なくとも2つの磁気コア要素100を接続する際に相対位置に関する制限がない。ゆえに、いくつかの磁気コア要素100から接合されるロッドコアは、異なる物理形状を採用し得る。

球形磁気コア端の別の利点は、ロッドコアコイルの応用分野および/またはたとえば自動車などの用途の目的の構造的な状況に応じて、異なる長さの磁気コア要素を互いに組合せることができることである。

磁気コア要素100は好ましくは、円筒形、矩形、正方形または楕円形の断面を有する。有利なことに、磁気コア要素100の球形端形状は、当該断面形状のいずれにも適用可能である。磁気ロッドコア要素、特にフェライト材料からなるそれらは有利に円形断面を有し、これによって、他のロッド形状と比較して、製造時にロッドコア内に生じる張力を最小限に抑えることができる。

図2は、本発明の別の好ましい局面の概略断面図を示す。示されるように、磁気コア要素の直径と接続突起部の直径との差が肩部104を規定する。磁気コア要素の直径と、凹部および接続突起部のそれぞれの直径との差は、たとえば、コア直径の5%から10%に相当する。肩部104を予め規定したサイズを有するように形成することによって、凹部を有するロッドコア端領域の端縁に十分な材料の厚みを残すことができ、高い機械的安定性を得ることができる。

図2はさらに、凹部の深さ(T)が接続突起部の高さ(H)よりも小さいことを示す。ゆえに、第1の磁気コア要素100の接続突起部120を有する第2の端103を、第2の磁気コア要素100の凹部110を有する第1の端102に挿入すると、少なくとも2つの接合された磁気コア要素が空隙を有する。接続突起部の高さに対するコア直径の比率は、0.2から0.5である。たとえば、接続突起部の高さに対するコア直径の比率は0.3である。さらに、肩部104に相補的な端縁105が第1の端102と凹部110との間に規定される。凹部の深さと突起部の高さとのこの差に応じて、互いに接続された2つのロッドコア要素の最大傾斜が、凹部内の接続突起部の全面接触を取消すことなく実現される。

フェライトセラミック、金属粉または金属合金などの異なる材料が、コアの磁性材料として使用可能である。フェライトセラミックは、マンガン−亜鉛−フェライト、ニッケル−亜鉛−フェライト等であり得る。ニッケル−亜鉛−フェライトには、合金が電気的に絶縁しているという利点があるのに対して、マンガン−亜鉛−フェライトは表面上で導電しており、直接巻回する場合、付加的な電気絶縁コーティングをコア上に設けることができる。上述の材料は、フィルタコイル、蓄積チョークおよびロッドアンテナ用のロッドコアに特に適しており、材料選択に応じて、マンガン−亜鉛−フェライトの場合は10kHzから1000kHz、およびニッケル−亜鉛−フェライトの場合は0.1MHzから10MHzの周波数に特に適用可能である。

図3は、本発明の別の特徴の概略断面図を示す。図3に拡大して示される少なくとも2つの磁気コア要素100の曲げ接続部の角度(α)は、たとえば、せいぜい5°である。好ましくは、少なくとも2つの磁気コア要素100の曲げ接続部の領域の角度(α)は、0°から15°である。

図4は、本発明の別の好ましい局面の概略断面図を示す。この場合、肩部104は、少なくとも2つ以上の磁気コア要素100の可変に調節可能な曲げ接続部と比べてさらなる可撓性を確保するように面取りされる。別の構成では、第1の端102および第2の端103の角部が丸みを付けられてもよい。

図5は、本発明の第2の実施形態を示す。この場合、磁気コア要素100は好ましくは、第1の端102および第2の端103にそれぞれ球形凹部110を有する。各々が第1および第2の端102,103に球形凹部110を有する少なくとも2つの磁気コア要素100の可変に調節可能な曲げ接続部は、接続球121によって達成される。ゆえに、球/カップの端輪郭と比較してより大きい装着角度を実現することができる。接続球、磁性球121のそれぞれの使用によって、さらに、いくつかのコアを1つの節点に接合することができる。ゆえに、たとえば、3つまたは4つの磁気コア要素100を1つの磁性球121によって互いに接続することができる。

図6は、第1および第2の端102,103にそれぞれ球形凹部110を有する、本発明の第2の実施形態の磁気コア要素100の概略図を示す。磁気コア要素100はさらに、第1および第2の端102,103にそれぞれ球形接続突起部120を有し得る。各々が球形接続突起部120を有する少なくとも2つの磁気コア要素100の可変に調節可能な曲げ接続部は、両凹状接続片(図示せず)によって実現され得る。

図7は、本発明の第3の実施形態を示す。この場合、矩形断面を有するロッド形状を有する磁気コア要素100は好ましくは、第1の端102における円筒形凹部110および第2の端103における円筒形接続突起部122を有する。本実施形態は、高磁性断面に加えて、非常に平らな設計を特徴とする。

さらに、矩形断面は、第1および第2の端102,103にそれぞれ円筒形凹部110を含み得る。各々が第1および第2の端102,103にそれぞれ円筒形凹部110を有する少なくとも2つの磁気コア要素100の可変に調節可能な曲げ接続部は、円筒形接続片によって達成される。

図8は、引張ばねシステムによる少なくとも2つの磁気コア要素100の接続部を示す。この場合、各磁気コア要素100は保持部材130,131を含み、これは好ましくはプラスチック製であり、ゴムリング132,133を用いることによって球形磁気コア端110,120を互いに接続する。ゆえに、心出しおよび接触は付着を用いずに引張ばねシステムによって可能であり、そのため、構造要件に応じて、十分な曲げ能力を有する極度に柔軟に調節可能なアンテナ、ロッドコアのそれぞれが提供される。

本発明の他の局面によると、複数の磁気コア要素は接着結合によって互いに接続される。この種類の接続は、動作時に機械的可撓性が必要とされない場合に適用可能である。球形磁気コア端110,120によって、自動車ドアハンドルの構造的な状況に対応する、たとえば上述のような磁気コアモジュールの磁気コア要素を自己心出しの態様でこの自動車ドアハンドルに差込んで互いに糊付けすることができ、それによって、互いに糊付けされたコアは、機械的な歪みが大きく防止されるため、接着接合部で破損するまたは外れることはあり得ない。

図9は、互いに接続された個々の磁気コア要素100を示す。図9は、ゆえに、複数の磁気コア要素100で構成される本発明の磁気コアモジュール200の概略図を示す。誘導性部品は、ロッドコアアンテナを実現するために磁気コアモジュール200を含み得る。また、誘導性部品は、磁気コアがコイル巻線のための巻線本体として直接作用し得るように構成される。ゆえに、たとえば、別個の巻線キャリアまたはコイル本体が不要になり得る。

磁気コア要素100のモジュール設計によってさらに、部品内で、たとえば金属粉、焼結セラミックおよび金属合金などの異なる磁気コア材料の組合せが可能になる。

有利なことに、複数の磁気コア要素から少なくとも2つの磁気コア要素を接続する際、球形または円筒形凹部と、球形または円筒形接続突起部、接続球または円筒形接続片のそれぞれとの間に磁気導通媒体が挿入される。磁気導通媒体は、ペーストを含み得る。磁性粉からなる磁気コア要素をそれぞれ接続および接合する際、焼結収縮公差の結果として微小な空隙が接合面に生じる。しかし、2つの磁気コア要素の接続面の空隙によって、ロッドコアモジュールの磁気特性が劣化する。このため、これらの影響を大きく回避するために、接合部の空隙に規定された粒状構造を有する磁気導通ペーストを設けることが有利である。磁気導通ペーストを製造するために、平均粒径がたとえば100μ以下の金属粉を、チキソトロピール性を有するキャリア媒体と混合することができる。

図10は、ハウジングのない巻回アンテナ300の概略図およびその断面図を示す。 誘導性部品を実現するために、たとえば0.3から1.0mmまたは0.1から0.15mmの壁厚を有する薄壁の弾性プラスチック管を、エンドプラグ310で閉じる。そして、磁気導通媒体、すなわち磁気ペーストを磁気コア要素100の球形または円筒形凹部110に塗布し、プラスチック管に磁気コア要素を詰込む。次のステップにおいて、プラスチック管に圧力ばねを挿入し、エンドプラグを用いて閉じる。プラスチック管に、好ましくは連続的な動作で巻線を巻回し、前進するようにおよび回転速度に適合された管は前進方向に沿って巻回され、巻線端が固定される。本実施形態では、巻線自体が接続ピンとして用いられる。巻線はさらに、プラグ型コネクタ要素340の好適な凹部に係合してその中に固定されるビード320を規定する。好ましくは、プラグは装着され、巻線は半田付けまたは溶接を用いずに接続される。その後、ばねにより大きいまたはより小さい程度に張力をかけることによってインダクタンスを調整し、磁気コア要素はゆえに、適用された巻線に対して移動する。次に、固定材料で予め充填された保護管、固定管のそれぞれが誘導性部品を覆うようにかけられる。このように完了した誘導性部品は次に、硬化処理および最終検査を受ける。代替的にまたは付加的に、誘導性部品は製造処理時に中間検査を受けてもよい。

代替的に、誘導性部品を実現するため、電気的に絶縁された磁気コア要素を螺旋ばねに差込むこともできる。必要であれば、磁気ペーストは磁気コア要素100の球形または円筒形凹部110に塗布される。そして、ばねが巻線および張力要素として同時に作用する。次に、巻線ばねに張力をかける。ゆえに、インダクタンスが上述のように調整される。調整するとモジュールが固定され、ばねの端が一定の長さに切断される。本実施形態では、巻線自体が接続ピンとして用いられ、この端に設けられるプラグハウジングに圧入される。

次に、固定材料で予め充填された保護管、固定管のそれぞれが誘導性部品を覆うようにかけられ、プラグハウジングに永久接続される。上述のように、これに続いて硬化処理および最終検査が行われる。

ゆえに、本発明によると、たとえば30cm以上の長さおよび最小限の内部磁気シアを有する、長い複数部材ロッドコア組合せの構築が可能である。カップ/球の端輪郭を実現することによって、先行技術に係る平坦な端部の面と比較して、球面、円筒面のそれぞれにより大きい表面積が与えられる。若干さらに大きい表面積によって、平坦な端部を有する構築と比較して、磁気漏れが減少した、空隙がほとんどない構築が可能になる。さらに、球形または円筒形凹部と、球形または円筒形接続突起部、接続球または円筒形接続片のそれぞれとを、接着接合を用いずにより安定した態様で接続することができる。ゆえに、この種類の球形または円筒形の磁気コア端によって、長いロッドコアコイル、アンテナのそれぞれの大きく変化する配置を生成することができる。本発明によってさらに、エネルギ蓄積用の長い大型チョークの実現も可能になる。さらに、短い磁気コア要素自体には、外部から加えられる圧負荷の場合、それらのより小さい寸法のために壊れにくくなるという利点がある。

ゆえに、受信範囲が広い柔軟に調節可能なアンテナの構築、および小さいコア断面を有する長いロッドコアコイルの構築の両方ために、磁気コアモジュールを用いて誘導性部品を提供することができる。

可能性のある用途は、たとえば電気自動車を含む。充電ステーションにおいて地中に組込まれた一次コイルおよび車に収容された二次コイルが互いに通信し、充電可能な好適な電気自動車のみが充電ステーションに駐車されること、または効率的な無線充電を可能にすることを確実にする。本発明に係るアンテナはさらに、充電ステーションにおける相互位置検出に関してより高い感度を保証する。