柔性加长型感应器及加长型柔性低频天线的制作方法

本发明属于汽车行业的特殊应用中的无钥匙开门或进入系统的领域中，其中这些系统还应用在控制用于启动引擎的电子防盗器。这种“无钥匙”系统(kes或者无钥匙进入系统，或者还被称为pke：被动无钥匙进入)是基于远程控制装置或发射无线信号的装置的使用，以及基于车辆自身的3个或更多的天线的设置，这种设置的功能是在围绕车辆的大约1.5m或更大的周界内检测由用户携带的上述远程控制装置的存在(俘获上述无线信号)。基于所述检测，门被打开或锁上，并且其它可能的功能还能够包括发动机开/关、后视镜的舒适调节、机动化座椅、打开车内照明灯的选择。

本发明提供一种具有单个天线的无钥匙进入系统。

为此目的，本发明提出使用柔性加长型感应器，其包括由两个或更多个刚性的铁磁芯或元件形成的(磁)芯(core，芯部)，它们的端部以铰接的方式彼此连接，形成能够弯曲且同时不损害对感应器的完整性的长方形组件(oblongassembly)，并具有由围绕所述复合磁芯的导电元件所构成的线圈。

通过提供多个电子元件和最终的连接元件，很容易从上述柔性感应器得到加长的柔性低频天线，这些连接元件用于以内部或外部方式连接到电容器以配置谐振室(resonanttank)。

背景技术：

工程师和技术人员多年来在寻求一种具有单天线的无钥匙打开系统。多种系统在理论上被描述，但所有这些系统都缺乏提供克服易碎的铁氧体磁芯问题的天线的实际可能性。

用于汽车产业的无钥匙进入系统通常以低频工作，举例来说，如marquardt的专利文献ep1723615b1和wo2013135381a1所描述的20khz、或者conti的专利文献wo2011120501a1或us9184506b2所述的125khz和134khz。

为了覆盖车辆的最小读数距离(捕捉远程控制装置的无线信号)，现有的系统通常使用设置在门把手和行李箱(trunk)中的短铁氧体天线。这些天线通常使用由软铁氧体磁性材料，znmn构成的芯。由于铁氧体为脆而易碎的材料，因此天线的最大长度被限制于铁氧体能够抵抗最小扭矩或变形的长度。这就将铁氧体芯的实际长度限制为一般小于180mm且通常从80到120mm。这些极为易碎的芯接纳由二次成型的或由塑性的壳体保护的线圈，并且由所得的导线线圈制成的天线通常被埋入树脂中，或者借助低压或通过高压聚合物二次成型。

所有这些塑性涂料和层被用于在外力、扭矩、打击和弯曲的情况中保护易碎铁氧体芯。

premo的专利申请pct/ib2015/001238描述了柔性磁芯及其生产的过程，其基于由高导磁率软磁性合金构成的微导线和在围绕所述微导线的聚合物基体中分散的聚合物纳米粒子。

对于连续的铁氧体芯，天线的长度被限制，并且现有技术的系统描述了每一车辆设置3至5根天线以便覆盖绕整个车辆的最小读数距离。

同时，车辆中使用的现有天线通常具有小于180mm的长度，将其替换为单天线需要具有300mm到500mm之间的长度，以便生成具有足够强度的磁场来覆盖由现有短天线所产生的磁场。但是，如此长的天线不能使用单固体铁氧体芯，因为在所述情况中它可能容易在很小的弯曲力作用下破损，即便其被涂覆、借助壳体成型或二次成型或者被硬塑性壳体围绕也是如此。

解决上述技术问题的一种可能性将是“无钥匙”系统，该系统使用加长的、完全柔性的低频lf天线，如premo的专利申请pct/ib2015/001238中提供的天线。

这种创新将允许实施“kes”系统，该系统借助单个天线提供与现有技术的具有3、4或5根天线的系统所提供的性能相同或更高的性能。这种创新导致了具有很多技术优点和经济优点的“kes”系统：

·导线和连接器分别减少1/3、1/5或1/4。

·oem组装时间分别降低1/3、1/5或1/4。

·总能量消耗和实际电池损耗(尤其在电动车中为很重要的参数)成比例降低。

·较长的天线需要较小的电流来生成相同或更强的磁场，从而降低必需的能量并允许减小天线线圈中的导线的横截面。

通过以上所述方面来实现车辆中所必需的电力输出的减少；mosfet晶体管，允许减少放大器的数量并且功率级特性减少1/3、1/4或1/5，并且还允许简化所需的最终模拟功率元件，这些元件可以更为简单和廉价，这是因为相较于现有技术的系统而言，使用较小的电流生成了相同的磁场。总体而言，通过减少通道(可从5、4或3减少到1)以及通过重要的降低剩余的通道的功率的，简化了电子控制装置(ecu)中的阅读器的前端或模拟接口。

车辆的可靠性与其所包含的部件的数量成比例，所以仅ecu中的通道和天线的数量的减少即提供了固有可靠性，使介于系统故障或mtbf之间的平均时间增长。

同样，通过使用单个天线，使其安全元件被简化。

包括铁氧体芯的加长型感应器已被广泛用于调频广播系统。专利申请wo2009123432a2描述了一种方案，其由线圈内的圆柱形杆状的多个芯组成。qualcom在专利申请us2013249303a1中提出了一种无线充电系统中较新的应用，其公开了多个对齐的铁磁元件。

sumida的专利申请us20150295315a1描述了刚性的固体铁氧体芯，这些芯以特定形状被引入线圈成型机中，用以设置电容器和波导管。

所述的premo的专利申请pct/ib2015/001238描述了除铁氧体之外的多种材料，如纳米晶体片材，但是这些材料尚未在实践中使用，因为所述材料具有很明显的缺陷：磁致伸缩，其为软磁材料的性质，在压力或变形的情况下导致透磁率(magneticpermeability)的大的变化。因此，尽管这些片材(虽然很昂贵)可在理论上用于长型天线中，在实践中尽管这些天线没有破损，但如此大幅改变片材的透磁率使得其形成的串联的调谐室或并联的电容器的典型的谐振频率对于一可靠系统而言缺乏所需的最小选择性。另一方面，片材的变形仅可能发生在垂直于宽侧的轴线中，而在另两个正交轴线上，芯是不可变形的。

premo的专利申请pct/ib2015/001238提供了一种加长型天线，其在三维空间中沿着x轴和正交的y轴均能弯曲。

在sumida的专利申请us2015123761a1中描述了另一种方案，其基于由彼此联接的多个圆柱形铁氧体芯(见图2)构成的复合芯，在该复合芯的头端和尾端具有球形的凹端部或凸端部，并且还公开了以叠放型构造彼此联接的芯(见其图3)。

在专利文献us2015123761a1中已公开了通过加入彼此联接的纵向较小元件构成的加长型的芯结构。

其它公开了复合型感应器的文献包括：专利文献us6417665b1，其描述了一种具有由彼此联接的多个芯构成的柔性磁芯的长型磁强计；以及专利文献ep0848577a2，其描述了一种通过端部联接的多个铁氧体杆构成的长型柔性磁芯的结构。而且，在磁芯的端部处借助球形或柱形接触表面之间的物理间隙或物理分离(间隔)联接是磁性旋转机械的惯用做法，因为其对于假定的固定且最小的间隔以及自由移动是必需的。例如，参见brucedepalma所著的“thegenerationofaunidirectionalforce”中于1974年公布的内容(http://depalma.pair.com/generationofunidirectionalforce.html)。

在硬磁性材料中，这也是用于移动磁性部件以使用球形的间隙(间隔)与用于改进的支承的铁磁流体结合的惯用做法。

专利文献us7138896描述了由多个独立元件制成的铁氧体芯，这些元件借助用于扁平电缆中的emi(电磁干扰)屏蔽的圆柱形间隔以头-尾-头的方式彼此联接，上述扁平电缆起到以电磁辐射形式辐射能量的天线的作用。

本发明避免了在采用多个彼此联接的磁芯的感应器的物理实施中存在的问题，并且避免在感应器应用于构造kes系统的lf天线时(由于伴随性的竖直或水平间隔造成的)对其性能的影响的问题，特别地：

-这些离散的(discrete，分离的)圆柱形元件或者球形芯元件在其接触的铰接端处不具有粘性附接，并且当在方向x上发生加长时，无法想象由芯元件之间的空气或非铁磁材料的距离界定的间隔不会变得更大。因此，当在方向x上发生加长时，元件之间的距离增大，所以磁通量的损失增大，导致由于低透磁率而产生的磁阻的增大，引发谐振频率的偏差和天线故障。

-芯的这些呈圆柱形或具有矩形横截面的离散元件可能相对于彼此滑动，而在这些离散元件之间并无保持元件，从而导致在水平方向上分离，造成彼此联接的磁芯不对齐(misalignment)，使得总磁阻以与元件的数量成比例的方式增大。这种水平方向的分离或间隙使得能供磁场线横穿的固定截面积减小，从而导致有效透磁率降低。另一方面，在该间隔中损失的漏磁通量并不被低磁阻的磁路重新导向，使线圈中的感应能力损失。

这两种影响，即三维空间的y轴方向上的不对齐及x轴方向上的间隔变大，决定了上述复合感应器的低效性能。

本发明提出了解决上述问题的方案，并允许构造长度大于300mm的柔性天线。

技术实现要素：

本发明提供一种柔性加长型感应器，其包括线圈，该线圈由绕通过两个或更多个刚性的磁性元件或磁芯形成的芯设置的导电元件(金属导线或导电箔)制成，所述磁芯由铁磁材料制成并且在其端部处以铰接的方式彼此连接，形成例如像专利文献us7138896中所述的长方形组件，其中每个磁芯包括：

-头端a，相对于头部的横轴设有圆形凸曲面；

-尾端b，相对于与头部的横轴平行的尾部的横轴设有圆形凹曲构造，

并且所述圆形凹曲构造为与所述圆形凸曲构造互补，

这些磁芯被联接为使得磁芯的头端a通过接触表面联接到相邻的磁芯的尾端b，形成铰接式附接，且彼此联接的两个磁芯的头部和尾部的所述横轴在联接区域中重合，提供具有可变及可调节的角度的接合部(joint，关节部)，类似于扁平链(flatchain)的链接。

根据本发明提出的方案，所述两个或更多个刚性的磁芯的组件被柔性聚合物壳体围绕，该柔性聚合物壳体包括多个磁荷，这些磁荷共同作用以防止在所述磁芯之间的联接区域或间隙(间隔)中磁通量分散，所述柔性聚合物壳体在所述聚合物壳体的聚合物基体内部包括单独存在的或者以其任何组合方式存在的软铁磁材料的微纤维、微粒和/或纳米粒子。

本发明描述了一种用于汽车的无钥匙打开系统，该系统基于单个加长型的柔性或半柔性的lf天线(主要从20khz到300khz)。

在一个实施例中，软铁磁材料的微纤维、微粒和/或纳米粒子占聚合物壳体的总重量的大约至少50％。

而且，所述铰接附接包括至少一个横向保持构造，该横向保持构造由分别限定在所述头端a和尾端b中的彼此互补的突出部和凹入部形成，并且由上述磁芯的所述铁磁材料形成，防止所述保持构造在彼此联接的磁芯的横向方向上不对齐。

根据本发明的优选实施例，以铰接方式连接的每个磁芯具有矩形横截面，且更特别地为矩形棱柱状构造，所述保持突出部和凹入部被限定在磁芯的两端a、b各自的相对的且较小的矩形面上。

借助磁芯之间的这种联接设置，柔性加长型感应器具有大于15cm且优选大于30cm的长度以及约60cm的最大长度(对于kes系统的应用而言足够的长度，如前所述，尽管将能够很好地获得更大长度的感应器、很好地进行操作并具有最少的磁通量损失)。

本发明还提出一种加长型柔性天线，其由根据前文的描述而构造的柔性感应器形成，导线线圈或金属导电电缆(或导电箔)围绕该天线延伸。

在以下对实施例的详细说明中描述了本发明的其它特征。

附图说明

基于下文参照随附的附图对一实施例的具体说明，将会更好地理解前述以及其它的优点和特征，这些附图必须以说明性和非限制性的方式来解释，在附图中：

图1a示出根据本发明的磁芯的第一实施例，而图1b示出具有如下不同的设置的第二实施例：保持凹入部或突出部、以及用于与其它感应器链接的对应的接触联接表面的设置，以形成柔性加长型感应器，如上文所述。

图1c示出与图1a的实施例对应的芯之间的联接的细节剖视图。

图2a和图2b示出根据本发明的磁芯的两个实施例，这些实施例除了突出部和凹入部恰好相反之外，等同于图1a和图1b所示的实施例。

图2c示出根据图2b的两个磁芯之间的联接部的剖视图。

图3a和图3b示出具有本发明的特征的磁芯的其它两个可能的实施例。图3c是具有根据图3b的构造的芯之间的联接的剖视图。

图4a和图4b示出根据本发明原理的磁芯的另一实施例，而图4c示出通过图4b所示的截平面截取的元件(剖视图)。

图5a和图5b是根据本发明的磁芯的又一些实施例，图5c示出根据图5b所示截平面截取的所述磁芯的剖视图。

图6a和图6b表示由7个磁芯联接所形成的加长型磁性感应器的示例，组件被柔性聚合物壳体围绕，并包括多个磁荷，这些磁荷共同作用以防止在所述磁芯之间的联接区域或间隙(间隔)中的磁通量分散。从所述图6a和图6b的柔性感应器将会得到加长型柔性天线，导电线或导电片合适地卷绕该天线的本体。

图7示出这种lf天线的可能实施例的立体图。

具体实施方式

如图1a至图5c的不同实施例所示，本发明涉及一种柔性加长型感应器，该感应器是由多个铁磁材料制成且端部以铰接方式彼此连接的刚性磁芯10、11形成，形成现有技术中已知及所称的长方形组件，其中每个磁芯10、11包括：

-头端a，相对于头部横轴设有圆形凸曲面；以及

-尾端b，相对于平行于头部横轴的尾部横轴设有圆形凹曲构造，并且

为与所述圆形凸曲构造互补的所述圆形凹曲构造。

执行磁芯之间的所述铰接连接或联接，使得一磁芯的头端a通过接触表面20a、20b联接到邻近磁芯的尾端b，形成绕上述横轴的铰接式附接，且两个彼此联接的磁芯10、11的头部和尾部的横轴在联接区域(特别地，见附图的剖视图)中重合，提供了具有可变、可调节角度的接合部。

如图6a和图6b中明确示出的，本发明的特征在于，所述刚性磁芯11、12、13、14、15、16(在此实施例中为6个)的组件被柔性聚合物壳体50围绕，该柔性聚合物壳体包括共同作用以防止在彼此联接的所述多个磁芯10、11之间的联接区域或间隙(间隔)中的磁通量分散的磁荷。

如所示，在一优选实施例中，上述柔性聚合物壳体在所述聚合物壳体的聚合物基体内部包括单独存在的或者以其任何组合的方式存在的软铁磁材料的微纤维、微粒和/或纳米粒子。同样，上述软铁磁材料的微纤维、微粒和/或纳米粒子能够占芯的总重量的大约至少50％。这种壳体保证了在磁芯的接合区域或接触表面20a、20b中没有磁通量损失。

上述附图示出多个优选实施例，其中彼此联接或以铰接方式连接的磁芯10、11、12、13、14、15、16均具有矩形横截面，使得它们形成一扁平柔性加长型感应器。

本发明的第二个相关特征在于：磁芯10、11的所述铰接附接部包括至少一个横向保持构造，该横向保持构造由分别限定在所述头端a和尾端b中的彼此互补的突出部30和凹入部40形成，并且由上述磁芯的所述铁磁材料形成，防止所述保持构造在彼此联接的磁芯10、11的横向方向上不对齐。

与磁芯之间的联接的所述设定和设置相关的特征使得允许得到长度大于15cm且优选大于30cm的柔性加长型感应器。

为了使用柔性加长型感应器作为天线(其加长段绕有线圈)，可以考虑到的是，约60cm的最大长度是足够的，尽管本发明的原理绝不能被理解为局限于所述最大值，但被认为对于汽车领域中期望功能性和性能来说是足够的。

所提出的磁芯具有矩形棱柱状构造，所述突出部30和凹入部40被限定在磁芯10、11的两端a和b的各自的相对的、较小的矩形面上。在这些不同实施例中，其差异在于(是否)已配置了所述突出部30和凹入部40以及不同磁芯之间的对应接触表面20a和20b。

特别地，在已示出的方案中，在保持和抗滑功能方面，突出部30和凹入部40凹入采用相对于在其端部a、b处彼此联接的刚性磁芯10、11的组件的中心位置，而在其它示例中，所述突出部30和所述凹入部40采用相对于在其端部a、b处彼此联接的刚性磁芯10、11的组件的侧位置。

在适用于所述的功能性的实施例中，已设想到的是，所述突出部30和所述凹入部40具有这样一范围(span)：其宽度为矩形棱柱状本体的最大宽度的10％，或者其宽度为矩形棱柱状本体的最大宽度的60％。

在图6a和图6b的实施例中，感应器包括彼此联接的7个磁芯，且总延伸度确定为：对于30cm的长度，当握持一端时自由端将最多弯曲2cm。

如所示，借助绕如所述的那些加长型柔性感应器设置的导电金属导线51(或者为导电箔)的合适线圈，将获得柔性lf天线。

图7示出使用所提出的柔性感应器的lf天线的一个可行的实施例，其中能够看到：聚合物壳体50和线圈51，其形成上述柔性感应器；多个盒体，其例如由pbt热塑性聚合物制成；前部52，其集成连接器和终端；以及后部53和封闭垫圈54，通过同样由pbt塑料构成的管55附接的所述盒体52、53提供合适的柔性。