DE102012222224A1 - Magnetische Kerne und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt magnetische Kerne und Verfahren zu deren Herstellung bereit, wobei die magnetischen Kerne mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, wobei die Materialien aus einem Ferritmaterial, einem Oxidkeramikmaterial und einem superparamagnetischen Material ausgewählt werden und entlang des magnetischen Kerns abwechselnd in einzelnen Bereichen ausgebildet sind.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Kerne, insbesondere weichmagnetische Kerne, die zwei oder mehr Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, sowie Verfahren zu deren Herstellung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die stetige Weiterentwicklung auf dem Sektor der Elektronik führt zu immer leistungsfähigeren elektronischen Schaltungen, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden und daher auch eine entsprechende Versorgung mit geeigneten Spannungen und Strömen erfordern. Ein Augenmerk bei der Entwicklung neuer leistungsfähiger Schaltungen ist auch auf eine zunehmende Miniaturisierung elektronischer Bauelemente gerichtet, wodurch eine immer breitere Anwendung elektronischer Steuerungs- und Leistungsschaltungen in vielen Bereichen möglich wird. Mit der fortschreitenden Miniaturisierung ist aber auch eine kompakte und effiziente Spannungsversorgung erforderlich, die beispielsweise in Form getakteter Schaltungen bereitgestellt wird. Bei getakteten Spannungsversorgungen ist eine hohe Flexibilität bei der Anpassung von zum Betrieb elektronischer Schaltungen erforderlichen Ausgangsspannungen mit Bezug auf die zur Verfügung stehenden Eingangsspannungen wichtig. In mobilen Anwendungen sind beispielsweise die verfügbaren Versorgungsspannungen in Form von gängigen Batterie- bzw. Akkumulatorspannungen vorhanden, die nicht notwendigerweise für den Betrieb elektronischer Schaltungen geeignet sind und dementsprechend angepasst werden müssen. Typischerweise schwanken Ausgangsspannungen von Batterien bzw. Akkumulatoren über ihre üblichen Lebensdauern hinweg und nehmen mit zunehmendem Alter ab. Somit sind auch eine Anpassung der bereitgestellten Spannungen und eine Reduzierung von Spannungsschwankungen bei der Entwicklung neuerer leistungsfähiger elektronischer Schaltungen von großer Wichtigkeit.
  • Ein weiteres wichtiges Augenmerk bei der Entwicklung leistungsfähiger elektronischer Schaltungen liegt auch auf einem zuverlässigen und stabilen Betrieb und bei einer Leistungsaufnahme über einen großen Leistungsbereich hinweg möglichst ohne große Verluste. Daher ist es auch ein Ziel in jeder Entwicklungsphase, die Verlustleistung von elektronischen Schaltungen, Bauteilen und/oder Komponenten weiter zu reduzieren.
  • Induktive Komponenten, wie beispielsweise Speicherdrosseln, Entstördrosseln, Transformatoren, etc. stellen wichtige Komponenten für elektronische Schaltungen dar. Diese bestimmen die Kosten von elektronischen Schaltungen und Bauteilen zu einem großem Maße mit, da bei der Herstellung magnetischer Kerne in der Regel teure Materialien und aufwendige Herstellungsverfahren erforderlich sind, um gewünschte magnetische Eigenschaften bzw. ein gewünschtes magnetisches Verhalten zu gewährleisten und eine ausreichende Aussteuerbarkeit von magnetischen Kernen über den gesamten Leistungsbereich hinweg bereitzustellen. Ferner ist auf zugehörigen Leiterplatten und in jeweiligen Gehäusen ein der Größe der induktiven Komponente entsprechendes Volumen erforderlich, so dass eine Realisierung von insgesamt kompakten Aufbauten im Zuge von zunehmenden Miniaturisierungen immer komplizierter wird. Dabei ist natürlich auch ein hoher Wirkungsgrad von Bedeutung, d.h. eine möglichst geringe Erzeugung von Verlustleistung. Das erfordert zum Beispiel ein induktives Bauelement mit einer guten magnetischen Kopplung einzelner Wicklungen zueinander, eine Reduzierung von Streuflüssen, eine gute magnetische Abschirmung nach außen und ein verbessertes thermisches Verhalten, da die Verlustwärme von Seiten des induktiven Bauelementes einen wesentlichen Anteil an der Verlustleistung aufweist und weitere Kühlung erfordern kann. Weitere zu berücksichtigende Anforderungen sind beispielsweise durch eine abhängig von den angewendeten Spannungen erforderliche Isolationsfestigkeit und entsprechende gute mechanische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber unterschiedlichsten Umgebungseinflüssen gegeben. Dies gilt insbesondere für eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise mobile Anwendungen, etwa im Bereich tragbarer Geräte, Anwendungen im Automobilbereich und dergleichen.
  • Eine Reduzierung von Verlustwärme kann unter anderem durch eine Vermeidung von Wirbelströmen in magnetischen Kernen und/oder Wicklungen erreicht werden. Beispielsweise ist hierzu aus der Druckschrift US 2002/0132136 A1 eine abwechselnde Anordnung aus magnetischen Plättchen und isolierenden Filmen bekannt.
  • Die Druckschrift EP 1 501 106 B1 zeigt einen Ferritkern, der dadurch hergestellt wird, dass Segmente aus gepressten Ferrittabletten miteinander verklebt werden. Die Segmente sind jeweils durch einen magnetischen Isolator getrennt. Der Begriff „magnetischer Isolator“ beschreibt ein Material mit der Permeabilitätszahl von ungefähr eins (Permeabilitätszahl des Vakuums). Diese magnetischen Isolatoren wirken als verteilte Luftspalte.
  • Durch die Aufteilung eines großen Luftspaltes auf mehrere kleine Luftspalte werden die magnetischen Feldlinien besser im Kern geführt. Dadurch können zwar die isolierenden Filme oder magnetischen Isolatoren einer Ausbildung von Wirbelströmen in der Anordnung entgegenwirken, jedoch werden Streuflüsse nur zum Teil unterdrückt und eine verlustarme Führung eines magnetischen Flusses erfolgt nur teilweise. Weiterhin führen diese bekannten Anordnungen zu "Ausbauchungen" des magnetischen Feldes an den Filmen oder Isolatoren, welche in einer über der Anordnung vorgesehenen Wicklung bzw. in Leitungen, die in der Nähe der magnetischen Anordnung vorgesehenen sind, eine Spannung induzieren und damit einen Stromfluss verursachen können.
  • Entsprechend ausgebildete bekannte Kerne weisen eine Reihe weiterer Nachteile auf. So wird durch die isolierenden Bereiche (mittels isolierender Filme oder Isolatoren), die die magnetischen Bereiche im Kern unterbrechen, innerhalb des Kerns eine Wärmeleitung und damit eine Abführung von Wärme aus dem Kern nur in ungenügendem Maße erreicht. Oftmals ist der thermische Widerstand der isolierenden Bereiche zu groß um einen gewünschten Wärmestrom hin zu Flächen, die die Wärme an die Umgebung oder ein angekoppeltes Wärmereservoir abgeben, und damit eine entsprechende Abfuhr von Wärme zu gewährleisten.
  • Ausgehend von den bekannten Anordnungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Kern bereitzustellen, der ein gutes thermisches Verhalten aufweist. Es ist insbesondere eine Aufgabe, einen magnetischen Kern bereitzustellen, der eine verbesserte Leitung von Wärme entlang des magnetischen Kerns aufweist.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorangehend genannte Aufgabe wird gemäß einem Aspekt gelöst durch einen magnetischen Kern, der mindestens zwei miteinander verbundene Materialien unterschiedlicher magnetischer Permeabilität aufweist, die jeweils mindestens einen Bereich ausbilden, so dass die ausgebildeten Bereiche abwechselnd entlang einer Längsrichtung des magnetischen Kerns angeordnet sind, und gemäß anderer Aspekte gelöst durch Verfahren zur Herstellung entsprechender Kerne.
  • Ein Verfahren zur Herstellung des Kerns kann gemäß einer Ausführungsform ein Bereitstellen von mindestens zwei, voneinander verschiedene magnetische Eigenschaften aufweisender Materialien, etwa mindestens zwei Ferritmaterialien oder eine Kombination aus mindestens einem Ferritmaterial und mindestens einer Oxidkeramik und dergleichen, und ein Befüllen einer dem magnetischen Kern entsprechenden Form zum Ausbilden eines Materialvolumens in der Form umfassen, so dass das Materialvolumen abwechselnd Bereiche aus jeweils einem der mindestens zwei Materialien aufweist. Ferner können die mindestens zwei Materialien in der Form im Rahmen des Verfahrens einer Druckeinwirkung ausgesetzt sein.
  • An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter dem Begriff „Ferritmaterial“ im Rahmen der vorliegenden Offenbarung sowohl ein Vorferritmaterial, etwa ein Metalloxid oder allgemein ein Metalloxidgemisch, das noch keinem Sinterprozess ausgesetzt ist (Metalloxid oder Metalloxidgemisch vor Sinterprozess; in diesem Sinne Vorstufe eines Ferritmaterials), als auch ein einem Sinterprozess bzw. Kalzinierungsprozess unterworfenes Vorferritmaterial (Metalloxid oder Metalloxidgemisch nach Sinterprozess bzw. Kalzinierungsprozess) zu verstehen ist, das damit ein aus dem entsprechenden Vorferritmaterial zu bildendes Ferritmaterial bildet, obwohl sprachlich keine explizite Unterscheidung erfolgt. Eine Unterscheidung zwischen einem Ferritmaterial und seinem entsprechenden Vorferritmaterial kann im Hinblick auf die aktuelle Herstellungsphase erfolgen, wie vorangehend angedeutet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns ein Bereitstellen von mindestens zwei Materialien, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Ein erstes der mindestens zwei Materialien weist dabei ein erstes Ferritmaterial auf und ein zweites der mindestens zwei Materialien umfasst ein zweites Ferritmaterial und/oder eine Oxidkeramikmaterial. Eine dem magnetischen Kern entsprechende Form wird zum Ausbilden eines Materialvolumens in der Form befüllt. Das Materialvolumen weist abwechselnd Bereiche aus jeweils einem der mindestens zwei bereitgestellten Materialien auf. Die mindestens zwei bereitgestellten und in die Form gefüllten Materialien werden daraufhin einer Druckeinwirkung ausgesetzt. Dadurch können zum Beispiel gescherte Ferritkerne unter geringem Kostenaufwand bereitgestellt werden. Da die Form mit Material gefüllt wird kann dieses Verfahren ohne großen Aufwand und Komplikationen in einer Großproduktion eingesetzt werden, wobei magnetische Kerne mit vorbestimmten und reproduzierbaren magnetischen Eigenschaften herstellbar sind. Weiterhin kann dadurch gemäß speziellen Ausführungsformen ein magnetischer Kern bereitgestellt werden, der eine vorteilhafte Abfuhr von Wärme ermöglicht, so dass überwiegend auf eine aufwändige Kühlung des Kerns verzichtet werden kann. Damit sind mit entsprechenden Kernen kompaktere elektronische Bauteile möglich. Es sind auch integral ausgebildete Ferritkerne aus Vollkeramik möglich, die dadurch keine organischen Klebstoffe oder Kunststoffe mehr brauchen und dadurch eine größere Lebensdauer als bekannte Kerne bereitstellen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann das Verfahren nachfolgend der Druckeinwirkung ferner ein zusätzliches Aussetzen des Materialvolumens einer Wärmeeinwirkung umfassen. Die Wärmeeinwirkung auf das durch die Druckeinwirkung gepresste Materialvolumen ergibt eine Sinterung des Materialvolumens, so dass die Verbindung einzelner Bereiche eine größere Stabilität aufweist. Auf diese Weise können Ferritkerne mit „eingesinterter Scherung“ unter geringem Kostenaufwand hergestellt werden.
  • Gemäß weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Auswählen der mindestens zwei Materialien umfassen, so dass die mindestens zwei ausgewählten Materialien unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten und/oder unterschiedliche magnetische Eigenschaften, wie etwa unterschiedliche Permeabilitäten oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten, aufweisen können. Dadurch können magnetische Kerne hergestellt werden, die exakt auf die Verwendung hin definierte Eigenschaften aufweisen. So kann gemäß beispielhafter Ausgestaltungen mittels Auswahl von Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Permeabilitäten und/oder Curie-Temperatur und/oder Sättigungsflussdichten eine Einstellung einer gewünschten Änderung magnetischer Eigenschaften, wie beispielsweise der magnetischen Permeabilität, etc. über den magnetischen Kern hinweg erfolgen, die im Falle von unterschiedlichen Curie-Temperaturen ganz besonders ausgeprägt temperaturabhängig sein kann.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren ferner ein Einstellen der magnetischen und/oder mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften von dem ersten Material und/oder dem zweiten Material vor dem Aussetzen einer Druckeinwirkung durch Beimengen eines Additivs umfassen. Das Additiv kann mindestens eines der aus Titan (Ti), Aluminium (Al), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Germanium (Ge), Strontium (Sr), Zink (Zn), Mangan (Mn), Kalium (K), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Calcium (Ca), Silizium (Si), Vanadium (V), Kobalt (Co), Hafnium (Hf), Wolfram (W), Bismut (Bi) bestehenden Gruppe, ein Oxid dieser Elemente und/oder ein Karbonat und/oder eine andere chemische Verbindung, welche eines dieser Elemente umfassen. Dadurch kann eine vorteilhafte Einstellung magnetischer und/oder mechanischer und/oder thermischer und/oder elektrischer Eigenschaften im Hinblick auf den herzustellenden Kern erfolgen, so dass dieser eine verbesserte mechanische und/oder magnetische und/oder thermische und/oder elektrische Stabilität aufweist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren ferner ein Vorsintern (= Kalzinieren) der mindestens zwei Materialien vor dem Befüllen der Form umfassen, wobei die mindestens zwei Materialien jeweils als Pulver, Granulate, Platten, Schuppen, Brocken oder Walzfell bereitgestellt sind. Durch das Vorsintern des Pulvers im Bereich von 700°C bis 1200°C kann ein Auftreten von Spannungen während des eigentlichen Sintervorgangs verhindert werden bzw. Spannungen beim Sintern reduziert werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Materialvolumen in der Form mittels einer Druckeinwirkung auf weniger als 90% oder weniger als 50% des Materialvolumens oder auf höchstens 10% des Materialvolumens reduziert. Dadurch kann eine geeignete Festigkeit des magnetischen Kerns eingestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Druckeinwirkung mittels einer CNC gesteuerten hydraulischen Presse erfolgen. Dadurch kann eine genau auf die Materialzusammensetzung in der Form abgestimmte Druckeinwirkung auf das in der Form befindliche Ferritmaterial und optionale Oxidkeramikmaterial eingestellt und ausgeübt werden. Dies stellt sicher, dass aus dem Verfahren resultierende Presslinge eine verbesserte Beanspruchbarkeit, Festigkeit, eine konstante und homogene Dichte aufweisen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst, ein Bilden wenigstens eines ersten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten ersten Materials und ein Bilden wenigstens eines zweiten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten zweiten Materials, ein Aufbringen einer Flüssigkeit zum Bilden eines Flüssigkeitsfilms wenigstens auf einer freiliegenden Oberfläche des ersten Materialvolumenteils und/oder des zweiten Materialvolumenteils und ein Anordnen eines Materialvolumenteils direkt auf dem Flüssigkeitsfilm eines anderen Materialvolumenteils umfasst. Gemäß diesem Aspekt kann die Verbindung der unterschiedlichen Ferritmaterialien und optionalen Oxidkeramikmaterialien anstelle eines gemeinsamen Pressens durch ein getrenntes Pressen der unterschiedlichen Ferrit- und optionalen Oxidkeramikmaterialien zu je einem Kern erfolgen. Gemäß diesem Aspekt können anhand der Materialvolumenteile unterschiedliche Kernpellets oder Kerntabletten bereitgestellt werden, die gemäß einem Baukastensystem eine einfache und sehr flexible Herstellung von unterschiedlichen Kernen erlauben.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann anschließend ein Sinterprozess durchgeführt werden, indem die verbundenen Materialvolumenteile einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt werden, nachdem die Materialvolumenteile übereinander angeordnet wurden. Nach dem Sinterprozess entsteht eine untrennbare formschlüssige Verbindung von mindestens zwei Materialvolumenteilen.
  • Durch dieses „Film-Verfahren“ kann das Sandwich-Pressverfahren des ersten Aspekts umgangen werden, bei dem die Form mit Schichten aus Pulver unterschiedlichen Materials gefüllt und das Pulver in der Form anschließend gepresst wird und einzelne Bereiche unterschiedlichen Materials nicht mehr in genügendem Maße voneinander getrennt sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die wässrige oder alkoholische Lösung, eine Polyethylenglycol-Lösung, eine Polyvenylalkohol-Lösung, oder eine Acrylat-Lösung Es sind jedoch auch andere Flüssigkeiten denkbar. Dadurch kann ein effizientes Anlösen von Ferritmaterial oder Oxidkeramikmaterial mittels des Films erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Anordnen des wenigstens einen zweiten Materialvolumenteils ein während des Anordnens durchgeführtes Drehen des wenigstens einen zweiten Materialvolumenteils. Dadurch kann ein Anlösen von Ferritmaterial oder Oxidkeramikmaterial an der Oberfläche von wenigstens einem Materialvolumenteil während des Anordnens Materialvolumenteils verbessert werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein magnetischer Kern bereitgestellt, der mindestens zwei Bereiche, die miteinander verbunden und entlang einer Längsrichtung des magnetischen Kerns abwechselnd angeordnet sind und wenigstens ein erstes Material und ein zweites Material umfassen, die voneinander verschieden sind und unterschiedliche magnetische Permeabilitäten aufweisen, wobei jeweils ein Bereich ein Material der wenigstens zwei Materialien aufweist. Das erste Material umfasst ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material umfasst ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial oder das zweite Material umfasst ein superparamagnetisches Material. Dadurch können kostengünstige magnetische Kerne bereitgestellt werden, die im Vergleich zu herkömmlichen Kernen einen reduzierten Streufluss durch eine verbesserte Führung eines magnetischen Flusses durch den Kern ermöglichen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die mindestens zwei Bereiche miteinander durch Sinterung verbunden, also die mindestens zwei miteinander verbundenen Materialien miteinander versintert. Entsprechend ausgeführte Kerne weisen eine große Stabilität auf.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein Bereich als eine sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schicht ausgebildet. Dadurch sind klar getrennte Bereiche des magnetischen Kerns definiert, so dass der magnetische Kern durch den vorgesehenen „Luftspalt“ insgesamt ein verbessertes Sättigungsverhalten aufweist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 10 und das erste Material eine relative Permeabilität größer 10 auf. Dadurch können Luftspalte zuverlässig vorgesehen sein und ein geeignetes Sättigungsverhalten des Kerns kann in geeignetem Maße eingestellt sein. Insbesondere kann eine geeignet hohe Aussteuerung erreicht werden. Gemäß speziellen vorteilhaften Ausführungsformen kann eine relative Permeabilität des zweiten Materials kleiner 3 sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform unterscheiden sich die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der mindestens zwei Materialien voneinander um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1% oder um weniger als 0,5%. Dies stellt sicher, dass entsprechende magnetische Kerne während des Betriebs stabile mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material ein superparamagnetisches Verhalten aufweisen. Damit werden Spalte mit sehr geringen Verlusten realisiert, da Materialien mit superparamagnetischem Verhalten eine sehr geringe Hysterese, sogenannte Nullhysterese, aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material ein Verbundwerkstoff aus nanoskaligen Partikeln sein, deren maximale Größendimension aus einem Bereich von 5 nm bis 50 nm ist. In diesen vorteilhaften Ausführungsformen sind Spalte mit sehr geringen Verlusten auf eine einfache Weise und sehr effektive Weise umgesetzt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material nanoskalige Partikel aus Ferritmaterial oder Metallmaterial aufweisen. In dieser vorteilhaften Ausführungsform sind Spalte mit geringen Verlusten auf einfache und zuverlässige Weise gegeben.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material eine relative Permeabilität µr mit 1 < µr < 3 oder 1 < µr < 2, oder 1 < µr < 1,6 oder 1 < µr < 1,3 aufweisen. Dadurch werden „permeable“ Luftspalte bereit gestellt, die Feldlinien in vorteilhafter Weise führen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das zweite Material das zweite Ferritmaterial auf und das erste und/oder das zweite Ferritmaterial weist einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Mol-% bis 60 Mol-% und/oder von Fe2O3 in einem Bereich von 20 Mol-% bis 80 Mol-% auf. Der Rest zu 100% besteht im Wesentlichen aus MnO oder NiO. Es ist darauf hinzuweisen, dass das prozentuale Molverhältnis der Metallionen auch durch die Verwendung anderer chemischer Verbindung zu erreichen ist, welche die genannten Metallionen in sich tragen. Dadurch können extrem verlustfreie Bereiche durch ein vorbestimmtes Ferritmaterial mit definierter Mischung bereitgestellt werden, wobei mechanische und/oder elektrische und/oder thermische und/oder magnetische Eigenschaften festgelegt sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Stoffmengenanteile an Zink Zn (z.B. als ZnO) und/oder Kupfer Cu (z.B. als CuO) auf. Dadurch können vorteilhaftere mechanische und/oder elektrische und/oder magnetische Eigenschaften einzelner Bereiche eingestellt sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens das erste Ferritmaterial ein Additiv aufweisen, welches mindestens eines der aus Titan (Ti), Aluminium (Al), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Germanium (Ge), Strontium (Sr), Kalium (K), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Calcium (Ca), Silizium (Si), Vanadium (V), Kobalt (Co), Hafnium (Hf), Wolfram (W), Bismut (Bi) bestehenden Gruppe, ein Oxid dieser Elemente und/oder ein Karbonat und/oder eine andere chemische Verbindung, welche eines dieser Elemente umfasst. Demgemäß sind vorteilhaftere Einstellungen mechanischer Eigenschaften der Ferritmaterialien möglich.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material das zweite Ferritmaterial umfassen. Ferner können das erste Ferritmaterial und das zweite Ferritmaterialien unterschiedliche Sättigungsflussdichten und/oder Curie-Temperaturen aufweisen. Dadurch können auf einfache Weise „Luftspalte“ vorgesehen sein, um so beispielsweise ein gewünschtes Sättigungsverhalten bereitzustellen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann das zweite Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich <0°C oder von 0°C bis 100°C oder von 0°C bis 50°C oder von 15°C bis 35°C aufweisen und das erste Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von 100°C bis 700°C oder von 100°C bis 500°C oder von 200°C bis 350°C aufweisen. Dadurch kann ein vorteilhaftes magnetisches Verhalten, insbesondere ein Induktivität-Temperaturverhalten und/oder ein vorteilhafteres Temperaturverhalten der magnetischen Permeabilität des Kerns, eingestellt sein. Weiterhin kann eine vorteilhaftere Änderung der magnetischen Permeabilität entlang der Länge des magnetischen Kerns festgelegt sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform können das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Dadurch kann ein magnetischer Kern mit vorteilhaften magnetischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden, so dass Streuflüsse und/oder induzierte Spannungen und/oder Wärmeströme vorteilhaft unterdrückt bzw. abgeleitet werden können und damit eine im induktiven Bauelement umgesetzte Verlustleistung reduziert wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann mindestens ein Bereich aus Ferritmaterial unabhängig von seiner Curietemperatur mit einer sehr geringen Permeabiltiät ausgestattet sein. Dadurch können Streuflüsse und/oder Ausbauchungen eines durch den Kern geführten magnetischen Feldes weiter vorteilhaft reduziert werden und eine verlustarme Führung des magnetischen Flusses durch den magnetischen Kern gewährleistet sein.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform können Bereiche mit dem zweiten Ferritmaterial von einer Mitte des magnetischen Kerns ab in Längsrichtung des Kerns zu einem Rand des magnetischen Kerns hin kleiner werden. Auf diese Weise können Streuflüsse und Ausbauchungen des magnetischen Feldes auf vorteilhaftere Weise unterdrückt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann mindestens ein Bereich mit dem zweiten Ferritmaterial höchstens genauso groß sein wie der kleinste Bereich mit dem ersten Ferritmaterial. Dadurch ist gewährleistet, dass der magnetische Kern vorteilhaftere magnetische Eigenschaften aufweist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil des Ferritmaterials von mehr als 90 Massenprozent oder mehr als 95 Massenprozent auf weniger als 30 Massenprozent oder weniger als 10 Massenprozent oder weniger als 5 Massenprozent oder weniger als 1 Massenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1% umfassen. Dadurch werden klar getrennte Bereiche entlang des magnetischen Kerns definiert, so dass magnetische Kerne mit genau vorher bestimmten magnetischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften bereitgestellt sind.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine mehrteilige Kernanordnung bereitgestellt, die mindestens einen magnetischen Kern gemäß einer der vorangehend erläuterten Ausführungsformen und mindestens eine Wicklung umfasst, die über dem mindestens einen magnetischen Kern bereitgestellt ist.
  • Wenigstens gemäß einiger der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen Wickelverluste durch eine Führung des magnetischen Flusses durch den Kern deutlich reduziert werden.
  • Wenigstens gemäß einiger der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen magnetische Streuflüsse unterdrückt sind.
  • Wenigstens gemäß einiger der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen ein Auftreten von Wirbelströmen unterdrückt ist.
  • Wenigstens gemäß einigen der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen die Führung von Feldlinien im Kern optimiert wird, so dass Ausbauchungen der Feldlinien möglichst unterdrückt werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt auch magnetische Kerne mit vorbestimmten magnetischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften und Verfahren zu deren Herstellung bereit, bei denen Produktionskosten bei gleichzeitiger reduzierter Verlustleistung und stabilem Betrieb mit verbesserter Lebensdauer geringer sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt den Vorteil einer kostenoptimierten Herstellung von Kernen gemäß der vorangehend dargestellten Ausführungsformen bereit.
  • Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung können „Ausbauchungen“ in Luftspaltbereichen von magnetischen Kernen durch Bereitstellung von Materialien mit magnetischer Permeabilität >1 verringert werden.
  • Beschreibung der Figuren
  • Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den beigefügten Patentansprüchen und der folgenden detaillierten Beschreibungen anschaulicher Ausführungsformen hervor, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird.
  • 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur Herstellung eines magnetischen Kerns gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2A zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 2B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • 2C zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • 2D zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • 3 zeigt schematisch einen Anteil eines ersten Ferritmaterials und einen Anteil eines zweiten Ferritmaterials über einen Bereich eines magnetischen Kerns gemäß verschiedener Ausführungsformen.
  • 4A zeigt schematisch eine mehrteilige Kernanordnung gemäß einer Ausführungsform.
  • 4B zeigt schematisch eine Ansicht einer mehrteiligen Kernanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
  • Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
  • 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Anordnung 100 zum Herstellen eines magnetischen Kerns gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 100 umfasst eine schematisch in 1 dargestellte Presse 110. Die Anordnung 100 umfasst weiter eine Form 120, die einem herzustellenden magnetischen Kern entspricht. Die Form 120 kann, wie in 1 gezeigt, ein Negativ eines Stabkerns oder I-Kerns sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß hierzu alternativen Ausführungsformen sind Formen (nicht dargestellt) denkbar, die zur Herstellung von U- oder E-Kernen geeignet sind. Es sind weiterhin auch alle weiteren dem Fachmann bekannten Formen zur Ausbildung von Kernen im Rahmen der Erfindung enthalten.
  • Um gemäß einer Ausführungsform einen magntischen Kern herzustellen werden ein Ferritmaterial und ein Oxidkeramikmaterial bereitgestellt, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Oxidkeramikmatkerialien können zum Beispiel Keramikmaterialien umfassen, die Keramiken auf der Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid und/oder Aluminiumtitanat und/oder Eisenoxid aufweisen können. Die Sintertemperatur des Oxidkeramikmaterials kann gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen gleich der Sintertemperatur des Ferritmaterials sein, oder gemäß alternativer Ausgestaltungen von der Sintertemperatur des Ferritmaterials um weniger als 25% oder um weniger als 10% oder um weniger als 5% abweichen. Magnetische Eigenschaften können eine magnetische Permeabilität, Kernverluste, Stättigungsflussdichte und dergleichen umfassen. Die zwei Materialien werden abwechselnd in die Form 120 gefüllt, so dass Bereiche 142 und 144 aus jeweils einem Ferritmaterial und einem Oxidkeramikmaterial gebildet werden. Die Bereiche 142 und 144 sind, wie in 1 gezeigt ist, abwechselnd angeordnet. Die Bereiche 142 und 144 aus Ferritmaterial und Oxidkeramikmaterial füllen somit ein Volumen in der Form 120 aus, so dass in der Form 120 ein Materialvolumen 140 bereitgestellt wird. Gemäß einiger Ausführungsformen können die Bereiche 142 und 144 in dem Materialvolumen 140 als alternierende Bereiche vorgesehen sein, die in abwechselnden Schichten übereinander angeordnet sind. In anderen alternativen Ausführungsformen können Abstandselemente senkrecht zu einer oder mehrerer Schichten vorgesehen sein, um alternativ oder zusätzlich zu übereinander ausgebildeten Bereichen auch nebeneinander angeordnete Bereiche auszubilden. Geeignete Abstandselemente können leitende oder isolierende Platten, Plättchen oder dergleichen sein.
  • Um gemäß einer hierzu alternativen Ausführungsform einen magnetischen Kern herzustellen werden zwei Ferritmaterialien bereitgestellt, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Magnetische Eigenschaften können eine magnetische Permeabilität, Kernverluste, Stättigungsflussdichte und dergleichen umfassen. Diese alternative Ausführungsform wird im nachfolgend ebenfalls mit Bezug auf 1 beschrieben. Die zwei Ferritmaterialien werden abwechselnd in die Form 120 gefüllt, so dass Bereiche 142 und 144 aus jeweils einem Ferritmaterial gebildet werden. Die Bereiche 142 und 144 sind, wie in 1 gezeigt ist, abwechselnd angeordnet. Die Bereiche 142 und 144 aus erstem und zweiten Ferritmaterial füllen somit ein Volumen in der Form 120 aus, so dass in der Form 120 ein Materialvolumen 140 bereitgestellt wird. Gemäß einiger Ausführungsformen können die Bereiche 142 und 144 in dem Materialvolumen 140 als alternierende Bereiche vorgesehen sein, die in abwechselnden Schichten übereinander angeordnet sind. In anderen alternativen Ausführungsformen können Abstandselemente senkrecht zu einer oder mehrerer Schichten vorgesehen sein, um alternativ oder zusätzlich zu übereinander ausgebildeten Bereichen auch nebeneinander angeordnete Bereiche auszubilden. Geeignete Abstandselemente können leitende oder isolierende Platten, Plättchen oder dergleichen sein.
  • Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das zweite Ferritmaterial beispielsweise eine relative magnetische Permeabilität µr kleiner oder gleich 20 aufweisen. Gemäß weiterer besonderer Ausgestaltungen kann das zweite Ferritmaterial eine relative magnetische Permeabilität µr in einem Bereich von 0,99 bis 10 oder in einem Bereich von 5 bis 10 aufweisen. Die relative magnetische Permeabilität µr ist über das Verhältnis der magnetischen Permeabilität µ und der magnetischen Feldkonstante µ0 festgelegt (wobei µ0 = 4·π·10^(–7)Vs/Am), also zu µr = µ/µ0.
  • Nach dem Befüllen der Form 120 und dem Ausbilden des Materialvolumens 140 wird das Materialvolumen 140 einer Druckeinwirkung ausgesetzt. Dies kann im Rahmen eines leichten Pressvorgangs, etwa eines Vorpressens zum leichten Verdichten von Material und anschließendem weiteren Befüllen der Form, oder eines Pressvorgangs zur Erzeugung eines festen Materialblocks erfolgen. Die Druckeinwirkung kann durch die Presse 110 hervorgerufen werden, wobei ein Stempel (nicht dargestellt) der Presse 110 eine Kraft entlang einer Richtung 150 auf eine in der Form freiliegende Oberfläche des Bereichs 142 ausübt, um damit eine Druckeinwirkung auf das Materialvolumen 140 hervorzurufen. Die Richtung 150 ist senkrecht zu der Oberfläche des Bereichs 142 orientiert.
  • Die Druckeinwirkung verringert das Materialvolumen 140. Gemäß einer Ausführungsform kann die Druckeinwirkung das Materialvolumen 140 auf weniger als 90% des Materialvolumens verringern. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die Druckeinwirkung das Materialvolumen 140 auf weniger als 50% des Materialvolumens verringern. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die Druckeinwirkung das Materialvolumen 140 auf höchstens 10% des Materialvolumens reduzieren.
  • Die Druckeinwirkung kann beispielsweise im Rahmen eines Trockenpressens erfolgen. Die Form 140 kann während der Druckeinwirkung einer Wärmezufuhr ausgesetzt sein, so dass das Materialvolumen 140 einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird und sich erwärmt. Dazu kann die Form 120 aus einem Material gebildet sein, dass entsprechend vorteilhafte Wärme- und/oder Temperaturleitfähigkeitseigenschaften aufweist. Die Wärmeeinwirkung kann gemäß einiger Ausführungsformen vor der Druckeinwirkung erfolgen. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann die Wärmeeinwirkung nach der Druckeinwirkung erfolgen. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Wärmeeinwirkung gleichzeitig zu der Druckeinwirkung erfolgen. Es können Heizelemente (nicht dargestellt) zur Wärmeerzeugung außerhalb der Form 120 vorgesehen sein oder in die Form integriert sein. Die Form 120 kann auch zur Aufnahme von Heizelementen ausgebildet sein oder Koppelbereiche zur Kopplung mit Heizelementen aufweisen. Das Materialvolumen 140 kann der Wärmeeinwirkung im Rahmen eines Vorsinterns und/oder eines Sinterprozesses ausgesetzt sein. Gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform kann auf das Materialvolumen 140 ein Pressdruck von 0,5 bis 5 Tonnen/cm2 bei einer Vorsintertemperatur aus einem Bereich von 700°C–1200°C ausgeübt werden. Es sind hierzu jedoch auch Ausführungsformen mit höherem oder niedrigerem Pressdruck und/oder höheren oder niedrigeren Vorsintertemperaturen denkbar.
  • Die unterschiedlichen Materialien, etwa Ferritmaterialien und/oder Oxidkeramikmaterialien, können vor dem Befüllen der Form 120 einem Vorsinterprozess unterworfen werden. Die vorgesinterten Bereiche können abwechselnd in der Form angeordnet werden und einem weiteren Sintervorgang ausgesetzt werden, so dass die Menge an vorgesintertem Material im Verbund zusammen gesintert wird. An das Vorsintern kann sich auch ein optionales Zermahlen des vorgesinterten Materials anschließen, womit eine Partikelfeinheit des Materials eingestellbar ist. Das aufgemahlene Material wird anschließend in einem Sprühprozess zu Körnern geformt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Form 120 mit Material einer vorbestimmten Zusammensetzung und Körnigkeit befüllt wird. Dadurch kann für den herzustellenden magnetischen Kern eine vorteilhafte gewünschte Festigkeit eingestellt werden.
  • Gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform erfolgt eine Wärmeeinwirkung nach der Druckeinwirkung. Das durch die Druckeinwirkung gepresste Materialvolumen 140 kann einer Wärmeeinwirkung im Rahmen eines Vorsinterns und/oder eines Sinterprozesses ausgesetzt sein. Während des Sinterns kann das gepresste Materialvolumen 140 Temperaturen von 800°C bis 1600°C ausgesetzt sein. Vor dem Sintern wird dabei das gepresste Materialvolumen 140 der Form 120 entnommen und in einem geeigneten Ofen (nicht dargestellt) angeordnet. Anschließend wird das gepresste Materialvolumen 140 im Ofen (nicht dargestellt) einer Wärmeeinwirkung zum Sintern ausgesetzt.
  • Obwohl die in 1 dargestellte Form 120 mit zwei Ferritmaterialien gefüllt wird, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf zwei Ferritmaterialien beschränkt. Gemäß weiterer nicht dargestellter Ausführungsformen können auch drei Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften, vier Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften oder mehr als vier Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften verwendert werden. Auch können die Ferritmaterialien paarweise verschiedene magnetische Eigenschaften aufweisen (jeweils zwei Ferritmaterialien weisen gleiche magnetische Eigenschaften auf, oder allgemein jeweils 3 oder mehr der verschiedenen Ferritmaterialien weisen gleiche Eigenschaften auf).
  • Die bereitgestellten Ferritmaterialien können derart ausgewählt sein, so dass die ausgewählten Ferritmaterialien unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten und/oder unterschiedliche magnetische Widerstände und/oder unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen.
  • Gemäß einiger Ausfürungsformen führt eine Auswahl geeigneter Ferritmaterialien mit unterschiedlichen Curie-Temperaturen und ein entsprechendes Befüllen der Form 120 mit anschließender Druck- und Wärmeeinwirkung zu magnetischen Kernen mit einer vorbestimmten Temperaturabhängigkeit der Induktivität und der magnetischen Permeabilität und des magnetischen Widerstands und des Sättigungsverhaltens. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Auswahl von Ferritmaterialien im Hinblick auf verschiedene Curie-Temperaturen auch auf zu erwartende Betriebstemperaturen und/oder Umgebungstemperaturen des magnetischen Kerns abgestimmt sind. Dadurch kann eine während des Betriebs erwünschte Induktivität des magnetischen Kerns und/oder eine Änderung der magnetischen Permeabilität und/oder ein gewünschtes Sättigungsverhalten entlang der Länge und/oder über einen Querschnitt des magnetischen Kerns hinweg und/oder eine Änderung des magnetischen Widerstands über den magnetischen Kern hinweg eingestellt werden.
  • Eine Auswahl der Ferritmaterialien kann gemäß weiterer Ausführungsformen im Hinblick auf gewünschte thermische und/oder elektrische und/oder mechanische Eigenschaften erfolgen. So ist es möglich, dass durch Auswahl bestimmter Ferritmaterialien entsprechende thermische und/oder elektrische Eigenschaften des Kerns eingestellt werden, so dass eine Wärmeleitfähigkeit im magnetischem Kern bzw. ein Wärmetransport im magnetischen Kern bzw. eine Temperaturleitfähigkeit des magnetischen Kerns bzw. eine elektrische Leitfähigkeit des magnetischen Kerns bzw. eine bestimmmte Festigkeit des magnetischen Kerns eingestellt wird. Damit ist es möglich, magnetische Kerne bereitzustellen, die eine vorteilhafte Wärmeabführung und/oder Unterdrückung von elektrischen Stromflüssen durch den magnetischen Kern aufweisen. Es ist leicht erkennbar, dass bei der Unterdrückung von Sromflüssen durch den magnetischen Kern auch eine weitere Erwärmung des magnetischen Kerns verhindert wird.
  • Mechanische und/oder magnetische und/oder thermische und/oder elektrische Eigenschaften von bereitgestellten Ferritmaterialien können durch Zugabe von Additiven weiter beeinflusst werden. Dazu wird mindestens einem Ferritmaterial vor der Druckeinwirkung mindestens ein Additiv beigemengt. Eine nicht beschränkende Liste möglicher Additive kann Titan (Ti), Aluminium (Al), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Germanium (Ge), Strontium (Sr), Natrium (Na), Kalium (K), Zink (Zn), Eisen (Fe), Mangan (Mn), sowie Oxide und Karbonate dieser Elemente oder weitere chemische Verbindungen umfassen. Als mögliche Oxiden sollen exemplarisch zur IIlustration TiO2, Al2O3, Cr2O3, MgO, CuO, NiO, SnO2, GeO2, SrO genannt sein, ohne jedoch die vorliegende Offenbarung nur darauf zu beschränken. Diese Additive können in das Spinellgitter von mindestens einem Ferritmaterial eingebaut werden, um eine gewünschte Feinabstimmung von mechanischen und/oder magnetischen Eigenschaften des mindestens einen Ferritmaterials zu gewährleisten. Im Rahmen von neben den gewünschten magnetischen Eigenschaften eingestellten mechanischen Eigenschaften, kann auch eine Abstimmung von thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften erfolgen.
  • Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen kann eine Einstellung von thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Ferritmaterialien erfolgen. Damit können die Längenausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Ferritmaterialien derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich die unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1% oder um weniger als 0,5% voneinander unterscheiden. Durch eine Abstimmung der Längenausdehnungskoeffizienten kann eine vorteilhafte Stabilität des magnetischen Kerns sichergestellt werden, so dass ein Zerreißen oder Brechen des magnetischen Kerns durch unterschiedliches Ausdehnungsverhalten bei Erwärmung zuverlässig unterdrückt wird.
  • Die Druckeinwirkung kann mittels einer CNC gesteuerten hydraulischen Presse erfolgen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann hierbei eine Pulverpresse vorgesehen sein. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann entsprechend einer beispielhaften technischen Realisierung eine CNC gesteuerte hydraulische Presse mit Doppelfüllschuhsystem vorgesehen sein, wobei ein Doppelfüllschuhsystem aus zwei unterschiedlichen Füllschuhen besteht, welche unterschiedliche Pulver transprotieren. Ebenfalls ist ein einziger Füllschuh denkbar, welcher zwischen zwei Pulversorten hin und her schaltet.
  • Mindestens eines der bereitgestellten Ferritmaterialien kann ferner einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Mol-% bis 60 Mol-% aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Ferritmaterial Fe2O3 einen Stoffmengenanteil in einem Bereich von 20 Mol-% bis 80 Mol-% aufweisen. Es wird angemerkt, dass die Curie-Temperatur eines Ferritmaterials unter anderem durch eine Änderung eines Stoffmengenanteils von ZnO beeinflusst werden kann, d.h. ausgehend von der Curie-Temperatur eines Ferritmaterials kann eine Einstellung der Curie-Temperatur auf einen gewünschten Wert mittels einer Einstellung eines Anteils an ZnO in dem Ferritmaterial erfolgen. Insbesondere kann bei einer Erhöhung des Anteils an ZnO die Curie-Temperatur verringert werden. Außerdem kann mittels eines vorbestimmten Stoffmengenanteils von ZnO und/oder Fe2O3 und/oder MnO und/ oder NiO ein gewünschter elektrischer Widerstanddes Ferritmaterials eingestellt werden..
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von 35 Mol-% ZnO, 48 Mol-% Fe2O3 und 17 Mol-% oder weniger MnO und/oder NiO aufweisen.
  • Zusätzlich dazu können weitere Additive und Dotierstoffe vorgesehen sein. Ein entsprechendes Ferritmaterial weist eine Curie-Temperatur von ungefähr –40°C auf.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von 5 Mol-% ZnO, 54 Mol-% Fe2O3 und 41 Mol-% oder weniger MnO und/oder NiO aufweisen. Zusätzlich dazu können weitere Additive und Dotierstoffe vorgesehen sein. Ein entsprechendes Ferritmaterial weist eine Curie-Temperatur von ungefähr 270°C auf.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Ferritmaterial ein Nickel-Zink-Ferrit mit einer relativen magnetischen Permeabilität von 10 sein und ein weiteres Ferritmaterial ein Mangan-Zink-Ferrit mit einer relativen magnetischen Permeabilität von 1800 darstellen.
  • Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen werden Ferritmaterialien mit geringer Curie-Temperatur bereitgestellt. Hierbei soll unter dem Begriff "geringe Curie-Temperatur" eine Curie-Temperatur in einem Bereich von weniger als 100°C verstanden sein. Weitere illustrative Ausführungsformen hierin umfassen Ferritmaterialien mit geringer Curie-Temperatur, deren Curie-Temperatur 30°C oder weniger beträgt. Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen hierin können Ferritmaterialien mit Curie-Temperaturen von –250°C bis 0°C vorgesehen sein.
  • Gemäß einiger beispielhaften Ausführungsformen werden Ferritmaterialien mit hoher Curie-Temperatur bereitgestellt. Ferritmaterialien mit „hoher Curie-Temperatur“ sollen hierbei Ferritmaterialien bezeichnen, die eine Curie-Temperatur von mehr als 100°C aufweisen. Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen können diese Ferritmaterialien eine Curie-Temperatur in einem Bereich von 100°C bis 700°C oder von 100°C bis 500°C oder von 200°C bis 350°C aufweisen.
  • Gemäß einer beispielhaften alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Ferritmaterial als ein erstes Material bereitgestellt und ein Verbundstoff aus nanoskaligen Partikeln als ein zweites Material bereitgestellt. Aus dem bereitgestellten ersten Material werden durch Pressen und Sintern Einzelstücke hergestellt. Zum Herstellen eines Kerns wird zwischen je zwei Einzelstücke das zweite Material eingebracht, so dass sukzessive Einzelstücke mittels des zweiten Material miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann die Verbindung durch ein Klebemittel hergestellt sein. Es wird angemerkt, dass bevorzugte Verbundstoffe ein superparamagnetisches Verhalten aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen weisen geeignete nanoskalige Partikel einen maximalen Durchmesser und/oder eine maximale Länge in Erstreckungsrichtung aus einem Bereich zwischen 5 nm und 50 nm oder vorzugsweise zwischen 5 nm und 20 nm oder weiter bevorzugt zwischen 5 nm und 10 nm auf. Gemäß spezieller beispielhafter Ausgestaltungen dieser beispielhaften alternativen Ausführungsform können geeignete nanoskalige Partikel durch Ferritmaterial bereitgestellt sein. Gemäß weiterer spezieller beispielhafter Ausführungsformen können geeignete nanoskalige Partikel aus Metall (etwa 5nm bis 50nm klein) umfassen, die zum Beispiel in eine Siliziumdioxidhülle eingebettet sein können. Gemäß einer weiteren illustrativen Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann ein Verbindungsstoff, etwa eine Thermoplaste oder eine Duroplaste, mit den Ferritkristallen und/oder Metallkristallen versetzt sein. Beispielsweise kann eine Beimischung von nanoskaligen Partikeln zu einem Klebemittel weniger als 20% oder weniger als 10% oder bis zu 99% betragen. Gemäß dieser beispielhaften alternativen Ausführungsform weist das bereitgestellte zweite Material eine relative Permeabilität µr auf, für die gilt: 1 < µr < 3, vorzugsweise 1 < µr < 2, weiter bevorzugt 1 < µr < 1,6, weiter bevorzugt 1 < µr < 1,3.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften alternativen Ausführungsform wird eine Technik zum Verbinden zweier Ferritmaterialien mit Bezug auf 2A offenbart. Das erste Materialvolumen 220A und zweite Materialvolumen 240A werden als Einzelstücke gepreßt. Auf der Oberseite einer freiligendende Oberfläche des ersten Materialvolumens 220A wird eine Flüssigkeit aufgebracht. Die Flüssigkeit kann gemäß illustrativer Ausführungsformen eine wässrige oder alkoholische Lösung aus Polyethylenglycol oder Polyvenylalkohol oder Acrylat sein. Durch die aufgebrachte Flüssigkeit wird Ferritmaterial an der freiligenden Oberfläche des Materialvolumens 220A gelöst, so dass sich auf der freiligenden Oberfläche des Materialvolumens 220A ein Film aus losen Ferritpartikeln bildet. Daraufhin kann ein weiterer Bereich auf dem Film angeordnet werden. Beispielsweise kann der weitere Bereich durch ein Element aus vorgesinterten Ferritmaterial oder eine Tablette aus Ferritmaterial gebildet werden. Eine mit dem Film in Kontakt tretende Oberfläche des über dem Film angeordneten Bereichs wird durch den Film angelöst, so dass Ferritmaterialien aus dem über dem Film angeordneten Bereich in Lösung gehen. Dadurch wird zwischen dem unter dem Film angeordneten Materialvolumen 220A und dem über dem Film angeordneten Bereich eine Verbindung ausgebildet. Durch ein anschließendes Einwirken von Wärme, beispielsweise in einem Sinterungsprozess, wird eine formschlüssige Verbindung ausgebildet. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann bei einem Bilden des über dem Film angeordneten Bereichs ein Anordnen des Bereichs über dem Film mit einem während des Anordnens durchgeführten Drehens des Bereichs umfassen.
  • Es wird angemerkt, dass die voranstehend erläuterten Techniken nicht auf zwei unterschiedliche Materialien beschränkt ist. Gemäß alternativer Ausführungsformen können auch mehr als zwei Materialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften vorgesehen sein. Auch kann die voranstehend erläuterte Technik wiederholt ausgeführt werden, um so schrittweise einzelne Bereiche miteinander zu verbinden und/oder magnetische Kern zu verlängern bzw. zusätzliche Bereiche an einen magnetischen Kern anzubringen.
  • Anhand der 2A bis 2D sollen nachstehend illustrative Beispiele für magnetische Kerne gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen erläutert werden. 2A stellt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200A entlang einer Erstreckungs- bzw. Längsrichtung des magnetische Kerns 200A dar. Der magnetische Kern 200A weist abwechselnd angeordnete Bereiche 220A und 240A aus Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften auf. Wie vorangehend erläutert, können magnetische Eigenschaften beispielsweise eine Induktivität und/oder eine magnetische Permeabilität und/oder einen magnetischen Widerstand und/oder Kernverluste und/oder Sättigungsflussdichte umfassen. Die Bereiche 220A und 240A sind abwechselnd entlang der Längsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200A angeordnet. Zwar sind die Bereiche 220A und 240A in 2A als über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns 220A sich erstreckende Schicht dargestellt, jedoch stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es wird angemerkt, dass auch alternative Ausführungsformen denkbar sind, in denen nicht alle Bereiche als sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schichten ausgebildet sind. So können beispielsweise auch Bereiche explizit vorgesehen sein, die sich nicht über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstrecken wie vorangehend mit Bezug auf 1 erläutert wurde.
  • Die Bereiche 220A des in 2A gezeigten magnetischen Kerns 200A sind Bereiche mit hoher Curie-Temperatur. Hierbei soll wie vorangehend erläutert der Begriff "hohe Curie-Temperatur" eine Curie-Temperatur bezeichnen, die größer als 100°C ist.
  • Die Bereiche 240A des magnetischen Kerns 220A sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform Bereiche mit niedriger Curie-Temperatur, wobei der Ausdruck "niedrige Curie-Temperatur" eine Curie-Temperatur von bis zu 100°C bezeichnet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240A Bereiche ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240A nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
  • Die Bereiche 240A stellen sogenannte "eingesinterte Spalte" im Kern 200A dar. Durch das Vorsehen dieser eingesinterten Spalte kann eine vorzeitige Sättigung des Magnetkerns 200A verhindert werden.
  • Die Bereiche 240A weisen weiter eine Breite 2B1 auf. Die Bereiche 220A weisen eine Breite 2B2 auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Breite 2B2 der Bereiche 220A größer als die Breite 2B1 der Bereiche 240A. Dadurch wird der magnetische Widerstand auf einen kleinen Wert eingestellt.
  • Der magnetische Kern 200A zeigt eine optimierte Führung von Feldlinien im Kern, d.h. Ausbauchungen der Feldlinien werden im Kern bei Verwendung eines Materials, das eine Permeabilität größer 1 aufweist (z.B. 1,3), möglichst unterdrückt. Die Luftspalte müssen dabei ca. um den Faktor der Permeabilitätszahl erhöht werden, um den gleichen magnetischen Widerstand einzustellen, welchen man für einen „echten Luftspalt“ erhalten würde. Die Permeabiliät dieses „Luftspaltmaterials“ darf jedoch nicht zu hoch sein, da sonst der magnetisch Kreis vorzeitig in Sättigung gehen würde, weil der magnetische Widerstand sinkt und die Luftspalte nicht beliebig vergrößert werden können. Es erweisen sich daher Permeabilitäten von 1–3 als vorteilhaft. In herkömmlichen Kernen mit verteilten Luftspalten werden aufgrund des größeren magnetischen Widerstands der Luftspalte die Feldlinien deformiert, so dass Ausbauchungen auftreten. Demgegenüber soll unter einer optimalen Führung der Feldlinien im Kern gemäß der Erfindung ein Feldlinienverlauf verstanden werden, bei dem Tangenten an die Feldlinien eine Komponente entlang einer Richtung senkrecht zu Längsrichtung des Kerns aufweisen, die gegenüber der Komponente entlang der Längsrichtung um wenigstens einen Faktor 1,5 oder um wenigstens einen Faktor 3,5 oder um wenigstens einen Faktor 5 kleiner ist. Das Result ist, dass die Feldlienien besser in Kernnähe gehalten werden und weniger Ausbauchen auftreten. Aus diesem Grund werden die luftspaltinduzierten Wirbelstromverluste in den Kupferleitungen reduziert.
  • Es wird angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorangehend genannten Breiten beschränkt ist. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Breite 2B2 der Bereiche 220A kleiner sein als die Breite 2B1 der Bereiche 240A oder beide Breiten können gleich sein.
  • Zwar ist in 2A eine Ausführungsform gezeigt, in der die Bereiche 220A eine gemeinsame Breite 2B2 aufweisen und die Bereiche 240A eine gemeinsame Breite 2B1 aufweisen, jedoch stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es sind auch alternative Ausführungsformen zu der in 2A gezeigten denkbar, in denen verschiedene Bereiche gleichen Ferritmaterials unterschiedliche Breiten aufweisen können, beispielsweise können mindestens je zwei unterschiedliche Breiten um mehr als 1% oder um mehr als 5% oder um mehr als 10% oder um mehr als 25% oder um mehr als 50% voneinander abweichen. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform können Ungenauigkeit in einer über dem Kern anzuordnenden Wicklung, beispielsweise eine fehlerhafte Ausrichtung der Wicklung bezüglich des Kerns usw., ausgeglichen werden.
  • Gemäß anderer Ausführungsformen können Breiten von Bereichen 240A eine Breite aufweisen, die von einem Abstand zu einem Ende des magnetischen Kerns 200A abhängt. Für zwei Bereiche 240A kann beispielsweise gelten, dass ein erster Bereich einen ersten Abstand zu einem Ende des magnetischen Kerns 200A, zu dem der erste Bereich den geringeren Abstand aufweist (im Vergleich zu dem anderen Ende) und eine erste Breite aufweist und ein zweiter Bereich einen zweiten Abstand zu einem Ende des magnetischen Kerns 200A, zu dem der zweite Bereich den geringeren Abstand aufweist (im Vergleich zu dem anderen Ende) und eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand und die erste Breite größer ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
  • 2B zeigt eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200B entlang einer Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200B. Entlang der Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des Kerns 210B sind abwechselnd Bereiche 220B und 240B mit Ferritmaterial unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften angeordnet. In 2B sind die Bereiche 220B und 240B als sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns 210B erstreckende Schichten gezeigt, die abwechselnd entlang der Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 210B angeordnet sind.
  • Es wird angemerkt, dass trotz der in 2B dargestellten Bereiche als sich über die Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schicht, auch alternative Ausführungsformen denkbar sind, in denen sich mindestens zwei Bereiche nicht über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstrecken, wie vorangehend mit Bezug auf 1 erläutert wurde.
  • Der magnetische Kern 200B weist ferner randseitige Oberflächen 210B auf. Die randseitigen Oberfläche 210B bilden dynamische Pole des weichmagnetischen Kerns bei Vorliegen eines magnetischen Feldes und stellen Oberflächen von Bereichen 220B dar, die entsprechend jeweils nur auf einer Seite mit einem der Bereiche 240B in Kontakt sind. Auf die randseitigen Oberflächen 210B wird im Folgenden mit dem Begriff "Rand" Bezug genommen.
  • Wie in 2B gezeigt ist, weisen die Bereiche 220B eine Breite 3B3 auf. Die Bereiche 240B umfassen Bereiche 242B mit einer Breite 3B1 und Bereiche 244B mit einer Breite 3B2. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist die Breite 3B1 kleiner als die Breite 3B2. Entsprechend der in 2B darstellten Ausführungsform nimmt die Breite von Bereichen 240B entlang einer Längs- oder Erstreckungsrichtung des Kerns 200A zum Rand des magnetischen Kerns 200B hin ab, wobei in einem Mittelbereich des magnetischen Kerns 200B angeordnete Bereiche 246B größer sind als an einem Rand 210B gelegene Bereiche 242B. Die Breite 3B3 der Bereiche 240B ist von der Anordnung der einzelnen Bereiche 240B unabhängig.
  • Hier ist der Abstand eines Bereichs zu einem Rand 210B als der Abstand eines Bereichs in Längsrichtung des Kerns 200A zu dem Rand 210B zu verstehen, der von dem Bereich den kleinsten Abstand aufweist. Es ist möglich, Abstände von einem Rand eines Bereichs bzw. einer die Bereichsgrenze des Bereichs zu einem direkt benachbarten Bereich festlegenden Oberfläche eines Bereichs zu messen, jedoch wird der Fachmann erkennen, dass ein anderer geeigneter Bezugspunkt, wie etwa ein geometrischer Schwerpunkt eines Bereichs, ebenso zum Messen von Abständen vorgesehen sein kann, sofern der Bezugspunkt für jeden Bereich in analoger Weise definiert wird. Im folgenden sollen Bereiche bezüglich Abstand und/oder Anordnung weiter auf den Rand 210B bezogen sein, der von dem Bereich den kleineren Abstand aufweist und von der Bereichsgrenze eines Bereichs ab gemessen sein, die dem entsprechenden Rand 210B nächstliegend angeordnet ist.
  • Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann die Breite 3B3 größer oder gleich der Breite 3B2 sein. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Breite 3B3 kleiner oder gleich der Breite 3B2 sein.
  • Bereiche 240B sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aus Ferritmaterial mit geringer Curie-Temperatur gebildet. Hierbei bedeutet der Begriff "geringe Curie-Temperatur" eine Curie-Temperatur von kleiner oder gleich 100°C. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240B ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240B nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
  • Die Bereiche 220B sind aus Material mit hoher Curie-Temperatur gebildet. Hierbei bedeutet der Begriff "hohe Curie-Temperatur", dass die Curie-Temperatur mehr als 100°C beträgt.
  • Damit wird ein magnetischer Kern 200B bereitgestellt, der sogenannte "eingesinterte Spalte" aufweist. Durch die eingesinterten Spalte kann eine vorzeitige Sättigung des magnetischen Kerns 200B zuverlässig verhindert werden.
  • Durch die im magnetischen Kern 200B vorgesehenen Bereiche 240B mit abnehmender Breite, wobei diese Bereiche eine geringe Permeabilität aufweisen, werden zuverlässig Streufelder seitlich des magnetischen Kerns 200B unterdrückt. Insbesondere werden an den Rändern 210B des magnetischen Kerns 200B auftretende "Ausbauchungen" des Magnetfelds durch die Bereiche 242B verstärkt unterdrückt. Da die Bereiche 244B meist durch eine über dem magnetischen Kern 200B angeordneten Wicklung überdeckt werden, ist um die Bereiche 244B herum eine magnetische Feldstärke in diesen Bereichen 220B sehr groß. Dadurch wird eine Ausbauchung des magnetischen Feldes an den Bereichen 244B zuverlässig unterdrückt. Diese Bereiche können eine größere Breite aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen können sich mindestens je zwei unterschiedliche Breiten um wenigstens 1% oder wenigstens 5% oder wenigstens 10% oder wenigstens 25% oder wenigstens 50% unterscheiden.
  • Es wird angemerkt, dass auch die in 2B dargestellte Ausführungsform eine optimale Führung der Feldinien im Kern aufweist. Entsprechende Erläuterungen sind auch an dieser Stelle im vollen Umfang gültig.
  • Obwohl der in 2B gezeigte magnetische Kern 200B Bereiche 220B mit gleicher Breite 3B3, Bereiche 244B mit gleicher Breite 3B2 und Bereiche 242B mit gleicher Breite 3B1 darstellt, wird hierdurch die vorliegende Offenbarung nicht beschränkt. Alternativ hierzu sind Ausführungsformen denkbar, in denen unterschiedliche Bereiche 220B unterschiedliche Breiten aufweisen können, beispielsweise können die Bereiche 220B zu den Rändern hin kleiner oder größer werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 244B unterschiedliche Breiten aufweisen. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 242B unterschiedliche Breiten aufweisen.
  • Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen können Breiten von Bereichen 240B eine Breite aufweisenen, die von einem Abstand zum Rand 210B des magnetischen Kerns 200B abhängt. Für zwei Bereiche 240B kann beispielsweise gelten, dass ein erster Bereich einen ersten Abstand zum Rand 210B des magnetischen Kerns 200B und eine erste Breite aufweist und ein zweiter Bereich einen zweiten Abstand zum Rand 210B des magnetischen Kerns 200B und eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand und die erste Breite größer ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
  • 2C zeigt eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200C entlang einer Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200C. Der magnetische Kern 200C weist Bereiche 220C und Bereiche 240C, nämlich 242c, 244c und 246c auf, die jeweils aus Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gebildet sind (entsprechende Ausgestaltungen wurden mit Bezug auf die 2A und 2B beschrieben, so dass auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wird). Das heißt, dass das die Bereiche 220C bildende Ferritmaterial magnetische Eigenschaften aufweist, die sich von den magnetischen Eigenschaften des Ferritmaterials unterscheiden, das die Bereiche 240C bildet. Wie vorangehend erläutert, kann die magnetische Eigenschaft eine Induktivität, eine magnetische Permeabilität, einen magnetischen Widerstand, eine Curietemperatur, eine Sättigungsflussdichte etc. umfassen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240C ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240C nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
  • Der magnetische Kern 200C weist ferner randseitige Oberflächen 210C auf. Die randseitigen Oberflächen 210C bilden dynamische Pole des weichmagnetischen Kerns bei Vorliegen eines magnetischen Feldes und stellen Oberflächen von Bereichen 220C dar, die entsprechend jeweils nur auf einer Seite mit einem der Bereiche 240C in Kontakt sind. Auf die randseitigen Oberflächen 210C wird im Folgenden mit dem Begriff "Rand" Bezug genommen. Der Abstand eines Bereichs zu einem Rand 210C soll als der Abstand zu dem Rand 210C verstanden sein, der von dem Bereich den kleinsten Abstand aufweist. Im folgenden sollen Bereiche bezüglich Abstand und/oder Anordnung weiter auf den Rand 210C bezogen sein, der von dem Bereich den kleineren Abstand aufweist.
  • Die Bereiche 220C weisen eine Breite 4B4 auf. Die Bereiche 240C umfassen Bereiche 242C mit einer Breite 4B1, Bereiche 244C mit einer Breite 4B2 und einen Bereich 246C mit einer Breite 4B3. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann die Breite 4B3 größer als die Breite 4B2 sein. Die Breite 4B2 kann wiederum größer als die Breite 4B1 sein. In der in 2C dargestellten Ausführungsform kann die Breite 4B4 mindestens genauso groß sein wie die Breite 4B3.
  • Gemäß alternativer hierin kann Ausführungsformen die Breite 4B4 kleiner sein als die Breite 4B3 oder sogar kleiner als die Breite 4B2 um mindestens einen großen „Spalt“ in dem magnetischen Kern 200C zu bilden. Es wird angemerkt, dass anstelle eines Bereichs 246C auch zwei oder mehr Bereiche 246C vorgesehen sein können. Es wird weiter angemerkt, dass die Anzahl von Bereichen 242C und/oder 244C von der in 2C dargestellten jeweiligen Anzahl abweichen kann, so dass auch zwei oder mehr Bereiche 242C und/oder zwei oder mehr Bereiche 244C und eine entsprechende Anzahl an Bereichen 220C vorgesehen sein können.
  • Es wird angemerkt, dass auch die in 2C dargestellte Ausführungsform eine optimale Führung der Feldinien im Kern aufweist. Entsprechende Erläuterungen sind auch an dieser Stelle im vollen Umfang gültig.
  • Der magnetische Kern 200C weist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform Bereiche 240C auf, deren Breite zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C hin abnehmen.
  • Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 220C aus einem Material mit hoher Curie-Temperatur gebildet. Der Ausdruck "hohe Curie-Temperatur" bezeichnet Curie-Temperaturen, die größer sind als 100°C.
  • Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 240C aus einem Ferritmaterial mit niedriger Curie-Temperatur gebildet. Der Ausdruck "niedrige Curie-Temperatur" bezeichnet Curie-Temperaturen von kleiner oder gleich 100°C.
  • Obwohl der in 2C gezeigte magnetische Kern 200C Bereiche 220C mit gleicher Breite 4B4, Bereiche 244C mit gleicher Breite 4B2 und Bereiche 242C mit gleicher Breite 4B1 darstellt, wird hierdurch die vorliegende Offenbarung nicht beschränkt. Alternativ hierzu sind Ausführungsformen denkbar, in denen unterschiedliche Bereiche 220C unterschiedliche Breiten aufweisen können, beispielsweise können die Bereiche 220C zu den Rändern hin kleiner oder größer werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 244C unterschiedliche Breiten aufweisen. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 242C unterschiedliche Breiten aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen können sich mindestens je zwei unterschiedliche Breiten um wenigstens 1% oder wenigstens 5% oder wenigstens 10% oder wenigstens 25% oder wenigstens 50% unterscheiden.
  • Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen können Breiten von Bereichen 240C eine Breite aufweisenen, die von einem Abstand zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C abhängt. Für zwei Bereiche 240C kann beispielsweise gelten, dass ein erster Bereich einen ersten Abstand zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C und eine erste Breite aufweist und ein zweiter Bereich einen zweiten Abstand zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C und eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand und die erste Breite größer ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
  • 2D zeigt eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200D entlang einer Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200D. Der magnetische Kern 200D weist Bereiche 220D und Bereiche 240D auf. An dieser Stelle wird auf die Ausführungen zu den 2A bis 2C bezüglich der entsprechenden Bereiche 220A, 220B, 220C, 240A, 240B, 240C verwiesen.
  • Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 220D aus einem Ferritmaterial mit hoher Curie-Temperatur gebildet. Der Begriff "hohe Curie-Temperatur" bezeichnet eine Curie-Temperatur von größer als 100°C.
  • Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 240D aus einem Ferritmaterial mit geringer Curie-Temperatur gebildet. Der Begriff "geringe Curie-Temperatur" bezeichnet Curie-Temperaturen von kleiner oder gleich 100°C. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240D ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240D nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
  • Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es wird angemerkt, dass gemäß alternativer Ausführungsformen hierzu die Bereiche 220D und 240D aus Materialien gebildet sein können, die sich bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften und/oder bezüglich ihrer thermischen Eigenschaften und/oder bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften unterscheiden. Magnetische Eigenschaften können eine Indukivität, eine magnetische Permeabilität, einen magnetischen Widerstand, Kernverlust, Stättigungsflussdichte usw. umfassen.
  • Der magnetische Kern 200D weist ferner randseitige Oberflächen 210D auf. Die randseitigen Oberflächen 210D bilden dynamische Pole des weichmagnetischen Kerns bei Vorliegen eines magnetischen Feldes und stellen Oberflächen von Bereichen 220D dar, die entsprechend jeweils nur auf einer Seite mit einem der Bereiche 240D in Kontakt sind. Auf die randseitigen Oberflächen 210D wird im Folgenden mit dem Begriff "Rand" Bezug genommen. Der Abstand eines Bereichs zu einem Rand 210D soll als der Abstand zu dem Rand 210D verstanden sein, der von dem Bereich den kleinsten Abstand aufweist. Im folgenden sollen Bereiche bezüglich Abstand und/oder Anordnung weiter auf den Rand 210D bezogen sein, der von dem Bereich den kleineren Abstand aufweist. Ein Bezugspunkt für jeden Bereich soll entsprechend weiter oben ausgeführter Überlegungen festgelegt sein, so dass ein Abstand eines Bereichs zum Rand messbar ist.
  • Der magnetische Kern 200D ist in drei Abschnitte untergliedert: Zwei Abschnitte R1 und R2 bezeichnen Abschnitte, die je einen Rand 210D umfassen. Ein Abschnitt M ist zwischen den beiden Abschnitte R1 und R2 angeordnet, so dass jeweils ein Ende des Abschnitts M mit einem der Abschnitte R1 und R2 in Kontakt steht. Der Abschnitt R2, wie er in 2D dargestellt ist, umfasst Bereiche 220D, die Volumina V1, V3 und V5 aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Volumina V1 und V3 gleich groß, während das Volumen V5 größer ist als V1 oder V3.
  • Es wird angemerkt, dass dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung darstellt. Gemäß alternativer Ausführungsformen sind auch Volumina V1 und V3 denkbar, die unterschiedlich groß sind, beispielsweise kann das Volumen V3 größer sein als das Volumen V1, wobei das Volumen V3 kleiner ist als das Volumen V5.
  • Bereiche 240D in Abschnitt R2 weisen Volumina V2, V4 und V6 auf, die gleich groß sind. Es wird angemerkt, dass dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung darstellt. Es sind auch alternative Ausführungsformen denkbar, in denen die Volumina V2, V4 und V6 unterschiedlich groß sind, beispielsweise kann V2 kleiner sein als V4, welches kleiner ist als V6.
  • R1 kann eine Konfiguration aufweisen, die dem Abschnitt R2 entspricht. Der Abschnitt M weist Bereiche 210D auf, die Volumina V7, V9, V11 und V13 aufweisen. Hierbei sind die Volumina V9 und V11 größer als die Volumina V7 und V13. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Volumina V13 und V7 bzw. die Volumina V11 und V9 gleich groß. Gemäß alternativer Ausführungsformen können die Volumina V7 und V13 bzw. V9 und V11 unterschiedlich groß sein.
  • Gemäß alternativer Ausführungsformen können die Volumina V9 und V11 höchstens genauso groß sein wie das Volumen V10.
  • Die Bereiche 240D des Abschnitts M weisen Volumina V8, V10 und V12 auf. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist das Volumen V10 größer als die Volumina V8 und V12. Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen können die Volumina V8 und V12 gleich groß sein. Alternativ hierzu können die Volumina V8 und V12 unterschiedlich groß sein.
  • Der in 2D gezeigte magnetische Kern 200D weist gemäß beispielhafter Ausführungsformen Bereiche 240D auf, deren Volumina sämtlich kleiner sein können als das größte Volumen unter den Bereichen 220D. Ein Volumen, und dem entsprechend eine Größe, eines jeden der Bereiche 240D kann kleiner oder gleich einem Volumen, und damit einer Größe, des kleinsten direkt benachbarten Bereichs 220D sein, z.B. ist: V2 kleiner als V1, V3; V4 kleiner oder gleich V3 kleiner V5; V6 kleiner V5, V7; V8 kleiner oder gleich V7 kleiner V9; V10 kleiner V9, V11; V12 kleiner oder gleich V13 kleiner V11 usw.
  • Gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform ist der Kern 200D derart konfiguriert, dass die Volumina V10, V8, V6, V4, V2 entlang einer Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des Kerns 200D zum Rand 210D hin abnehmen. Es wird angemerkt, dass eine Abnahme gemäß den Anforderungen an den Kern 200D festgelegt sein kann. Beispielsweise kann ein linearer Zusammenhang zwischen der Abnahme der Volumina zum Rand hin mit zunehmendem Abstand von einem Schwerpunkt des Kerns 200D oder mit abnehmendem Abstand zum Rand 210D hin festgelegt sein. Alternativ kann ein logarithmischer Zusammenhang, ein exponentieller Zusammenhang oder ein anderer geeigneter Zusammenhang gebildet aus einer Verkettung verschiedener Funktionen vorgesehen sein, so dass die Verkettung ein monoton fallendes oder streng monoton fallendes Verhalten entlang der Längsrichtung des Kerns parametrisiert. Der Fachmann wird erkennen, dass die Wahl eines geeigneten Zusammenhangs von den Leistungsanforderungen und den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Kerns abhängen kann. Beispielsweise kann auf Basis eines gewünschten Feldlinienverlaufs im Kern eine geeignete Funktion anhand numerischer Methoden bestimmt werden. Die andere Kernhälfte kann entsprechend konfiguriert sein, so dass sich eine symmetrische Kernkonfiguration ergibt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar, so dass auch asymmetrische Kernkonfigurationen denkbar sind.
  • Es wird angemerkt, dass auch die in 2D dargestellte Ausführungsform eine optimale Führung der Feldinien im Kern aufweist. Entsprechende Erläuterungen sind auch an dieser Stelle im vollen Umfang gültig.
  • Mit Bezug auf die 2D wurden Bereichsgrößen mit dem Volumen in Beziehung gesetzt. Dies stellt keine Beschränkung dar. Gemäß anderer Ausführungsformen kann in der Beschreibung zu 2D der Ausdruck „Volumen“ durch „Breite“ und dessen Bedeutung als Breite eines Bereichs ersetzt werden.
  • Mit Bezug auf die 1 und 2A bis 2D wurden Ausführungsformen beschrieben, in denen zwei Ferritmaterialien unterschiedliche Curie-Temperaturen aufweisen. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Die mit Bezug auf diese Figuren beschriebenen Ausführungsformen lassen sich uneingeschränkt auf Situationen übertragen, in denen die Ferritmaterialien mit niedriger Curie-Temperatur durch Materialien mit niedriger magnetischer Permeabilität und/oder niedriger Sättigungsflussdichte und die Ferritmaterialien mit hoher Curie-Temperatur durch Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität und/oder hoher Sättigungsflussdichte ersetzt werden. Eine entsprechende Beschreibung ergibt sich direkt aus einer entsprechenden Ersetzung.
  • Mit Bezug auf die 2A bis 2D wurden Ausführungsformen beschrieben, in denen zwei Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften einen magnetischen Kern bilden. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Die mit Bezug auf die 2A bis 2D erklärten Konzepte und Erläuterungen lassen sich uneingeschränkt auf die Fälle mit 3 oder mehr Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften übertragen. Es wird auf entsprechende Erläuterungen im Rahmen von der Beschreibung zu 1 verwiesen.
  • Es wird angemerkt, dass mit Bezug auf die 2A eine Technik zum Verbinden zweier Ferritmaterialien erläutert wurde, gemäß welcher gepresste Einzelstücke miteinander verbunden werden, diese Technik jedoch auch zur Bereitstellung von Ausführungsformen einsetzbar ist, die im Zusammenhang mit den 2A bis 2D beschrieben sind.
  • Es wird nun auf 3 Bezug genommen. 3 stellt einen Zusammenhang zwischen dem Anteil eines ersten Ferritmaterials mit einer ersten magnetischen Eigenschaft und den Anteil eines zweiten Ferritmaterials mit einer zweiten magnetischen Eigenschaft, das sich von der ersten magnetischen Eigenschaft unterscheidet, über einen Bereich eines magnetischen Kerns hinweg dar. Eine Abszisse 310 des Graphen 300 repräsentiert eine Richtung entlang eines magnetischen Kerns, die eine nicht verschwindende Komponente entlang einer Längsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns aufweist. Eine Ordinate 320 des Graphen 300 repräsentiert einen Gewichts- oder Stoffmengenanteil. Die Ordinate 320 kann derart normierte Einheiten aufweisen, dass ein Punkt 324 auf der Ordinate 320 einem Massenanteil bzw. Stoffmengenanteil von 100% bzw. 1 entspricht. Ein Punkt 329 auf der Ordinate 320 kann einem Massen- bzw. Stoffmengenanteil gemessen in Prozent von mehr als 95% oder mehr als 90% (bzw. mehr als 0,95 oder mehr als 0,90) entsprechen. Ein Punkt 328 auf der Ordinate 320 kann einem Massen- bzw. Stoffmengenanteil mit Einheit Prozent von weniger als 30% (bzw. 0,30) oder wenigerals 10% (bzw. 0,10) oder weniger als 5% (bzw. 0,05) oder weniger als 1% (bzw. 0,01) entsprechen. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass der Graph 300 nur schematisch ist und zur Erläuterung des Begriffs Grenze von Bereichen dient.
  • Eine Kurve 340 des Graphen 300 repräsentiert den Massen- bzw. Stoffmengenanteil des ersten Ferritmaterials. Eine Kurve 360 des Graphen 300 repräsentiert den Massen- bzw. Stoffmengenanteil des zweiten Ferritmaterials in der oben genannten Richtung entlang eines magnetischen Kerns über einen Bereich hinweg.
  • Wie dem in 3 gezeigten Graphen 300 zu entnehmen ist, ist die Kurve 360 des zweiten Ferritmaterials in einem Intervall streng monoton fallend, in welchem die Kurve 340 streng monoton steigend ist. Dies bedeutet, dass in diesem Intervall der Richtung entlang des magnetischen Kerns eine Abnahme des Stoffmengenanteils bzw. Massenanteils an zweitem Ferritmaterial bei gleichzeitiger Zunahme des Stoffmengen- bzw. Massenanteils des ersten Ferritmaterials erfolgt. Die Kurven 340 und 360 schneiden sich in diesem Intervall in einem Punkt, so dass beide Ferritmaterialien an diesem Punkt einen gleichen Massen- bzw. Stoffmengenanteil aufweisen. Wie der 3 zu entnehmen ist, ist der Massenanteil bzw. Stoffmengenanteil eines Ferritmaterials zwischen jeweils zwei Schnittpunkten immer größer als der Massen- bzw. Stoffmengenanteil des anderen Ferritmaterials. Diese Bereiche können also dahingehend interpretiert werden, so dass in diesem Bereich hauptsächlich ein Ferritmaterial mit bestimmter magnetischer Eigenschaft vorliegt, während das andere Ferritmaterial mit davon unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften in diesen Bereich hinein einen abnehmenden Massen- bzw. Stoffmengenanteil aufweist. Aus diesem Grund wird zwischen den beiden Schnittpunkten 314 und 316 ein Bereich definiert, der aus dem ersten Ferritmaterial gebildet ist, da das erste Ferritmaterial in diesem Bereich einen Massen- bzw. Stoffmengenanteil aufweist, der größer ist als der Massen- bzw. Stoffmengenanteil des zweiten Ferritmaterials (die Kurve 340 verläuft zwischen den Punkten 314 und 316 über der Kurve 360). Da in einem Bereich aus erstem Ferritmaterial auch ein Anteil aus zweitem Ferritmaterial vorliegt, sind die Bereiche eigentlich nicht absolut scharf voneinander getrennt (dies entspräche einem stufenförmigen Verlauf, beispielsweise der sog. Heaviside-Funktion). Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen jedoch relativ scharf getrennte Bereiche, in denen Grenzbereiche schmalen Intervallen (z.B. 318 bis 319 in 3) um Grenzlinien (z.B. gestrichelte Linie über 314 in 3) entsprechen. Ein Grenzbereich sei im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als ein Bereich definiert, in dem der Massenanteil eines Ferritmaterials von einem Wert auf der Ordinate, etwa dem Punkt 329 entsprechend, auf einen anderen Wert auf der Ordinate, etwa dem Punkt 328 entsprechend, abnimmt. Dies führt zu einem durch die Punkte 318 und 319 begrenzten Intervall um den Punkt 314 auf der Abszisse 310 und damit zu einem Grenzbereich zwischen zwei Bereichen.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass entsprechend dem in 3 dargestellten Konzept definierte Grenzbereiche schmal oder scharf sind bzw. zwei Bereiche gut voneinander getrennt sind.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine gute Trennung zweier Bereiche bzw. schmale oder scharfe Grenzbereiche dadurch erreicht, dass sichergestellt wird, dass die Schüttungen vor dem Pressen schon gut getrennt sind. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, in dem der Füllschuh plan abgezogen wird. Es kann ferner sichergestellt werden, dass eine gute Trennung auch während der Temperaturbehandlung erhalten bleibt, wenn das gegeinseitige Ineinanderdiffundieren möglichst gering gehalten wird. Das wird gemäß spezieller Ausführungsformen dadurch erreicht, indem die unterschiedliche stoffliche Zusammensetzung der verschiedenen Materialien so eng wie möglich gewählt wird. Desweiteren kann eine Verwendung von vorgeglühtem bzw. vorgesintertem bzw. vorreagiertem Pulver eine weitere örtliche „Vorfixierung“ der unterschiedlichen Materialien mit sich bringen.
  • So ergab sich gemäß Ausführungsformen, dass ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil bzw. Stoffmengenanteil des Ferritmaterials von mehr als 90 Massen- bzw Stoffmengenprozent oder mehr als 95 Massen- bzw. Stoffmengenprozent auf weniger als 30 Massen- bzw. Stoffmengenprozent oder weniger als 10 Massen- bzw. Stoffmengenprozent oder weniger als 5 Massen- bzw. Stoffmengenprozent oder weniger als 1 Massen- bzw. Stoffmengenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1% umfasst. Die Begriffe „schmal“, „scharf“, „gute Trennung“ sollen entsprechend der vorangegangenen Erläuterung verstanden werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt magnetische Kerne mit Bereichen aus Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften bereit, die in einem genaueren Maße voneinander getrennt sind, als der Stand der Technik vorgibt. Auf Grund der scharfen bzw. klaren Trennung, die Bereiche aus Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften gemäß der Erfindung aufweisen, werden magnetische Kerne mit genau definierten bzw. vorgegebenen magnetischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften bereitgestellt.
  • Anhand der 4A und 4B werden beispielhafte Ausführungsformen für mehrteilige Kernanordnungen beschrieben. 4A zeigt eine zweiteilige Kernanordnung, in der ein entsprechend der Erfindung ausgeführter Stabkern 410A zusammen mit einem herkömmlichen C- bzw. U-Kern 420A kombiniert ist. Über den magnetischen Kern 410A ist eine Wicklung 440A angeordnet. Die Wicklung 440A weist Drahtenden 442A bzw. 444A auf, die mit entsprechenden Wicklungsanschlüssen verbunden sein können. Die Wicklung 440A ist derart über dem Kern 410A vorgesehen, dass ein Volumenschwerpunkt der Wicklung 440A im Wesentlichen mit einem Volumenschwerpunkt des Kerns 410A zusammenfällt. Im Wesentlichen bedeutet hier, dass der Volumenschwerpunkt der Wicklung 440A über einem Bereich des Kerns 410A aus einem Ferritmaterial angeordnet ist, der identisch ist mit einem Bereich aus Ferritmaterial, in dem der Volumenschwerpunkt des Kerns 410A angeordnet ist. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann der Bereich Ferritmaterial mit hoher Curie-Temperatur aufweisen. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann der Bereich Ferritmaterial mit niedriger Curie-Temperatur aufweisen. Hier ist hohe/niedrige Curie-temperatur entsprechend vorangehender Erläuterungen zu verstehen. Über einem Schenkel des C- bzw. U-Kerns 420A, der parallel zu dem Kern 410A orientiert ist, ist weiter eine Wicklung 460A vorgesehen, die zwei Drahtenden 426A und 464A aufweist. Die Drahtenden 462A und 464A können mit entsprechenden Drahtanschlüssen verbunden sein.
  • 4B zeigt eine weitere Ausführungsform einer mehrteiligen Kernanordnung, in der zwei Stabkerne 410B und 415B vorgesehen sind, die entsprechend der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sind. Mögliche Ausführungsformen für erfindungsgemäße Stabkerne wurden mit Bezug auf die 2A bis 2D beschrieben. Es wird angemerkt, dass magnetische Kerne entsprechend der Erfindung, wie sie vorangehend beschrieben wurden, als entsprechende magnetische Kerne 410B und 415B In der magnetischen Anordnung 400B vorgesehen sein können. Die magnetischen Kerne 410B, 415B können mittels eines Jochs 420D verbunden sein. Dies stellt jedoch keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann auch kein Joch vorgesehen sein. Über den Kernen 410B und 415B sind jeweils Wicklungen 440B und 460B vorgesehen. Die Wicklungen 440B und 460B weisen Drahtenden 442B und 462B auf, die mit entsprechenden Drahtanschlüssen verbunden sein können.
  • Die mit Bezug auf 4A und 4B beschriebenen Anordnungen stellen keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar und es sind Anordnungen mit verschieden vielen magnetischen Kernen aus unterschiedlicher Anzahl von Ferritmaterialien verschiedenster Eigenschaften in Kombination mit einer beliebigen Anzahl herkömmlicher magnetischer Kerne denkbar. Auch sind die Kernformen nicht beschränkend, sonder es können auf E-, U-, I-Kernen und anders geformenten Kernen basierende Anordnungen (vgl. auch Erläuterungen mit Bezug auf 1) und deren Kombination realisiert werden.
  • Es wird angemerkt, dass unter einem Rand eines magnetischen Kerns, wie beispielsweise in den 2 und 4 dargestellt bevorzugt eine Berandung des Kerns in Axialrichtung zu verstehen ist. Insbesondere sind mit dem Begriffen „Rand“ oder „Berandung“ Oberflächen des magnetischen Kerns bezeichnet, die bei konkreten Anwendungen des Kerns Polflächen des magnetischen Kerns bereitstellen.
  • Es wid angemerkt, dass magnetische Materialien im Rahmen der vorliegenden Offenbarung hauptsächlich als weichmagnetische Materialien und insbesondere ferrimagnetische Materialien zu verstehen sind. Die am häufigsten genutzte Gruppe ferrimagnetischer Materialien sind Ferrite, bei denen zweiwertige Metallionen zwei Gitter (auch als Untergitter bezeichnet) bilden, die durch in dichtester Kugelpackung liegende (Spinellstruktur der Ferrite) Sauerstoffatome voneinander getrennt sind.
  • Die vorliegende Erfindung stellt magnetische Kerne und Verfahren zu deren Herstellung bereit, wobei die magnetischen Kerne mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, wobei die Materialien aus einem Ferritmaterial, einem Oxidkeramikmaterial und einem superparamagnetischen Material ausgewählt werden und entlang des magnetischen Kerns abwechselnd in einzelnen Bereichen ausgebildet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2002/0132136 A1 [0005]
    • EP 1501106 B1 [0006]

Claims (30)

  1. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns, umfassend: Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, welche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst; Befüllen einer dem magnetischen Kern entsprechenden Form zum Ausbilden eines Materialvolumens in der Form, das abwechselnd Bereiche aus mindestens jeweils dem ersten und dem zweiten Material aufweist; und Aussetzen der mindestens zwei Materialien in der Form einer Druckeinwirkung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner ein zusätzliches Aussetzen einer insbesondere nachfolgenden Wärmeeinwirkung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das Verfahren ferner umfassend ein Auswählen der mindestens zwei Materialien, so dass die mindestens zwei Materialien unterschiedliche magnetische Permeabilitäten und/oder unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das Verfahren ferner umfassend ein Einstellen der magnetischen und/oder mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Eigenschaft von dem ersten Material und/oder dem zweiten Material vor dem Aussetzen einer Druckeinwirkung durch Beimengen eines Additivs, welches mindestens eines der aus Ti, Al, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, Zn, Fe, Mn, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W und Bi bestehenden Gruppe, ein Oxid eines dieser Elemente und/oder ein Karbonat eines dieser Elemente und/oder eine beliebige Verbindung dieser Elemente umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das Verfahren ferner ein Vorsintern der mindestens zwei Materialien vor dem Befüllen der Form umfassend, wobei die mindestens zwei Materialien jeweils als Pulver bereitgestellt sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich das Materialvolumen in der Form durch das Aussetzen einer Druckeinwirkung auf weniger als 90% oder weniger als 50% des Materialvolumens oder auf höchstens 10% des Materialvolumens reduziert.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aussetzen einer Druckeinwirkung mittels einer CNC gesteuerten hydraulischen Presse erfolgt.
  8. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns, umfassend: Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, welche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst; Bilden wenigstens eines ersten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten ersten Materials; Bilden wenigstens eines zweiten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten zweiten Materials; Aufbringen einer Flüssigkeit zum Bilden eines Flüssigkeitsfilms wenigstens auf einer freiliegenden Oberfläche des ersten Materialvolumenteils und/oder des zweiten Materialvolumenteils; und Anordnen eines Materialvolumenteils direkt auf dem Flüssigkeitsfilm eines anderen Materialvolumenteils.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Flüssigkeit eine wässrige oder alkoholische Lösung aus Polyethylenglycol oder Polyvenylalkohol oder Acrylat oder eine Mischungen davon ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Anordnen eines Materialvolumenteils ein während des Anordnens durchgeführtes Drehen des Materialvolumenteils umfasst.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Verfahren ferner ein Sintern der angeordneten Materialvolumenteile umfasst.
  12. Magnetischer Kern, umfassend: wenigstens zwei Bereiche, welche miteinander verbunden und entlang einer Längsrichtung des magnetischen Kerns abwechselnd angeordnet sind, wenigstens ein erstes Material und ein zweites Material, welche voneinander verschieden sind und unterschiedliche magnetische Permeabilitäten aufweisen, wobei jeweils ein Bereich ein Material von dem wenigstens ersten und zweiten Material aufweist; wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial oder das zweite Material ein superparamagnetisches Material umfasst.
  13. Magnetischer Kern nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Bereich als eine sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schicht ausgebildet ist.
  14. Magnetischer Kern nach Anspruch 12 oder 13, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 10 und das erste Material eine relative Permeabilität größer 10 aufweist.
  15. Magnetischer Kern nach Anspruch 14, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 3 aufweist.
  16. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei sich die Längenausdehnungskoeffizienten der mindestens zwei Materialien um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1% oder um weniger als 0,5% voneinander unterscheiden.
  17. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das erste Ferritmaterial ein Additiv aufweist, welches mindestens eines der aus Ti, Al, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W und Bi bestehenden Gruppe, ein Oxid eines dieser Elemente und/oder einem Karbonat eines dieser Elemente und/oder eine beliebige Verbindung dieser Elemente umfasst.
  18. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das zweite Material ein superparamagnetisches Verhalten aufweist.
  19. Magnetischer Kern nach Anspruch 18, wobei das zweite Material ein Verbundwerkstoff aus nanoskaligen Partikeln ist, die eine maximale Größendimension aus einem Bereich von 5 nm bis 50 nm haben.
  20. Magnetischer Kern nach Anspruch 19, wobei die nanoskaligen Partikel ein Ferritmaterial oder Metallmaterial aufweisen.
  21. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität µr mit 1 < µr < 3 oder 1 < µr < 2, oder 1 < µr < 1,6 oder 1 < µr < 1,3 aufweist
  22. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das zweite Material das zweite Ferritmaterial umfasst und das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten aufweisen.
  23. Magnetischer Kern nach Anspruch 22, wobei das erste Ferritmaterial und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Stoffmengenanteile an Zn und/oder Cu aufweisen.
  24. Magnetischer Kern nach Anspruch 22 oder 23, wobei das erste Ferritmaterial oder das zweite Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Molprozent bis 60 Molprozent und/oder von Fe2O3 in einem Bereich von 20 Molprozent bis 80 Molprozent und/oder von MnO oder NiO in einem Bereich von 5 Molprozent bis 60 Molprozent aufweist.
  25. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei das zweite Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von <0°C oder von 0°C bis 100°C oder von 0°C bis 50°C oder von 15°C bis 35°C aufweist und das erste Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von 100°C bis 700°C oder von 100°C bis 500°C oder von 200°C bis 350°C aufweist.
  26. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 25, wobei mindestens ein Bereich mit dem zweiten Material höchstens genauso groß ist wie der kleinste der direkt benachbarten Bereiche mit dem ersten Material.
  27. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 oder 26, wobei Bereiche mit dem zweiten Material von einer Mitte des magnetischen Kerns ab in Längsrichtung des Kerns zu einem Rand des magnetischen Kerns hin kleiner werden.
  28. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 27, wobei mindestens ein Bereich mit dem zweiten Material höchstens genauso groß ist wie der kleinste Bereich mit dem ersten Material.
  29. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 28, wobei ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil des Ferritmaterials von mehr als 90 Massenprozent oder mehr als 95 Massenprozent auf weniger als 30 Massenprozent oder weniger als 10 Massenprozent oder weniger als 5 Massenprozent oder weniger als 1 Massenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1% umfasst.
  30. Mehrteilige Kernanordnung, umfassend: mindestens einen magnetischen Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 29; und mindestens eine Wicklung, die über dem mindestens einen magnetischen Kern bereitgestellt ist.
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