磁芯元件、磁芯模块和使用磁芯模块的感应式结构元件

摘要

本发明涉及一种棒形的磁芯元件(100)，其包括带有球形的或圆柱形的凹槽或者带有球形的或圆柱形的连接凸起(120)的第一端部以及带有球形的或圆柱形的凹槽(110)或者带有球形的或圆柱形的连接凸起(120)的第二端部(103)，由此能够可变地调整至少两个磁芯元件的一种弯折的连接。带有这种球形的或圆柱形的磁芯端部的磁芯元件能够通过与带有经倒角的平坦的端部区段表面的铁氧体棒相比更大的端部表面实现一种带有很小的漏磁的几乎无间隙的结构。球形的表面的放大的端部表面能够有利地实现各磁芯元件在没有粘接的情况下的一种更为稳定的连接。本发明还涉及一种磁芯模块和一种带有所述的磁芯模块的感应式结构元件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁芯元件、一种磁芯模块以及一种使用磁芯模块 的、用于构建有效范围得到改善的天线，尤其是针对用于关闭和解锁 机动车以及用于位置识别的天线的感应式结构元件。

背景技术

由汽车工业已知无线的电子关闭和解锁系统。在此，磁性天线例 如使用在机动车车门的把手中、机动车的门框、车身侧板或保险杠中， 用以发出或接收电磁信号，以便能够实现一种无线通信，例如以便与 钥匙的发射/接收装置通信。为了在弯曲构造的门把手中安置发射/接收 天线，磁芯被构造成细长地成型的棒状芯，其由多个由软磁的金属合 金制成的带状的层形成，其中，层垛具有限制到很小的弯曲公差。因 此在这种天线中，在过于剧烈的变形时可能会出现芯的张力以及因此 出现磁性特性的改变，这是因为在层平面内出现了在材料中的大的拉 力和压力。此外，在这种所谓的带状芯中，基础材料明显要比铁氧体 芯更贵，并且与铁氧体相比，更为廉价的、以铁为基础的非晶体的磁 芯的磁损耗在频率超过100kHz时明显要更大。此外，传统的用于制造 这种使用带状芯的天线的方法还具有如下缺点，即，带的叠层较为耗 费。

由带有弯曲的或很长的形状的铁氧体棒制成的芯的天线基于制造 方法而不能够简单地实现或甚至不能够实现。弯曲的铁氧体芯棒的示 例在DE 101 28 406 B4和DE 10 2007 007 117 A1中示出。为了制造铁 氧体芯，预烧结的磁粉与专门的塑料压铸颗粒混合且被注入期望的模 具中。

在制造弯曲的或长的天线时，可能由于在铁氧体芯棒本身中的机 械张力或由于从外部的作用而出现芯断裂以及因此造成磁性特性变 糟。此外，带有较小的芯横截面的特别长的棒状芯的制造经受限制性 的技术规程，随后，棒状芯的长度必须与横截面或与横截面形状处于 特定的比例。为此的原因在于磁粉的必需的均匀的压缩、挤压装置的 技术上可行的冲程、在运输给烧结装置时的机械稳定性、在烧结时的 未被排除的张力以及制好的磁性陶瓷的机械稳定性。因此很难制造长 度例如至30cm或以上的长的棒状芯，这个长度对例如带有约125kHz 的频率的LF天线的明显更大的有效范围来说是必需的。

为了形成弯曲的或长的铁氧体芯棒，也可以将多个带有笔直的或 经倒角的平坦的端部区段的磁芯元件连接成一种弯曲的或笔直的形 状。但这种实施方案具有如下缺点，即，一方面彼此粘接的棒状芯的 粘接部位可能会松开或另一方面，磁芯在极为良好的粘接强度下自身 在很小的弯曲负载时不明显地断裂。与一体式构造的天线磁芯相比， 产生的气隙改变或降低的天线的效率。这种铁氧体棒状芯天线在磁性 上和温度上也都较为不稳定以及由于改变的气隙而具有在漏磁场中的 很大的波动。

发明内容

在这个背景下，本发明所要解决的技术问题是提供一种磁芯元件， 其适用于成本低廉地制造易弯曲的或很长的、磁漏很少的棒状芯天线。 此外，本发明所要解决的技术问题还在于提供一种磁芯模块以及一种 使用该磁芯模块的感应式结构元件，用以构建能灵活地调整的、带有 大的有效范围的天线以及构建带有小的磁芯横截面的长的棒状芯线 圈。

这些技术问题根据本发明通过权利要求1、10和17的主题解决。

因此，本发明涉及一种棒形的磁芯元件，其带有第一端部和第二 端部，第一端部带有球形的或圆柱形的凹槽或者球形的或圆柱形的连 接凸起，第二端部带有球形的或圆柱形的凹槽或者球形的或圆柱形的 连接凸起，由此能够可变地调整至少两个磁芯元件的一种弯折的连接。

借助这种磁芯元件能够构建带有最小的内部磁致剪切应力 (magnetische Scherung)的长形的多件式棒状芯组合。在此，球形的 凹槽例如是球形窝部以及球形的连接凸起例如是球形头部，用以构造 出球/窝式端部轮廓。

磁芯元件优选可以在第一和第二端部上具有各一个球形的或圆柱 形的凹槽或具有各一个球形的或圆柱形的连接凸起。分别在第一和第 二端部上具有球形的凹槽的磁芯元件中的至少两个的一种能可变地调 整的、弯折的连接通过一个由合适的材料，例如铁氧体制造的、带有 与凹槽对应的半径的、布置在两个这样构造的棒形的磁芯元件之间的 球实现。在第一和第二端部上具有各一个球形的连接凸起的磁芯元件 借助由合适的磁性的材料，例如铁氧体制造的、带有适宜用来容纳棒 形的磁芯元件的球冠的凹槽的双凹连接件相互连接。分别在第一和第 二端部上具有圆柱形的凹槽的磁芯元件中的至少两个的一种能可变地 调整的、弯折的连接通过一种圆柱形的连接件实现。

每一种变型方案都使构建带有小的漏磁的几乎无气隙的多件式磁 芯模块成为可能，其中，两个磁芯元件的连接面与带有平坦的端部区 段表面的铁氧体棒相比具有略大的面积。球形的或圆柱形的表面的相 对于平坦的端部区段表面的更大的面积能够有利地实现在用多个磁芯 元件制造磁芯模块时的一种自导式定心和更为稳定的粘接，或者实现 多个磁芯元件相互之间的一种借助彼此间的轴向张力，例如借助弹簧 元件的没有粘接的连接。因此，本发明使得借助前述的球形的或圆柱 形的端部轮廓来构建长的、能灵活地调整的棒状芯和棒状芯线圈成为 可能。

在一种优选的实施形式中，磁芯元件具有圆柱形的、矩形的、正 方形的或椭圆形的横截面。有利的是，磁芯元件的球形的端部轮廓能 够应用到这些横截面形状的每一种上。此外，可以根据棒状芯线圈的 应用领域和/或结构情况的不同，例如在机动车中选择相应的横截面。

在本发明的一种优选的实施形式中，在磁芯元件的直径与球形的 或圆柱形的凹槽以及球形的或圆柱形的连接凸起的相应的直径之间的 差限定出凸肩，其中，这个差是磁芯直径的5％至10％。以这种方式一 方面能够实现用于连接两个相互连接的磁芯元件的充足的角区域，另 一方面则确保磁芯在联接面的区域中的高的机械稳定性。

在本发明的另一方面中，这个凸肩倒角地构造出。

在本发明的另一构造方案中，磁芯元件由铁氧体陶瓷或磁粉形成。 铁氧体陶瓷例如包括锰锌铁氧体或镍锌铁氧体。在镍锌铁氧体中产生 其他的优点，即，这种材料是电绝缘的，而例如在锰锌铁氧体中，磁 芯在直接用非绝缘的导体卷绕时可以被涂覆电绝缘层。

本发明的另一实施形式涉及一种磁芯模块，其由多个像前面所描 述的那样的磁芯元件组成。在此，可以提供多个磁芯元件中的至少两 个磁芯元件的一种能可变地调整的、弯折的、带有角(α)的连接。角 (α)的一个优选的范围在0°到15°。基于相互连接的磁芯元件的彼此 适配地构造的端部形状能够构建出带有最小化的内部磁致剪切应力 的、长的多件式棒状芯组合。甚至在以例如弧形的方式布置相连接的 磁芯元件时也产生一种几乎无间隙的结构，由此减少漏磁场。以这种 方式可以提供一种棒状芯天线，该棒状芯天线就其形状而言能良好地 与车辆部件相适配以及具有长的使用寿命，这是因为它基于改良的灵 活的调整而对在装配或使用时的变形更为不敏感。

在另一实施形式中，本发明涉及一种带有前面描述的磁芯模块的 感应式结构元件，用以形成棒状芯天线。感应式结构元件优选在没有 绕组架的情况下构造成，从而绕组直接安装在磁芯模块上。为此，磁 芯必须被良好地绝缘或磁芯本身由锌镍陶瓷形成。

在本发明的其他的方面中，多个磁芯元件通过张紧弹簧系统相互 连接。在这种情况下，球通过弹簧被预紧至窝部中以及这样相互连接 的磁芯元件通过摩擦锁合(Reibschluss)保持在位置中，然而其中，这 个位置在应用力时可以改变。因为无需粘接磁芯，所以防止了气隙的 产生以及减少了漏磁场的形成。

在本发明的另一方面中，在连接多个磁芯元件中的至少两个磁芯 元件时，在第二端部上的球形的或圆柱形的凹槽与球形的或圆柱形的 连接凸起或连接球或连接件之间置入一种导磁的介质，从而避免在连 接各磁芯元件时产生的气隙。

附图说明

本发明的其他有利的实施形式在所附的权利要求书中说明。在接 下来的说明书中参考附图更为详细地描述其他的实施例。附图中：

图1示出第一种实施形式的示意性立体视图，其示出了本发明的 磁芯元件；

图2示出根据本发明的至少两个磁芯元件的一种能可变地调整的 弯折的连接的示意性的横截面视图；

图3示出至少两个彼此连接的磁芯元件的示意性的横截面视图， 这两个磁芯元件布置成彼此成一个角(α)；

图4示出至少两个彼此相连的磁芯元件的示意性的横截面视图， 其中，一个磁芯元件具有经倒角的凸肩；

图5示出本发明的第二种实施形式的示意性的视图；

图6示出本发明的第二种实施形式的磁芯元件的示意性的视图；

图7示出本发明的第三种实施形式的示意性的视图；

图8示出至少两个通过张紧弹簧系统相互连接的磁芯元件的示意 性的横截面视图；

图9示出磁芯模块的示意性的视图，该磁芯模块由多个图1的磁 芯元件组成；以及

图10示出经卷绕的没有壳体的天线的示意性的视图和该天线的 剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一种实施形式的磁芯元件100。磁芯元件 是棒形的并且限定纵向101以及包括带有球形凹槽110的第一端部102 和带有球形连接凸起120的第二端部103，该第二端部适合用来建立起 至少两个磁芯元件100的能可变地调整的、弯折的连接。磁芯元件100 的芯直径典型地为1mm至10mm以及优选具有10至60mm的长度。 但应当注意的是视应用情况而定地选择磁芯元件的大小。

在本发明的一种实施形式中，球形的凹槽110具有球形窝部，并 且球形的连接凸起120具有球形头部，用以形成球/窝式端部轮廓。连 接凸起的球表面相对于由现有技术公知的经倒角的、平坦的端部区段 表面具有更大的面积，这个更大的面积在至少两个磁芯元件100的能 可变地调整的、弯折的连接中被证实是有利的。一方面在连接时，至 少两个磁芯元件100或多个磁芯元件100例如能够更为稳定地粘接， 由此例如可以减少在各两个磁芯元件100之间的粘接部位上的断裂的 频率。这一点尤为有利，因为根据使用目的的不同以及结构要求的不 同，多个磁芯元件100可以为了使用在天线内而拼接。至少两个磁芯 元件100或多个磁芯元件100的弯折的连接可以例如装配在机动车车 门的把手内、机动车的门框、车身侧板或保险杠中。另一方面，球/窝 式端部轮廓的构造优选确保至少两个磁芯元件100的无粘接的连接， 其中，磁芯元件的无粘接的连接在之后被更为详细地描述。

除了由多个元件拼接而成的用于使用在天线中的棒状芯的端部形 状的稳定化的方式外，还应当注意的是，基于球/窝式端部轮廓，在拼 接至少两个或两个以上的磁芯元件100的情况下可以实现不同的天线 端部形状。这就是说，磁芯元件100可以拼接成笔直的或弯曲的棒状 芯或拼接成笔直的或弯曲的棒状芯的组合。因为球/窝式端部轮廓围绕 纵轴线旋转对称，所以在连接至少两个磁芯元件100时不存在对双方 的位置的限制。因此，由多个磁芯元件100拼接而成的棒状芯可以呈 现不同的空间形状。

球形的磁芯端部的另一优点在于，根据棒状芯线圈的应用领域的 不同和/或应用对象，例如机动车的结构情况的不同，带有不同长度的 磁芯元件能够相互组合。

磁芯元件100优选具有圆柱形的、矩形的、正方形的或椭圆形的 横截面。有利的是，磁芯元件100的球形的端部形状能够应用到这些 横截面形状的每一种上。尤其是那些由铁氧体材料制成的棒状磁芯元 件有利地具有圆形的横截面，这是因为由此与其他的棒形状相比会最 小化棒状芯中的由制造引起的张力。

图2示出了本发明的另一优选方面的示意性的横截面视图。如图 所示，在磁芯元件的直径与连接凸起的直径之间的差限定出凸肩104。 在磁芯元件的直径与凹槽及连接凸起的各自的直径之间的差例如是芯 直径的5％至10％。通过构造出大小被预先确定的凸肩104，可以在带 有凹槽的棒状芯端部的区域中在边缘上保留足够的材料厚度，以便达 到很高的机械强度。

如同样在图2中所示那样，凹槽的深度(T)被构造得大于连接凸 起的高度(H)。因此，在将带有第一磁芯元件100的连接凸起120的 第二端部103引入到带有第二磁芯元件100的凹槽110的第一端部102 内时，至少两个经拼接的磁芯元件具有一个环状间隙。芯直径与连接 凸起的高度之比为0.2至0.5。芯直径与连接凸起的高度之比例如为0.3。 此外，在第一端部102与凹槽110之间限定与凸肩104互补的边缘105。 根据在凹槽的深度与凸起的高度之间的这种差距产生两个相互连接的 棒状芯元件的最大倾斜，而不会取消连接凸起在凹槽内的全面的贴靠。

可以使用不同的材料，例如铁氧体陶瓷、金属粉末或金属合金作 为用于芯的磁性材料。在铁氧体陶瓷的情况下可以使用锰锌铁氧体、 镍锌铁氧体或类似物。镍锌铁氧体具有如下优点，即，合金是电绝缘 的，而例如在锰锌铁氧体中则在表面上是导电的以及在直接卷绕的情 况下可以在芯上附加地设置电绝缘的涂层。上述材料尤其适合用作用 于过滤线圈、储存器扼流圈和棒形天线的棒状芯，并且尤其是根据材 料选择的不同在锰锌铁氧体的情况下能使用于10kHz至1000kHz之间 的频率中以及在镍锌铁氧体的情况下能使用于0.1MHz至10MHz之间 的频率中。

图3示出了本发明的另一特征的示意性的横截面视图。至少两个 磁芯元件100的在图3中放大示出的、弯折的连接例如具有最大为5° 的角(α)。用于至少两个磁芯元件100的弯折的连接的区域优选具有 0°至15°的角(α)。

图4示出了本发明的另一优选方面的示意性的横截面视图。在这 种情况下，凸肩104倒角地构造，以便确保关于至少两个或两个以上 的磁芯元件100的能可变地调整的、弯折的连接的更大的灵活性。在 另一构造方案中，第一端部102和第二端部103的角区段可以倒圆地 构造。

图5示出了本发明的第二种实施形式。在这种情况下，磁芯元件 100优选在第一端部和第二端部102、103上具有各一个球形的凹槽 110。在第一和第二端部102、103上分别具有球形的凹槽110的磁芯 元件100中的至少两个的一种能可变地调整的、弯折的连接通过连接 球121实现。由此能够实现比在球/窝式端部轮廓的情况下更大的安装 角。此外，连接球或磁球121的使用使得将多个芯拼接成一个节点成 为可能。因此，三个或四个磁芯元件100例如可以通过一个磁球121 相互连接。

图6示出了本发明的第二种实施形式的磁芯元件100的示意性的 视图，该磁芯元件在其第一和第二端部102、103上分别具有球形的凹 槽110。此外，磁芯元件100可以在第一和第二端部102、103上具有 各一个球形的连接凸起120。分别具有球形的连接凸起120的磁芯元件 100中的至少两个的一种能可变地调整的、弯折的连接能够借助一种双 凹连接件(未示出)实现。

图7示出了本发明的第三种实施形式。在这种情况下，磁芯元件 100具有带有矩形横截面的棒形状，优选在第一端部102上具有圆柱形 的凹槽110以及在第二端部103上具有圆柱形的连接凸起122。该实施 形式的特征在于在同样大的磁性横截面下的极为平坦的结构。

此外，在第一和第二端部102、103上的矩形横截面可以具有各一 个圆柱形的凹槽110。在第一和第二端部102、103上分别具有圆柱形 的凹槽110的磁芯元件100中的至少两个的一种能可变地调整的、弯 折的连接通过圆柱形的连接件实现。

图8示出了至少两个磁芯元件100借助张紧弹簧系统的连接。在 该情况下，每一个磁芯元件100具有优选用塑料制成的保持元件130、 131，以便在使用橡皮圈132、133的情况下将球形的磁芯端部110、120 相互连接。因此，可以借助张紧弹簧系统，在没有粘接的情况下实现 定心和接触，由此，根据结构要求的不同提供带有足够的挠曲的能极 其灵活地调整的天线或棒状芯。可靠性，出于可靠性的原因，在任何 情况下都是费事的。

在本发明的其他的方面中，多个磁芯元件通过粘接相互连接。这 种连接方式能应用在运行时不需要机械灵活性的情况下。通过球形的 磁芯端部110、120，磁芯模块的磁芯元件可以像例如之前所描述的那 样根据机动车车门把手的结构情况以自动取向的方式置入这个机动车 车门把手中并且相互粘接，由此使经粘接的芯在粘接部位上不能断裂 或不能松脱，这是因为机械的张力绝大部分被阻止。

图9示出了各个相互连接的磁芯元件100。图9因此示出了本发 明的磁芯模块200的示意性的视图，磁芯模块由多个磁芯元件100组 成。感应式结构元件可以具有用于构造棒状芯天线的磁芯模块200。此 外，感应式结构元件以如下方式构造，即，使得磁芯可以直接用作用 于线圈绕组的缠绕体。因此可以例如取消单独的绕组架或线圈体。

通过磁芯元件100的模块化构造也可以实现将不同的磁芯材料， 例如金属粉末、烧结陶瓷和金属合金组合成一个构件。

有利地，在多个磁芯元件中的至少两个磁芯元件连接时，在球形 的或圆柱形的凹槽与球形的或圆柱形的连接凸起或连接球或圆柱形的 连接件之间置入一种导磁的介质。该导磁的介质可以包括软膏。在连 接或拼接由磁粉制成的磁芯元件时，基于烧结收缩公差而在拼接面中 出现微小气隙。但在两个磁芯元件的连接面中的气隙造成棒状芯模块 的磁性特性变糟。出于这个原因有利的是，在拼接气隙中设置一种带 有限定的颗粒结构的导磁的软膏，以便在很大程度上避免这种效应， 为了制造导磁的软膏，可以将平均颗粒大小例如为100μ或更小的磁粉 与带有触变特性的载体介质混合。

图10示出了没有壳体的经卷绕的天线300的示意性的视图和该天 线的剖视图。

为了构造感应式结构元件，一种薄壁的、弹性的、具有例如0.3 至1.0mm或0.1至0.15mm壁厚的塑料管被用一种端部塞310封闭。 随后将导磁的介质，也就是说磁软膏施加到磁芯元件100的球形的或 圆柱形的凹槽110上，并且塑料管配备有磁芯元件。接下来将压力弹 簧引入到塑料管中以及在使用端部塞的情况下将塑料管封闭。塑料管 优选在连续式方法中用绕组线卷绕，其中，管与进给和转速协调一致 地沿进给方向被卷绕并且线端部被固定。在这种实施形式中，线本身 用作接触销。线此外还形成压筋(Sicke)320，该压筋嵌入插入式连接 元件340内的合适的凹槽中以固定在其内。插头的安装以及线的连接 优选在没有钎焊或熔焊的情况下进行。随后以如下方式来校准感应率， 即，使弹簧或多或少地张紧以及磁芯元件在此相对于所施加的绕组移 动。接下来在感应式结构元件上方将用固定材料预填充的保护或紧固 管套在其上。这样制备好的感应式结构元件随后经受硬化过程和最终 测试。作为对此的替选或附加方案，感应式结构元件可以在制造过程 期间经受中间测试。

作为替选也可能的是，为了构造感应式结构元件而将磁芯元件电 绝缘地插入到一个螺旋弹簧中，其中，在需要时将磁软膏施加到磁芯 元件100的球形的或圆柱形的凹槽110中。弹簧然后同时用作绕组及 张紧元件。随后如前面描述的那样实现绕组弹簧的张紧以及因此实现 感应率的校准。在完成校准之后，模块被固定并且弹簧端部被剪切。 在这个实施形式中，线本身用作接触销并且压入到所设置的插头壳体 中。

接下来在感应式结构元件上方将用固定材料预填充的保护或紧固 管套在其上并且将保护或紧固管与插头壳体固定地连接。如前所述， 随后进行硬化过程和最终测试。

因此，根据本发明能够实现长度例如为3cm或以上的并且带有最 小的内部磁致剪切应力的长形的多件式棒状芯组合的构建。通过构造 球/窝式端部轮廓，球形的或圆柱形的表面相对于来自现有技术的平坦 的端部区段表面具有更大的面积。通过略大的面积可以实现一种与带 有平坦的端部区段的结构相比带有更小的漏磁的几乎无间隙的结构。 此外还可以将球形的或圆柱形的凹槽和球形的或圆柱形的连接凸起或 连接球或圆柱形的连接件在没有粘接的情况下更为稳定地相互连接。 以此方式能够借助这种球形的或圆柱形的磁芯端部建立长形的棒状芯 线圈或天线的极其多样化的布置。当然也可以考虑用本发明来构造长 的以及大的用于蓄能的扼流圈。此外，短的磁芯元件本身具有如下优 点，即，它们在外部施加的压力负载的情况下基于它们的小尺寸而几 乎不会断裂。

因此可以提供一种既用于构建带有大的有效范围的、能灵活地调 整的天线又用于构建带有小的磁芯横截面的长的棒状芯线圈的使用磁 芯模块的感应式结构元件。

一种可行的应用例如包括电动汽车，其中，集成在底部中的初级 线圈与充电站通信，并且安置在汽车中的次级线圈彼此通信，以便确 保仅合适的能充电的电动汽车停放在充电站处或以便有效地执行无线 充电。此外，根据本发明的天线还确保了针对在充电站中的相互的位 置识别的较高的敏感性。