DE9218475U1 - Magnetic material for coil cores - Google Patents
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Description
BeschreibungDescription
Magnetisches Material für SpulenkerneMagnetic material for coil cores
Die vorliegende Neuerung betrifft ein magnetisches Material für Spulenkerne nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The present innovation relates to a magnetic material for coil cores according to the preamble of claim 1.
Es ist bekannt, daß die Permeabilität von für Spulenkerne verwendetem magnetischem Material mit zunehmender Feldstärke eines einwirkenden Magnetfeldes abnimmt. Dieser bekannte Sachverhalt ist beispielsweise in "Ferritkerne - Grundlagen, Dimensionierung, Anwendungen in der Nachrichtentechnik" von Kampczyk und Röß, 1. Auflage, Berlin, München: Siemens Aktiengesellschaft, 1978, insbesondere Seiten 354 bis 367 beschrieben.It is known that the permeability of magnetic material used for coil cores decreases with increasing field strength of an acting magnetic field. This well-known fact is described, for example, in "Ferrite cores - basics, dimensioning, applications in communications engineering" by Kampczyk and Röß, 1st edition, Berlin, Munich: Siemens Aktiengesellschaft, 1978, especially pages 354 to 367.
Ein Beispiel für den Einsatz von induktiven Bauelementen in Anwesenheit hoher magnetischer Fremdfelder ist der Einsatz von Spulen als Induktivität in Schwingkreisen von induktiven Annäherungsschaltern, die in der Autmobilindustrie in Schweißautomaten eingesetzt werden. Dabei treten hohe magnetische Felder auf, welche die Permeabilität des Magnetkerns der Spule im induktiven Annäherungsschalter herabsetzen, so daß sich ihre Induktivität und damit die Güte des Oszillators ändert, dessen frequenzbestimmender Kreis die Spule als induktives Bauelement enthält. Daher kann es zu unerwünschten Schaltvorgängen des induktiven Näherungsschalters kommen.An example of the use of inductive components in the presence of high external magnetic fields is the use of coils as inductances in oscillating circuits of inductive proximity switches that are used in welding machines in the automotive industry. High magnetic fields occur, which reduce the permeability of the magnetic core of the coil in the inductive proximity switch, so that its inductance and thus the quality of the oscillator changes, the frequency-determining circuit of which contains the coil as an inductive component. This can lead to undesirable switching operations of the inductive proximity switch.
Um dieses Problem zu vermeiden, können magnetische Materialien für die Spulenkerne verwendet werden, deren Permeabilität auch bis hin zu hohen magnetischen Fremdfeldern noch nahezu konstant ist. Als magnetisches Material für Spulenkerne kommt für diesen Zweck die Verwendung von Carbonyleisen in Frage. Die Eigenschalft einer praktisch konstanten Permeabilität auch noch bei hohen magnetischen Fremdfeidern ist beispielsweise aus "Magnetic Materials" vonTo avoid this problem, magnetic materials can be used for the coil cores whose permeability is almost constant even in the presence of high external magnetic fields. Carbonyl iron can be used as a magnetic material for coil cores for this purpose. The property of practically constant permeability even in the presence of high external magnetic fields is shown, for example, in "Magnetic Materials" by
G 92 18 475.8 GR 91 G 1607 DEG 92 18 475.8 GR 91 G 1607 EN
Tebble und Craik, Wiley & Sons, London, New York, Sydney, Toronto, 1969, Seiten 544 ff bekannt. Dieser Druckschrift ist zu entnehmen, daß Carbonyleisen ein mikroskopisch geschertes Material ist, bei dem Eisenatome durch Stickstoff-, Kohlenstoff- und Sauerstoff-Moleküle getrennt werden.Tebble and Craik, Wiley & Sons, London, New York, Sydney, Toronto, 1969, pages 544 ff. This publication states that carbonyl iron is a microscopically sheared material in which iron atoms are separated by nitrogen, carbon and oxygen molecules.
Neben dem Vorteil einer nahezu konstanten Permeabilität auch noch bei hohen magnetischen Fremdfeldern besitzt Carbonyleisen jedoch den Nachteil einer relativ niedrigen Anfangspermeabilität, woraus sich bei einer Anwendung in induktiven Annäherungsschaltern entsprechend kleine Schaltabstände ergeben. Weiterhin ist die Herstellung von Carbonyleisen aus chemischen Gründen relativ aufwendig, da reines Eisen chemisch in eine Carbonylverbindung eingebunden werden muß. Schließlich ergibt sich auch bei mechanischen Nachbearbeitungen von Spulenkernen aus Carbonyleisen, beispielsweise durch Schleifen, der Nachteil, daß der Vorteil eines hohen elektrischen Widerstandes und damit verbundener geringer elektrischer Verluste verlorengeht, da das Material durch die mechanische Bearbeitung elektrisch leitend wird.In addition to the advantage of an almost constant permeability even in high external magnetic fields, carbonyl iron has the disadvantage of a relatively low initial permeability, which results in correspondingly small switching distances when used in inductive proximity switches. Furthermore, the production of carbonyl iron is relatively complex for chemical reasons, since pure iron must be chemically bound into a carbonyl compound. Finally, mechanical post-processing of coil cores made of carbonyl iron, for example by grinding, also has the disadvantage that the advantage of a high electrical resistance and the associated low electrical losses are lost, since the material becomes electrically conductive due to the mechanical processing.
Magnetische Materialien in Form von Ferrit/Kunststoff-Zusammensetzungen sind bekannt. Solche Materialien sind beispielsweise in der EP 0 394 020 und in der JP-OS 2-158107 beschrieben.Magnetic materials in the form of ferrite/plastic compositions are known. Such materials are described, for example, in EP 0 394 020 and in JP-OS 2-158107 .
In der erstgenannten Druckschrift werden solche Materialien ausgehend von ihren günstigen Eigenschaften hinsichtlich Abmessungstoleranzen, Bearbeitbarkeit und geringerer Sprödigkeit insbesondere bei Massenproduktion von dünnen Magnetkernen komplizierter Gestalt unter dem Gesichtspunkt einer möglichst großen magnetischen Permeabilität betrachtet. Dazu werden Ferrit-Partikel mit geeignetem mittleren Partikeldurchmesser mit Kunststoff in bestimmten Mischungsverhältnissen gemischt. Hinsichtlich der Konstanz der magnetischen Permeabilität bei magnetischen FremdfeldernIn the first-mentioned publication, such materials are considered based on their favorable properties in terms of dimensional tolerances, workability and lower brittleness, particularly in the mass production of thin magnetic cores with a complex shape, from the point of view of achieving the greatest possible magnetic permeability. For this purpose, ferrite particles with a suitable average particle diameter are mixed with plastic in certain mixing ratios. With regard to the constancy of the magnetic permeability in external magnetic fields
G 92 18 475.8 GR 91 G 1607 DEG 92 18 475.8 GR 91 G 1607 EN
ist dieser Druckschrift nichts zu entnehmen, so daß der Fachmann zur Lösung dieses Problems auf die Offenbarung dieser Druckschrift nicht zurückgreifen würde.Nothing can be inferred from this publication, so that the person skilled in the art would not rely on the disclosure of this publication to solve this problem.
In der zweitgenannten Druckschrift werden magnetische Materialien der in Rede stehenden Art ebenfalls unter dem Gesichtspunkt hoher Permeabilität und geringer Verluste betrachtet. Dazu werden zweierlei Ferrite, nämlich Mn-ZN-Ferrit und Ni-Zn-Ferrit mit Kunststoff gemischt. Auch diese Druckschrift enthält zur Frage der Konstanz der Permeabilität bei magnetischen Fremdfeldern nichts, so daß der Fachmann bei diesem Problem ebenfalls nicht auf diese Druckschrift zurückgreifen würde.In the second publication, magnetic materials of the type in question are also considered from the perspective of high permeability and low losses. For this purpose, two types of ferrite, namely Mn-ZN ferrite and Ni-Zn ferrite, are mixed with plastic. This publication also contains nothing on the question of the constancy of permeability in external magnetic fields, so that the expert would not resort to this publication for this problem either.
Entsprechendes gilt für Materialien nach der JP-OS 3-74812 und 2-103905.The same applies to materials according to JP-OS 3-74812 and 2-103905.
Der vorliegenden Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisches Material der in Rede stehenden Art anzugeben, 0 das bei hohem spezifischen Widerstand bis hin zu hohen Magnetfeldern eine konstante Permeabilität besitzt.The present innovation is based on the task of specifying a magnetic material of the type in question, 0 which has a constant permeability at high specific resistance up to high magnetic fields.
Diese Aufgabe wird bei einem magnetischen Material der eingangs genannten Art neuerungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Schutzanspruches 1 gelöst.This object is achieved in a magnetic material of the type mentioned at the outset by the features of the characterizing part of claim 1.
Weiterbildung des neuerungsgemäßen magnetischen Materials sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further developments of the magnetic material according to the invention are the subject of subclaims.
Die Neuerung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispxelen in Verbindung mit den Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The innovation is explained in more detail below using examples in conjunction with Figures 1 and 2 of the drawing. It shows:
Figur 1 ein Diagramm der Anfangspermeabilität als Funktion des Magnetfeldes zum Vergleich eines Spulenkerns ausFigure 1 is a diagram of the initial permeability as a function of the magnetic field for comparison of a coil core made of
Ferrit, Carbonyleisen bzw. aus neuerungsgemäßem Material undFerrite, carbonyl iron or new material and
Figur 2 ein der Figur 1 entsprechendes Diagramm der Güte vonFigure 2 shows a diagram corresponding to Figure 1 of the quality of
Spulen mit einem Magnetkern aus den Materialien gemäß Figur 1.Coils with a magnetic core made of the materials shown in Figure 1.
Das neuerungsgemäße magnetische Material, das durch eine homogene Ferrit/Kunststoff-Zusammensetzung mit einem Mischungsverhältnis gebildet ist, das durch die Parameter maximal zu erwartende Fremdfeldstärke und minimal zulässige Permeabilität festgelegt ist, besitzt den Vorteil, daß neben einer bis hin zu hohen Feldstärken konstanten Permeabilität aufgrund des Ferrit-Gehaltes gleichzeitig ein hoher spezifischer Widerstand erhalten bleibt, woraus geringe Kernverluste und damit hohe Güten von dieses Kermaterial enthaltenden Spulen gewährleistet sind.The innovative magnetic material, which is formed by a homogeneous ferrite/plastic composition with a mixture ratio that is determined by the parameters of maximum expected external field strength and minimum permissible permeability, has the advantage that, in addition to a constant permeability up to high field strengths, due to the ferrite content, a high specific resistance is simultaneously maintained, which ensures low core losses and thus high qualities of coils containing this core material.
Das magnetische Material wird durch eine Ferrit/Kunststoff-Zusammensetzung mit einem Mischungsverhältnis gebildet, das 0 durch die maximal zu erwartende Fremdfeldstärke und die minimal zulässige Permeabilität festgelegt ist. Vorzugsweise handelt es sich um eine Zusammensetzung eines Nickel/Zink-Ferrits und eines Epoxidharzes in einem Mischungsverhältnis von 75 bis 95 Gew.%, vorzugsweise 83 bis 88 Gew.% Ferrit und 5 bis 25 Gew.%, vorzugsweise 12 bis 17 Gew.% Epoxidharz. Im Rahmen der Erfindung sind anstelle des Nickel/Zink-Ferrits auch andere Ferrite, z. B. ein Mangan/Zink-Ferrit sowie anstelle von Epoxidharz andere Kunststoffe, z. B. andere Duroplaste, verwendbar.The magnetic material is formed by a ferrite/plastic composition with a mixing ratio that is determined by the maximum expected external field strength and the minimum permissible permeability. Preferably it is a composition of a nickel/zinc ferrite and an epoxy resin in a mixing ratio of 75 to 95 wt.%, preferably 83 to 88 wt.% ferrite and 5 to 25 wt.%, preferably 12 to 17 wt.% epoxy resin. Within the scope of the invention, other ferrites, e.g. a manganese/zinc ferrite, and instead of epoxy resin, other plastics, e.g. other thermosets, can be used.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung von magnetischem Material wird generell eine Mischung aus Ferritpulver und Kunststoff zu einem Granulat verarbeitet, aus dem Granulat ein Formling hergestellt und der so erhaltene Formling gehärtet. Die Herstellung des Formlinge aus Granulat kann durch Formpressen oder Spritzen erfolgen.According to a method for producing magnetic material, a mixture of ferrite powder and plastic is generally processed into granules, a molding is made from the granules, and the molding thus obtained is hardened. The moldings can be produced from granules by compression molding or injection molding.
Da das neuerungsgemäße Material anstelle einer Sinterung durch Härtung bei relativ niedrigen Temperaturen zu fertigen Spulenkernen verarbeitet werden kann, ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß die mit einer Sinterung verbundene Schrumpfung der Kerne vermieden wird, so daß vorgegebene Kernabmessungen leichter eingehalten werden können.Since the new material can be processed into finished coil cores by hardening at relatively low temperatures instead of sintering, there is also the advantage that the shrinkage of the cores associated with sintering is avoided, so that specified core dimensions can be more easily maintained.
Vorzugsweise wird das Nickel/Zink-Ferritpulver vor dem Mischen mit Epoxidharz feingemahlen, wonach die Mischung dieses feingemahlenen Pulvers für etwa 20 bis 30 min durch kontinuierliches Zuführen des Epoxidharzes zum Ferritpulver erfolgt. Die Verarbeitung der Mischung zu preßfähigem Granulat kann durch Passiersieben und Entstauben erfolgen. Die Härtung von aus dem Granualt gepreßten Formungen erfolgt bei relativ niedrigen Temperaturen im Bereich von etwa 390 bis 4300K.Preferably, the nickel/zinc ferrite powder is finely ground before mixing with epoxy resin, after which the finely ground powder is mixed for about 20 to 30 minutes by continuously adding the epoxy resin to the ferrite powder. The mixture can be processed into moldable granules by sieving and dust removal. The hardening of moldings pressed from the granules takes place at relatively low temperatures in the range of about 390 to 430 0 K.
Zur weiteren Erläuterung der Eigenschaften des neue rungs gemäßen Materials wird im folgenden auf die Diagramme nach den Figuren 1 und 2 Bezug genommen, in denen die Anfangspermeabilität &mgr;&idigr; bzw. die Spulengüte Q als Funktion der Feldstärke H eines magnetischen Gleichfeldes für ringbewickelte Schalenkerne dargestellt sind.To further explain the properties of the new material, reference is made below to the diagrams in Figures 1 and 2, in which the initial permeability μδ and the coil quality Q are shown as a function of the field strength H of a DC magnetic field for ring-wound pot cores.
In Figur 1 zeigt eine Kurve 1 die Anfangspermeabilität &mgr;·^ eines Ferrit-Materials mit der Bezeichnung Kl, eine 2 die Anfangspermeabilität für Carbonyleisen und eine Kurve 3 die Anfangspermeabilität des neuerungsgemäßen magnetischen Materials in Form einer Ferrit/Kunststoff-Zusamensetzung. In Figur 2 zeigen die entsprechenden Kurven 1 bis 3 die Güte Q der ringbewickelten Schalenkerne aus den genannten Materialien. Die Messungen nach den Kurven 1 bis 3 wurden jeweils für eine Frequenz von 100 kHz durchgeführt.In Figure 1, curve 1 shows the initial permeability μ·^ of a ferrite material with the designation Kl, curve 2 shows the initial permeability for carbonyl iron and curve 3 shows the initial permeability of the new magnetic material in the form of a ferrite/plastic composition. In Figure 2, the corresponding curves 1 to 3 show the quality Q of the ring-wound shell cores made of the mentioned materials. The measurements according to curves 1 to 3 were each carried out for a frequency of 100 kHz.
Aus einem Vergleich der Kurven nach den Figuren 1 und 2 ist ersichtlich, daß die Güte Q für das neuerungsgemäße magnetische Material größer als die für Carbonyleisen ist, obwohl gemäß Figur 1 die Anfangspermeabität ]ij_ für das neuerungsgemäße magnetische Material kleiner als die von Carbonyleisen ist.From a comparison of the curves in Figures 1 and 2 it can be seen that the quality Q for the inventive magnetic material is greater than that for carbonyl iron, although according to Figure 1 the initial permeability ]ij_ for the inventive magnetic material is smaller than that of carbonyl iron.
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Claims (8)
20characterized in that a manganese/zinc ferrite is used as the ferrite material.
20
dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff Duroplaste Verwendung finden.4. Magnetic material according to one of claims 1 and 3,
characterized in that thermosetting plastics are used as the plastic.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018000908A1 (en) | 2018-02-05 | 2018-08-09 | Daimler Ag | Energy transmission device for inductive energy transmission for a motor vehicle with a ferrimagnetic flux guide element made of a ferrite-plastic composite material and energy transmission arrangement |
-
1992
- 1992-11-10 DE DE9218475U patent/DE9218475U1/en not_active Expired - Lifetime
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| DE102018000908A1 (en) | 2018-02-05 | 2018-08-09 | Daimler Ag | Energy transmission device for inductive energy transmission for a motor vehicle with a ferrimagnetic flux guide element made of a ferrite-plastic composite material and energy transmission arrangement |
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