DE102019204950A1 - Inductive component and method for manufacturing an inductive component - Google Patents

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Witold Pieper
Stefan Kaessner
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein induktives Bauelement (1, 10), das eine Kupferdrahtwicklung (3) und eine die Kupferdrahtwicklung (3) umgebende Umhüllmasse (8) umfasst, wobei die Umhüllmasse (8) eine Matrix (5) und mindestens einen ersten Füllstoff (6) umfasst, wobei die Matrix (5) mindestens eines, ausgewählt aus: Tonerdezement, Phosphatzement, SiO, MgO und reaktiver Tonerde umfasst und wobei der erste Füllstoff (6) mindestens ein weichmagnetisches Pulver umfasst.The present invention relates to an inductive component (1, 10) which comprises a copper wire winding (3) and a wrapping compound (8) surrounding the copper wire winding (3), the wrapping compound (8) having a matrix (5) and at least one first filler ( 6), wherein the matrix (5) comprises at least one selected from: alumina cement, phosphate cement, SiO, MgO and reactive alumina and wherein the first filler (6) comprises at least one soft magnetic powder.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit hoher Leistungsdichte sowie ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements mit guter Induktivität bei sehr guter Wärmeleitfähigkeit.The present invention relates to an inductive component with high power density and a method for producing an inductive component with good inductance and very good thermal conductivity.

Bei der Herstellung herkömmlicher Transformatoren wird ein Magnetkern in bekannter Weise mit zwei elektrischen Leitern mit ungleicher Anzahl an Wicklungen, wie z.B. Kupferdrahtwicklungen, umgeben. Im Anschluss daran werden die elektrischen Leiter mit einer Umhüllmasse umgeben, die eine Verbindung zwischen dem mit den Wicklungen umgebenen Magnetkern und einem Gehäuse herstellt. Über die Umhüllmasse werden während des Betriebs des Transformators im Magnetkern bzw. in den Wicklungen entstehende Verlustleistungen an das Gehäuse abgeführt. Die Leistungsdichte eines herkömmlichen Transformators ist damit reduziert.In the manufacture of conventional transformers, a magnetic core is made in a known manner with two electrical conductors with an unequal number of windings, e.g. Copper wire windings, surrounded. Subsequently, the electrical conductors are surrounded with an encapsulation compound that creates a connection between the magnetic core surrounded by the windings and a housing. Power losses that occur in the magnetic core or in the windings are dissipated to the housing during operation of the transformer via the enveloping compound. The power density of a conventional transformer is thus reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße induktive Bauelement gemäß Anspruch 1 zeichnet sich hingegen durch eine hohe Leistungsdichte aus. Dies wird dadurch erreicht, dass aufgrund des strukturellen Aufbaus des induktiven Bauelements hohe magnetische Permeabilitäten (µR = 2 bis 4 oder 10 bis 500) erzielt und in Folge dessen auch Streuinduktivitäten erhöht werden können, wodurch zudem auch eine Integration einer Resonanzinduktivität möglich ist, ohne die Effizienz des induktiven Bauelements und damit die Leistungsdichte wesentlich zu beeinträchtigen. Zudem kann bei hoher Wärmeleitfähigkeit und sehr guter Leistungsdichte der Bauraum des induktiven Bauelements reduziert werden. The inductive component according to the invention according to claim 1, however, is characterized by a high power density. This is achieved in that, due to the structural design of the inductive component, high magnetic permeabilities (μ R = 2 to 4 or 10 to 500) can be achieved and, as a result, leakage inductances can also be increased, whereby an integration of a resonance inductance is also possible without to significantly impair the efficiency of the inductive component and thus the power density. In addition, the installation space of the inductive component can be reduced with high thermal conductivity and very good power density.

Erfindungsgemäß umfasst das induktive Bauelement eine Kupferdrahtwicklung und eine die Kupferdrahtwicklung umgebende Umhüllmasse. Erfindungsgemäß können auch zwei oder mehrere Kupferdrahtwicklungen oder aber eine Kupferdrahtwicklung und mindestens eine weitre Wicklung eines elektrisch leitfähigen Materials verwendet werden. Die Anzahl an Wicklungen richtet sich dabei nach der Verwendung des induktiven Bauelements. Die Kupferdrahtwicklung kann dabei z.B. als Freiform-Kupferdrahtwicklung vorliegen und ist in Form und Gestalt im Wesentlichen nicht beschränkt. Eine besonders geeignete Form ist die Wicklung in Toroidform.According to the invention, the inductive component comprises a copper wire winding and a sheathing compound surrounding the copper wire winding. According to the invention, two or more copper wire windings or else one copper wire winding and at least one further winding of an electrically conductive material can be used. The number of windings depends on the use of the inductive component. The copper wire winding can e.g. in the form of free-form copper wire winding and is essentially not restricted in terms of shape and shape. A particularly suitable form is the toroidal winding.

Die Umhüllmasse umfasst eine Matrix und mindestens einen ersten Füllstoff. Dies bedeutet, dass sowohl ein erster Füllstoff allein oder aber eine Mischung eines ersten Füllstoffs mit einem oder mehreren weiteren Füllstoffen vorliegen kann. Der erste Füllstoff und ggf. weitere Füllstoffe sind dabei in der Matrix verteilt, wobei durch das entstehende Komposit eine gewisse mechanische Stabilität erhalten wird und die Matrix eine Verbindung zwischen der Kupferdrahtwicklung und z.B. einem umgebenden Bauteil bereitstellt. Die Matrix umfasst dabei mindestens eines, ausgewählt aus: Tonerdezement, Phosphatzement, SiO2, MgO und reaktiver Tonerde. Hierbei handelt es sich um mit Wasser abgebundene chemische Verbindungen oder Mischungen dieser Verbindungen und nicht um eine gesinterte keramische Masse. Es wird angenommen, dass hierdurch bei hoher magnetischer Permeabilität ein Anheben der Dielektrizitätskonstante verhindert werden kann. Die Induktivität kann dabei durch den in der Matrix enthaltenen ersten Füllstoff bereitgestellt werden, der mindestens ein weichmagnetisches Pulver umfasst. Der erste Füllstoff kann dabei ein weichmagnetisches Pulver allein oder eine Mischung von zwei oder mehreren weichmagnetischen Pulvern umfassen.The coating compound comprises a matrix and at least one first filler. This means that both a first filler alone or a mixture of a first filler with one or more further fillers can be present. The first filler and possibly further fillers are distributed in the matrix, the resulting composite maintaining a certain mechanical stability and the matrix providing a connection between the copper wire winding and, for example, a surrounding component. The matrix comprises at least one selected from: high alumina cement, phosphate cement, SiO 2 , MgO and reactive alumina. These are chemical compounds or mixtures of these compounds bound with water and not a sintered ceramic mass. It is assumed that this can prevent the dielectric constant from increasing when the magnetic permeability is high. The inductance can be provided by the first filler contained in the matrix, which comprises at least one soft magnetic powder. The first filler can comprise a soft magnetic powder alone or a mixture of two or more soft magnetic powders.

Das induktive Bauelement weist neben sehr guten magnetischen Eigenschaften auch hohe wärmeleitende Eigenschaften auf und der Verlustfaktor an Permittivität ist gering. Beispielsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäß verwendeten Umhüllmasse 5 bis 8 W/m K, was insbesondere auf die Verwendung von Tonerdezement, Phosphatzement, SiO2, MgO bzw. reaktiver Tonerde zurückzuführen ist. Das induktive Bauelement kann ferner ohne einen herkömmlichen Magnetkern ausgebildet sein, was Materialkosten und Kosten für die Herstellung des Bauteils einspart.In addition to very good magnetic properties, the inductive component also has high heat-conducting properties and the loss factor in terms of permittivity is low. For example, the thermal conductivity of the enveloping compound used according to the invention is 5 to 8 W / m K, which can be attributed in particular to the use of alumina cement, phosphate cement, SiO 2 , MgO or reactive alumina. The inductive component can also be designed without a conventional magnetic core, which saves material costs and costs for the production of the component.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.

Aufgrund der sehr guten induktiven Eigenschaften ist das weichmagnetische Pulver vorteilhafterweise ausgewählt aus Carbonyleisenpulver und Ferritpulver. Dies bedeutet, dass Carbonyleisenpulver und Ferritpulver jeweils alleine oder aber in Form eines Gemischs verwendet werden können.Because of the very good inductive properties, the soft magnetic powder is advantageously selected from carbonyl iron powder and ferrite powder. This means that carbonyl iron powder and ferrite powder can each be used alone or in the form of a mixture.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Umhüllmasse mindestens ein Polymer. Durch die Verwendung eines oder mehrere Polymere kann z.B. das thermische Verhalten der Umhüllmasse, wie z.B. eine Schwindung oder die Wärmeleitfähigkeit und dergleichen, vorteilhaft beeinflusst werden. Auch kann durch den Einsatz von Polymeren die Haftung der Umhüllmasse an umliegenden Bauteilen, wie beispielsweise einem Gehäuse, verbessert werden. Besonders geeignete Polymere sind dabei thermoplastische Polymere. Bevorzugte Polymere sind Copolymere aus Acrylsäureestern, Ethylen und Vinylestern, Copolymere aus Acrylsäureestern, Methacrylsäureestern und Styrol, Copolymere aus Ethylen und Vinylacetat und Methylsilikonharze.According to a further advantageous development, the coating compound comprises at least one polymer. By using one or more polymers, e.g. the thermal behavior of the encapsulation compound, e.g. a shrinkage or the thermal conductivity and the like, can be advantageously influenced. The use of polymers can also improve the adhesion of the encapsulation compound to surrounding components, such as a housing, for example. Particularly suitable polymers are thermoplastic polymers. Preferred polymers are copolymers of acrylic acid esters, ethylene and vinyl esters, copolymers of acrylic acid esters, methacrylic acid esters and styrene, copolymers of ethylene and vinyl acetate and methyl silicone resins.

Zur Verbesserung der Eigenschaften der Umhüllmasse enthält die Umhüllmasse vorteilhafterweise mindestens einen zweiten Füllstoff. Dieser zweite Füllstoff kann dabei weitere Funktionalitäten in die Umhüllmasse eintragen. Dabei kann ein zweiter Füllstoff allein oder aber eine Mischung von zwei oder mehreren zweiten Füllstoffen eingesetzt werden. Aufgrund der sehr guten wärmeleitenden Eigenschaften enthält der zweite Füllstoff vorzugsweise Al2O3.In order to improve the properties of the coating compound, the coating compound advantageously contains at least one second filler. This second filler can add further functionalities to the coating compound. A second filler can be used alone or a mixture of two or more second fillers. Because of the very good heat-conducting properties, the second filler preferably contains Al 2 O 3 .

Zur Bereitstellung einer guten mechanischen Stabilität bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit und guter magnetischer Permeabilität beträgt die Gesamtmasse der Matrix, bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse 5 bis 25 Masse%. Hierbei bilden Tonerdezement, Phosphatzement, SiO2, MgO bzw. reaktiver Tonerde ein sehr feines mikrostrukturelles Gefüge mit Partikelgrößen von maximal 200 µm, was zur hohen Stabilität der Matrix und sehr guten Wärmeleitfähigkeit beiträgt.To provide good mechanical stability with high thermal conductivity and good magnetic permeability at the same time, the total mass of the matrix, based on the total mass of the encasing compound, is 5 to 25% by mass. Alumina cement, phosphate cement, SiO 2 , MgO or reactive alumina form a very fine microstructural structure with particle sizes of a maximum of 200 µm, which contributes to the high stability of the matrix and very good thermal conductivity.

Zur Optimierung der Funktionalität der Umhüllmasse, und insbesondere zur Verbesserung der induktiven und wärmeleitenden Eigenschaften, beträgt die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff, bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse insbesondere 75 bis 95 Masse%.To optimize the functionality of the wrapping compound, and in particular to improve the inductive and heat-conducting properties, the total mass of the first and second filler, based on the total mass of the wrapping compound, is in particular 75 to 95% by mass.

Im Lichte einer Maximierung der induktiven Eigenschaften des induktiven Bauelements, insbesondere bei Verwendung einer Freiform-Kupferdrahtwicklung ohne einen durch die Kupferdrahtwicklung umgebenen Magnetkern, beträgt die Gesamtmasse an erstem Füllstoff, bezogen auf die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff vorteilhafterweise 75 bis 95 Masse%. Dies bedeutet, dass neben dem ersten Füllstoff nur ein geringer Anteil an zweitem Füllstoff in der Matrix und damit auch in der Umhüllmasse enthalten ist. Der Anteil an weichmagnetischem Pulver ist damit sehr hoch. Hierdurch werden sehr gute magnetische Permeabilitäten erzielt.In the light of maximizing the inductive properties of the inductive component, especially when using a free-form copper wire winding without a magnetic core surrounded by the copper wire winding, the total mass of first filler, based on the total mass of first and second filler, is advantageously 75 to 95% by mass. This means that, in addition to the first filler, only a small proportion of the second filler is contained in the matrix and thus also in the enveloping compound. The proportion of soft magnetic powder is therefore very high. This achieves very good magnetic permeabilities.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das induktive Bauelement einen Magnetkern. Die Kupferdrahtwicklung umgibt damit den Magnetkern mindestens teilweise bzw. mindestens abschnittsweise. Der Magnetkern kann z.B. ein Ferritkern oder ein magnetischer Pulverkern mit Polymermatrix oder auch ein gesinterter magnetischer Pulverkern sein und ist insbesondere als Ferritkern ausgebildet.According to a further advantageous development, the inductive component comprises a magnetic core. The copper wire winding thus surrounds the magnetic core at least partially or at least in sections. The magnetic core can e.g. be a ferrite core or a magnetic powder core with a polymer matrix or a sintered magnetic powder core and is designed in particular as a ferrite core.

In der vorstehenden Ausführungsform mit Magnetkern ist es bevorzugt, dass die Gesamtmasse an weichmagnetischem Pulver, bezogen auf die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff 1 bis 50 Masse% beträgt. Somit kann bei reduzierter Gesamtmasse an weichmagnetischem Pulver trotzdem eine hohe magnetische Permeabilität im induktiven Bauelement bereitgestellt werden. Streuinduktivitäten können bei gleichbleibend niedriger Dielektrizitätskonstante erhöht und Resonanzinduktivitäten integriert werden.In the above embodiment with a magnetic core, it is preferred that the total mass of soft magnetic powder, based on the total mass of first and second filler, is 1 to 50% by mass. Thus, with a reduced total mass of soft magnetic powder, a high magnetic permeability can nevertheless be provided in the inductive component. Stray inductances can be increased while the dielectric constant remains the same and resonance inductances can be integrated.

In dieser Ausführungsform mit Magnetkern ist es ferner vorteilhaft im Lichte der wärmeleitenden Eigenschaften der Umhüllmasse und damit auch des induktiven Bauelements, wenn die Gesamtmasse an zweitem Füllstoff und insbesondere an Al2O3, bezogen auf die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff 50 bis 99 Masse% beträgt.In this embodiment with a magnetic core, it is also advantageous in the light of the heat-conducting properties of the encasing compound and thus also of the inductive component if the total mass of the second filler and in particular of Al 2 O 3 , based on the total mass of the first and second filler, is 50 to 99 mass % is.

Das induktive Bauelement und insbesondere die Umhüllmasse ist vorteilhafterweise frei von Portlandzement. Dies bedeutet, dass bei der Herstellung des induktiven Bauelements kein Portlandzement zugesetzt bzw. verwendet wird. Die Gesamtmasse an Portlandzement ist damit im Wesentlichen 0 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse und damit auch des induktiven Bauelements. Portlandzement hat gegenüber der erfindungsgemäßen Matrix den Nachteil, dass er viele Verunreinigungen enthält, die zwar für tragende Bauteile tolerierbar sind, für elektronische Anwendungen, und insbesondere für induktive Bauteile, aber deutliche Eigenschaftseinbußen mit sich bringen. Zudem ist Portlandzement gegenüber Tonerdezement, Phosphatzement, SiO2, MgO bzw. reaktiver Tonerde deutlich weniger wärmeleitfähig, was vermutlich auf die chemische Struktur der einzelnen Matrixphasen zurückzuführen ist.The inductive component and in particular the encasing compound is advantageously free of Portland cement. This means that no Portland cement is added or used in the production of the inductive component. The total mass of Portland cement is therefore essentially 0 Mass%, based on the total mass of the enveloping compound and thus also of the inductive component. Compared to the matrix according to the invention, Portland cement has the disadvantage that it contains a large number of impurities which, although they can be tolerated for load-bearing components, for electronic applications, and in particular for inductive components, result in significant loss of properties. In addition, Portland cement is significantly less thermally conductive than alumina cement, phosphate cement, SiO 2 , MgO and reactive alumina, which is probably due to the chemical structure of the individual matrix phases.

Weiter vorteilhaft sind der erste Füllstoff und der zweite Füllstoff ungesintert. Dies bringt nicht nur Vorteile hinsichtlich einer energiesparenden Herstellung, sondern auch im Hinblick auf hohe magnetische Permeabilitäten und hohe wärmeleitende Eigenschaften.The first filler and the second filler are also advantageously unsintered. This not only has advantages in terms of energy-saving production, but also in terms of high magnetic permeabilities and high heat-conducting properties.

Das induktive Bauelement kann beispielsweise als Spule ausgebildet sein und umfasst hierzu insbesondere eine Kupferdrahtwicklung. Aufgrund der sehr guten induktiven und wärmeleitenden Eigenschaften ist das erfindungsgemäße induktive Bauelement insbesondere als Transformator ausgebildet und umfasst zu diesem Zweck eine Kupferdrahtwicklung und mindestens eine weitere elektrisch leitfähige Wicklung, die ebenfalls als Kupferdrahtwicklung ausgebildet sein kann.The inductive component can, for example, be designed as a coil and for this purpose comprises in particular a copper wire winding. Due to the very good inductive and thermally conductive properties, the inductive component according to the invention is designed in particular as a transformer and for this purpose comprises a copper wire winding and at least one further electrically conductive winding, which can also be designed as a copper wire winding.

Ebenfalls erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements beschrieben. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Vermengens eines Matrixmaterials mit mindestens einem ersten Füllstoff, Wasser und optional mindestens einem Fließmittel unter Herstellung eines Schlickers. Unter einem Schlicker wird dabei eine ungehärtete und unabgebundene mehr oder weniger fließfähige bzw. zumindest formfähige Masse verstanden.A method for producing an inductive component is also described according to the invention. The method comprises a step of mixing a matrix material with at least one first filler, water and optionally at least one flow agent to produce a slip. A slip is understood to mean an uncured and unbound, more or less flowable or at least malleable mass.

Ein Fließmittel im Sinne der Erfindung kann beispielsweise modifizierte Polycarboxylatether sein, und kann z.B. mit 0,1 bis 2 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse an Schlicker, eingesetzt werden.A flow agent within the meaning of the invention can be modified polycarboxylate ethers, for example, and can be used, for example, at 0.1 to 2% by mass, based on the total mass of slip.

Das Matrixmaterial enthält dabei mindestens eines, ausgewählt aus: unabgebundenem Tonerdezement, unabgebundenem Phosphatzement, unabgebundenem SiO2, unabgebundenem MgO und unabgebundener reaktiver Tonerde. Ferner umfasst der erste Füllstoff mindestens ein weichmagnetisches Pulver. Das Vermengen kann beispielsweise durch Rühren mit einem geeigneten Rührwerk erfolgen. Der erhaltene Schlicker wird dann um eine Kupferdrahtwicklung angeordnet, so dass der Schlicker die Kupferdrahtwicklung möglichst allseitig aber zumindest am Außenumfang der Kupferdrahtwicklung umgibt. Der Schlicker wird anschließend durch mindestens teilweises Abbinden des Matrixmaterials durch das Wasser bei einer Temperatur in einem Bereich von 50 bis 150 °C verfestigt. Dieser Schritt des Abbindens kann beispielsweise in einem Ofen ausgeführt werden. Ein Sintern bei Temperaturen von mehr als 200 °C wird nicht ausgeführt. Durch das Abbinden werden die vormals eingesetzten Fließmittel weitestgehend entfernt und lassen sich danach im Wesentlichen nicht mehr nachweisen.The matrix material contains at least one selected from: unbound alumina cement, unbound phosphate cement, unbound SiO 2 , unbound MgO and unbound reactive alumina. Furthermore, the first filler comprises at least one soft magnetic powder. The mixing can take place, for example, by stirring with a suitable stirrer. The slip obtained is then arranged around a copper wire winding, so that the slip surrounds the copper wire winding as far as possible on all sides, but at least on the outer circumference of the copper wire winding. The slip is then solidified by at least partial setting of the matrix material by the water at a temperature in a range from 50 to 150 ° C. This setting step can for example be carried out in an oven. Sintering at temperatures of more than 200 ° C is not carried out. As a result of the setting, the previously used superplasticizers are largely removed and can then essentially no longer be detected.

Es entsteht eine Umhüllmasse im Sinne der vorliegenden Erfindung, wie sie bereits vorstehend erfindungsgemäß beschrieben ist. Durch die Menge an zugesetztem Wasser kann der Abbindegrad des Matrixmaterials eingestellt werden. Geeignete Mengen an Wasser können durch einfache Versuche herausgefunden werden.The result is a coating compound in the sense of the present invention, as has already been described above according to the invention. The degree of setting of the matrix material can be adjusted by the amount of added water. Suitable amounts of water can be found out by simple experiments.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach und kostengünstig umsetzbar und ermöglicht die Herstellung eines induktiven Bauelements mit hoher magnetischer Permeabilität (µR = 2 bis 4 oder 10 bis 500), hoher Streuinduktivität und integrierter Resonanzinduktivität bei wenig oder gar nicht erhöhter Dielektrizitätskonstante. Zudem zeichnet sich das erfindungsgemäß hergestellte Bauelement auch durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aus, so dass das induktive Bauelement hoch effizient ist und eine ausgezeichnete Leistungsdichte aufweist.The inventive method is simple and inexpensive to implement and enables the production of an inductive component with high magnetic permeability (μ R = 2 to 4 or 10 to 500), high leakage inductance and integrated resonance inductance with little or no increased dielectric constant. In addition, the component produced according to the invention is also distinguished by high thermal conductivity, so that the inductive component is highly efficient and has an excellent power density.

Die für das erfindungsgemäße induktive Bauelement dargelegten Vorteile, vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements.The advantages, advantageous effects and developments presented for the inductive component according to the invention are also applied to the method according to the invention for producing an inductive component.

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kann das Verfahren ferner einen Schritt des Temperns im Anschluss an das Abbinden des Matrixmaterials umfassen. Das Tempern wird hierbei vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 100 bis 150 °C durchgeführt.To improve the mechanical properties, the method can further comprise a step of tempering following the setting of the matrix material. The tempering is preferably carried out at a temperature in a range from 100 to 150.degree.

Ebenfalls vorteilhaft kann das Verfahren auch einen Schritt des Umgebens eines Magnetkerns, der insbesondere als Ferritkern ausgebildet ist, mit der Kupferdrahtwicklung, vorsehen. In dieser Ausführungsform liegt die Kupferdrahtwicklung folglich nicht als Freiform-Kupferdrahtwicklung vor, sondern umgibt einen Magnetkern. Damit ist die Umhüllmasse um die, den Magnetkern umgebende Kupferdrahtwicklung angeordnet und insbesondere nicht im Innern der Kupferdrahtwicklung.The method can likewise advantageously also provide a step of surrounding a magnetic core, which is designed in particular as a ferrite core, with the copper wire winding. In this embodiment, the copper wire winding is consequently not present as a free-form copper wire winding, but rather surrounds a magnetic core. The enveloping compound is thus arranged around the copper wire winding surrounding the magnetic core and, in particular, not inside the copper wire winding.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 eine Schnittansicht eines induktiven Bauelements gemäß einer ersten Ausführungsform und
  • 2 eine Schnittansicht eines induktiven Bauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a sectional view of an inductive component according to a first embodiment and
  • 2 a sectional view of an inductive component according to a second embodiment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind nur die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung dargestellt. Alle übrigen Merkmale sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ferner beziffern gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.Only the essential features of the present invention are shown in the figures. All other features are omitted for the sake of clarity. Furthermore, the same reference symbols denote the same components.

1 zeigt ein induktives Bauelement 1 gemäß einer ersten Ausführungsform im Schnitt. Das induktive Bauelement 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem ein Magnetkern 4 angeordnet ist, der von einer Kupferdrahtwicklung 3 allseitig umgeben ist. Die Kupferdrahtwicklung 3 ist dabei direkt um den Magnetkern 4 gewickelt. 1 shows an inductive component 1 according to a first embodiment in section. The inductive component 1 includes a housing 2 , in which a magnetic core 4th is arranged by a copper wire winding 3 is surrounded on all sides. The copper wire winding 3 is right around the magnetic core 4th wrapped.

Der Magnetkern 4 ist beispielsweise als Ferritkern ausgebildet oder als magnetischer Pulverkern mit Polymermatrix oder auch als gesinterter magnetischer Pulverkern, wobei die Ausbildung als Ferritkern bevorzugt ist.The magnetic core 4th is designed, for example, as a ferrite core or as a magnetic powder core with a polymer matrix or also as a sintered magnetic powder core, the design as a ferrite core being preferred.

Der Magnetkern 4 und die den Magnetkern 4 umgebende Kupferdrahtwicklung 3 sind in dem Gehäuse 2 angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 2 und der Kupferdrahtwicklung 3 ist eine Umhüllmasse 8 angeordnet, die eine Verbindung zwischen der Kupferdrahtwicklung 3 und dem Gehäuse 2 bereitstellt.The magnetic core 4th and the the magnetic core 4th surrounding copper wire winding 3 are in the housing 2 arranged. Between the housing 2 and the copper wire winding 3 is a coating compound 8th arranged that a connection between the copper wire winding 3 and the case 2 provides.

Die Umhüllmasse 8 umfasst eine Matrix 5 und einen ersten Füllstoff 6 sowie einen zweiten Füllstoff 7, wobei der erste Füllstoff 6 ein weichmagnetisches Pulver, wie z.B. Carbonyleisen oder Ferritpulver ist, und wobei der zweite Füllstoff 7 Al2O3 ist. Der erste Füllstoff 6 und der zweite Füllstoff 7 sind in der Matrix 5 verteilt und liegen in nicht gesinterter Form vor.The wrapping compound 8th includes a matrix 5 and a first filler 6th and a second filler 7th , the first filler 6th a soft magnetic powder, such as carbonyl iron or ferrite powder, and wherein the second filler 7th Is Al 2 O 3 . The first filler 6th and the second filler 7th are in the matrix 5 distributed and are in unsintered form.

Die Matrix 5 umfasst mindestens eines, ausgewählt aus: Tonerdezement, Phosphatzement, SiO2, MgO und reaktiver Tonerde. Diese Verbindungen oder Gemische dieser Verbindungen liegen in mit Wasser bei 50 bis 150 °C mindestens teilweise abgebundener Form vor und sind nicht gesintert. Damit bildet die Matrix 5 ein mikrokristallines Netzwerk von Partikeln mit einer Partikelgröße von maximal 200 µm, in dem die Füllstoffe 6, 7 gleichmäßig verteilt sind. Die Umhüllmasse 8 und damit auch das induktive Bauelement 1 sind frei von Portlandzement.The matrix 5 comprises at least one selected from: high alumina cement, phosphate cement, SiO 2 , MgO and reactive alumina. These compounds or mixtures of these compounds are at least partially set with water at 50 to 150 ° C. and are not sintered. This forms the matrix 5 a microcrystalline network of particles with a maximum particle size of 200 µm, in which the fillers 6th , 7th are evenly distributed. The wrapping compound 8th and thus also the inductive component 1 are free of Portland cement.

Die Gesamtmasse der Matrix 5 beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse 8 5 bis 25 Masse%.The total mass of the matrix 5 is, based on the total mass of the wrapping compound 8 5 to 25 mass%.

Die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff 6, 7 beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse 8, 75 bis 95 Masse%, wobei der Anteil an erstem Füllstoff 6, also an weichmagnetischem Pulver, vorteilhafterweise 1 bis 50 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse an erstem Füllstoff 6 und zweitem Füllstoff 7 beträgt. Hierdurch wird aufgrund des hohen Anteils an zweitem Füllstoff 7 bei guten magnetischen Eigenschaften eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit erhalten.The total mass of the first and second filler 6th , 7th is based on the total mass of the wrapping compound 8th , 75 to 95 % By mass, the proportion of the first filler 6th , that is to say of soft magnetic powder, advantageously 1 to 50% by mass, based on the total mass of first filler 6th and second filler 7th amounts. This is because of the high proportion of second filler 7th obtain a particularly high thermal conductivity with good magnetic properties.

Das induktive Bauelement 1 zeichnet sich aufgrund der Verwendung der Umhüllmasse 8 durch eine hohe Leistungsdichte und hohe Effizienz aus. Dies bedeutet, dass das induktiven Bauelement 1 bei hoher magnetischer Permeabilität (µR = 2 bis 4 oder 10 bis 500) eine hohe Streuinduktivität und Resonanzinduktivität aufweist, ohne dass die Dielektrizitätskonstante wesentlich erhöht ist. Zudem hat die Umhüllmasse 8 eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was die Leistungsdichte des induktiven Bauelements 1 weiter erhöht.The inductive component 1 is characterized by the use of the wrapping compound 8th characterized by high power density and high efficiency. This means that the inductive component 1 with high magnetic permeability (µ R = 2 to 4 or 10 to 500) has a high leakage inductance and resonance inductance without the dielectric constant being significantly increased. In addition, the coating compound has 8th a high thermal conductivity, which is the power density of the inductive component 1 further increased.

2 zeigt ein induktives Bauelement 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform im Schnitt. Das induktive Bauelement 10 unterscheidet sich von dem induktiven Bauelement 1 aus 1 dadurch, dass es keinen Magnetkern aufweist. Die Kupferdrahtwicklung 3 liegt somit in Form einer Freiform-Kupferdrahtwicklung vor, die beispielsweise vorab auf einem Träger erzeugt wurde. 2 shows an inductive component 10 according to a second embodiment in section. The inductive component 10 differs from the inductive component 1 out 1 in that it has no magnetic core. The copper wire winding 3 is thus in the form of a free-form copper wire winding, which was produced in advance on a carrier, for example.

Die Gesamtmasse an Matrix 5 bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse 8 beträgt auch hier 5 bis 25 Masse%.The total mass of matrix 5 based on the total mass of the wrapping compound 8th here is also 5 to 25% by mass.

Die Gesamtmasse an erstem Füllstoff 6 und zweitem Füllstoff 7 beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse 8, 75 bis 95 Masse%, wobei der Anteil an erstem Füllstoff 6, also an weichmagnetischem Pulver, höher ist als in der Matrix aus dem induktiven Bauelement 1 aus 1 und insbesondere 75 bis 95 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse an erstem Füllstoff 6 und zweitem Füllstoff 7 beträgt. Der Anteil an zweitem Füllstoff 7, also insbesondere an Al2O3, ist damit geringer. Der höhere Anteil an weichmagnetischem Pulver ist vorteilhaft im Lichte der magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements 10.The total mass of first filler 6th and second filler 7th is, based on the total mass of the wrapping compound 8, 75 to 95% by mass, the proportion of the first filler 6th , i.e. on soft magnetic powder, is higher than in the matrix of the inductive component 1 out 1 and in particular 75 to 95% by mass, based on the total mass of the first filler 6th and second filler 7th amounts. The proportion of the second filler 7th , in particular on Al 2 O 3 , is therefore lower. The higher proportion of soft magnetic powder is advantageous in light of the magnetic properties of the inductive component 10 .

Auch das induktive Bauelement 10 zeichnet sich aufgrund der Verwendung der Umhüllmasse 8 durch eine hohe Leistungsdichte und hohe Effizienz aus. Es wird eine hohe magnetische Permeabilität (µR = 2 bis 4 oder 10 bis 500) und auch eine hohe Streuinduktivität und Resonanzinduktivität erhalten. Zudem hat die Umhüllmasse 8 eine gute Wärmeleitfähigkeit, was die Leistungsdichte des induktiven Bauelements 10 weiter erhöht.Also the inductive component 10 is characterized by the use of the wrapping compound 8th characterized by high power density and high efficiency. A high magnetic permeability (μ R = 2 to 4 or 10 to 500) and also a high leakage inductance and resonance inductance are obtained. In addition, the coating compound has 8th good thermal conductivity, which is the power density of the inductive component 10 further increased.

Claims (16)

Induktives Bauelement umfassend eine Kupferdrahtwicklung (3) und eine die Kupferdrahtwicklung (3) umgebende Umhüllmasse (8), wobei die Umhüllmasse (8) eine Matrix (5) und mindestens einen ersten Füllstoff (6) umfasst, - wobei die Matrix (5) mindestens eines, ausgewählt aus: Tonerdezement, Phosphatzement, SiO2, MgO und reaktiver Tonerde umfasst und - wobei der erste Füllstoff (6) mindestens ein weichmagnetisches Pulver umfasst.Inductive component comprising a copper wire winding (3) and a wrapping compound (8) surrounding the copper wire winding (3), the wrapping compound (8) comprising a matrix (5) and at least one first filler (6), - the matrix (5) at least one selected from: high alumina cement, phosphate cement, SiO 2 , MgO and reactive alumina and - wherein the first filler (6) comprises at least one soft magnetic powder. Induktives Bauelement nach Anspruch 1, wobei das weichmagnetische Pulver ausgewählt ist aus Carbonyleisenpulver und Ferritpulver.Inductive component according to Claim 1 wherein the soft magnetic powder is selected from carbonyl iron powder and ferrite powder. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umhüllmasse (8) mindestens ein Polymer, insbesondere ein thermoplastisches Polymer, umfasst.Inductive component according to Claim 1 or 2 , wherein the encasing compound (8) comprises at least one polymer, in particular a thermoplastic polymer. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens einen zweiten Füllstoff (7), wobei der zweite Füllstoff (7) insbesondere Al2O3 umfasst.Inductive component according to one of the preceding claims, further comprising at least one second filler (7), wherein the second filler (7) in particular comprises Al 2 O 3 . Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtmasse der Matrix (5), bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse (8) 5 bis 25 Masse% beträgt.Inductive component according to one of the preceding claims, the total mass of the matrix (5), based on the total mass of the enveloping compound (8), being 5 to 25% by mass. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff (6, 7), bezogen auf die Gesamtmasse der Umhüllmasse (8) 75 bis 95 Masse% beträgt.Inductive component according to one of the Claims 4 or 5 , the total mass of the first and second filler (6, 7), based on the total mass of the enveloping compound (8), being 75 to 95% by mass. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Gesamtmasse an erstem Füllstoff (6), bezogen auf die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff (6, 7) 75 bis 95 Masse% beträgt.Inductive component according to one of the Claims 4 to 6th , the total mass of the first filler (6) based on the total mass of the first and the second filler (6, 7) is 75 to 95% by weight. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend einen Magnetkern (4), insbesondere einen Ferritkern, wobei die Kupferdrahtwicklung (3) den Magnetkern (4) mindestens teilweise umgibt.Inductive component according to one of the Claims 1 to 6th , further comprising a magnetic core (4), in particular a ferrite core, the copper wire winding (3) at least partially surrounding the magnetic core (4). Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und 8, wobei die Gesamtmasse an erstem Füllstoff (6), bezogen auf die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff (6, 7) 1 bis 50 Masse% beträgt.Inductive component according to one of the Claims 4 to 6th and 8th , the total mass of first filler (6), based on the total mass of first and second filler (6, 7), being 1 to 50% by mass. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 8 und 9, wobei die Gesamtmasse an zweitem Füllstoff (7), bezogen auf die Gesamtmasse an erstem und zweitem Füllstoff (6, 7) 50 bis 99 Masse% beträgt.Inductive component according to one of the Claims 4 to 6th , 8th and 9 , the total mass of second filler (7), based on the total mass of first and second filler (6, 7), being 50 to 99% by mass. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauelement (1, 10) frei ist von Portlandzement.Inductive component according to one of the preceding claims, wherein the component (1, 10) is free of Portland cement. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Füllstoff (6) und der zweite Füllstoff (7) ungesintert sind.Inductive component according to one of the preceding claims, wherein the first filler (6) and the second filler (7) are unsintered. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet als Transformator.Inductive component according to one of the preceding claims, designed as a transformer. Verfahren zur Herstellung eines induktiven Bauelements (1, 10), umfassend die Schritte: - Vermengen eines Matrixmaterials mit mindestens einem ersten Füllstoff (6), Wasser und optional mindestens einem Fließmittel unter Herstellung eines Schlickers, wobei das Matrixmaterial mindestens eines, ausgewählt aus: unabgebundenem Tonerdezement, unabgebundenem Phosphatzement, unabgebundenem SiO2, unabgebundenem MgO und unabgebundener reaktiver Tonerde und der erste Füllstoff (6) mindestens ein weichmagnetisches Pulver umfasst, - Umgeben einer Kupferdrahtwicklung (3) mit dem Schlicker und - mindestens teilweise Abbinden des Matrixmaterials durch das Wasser bei einer Temperatur in einem Bereich von 50 bis 150 °C.A method for producing an inductive component (1, 10), comprising the steps of: mixing a matrix material with at least one first filler (6), water and optionally at least one flow agent to produce a slip, the matrix material at least one selected from: unbound High alumina cement, unbound phosphate cement, unbound SiO 2 , unbound MgO and unbound reactive alumina and the first filler (6) comprises at least one soft magnetic powder, - surrounding a copper wire winding (3) with the slip and - at least partially setting the matrix material by the water at a Temperature in a range from 50 to 150 ° C. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend einen Schritt des Temperns im Anschluss an das Abbinden des Matrixmaterials, wobei das Tempern bei einer Temperatur in einem Bereich von 100 bis 150 °C erfolgt.Procedure according to Claim 14 , further comprising a step of tempering following the setting of the matrix material, wherein the tempering takes place at a temperature in a range from 100 to 150 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, umfassend einen Schritt des Umgebens eines Magnetkerns (4), insbesondere eines Ferritkerns, mit der Kupferdrahtwicklung (3).Method according to one of the Claims 14 or 15th , comprising a step of surrounding a magnetic core (4), in particular a ferrite core, with the copper wire winding (3).
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