CN104620336A - 具有位置相关导磁率的软磁芯 - Google Patents

Abstract

一种软磁芯，其中，在所述芯的至少两个不同位置上出现的导磁率是不同的。

Description

具有位置相关导磁率的软磁芯

本发明涉及一种由软磁材料构成、例如用于制造电感的芯。

在电子控制设备、例如直流-直流-转换器(DC-DC-转换器)中，经常将具有低导磁率芯材料的储能扼流圈、储能变换器或者滤波扼流圈例如应用为电感储能器。在这种电感构件的芯中，能够根据构造形式出现极其不均匀的场分布。因此，一般而言，芯材料在位置上没有得到最优的调控和/或利用。甚至在对称性相对高的环状芯扼流圈中，情况也显然是这样，并且在内直径外直径之比比较大的情况下导致较不优化的解决方案，这是因为在体积给定的情况下达不到最大可能的电感和/或在电感给定的情况下得不到最小或者花费最少的解决方案。

上面提到的芯调控效应在当今常见的导磁率分布均匀的芯中同样通过部分的饱和效应形成与调控相关的、有效的芯导磁率。随之而来的是构件特性明显变差，例如电流转换器中的测量误差变大。现在，这只能通过芯的相对应的超尺寸来承受，所述超尺寸避免了拓宽的过渡中的运行进入饱和，这又增加了成本。

本发明的任务是，提供软磁芯，其在体积相等的情况下相比于已知芯具有更好的特性和/或在特性相同的情况下具有更小的体积。

该任务通过一种软磁芯来解决，其中，在所述芯的至少两个不同位置上出现的导磁率不同。

术语“不同导磁率”理解为，两个导磁率之间的差大于由制造公差和测量精度所引起的差。那么，在所出现的最小导磁率和最大导磁率之间的比例例如可以大于1∶1.1或者1∶1.2或者1∶1.5或者1∶2或者1∶3或者1∶5。

接下来借助附图的图中示出的实施例来更详细地解释该发明。其中：

图1示意性地示出软磁环状芯，其具有被引导穿过环状芯开口的导体；

图2在图形中示出在芯半径上场强的走向以及径向线性的导磁率增长的走向；

图3在图形中相对于恒定导磁率走向示出径向线性的导磁率增长的情况下相对的电感增加；

图4在图形中示出芯中电感贡献的径向相关性；

图5在图形中针对第一情况示例示出在产生有效场强的电流上的导磁率；

图6在图形中针对第二情况示例示出产生有效场强的电流上的导磁率；

图7在图形中针对图5中所示出情况示出在有效场强上的有效导磁率；

图8在图形中针对图6中所示出情况示出在有效场强上的磁通量；

图9在图形中示例性地示出在不同的外直径和内直径下具有恒定导磁率的芯的通量-场强-回线的、几何形状相关的倒圆的测量；

图10在图形中示出在第一尺寸下电感与直流电流相关的走向，所述直流电流通过在图1中示出的布置中的导体；

图11在图形中针对第二尺寸示出电感与直流电流相关的走向，所述直流电流通过在图1中示出的布置中的导体；

图12在表格中针对四种不同情况示出图1中所示出布置的参数；

图13在图形中针对结合图12示出的情况示出电感与直流电流相关的走向，所述直流电流通过在图1中示出的布置的导体；

图14示意性地示出具有阶梯型导磁率走向的两件式芯的结构；

图15在图形中示出在应用两件式芯的情况下与一件式芯相比电感与直流电流相关，所述直流电流通过图1中示出的布置的导体；

图16在图形中针对一件式芯和两件式芯示出在电流强度不同的情况下在平均直径上的电感贡献；

图17在图形中示出在热处理不同的情况下在拉应力上感应的各向异性；

图18在图形中针对不同的热处理示出与拉应力相关的导磁率；

图19在块状图中示出一种用于制造具有可变芯导磁率的芯的布置；

图20针对利用根据图19的装置制造的芯示出导磁率在场强上的走向；

图21在图形中对于用于制造带的方法示出芯导磁率与带位置相关的走向，其中所述带具有在带长度上变化的导磁率；

图22在图形中对于由纳米晶体材料构成的、具有拉应力感应的各向异性的不同环状带芯示出在场强上的磁化；

图23示意性地示出一件式缠绕的、导磁率在半径上变化的芯的结构；

图24示意性地示出具有按压和缠绕的芯部分的两件式芯的结构；

图25在图形中对于作为图21中所示出方法的替代、用于制造导磁率在带长度上变化的带的方法示出芯导磁率与带位置相关的走向；

图26在示意性的简图中示出用于在图25中示出的方法中使用的缠绕布置；

图27在图形中针对示例性的梯度芯示出与磁场强度相关的磁通量；

并且

图28在图形中示出在带位置上导磁率以及芯场强的走向。

本发明允许通过针对相应的使用情况对任意形状的磁芯进行与位置相关的导磁率匹配而提供优化的解决方案并且因而例如能够实现体积减小和/或成本更低廉的芯。因而，能够根据这些芯的几何形状例如在理想情况下与环状芯中相比在芯体积相等的情况下达到百分之几十的电感增大。与之相联系的还有：这样的芯具有线性磁滞区域到饱和中明显更清晰的过渡和/或具有导磁率恒定和/或导磁率变化不那么强的调控区域。在此，也开启了如下可能性，即，通过相对应地受控的、与理想情况的偏差来设定适宜地倒圆的、有效的磁滞形状。这通过如下方式来实现：芯导磁率的位置相关性匹配由构件的几何形状引起的不均匀场分布。由此将在芯体积上不均匀存在的饱和效应降到最低或者甚至避免所述饱和效应。根据所使用的芯材料和芯形状，这通过不同的方式实现。常见的芯形状例如为环形、U形、I形或者类似形状。

在环状芯的情况下，磁场强度H与半径r成反比，使得

H＝N·I/(2πr)，

其中，N是被引导穿过芯开口的导体的匝数，并且I是流经该导体的电流的电流强度。这种布置在图1中示出，其中，匝数N＝1的导体1被引导穿过环状芯2的开口。芯2具有限定该开口的内直径D_i、外直径D_a以及高度h。上面所提及的场强下降导致：在其材料典型的、与场强相关的通量曲线(也称为B(H)曲线(磁通密度B、场强H))上向外强度一直变弱地调控均匀的磁芯材料。因此，大致简单来说，芯的内部区域可能已经接近饱和或者处于饱和，即以对应地减少的效果工作，而外部区域仅被微弱地调控。外直径与内直径之比越大，该效应就越显著。例如，对于h→∞的高度和/或Φ＝∫(1/2πr)·μ₀·μ(r)·I)·h·dr，在导磁率恒定的情况下，以非常接近的方式，下式成立：

L＝Φ/I＝(μ₀μh)/2π)·In(D_a/D_i)

在径向线性的导磁率增长的情况下：

L＝Φ/I＝(μ₀μ_ih/2π)·(D_a/D_i-1)wobeiμ(r)＝(μ_i/D_i)·r。

在此，Φ是磁通量，μ₀为磁场常数，μ为导磁率，μ_i为内直径D_i上的导磁率，μ(r)用于径向线性的导磁率增长。

通过芯材料的导磁率配置成向外增长，能够碰到所说明的问题。因此，位置在径向上进一步向外的芯层中的能量密度明显提高，因此其电感贡献明显提高。

此外，图2根据内直径D_i＝30mm以及外直径D_a＝60mm的芯的半径r一方面示出作为半径r上的磁场强度H(曲线3)的磁场走向以及导磁率μ的可能的匹配(曲线4)。如同曲线3示出的，有显著不同的场强H在径向方向上起作用。因此，磁材料以强度不同的方式来调控。通过导磁率μ的相对应的相反走向，能够补偿在径向方向上以不同方式起作用的场强H。有关局部有效的B(H)曲线，现在所有芯区域以类似的方式被操控，并且总体上得到与电流相关的优化的电感调控曲线，例如扼流圈的L(Idc)调控曲线(电感L依赖于流过电感L的直流电流I_DC)，也就是说，在少量调控的情况下带有提高的电感值并且在所需要的操作区域上进行调控的情况下带有降到最低、经常根本不使用的电感值。

此外，图3根据外直径D_a与内直径D_i的比例示出在径向线性的导磁率增加的情况下，相对于恒定导磁率的相对的电感提高。从中可以看出，在D_a/D_i比例小的情况下，对于典型的芯只出现高达约30％的中等优势。然而，对于该比例较大(自D_a/D_i＞2起)的芯，表明了值得注意的潜能。

图4根据半径r示出总电感的净收益，也就是说，具有径向线性增加的导磁率μ(r)的芯和具有恒定导磁率μ＝μ_max(D_i)的芯之间的差。结合图4所解释的示例基于如下芯，其中外直径为D_a＝24mm，内直径为D_i＝6mm，高度为h＝20mm，并且饱和通量为B_S＝1.2T。如单单从图4已能够定性地推断出，净收益随着半径增加而明显增加。

在图5和图6中针对外直径D_a＝25mm、内直径D_i＝15mm以及高度h＝10mm的带芯示出1/r场强调控的效果。在此，在芯中起作用的导磁率μ分别作为与H_DC，eff成比例的芯调控I_DC的函数根据不同的芯区域和/或直径为D的芯外壳而被分解给出。图5在此示出了如下情况，其中，场强H小于或等于饱和场强H_SAT时，导磁率μ＝1000，否则等于1。对于芯外壳的不同直径D(其例如具有D＝15与D＝25之间的值)，在该芯上示出进入饱和的明显散开。图6针对不同的芯外壳直径D＝15...25mm示出如下情况，其中，导磁率μ取决于半径r。从中可以看出，最优的径向导磁率相关性导致到饱和中的统一过渡。

图7和图8针对结合根据图5和图6的实施例而使用的已缠绕带芯示出μ_eff(H_DC)走向和L(I_DC)走向，也就是说有效导磁率μ_eff和L(I_DC)调控曲线(电感L依赖于流过电感L的直流电流I_DC)。在此，图7又示出针对H＜＝H_SATμ＝1000以及否则等于1的情况，其中，H_SAT为饱和场强。图8涉及μ(r)＝a·r的情况，其中，a为恒定的比例系数。此外，在图7中示出在有效场强H_eff上的有效导磁率μ_eff，并且在图8所示的图形中描绘了在有效场强H_eff上的磁通密度B。从图7和图8中立即可以看出，对于具有恒定导磁率的芯，出现明显拓宽的、进入饱和的过渡。相反地，以径向线性增加的导磁率，一方面能够针对显著较高的场(扼流圈电流)提供保持不变的电感并且具有恒定导磁率的区域能够明显的变大，这例如对于电流传感器应用是有利的。

在图9中，在图形中在不同的外直径和内直径的情况下针对具有恒定导磁率μ的芯示出B(H)回线的与几何形状相关的倒圆的示例。如同从中能够看到的那样，实验观察(针对3种不同的外直径内直径之比以符号○、□和×示出该观察所属的测量点(曲线7))证实，针对3种不同的外直径内直径之比通过虚线以良好的一致性示出模型预测。图9中的附图作为曲线8示出曲线7中至磁饱和的弯折区域内比例的放大示图。

在图10和11中示出与电流相关的电感走向(L(I_DC)走向)的另一个示例，在其中基于外直径D_a＝24mm、高度h＝20mm以及在匝数N＝1的情况下饱和通量B_S＝1.2T的芯。在此，目的是，针对高达约200A的电流I_DC，使得电感值L保持恒定。

在此，图10示出如下情况，其中，内直径D_i＝6mm并且因此D_a/D_i＝4。在内直径D_i上的导磁率μ_i＝μ(D_i)为90，而外直径D_a上的导磁率μ_a＝μ(D_a)为360。在此，又在导磁率走向(曲线10)恒定的芯与导磁率走向经过匹配(曲线11)的芯之间进行区分。在该情况下，内直径D_i为6mm。

在图11示出的图形中，也在导磁率走向恒定的芯(曲线11)与导磁率走向可变的芯(曲线12)之间进行区分，其中在此分别使用芯内直径D_i＝16mm。因此，在此，通过内直径D_i上的导磁率μ_i＝μ(D_i)为240以及外直径D_a上的导磁率μ_a＝μ(D_a)为360，得到D_a/D_i比为1.5。

在图12所示的表格中，相互对比地列出了四种芯，其中，所有芯均具有内直径D_i＝6mm以及高度h＝25mm。在此涉及导磁率在半径上恒定μ＝μ_i＝90的CSC-MF-芯13、导磁率在半径r上恒定μ＝μ_i＝160的CSC-HF-芯14、导磁率在半径上恒定μ＝μ_i＝66的VP芯以及具有在66与191之间可变的导磁率μ＝μ(r)的VP芯。该表格对于各个芯包含相应的外直径D_a、相应的芯体积、在最大电流I_max的情况下各自所用的导磁率范围以及饱和通量密度B_S。这些芯例如应该被用于制造具有线圈的滤波扼流圈，其目标电感值在直流电流下应该为500mH并且在250A时要＞350mH。在图13中示出电感L在流经所述扼流圈的(直流)电流I_DC上的走向。从中可看到，尽管饱和磁化B_S较低，但是具有较小体积的低导磁率的VP仍能够很好地满足规范(参见芯13至16的曲线)。

在图14中示出如下芯，其具有根据区域不同的导磁率。此处示出的芯17被实施成了两件式的，即，两个环状的环形部分17a和17b同心地相互契合。两个芯部分17a和17b中的每个芯部分自身具有均匀的导磁率分布，但这些导磁率彼此不相同，也就是说，内芯部分17a具有比外芯部分17b更小的导磁率。在此情况下，两个芯部分17a和17b均为粉末芯，然而这两个芯也可以用任意方式以不同的方式制造(也参见图24和相关说明)。

在图15中相互对比地列出如图14所示的优化的两件式芯的电感走向(曲线18)以及常见的一件式芯的电感走向(曲线19)。在此，所示出的曲线18和19基于一种外直径D_a＝47mm、内直径D_i＝24mm且高度h＝18mm的铁硅粉末芯。芯部分17a内直径上的导磁率μ_ia为60，而芯部分17b内直径上的导磁率μ_ib为90。在图16中，作为曲线20至25为一件式芯和两件式芯示出在电流为0A、10A和20A的情况下在芯直径上的电感贡献。从中也立刻可以清楚地看到导磁率呈径向变化的芯的优势。

替代如图14所示的导磁率逐步变化的多件式磁芯，也能够制造导磁率连续变化的粉末芯，在其中使导磁率不同的分层材料形成一种形状或者将导磁率分别恒定但彼此间不同的两种材料(尤其是其中一种材料的μ＝0)以径向方向上不同的混合比例来混合。然而，此外还可能通过缠绕导磁率在长度上变化的带来实现导磁率连续变化的芯。例如导磁率在长度上变化的带能够通过充分利用拉应力感应的各向异性而被制造。在缠绕带芯的情况下，能够通过使用对带的持续热处理在拉应力下对于大范围可变的导磁率简档μ(I)沿着带运动方向I非常精确地设定。尤其是，该导磁率简档可以选择成使得在缠绕带时在完成的芯上出现所期望的径向增长的μ(r)函数。在耦合的“联机(In-Line)”芯生产中，芯缠绕能够直接跟随在拉力下对带的热处理(带退火)并且因此，通过拉力调整主动调整到当前的径向上相关的导磁率要求。备选的是，还能够由导磁率恒定且不同的带实现与带制造完全分离的芯绕组。相对应的自动化缠绕机能够从不同的带盒中取得导磁率不同的带并且接连地对其进行加工。然而根据该方法，在芯中只能产生阶梯型而没有径向连续的变化。

在图17中针对不同热处理示出所感应各向异性K_μ在拉应力σ上的走向。图18示出在拉应力σ上的所属导磁率走向μ。在此，导磁率以如下方式取决于带的真空导磁率μ₀的、其所感应的各向异性K_u以及饱和通量密度B_S如下：

μ＝0，5·B_S ²/(μ₀K_u)。

图19示意性地示出用于制造软磁条状材料的装置26。该装置包括输入侧的、用于提供带状材料39的材料供给部27、用于对供给给其的带状材料39进行热处理以产生经热处理带材料40的热处理装置28、张紧装置30、31、32、33，所述张紧装置30、31、32、33被构造用于将拉力导入带状材料39并且至少在热处理装置28的范围内产生在其带纵轴方向上的拉应力。这些张紧装置30、31、32、33被构造用于可控地使拉力变化。

此外，装置26还包括用于确定所产生的软磁条状材料40的导磁率的测量布置33以及用于控制张紧装置30、31、32的调整单元34，其中调整单元32这样构造并与测量布置31耦合，使得张紧装置30反应于确定的导磁率μ而相对于预给定(所期望的)参考值对拉力进行调整。在所示的设计方案中，张紧装置30、31、32包括两个相互耦合的S形绕线盘传动器30、32以及浮动辊调整器31。在此，绕线盘传动器30和32的速度由调整单元34这样控制，也就是说，设定，使得根据借助测量布置33所确定的带材料39(和40)中的导磁率构成所期望的拉应力。浮动辊调整器31用于补偿短时的速度波动。

另外，装置26还能够具有磁场发生器29，该磁场发生器产生用来对经热处理带材料进行磁场处理的至少一个磁场，其例如是垂直于带运动方向的磁场，也称为横向场。同样可选择的是，缠绕单元35能够在可旋转的旋转板37上具有多个缠绕心轴36，其用于缠绕所产生带材料40的每个定义部段。在此，缠绕单元35能够具有额外的S形绕线盘传动器38，该绕线盘传动器将处理过的带材料、即条状材料40供给给相应的缠绕心轴36中。

图20示出借助于拉力F导入带状材料39中的拉应力和由此形成的各向异性K_u和导磁率μ之间的关系。在此，在带状材料39中局部出现的拉应力σ由外加的拉力F和局部的磁横截面A_Fe(材料横断面)产生：

σ＝F/A_Fe，

因此，所感应的各向异性K_u在纵向延伸的带状材料39的横向方向上随着拉应力σ提高。通过所产生的拉应力σ设定导磁率μ并且由磁滞回线的平均边缘斜率和/或由饱和通量密度B_S和/或磁场强度H、即各向异性场强H_A以及磁场常数μ₀结合各向异性K_u得出，如上面关于图17所解释的那样。

因此，如果例如由于制造原因存在带材料的波动的密度，那么假定宽度保持不变，局部横截面A_Fe相应地波动，并且在拉力F恒定的情况下，外加的拉应力σ随之相应地波动。该拉应力σ又引起所感应各向异性K_u的相应变化，通过所提到的关系，所述相应变化相对应地影响导磁率μ，使得由带状材料39产生的软磁条状材料40的长度上的导磁率μ也发生变化。

因此，在带制造方法中，例如可以规定：带材料从带盒退卷并且被拉通过管状热处理炉并且在拉应力下沿着带纵轴被放置。在高于结晶温度的退火温度下，开始的非晶体材料能够在热处理区段中过渡到纳米晶体状态，在这种情况下，该状态是流出的带(条状材料)的优异的软磁特性的原因。通过外加的拉应力，在磁性材料中感应出横向各向异性，使得流出的软磁带(条状材料)具有导磁率μ公差极小(在沿着带轴的测量方向上在10000的范围内直至低于100)显著平坦的磁滞回线。在此，所能实现的导磁率μ的水平和/或带内所感应各向异性K_u与所外加的拉应力成比例。针对真空熔解的纳米晶体合金VP800，该关系在图17和18中清楚示出。

接着，例如现在不再存在于拉应力下的带条被引导通过测量布置33，该测量布置对导磁率μ(可能还有其他量，例如带横断面、矫顽场、顽磁比、损耗等)进行实时测量。利用对这些值的认识，在过程结束时将连续运动的带加工成环状带芯，在该环状带芯中，一直有确定长度的磁带在缠绕心轴上退卷。

因此，利用所说明的技术能够制造在整个带长度上具有不同导磁率水平的软磁带材料，其中所述不同导磁率水平与额定导磁率值偏差极小，其中，能够使导磁率在某个带长度范围上适宜地下降或上升，以便如上面提到的那样针对每个芯类型沿着带实际上连续地设定所期望的径向变化的导磁率走向。借助于调整过程所需的测量布置，还能够获得有关磁带横断面(带的局部A_Fe)的连续信息。如果将所调整的导磁率和有关带横断面的信息组合并且在结束时设置芯缠绕过程，则获得与具有预给定的导磁率走向并且在A_Fe值方面具有极少样本分散的环状带芯。

图21中示出的图形示例性地描绘：如何通过运动长度上的导磁率变化来控制导磁率。在此，基于高度为30mm且平均直径为60mm的芯。在内周缘上的导磁率为100，且在外周缘上的导磁率为200，从而得出平均导磁率μ_m为150。在此，给出带长度上相应的(已匹配)导磁率μ。在此，对拉应力的调整这样进行，使得导磁率μ在芯所需的大约90m的长度上增加。在达到90m的标志时，导磁率μ＝200尽可能快速地回到μ＝100，由此能够从新开始下一个芯的控制过程。

图22针对由纳米晶体材料构成的不同环状带芯示出磁场强度A上的磁化J，其针对从μ＝2000到60的导磁率范围具有拉应力感应的各向异性。

在图23中以三个视图示出由带材料构成的、导磁率在长度上增加的被缠绕环状芯38。

在图24中示出的扩展方案中，使用例如具有均匀导磁率分布的粉末芯部分39a，然后导磁率值在长度上增加的带材料缠绕到粉末芯部分39a上，得到经缠绕芯部分39b。

在图25中示意性地示出一种作为图21中所示出导磁率控制做法的替代导磁率控制方式。在此，在达到导磁率上限值200后没有尽可能快速地回到初始值100，而是利用与增加时数值相同的边缘斜率使导磁率从200回到100，在达到值100之后，此后又从100升到200。由此避免对于如图21的做法从导磁率上限值回到导磁率下限值时形成的损耗。

然而，那么就需要一种改变的缠绕技术。在图26中示意性地解释为此必需的、改变的缠绕技术，其中在上升的边缘和下降的边缘之间，即在带长度上对增长的导磁率值和下降的导磁率值进行区分。因此，借助于转接器43，在导磁率的每个转折点上，该带在导磁率后续增加时被引到路径1上并且在导磁率后续下降时被引到路径2上。在路径1上如图19所示情况时那样直接进行缠绕，而在路径2上通过缓存例如绕卷带盒来缠绕，并且由此处才被引导到真正的芯缠绕部位，例如另一个芯缠绕部位2。

图27在一种实施例的框架内示出分别具有13mm×25mm(内直径×外直径)的尺寸以及芯高度为6.1mm的梯度芯与导磁率恒定(μ＝1000)的芯之间的对比测量。在这样一种外直径内直径之比不足2的芯中，能够很好地观察取决于几何形状的、进入磁饱和的交叉效应(曲线47)。带条上的理想化磁滞曲线45被详细示出。曲线47示出在导磁率恒定的芯上的测量，而曲线46示出梯度芯的测量。因此，通过导磁率的空间匹配，曲线45趋近带条上的磁滞曲线(曲线54)。在属于曲线47的部分图27a中能够看出，在该芯所需的17m的带材料上，导磁率保持恒定。与此相反，部分图27b示出：在特殊形状的14m带材料上，导磁率由700增长到约1400，以便实现芯上导磁率的空间匹配，所述空间匹配得到磁滞曲线46作为结果。

对于上面结合图27所解释的实施例，图28在图形中示出沿着芯所需的带的导磁率(45b、x测量点)实际(即所测量的)的走向以及预先计算出的导磁率走向(额定走向46a)。在持续退火过程中，根据预先计算的导磁率的“额定”走向改变带材料中的拉应力，使得出现如图28中示出的导磁率增长(测量点46b)。

优化的非晶体的梯度带芯和纳米晶体的梯度带芯在饱和通量大且同时导磁率能够很精确地设定的情况下开辟比较大的导磁率范围。这使得其能应用于不同的应用。因此，对于储能扼流圈，尤其是明显在大约100以上的导磁率值也是可达到的，这开辟了新的可能性，即实现具有相对较低匝数的扼流圈，以便减少铜损耗。对于高线性的、直流电压兼容的电流转换器而言，所关注的是几百到几千的导磁率范围，原因在于在拉应力下经热处理的带不依赖于调控而具有接近恒定的导磁率，直至饱和(μ(H)＝常数)并且对于完整的芯也能获得这种特性(参见图9)。

第一种应用例：环形带芯-扼流圈：

拉应力退火的、非晶体或者纳米晶体的带的带导磁率在该调控上表现得非常接近阶梯形，也就是说，存在实际上线性的B(H)曲线直至饱和，相对应地存在直至饱和都恒定的导磁率，然后所述导磁率极速下降(参见图6)。由这种具有恒定导磁率的材料所缠绕的、具有典型尺寸的芯示出在调控界限上具有宽的润滑(ausgeschmiert)下降肩部的L(I_DC)特征(参见图7)。因而，芯的有效B(H)曲线在过渡到饱和时示出明显的倒圆(参见图8)。如果反之选择径向增长的导磁率简档，也就是说μ(r)＝a^*r(其中a^*＝常数)，还能够在最优匹配的界限情况下对完整的芯也保留原有的带特征。此外，导磁率值、进而电感值只在饱和之前保持统一的最大值。如果这种清晰的过渡不是所期望的，那么也可以适宜地设定与最优值有偏差的中间状态。

第二种应用例：粉末芯-扼流圈：

对于不同的、典型初始导磁率μ_i(内直径上的导磁率)，粉末芯的导磁率的表现如同图15和16所示的走向那样。在图16中示出具有典型尺寸并且由典型材料构成的芯与由两个同心环构造而成且具有相同尺寸和相同材料的芯相比较的L(I_DC)曲线。在此，也能够达到有关于L(I_DC)特征的优化。

这里描述的芯优化的主要应用主要涉及被缠绕的、旋转对称的环状带芯，原因在于其要求芯导磁率的相对简单的空间匹配，上述空间匹配具有沿着带运动长度、比例适当的导磁率改变。然而，可设想的是，也可对于U形芯、I形芯以及其他形状芯采用该方法，其中，沿着带运动长度的导磁率变化于是必须在较短的距离上进行，用来补偿内角上的场强不均匀性。

制造具有最低导磁率(导磁率值约等于并且小于50)的拉应力退火的带材料的希望受到限制。相反，在μ_i＝90或者160以上有更多适合的粉末芯原料。因此，能够有意义的是，采用组合的带芯和粉末环状芯，即具有内置的低导磁率粉末芯以及外置的高导磁率、非径向导磁率匹配的带芯，如图24所示。对于单匝扼流圈，带芯能够直接被缠绕到堆叠状的铜导体上并且然后例如通过变形(Ummolden)或者被推(übergeschobenen)且待浇铸的沟槽来固定。

针对这种过程，下面的材料能够被视作适合的芯原料：非晶体的钴基合金、镍基合金、铁基合金，其例如是所有的Vitrovac、Vitroperm合金或者还有所有的具有以下组分范围的铁基合金：

Fe_{100-a-b-c-d-x-y-z} Cu_aNb_bM_cT_dSi_xB_yZ_z

其中：10个原子百分比≤x＜18个原子百分比；5个原子百分比≤y＜11个原子百分比；0个原子百分比≤a＜1.5个原子百分比；0个原子百分比≤b＜4个原子百分比

M表示以下元素：Mo、TA或Zr，其中0个原子百分比≤(b+c)＜4个原子百分比

T表示以下元素：V、Mn、Cr、Co或Ni，其中0个原子百分比≤d＜5个原子百分比

Z表示以下元素：C、P或Ge，其中0个原子百分比≤z＜2个原子百分比。

Claims (15)

1.一种软磁芯，其中，在所述芯的至少两个不同位置上出现的导磁率是不同的。

2.根据权利要求1所述的软磁芯，其中，所述芯被构造成环形。

3.根据权利要求2所述的软磁芯，其中，所述芯具有径向变化的导磁率走向。

4.根据权利要求3所述的软磁芯，其中，所述芯由软磁带缠绕而成，并且所述带具有在带长度上变化的导磁率。

5.根据权利要求1或2所述的软磁芯，其中，所述芯具有至少两个互相接合的软磁元件。

6.根据权利要求5所述的软磁芯，其中，所述磁元件本身具有均匀的导磁率分布，然而相互之间具有不同的导磁率。

7.根据权利要求5所述的软磁芯，其中，所述磁元件中的一个磁元件具有本身不均匀的导磁率分布，而另一个磁元件具有径向变化的导磁率走向。

8.根据权利要求5、6或者7所述的软磁芯，其中所述软磁元件中的至少一个软磁元件具有带。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的软磁芯，其中，所述芯或者所述芯的元件是一件式粉末芯和/或一件式粉末芯元件。

10.一种用于制造软磁芯的方法，所述软磁芯在至少两个不同位置上具有不同导磁率，其中所述芯

被构造为一件式的并且具有随着位置变化的导磁率，或者

由至少两个软磁元件组成，所述至少两个软磁元件本身分别具有均匀的导磁率，然而相互之间具有不同的导磁率。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，为了借助于由软磁材料构成的带来制造环状芯，

所述带经受热处理，

在所述带的纵向上向经热处理的带提供拉力，以便在带状材料中产生拉应力，

按照拉伸的经热处理的带的长度段确定导磁率，

所述拉力匹配成使得对于每个长度段所确定的导磁率对应于预给定的导磁率简档的值，并且

所述带被缠绕成环状芯。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，为了制造环状芯，构成所述软磁元件的至少两个具有不同导磁率的同心部分环刚好合适地套在一起。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，使具有不同磁颗粒密度和/或导磁率的粉末形成一种形状并且在此处被压实或者硬化，以便制造粉末芯。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，在环状粉末芯元件上缠绕导磁率在其长度上变化的软磁带，以便制造环状芯。

15.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，最小导磁率和最大导磁率之间的比例大于1∶1.1或1∶1.2或1∶1.5或1∶2或1∶3或1∶5。