EP0831499B1 - Einrichtung zur Abführung von Wärme von Ferritkernen induktiver Bauelemente - Google Patents

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EP0831499B1 EP97115361A EP97115361A EP0831499B1 EP 0831499 B1 EP0831499 B1 EP 0831499B1 EP 97115361 A EP97115361 A EP 97115361A EP 97115361 A EP97115361 A EP 97115361A EP 0831499 B1 EP0831499 B1 EP 0831499B1
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings

Definitions

  • the present invention relates to a device for removal of heat from cores made of magnetic material for inductive components with a layer of electrical and thermally conductive material over which the core is thermally can be coupled to a heat sink (3) according to the preamble of claim 1.
  • An electromagnetic component is known from US Pat. No. 2,770,785 known with a core stacked from sheet steel, for better heat dissipation in the core stack Steel sheets thermally conductive sheets as intermediate layers are included.
  • From US 3 179 908 A is an electromagnetic component known with a toroid in which for better heat dissipation thermally conductive strips on the core under the winding are provided.
  • An electromagnetic core is known from US Pat. No. 3,710,187.
  • the one on the surface to suppress sparks has a sintered layer of a metal oxide.
  • the present invention is based on the object To design the component of the aforementioned type so that the discharge of heat from ferromagnetic cores inductive Components is guaranteed.
  • an inductive component is in principle a core 2 made of ferromagnetic material - as a rule a ferrite core - and a winding 1 provided thereon educated.
  • a layer 4 made of electrically and thermally conductive Material provided that is in the form of a heat sink Heatsink 3 is coupled.
  • the heat flow is schematic indicated by arrow lines 5.
  • induction is prevented of electrical currents in the electrical and thermal conductive layer interruptions provided, for. B. by grinding the pole faces of ferrite cores, by printing with etch-resistant masks and subsequent etching or can be produced by laser cutting.
  • partially coated cores have the advantage that small electrical and thermal contact resistance between Component and layer can be achieved.
  • the electrically and thermally conductive Layer 4 approximately represents an isotherm, see above that the temperature gradient inside the core towards the Core surface is higher than that of an uncoated core. The heat flow is therefore essentially along the electrical and thermally conductive layer towards the heat sink instead of the thermally poorly conductive ferritic Material with an uncoated core.
  • FIG. 2 A possible embodiment of an interrupted electrical and thermally conductive layer corresponding to layer 4 1 is shown in FIG. 2 for an E ferrite core 10, at which on given surface areas thermally and electrically conductive layer 11 is provided is.

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Description

Einrichtung zur Abführung von Wärme von Ferritkernen induktiver Bauelemente
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abführung von Wärme von Kernen aus magnetischem Material für induktive Bauelemente mit einer Schicht aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material, über die der Kern thermisch an eine Wärmesenke (3) ankoppelbar ist nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 0 532 360 A1 ist es bekannt, im Bereich eines Magnetkerns und von Wicklungen eines Transformators ein elektrisch leitendes Medium vorzusehen, das eine Begrenzung bildet, in welcher der vom Magnetkern und den Wicklungen ausgehende magnetische Fluß gebündelt wird. Damit können Streuinduktivitäten von Transformatoren reduziert bzw. gesteuert werden. Das elektrisch leitende Medium kann beispielsweise in Form einer Metallschicht auf einen Magnetkern aufgebracht werden, wobei die Metallschicht zur Unterbindung eines elektrischen Kurzschlusses geschlitzt ist.
Aus der US 2 770 785 A ist ein elektromagnetisches Bauelement bekannt mit einem aus Stahlblechen gestapelten Kern bekannt, bei dem zur besseren Wärmeableitung in dem Kernstapel aus Stahlblechen wärmeleitfähige Bleche als Zwischenschichten enthalten sind.
Aus der US 3 179 908 A ist ein elektromagnetisches Bauelement mit einem Ringkern bekannt, bei dem zur besseren Wärmeableitung auf dem Kern unter der Wicklung wärmeleitende Streifen vorgesehen sind.
Aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 36, Nr. 09B, Sept 1993, S. 325 - 326 ist ein elektromagnetisches Bauelement bekannt, bei dem der magnetische Kern wärmeleitende Zwischenschichten aufweist und bei dem unter und über der Wicklung dünne Kupferfolien vorgesehen sind.
Aus der US 3 710 187 A ist ein elektromagnetischer Kern bekannt, der auf der Oberfläche zur Unterdrückung von Funken eine aufgesinterte Schicht eines Metalloxids aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement der vorgenannten Art so zu gestalten, daß die Abführung von Wärme von ferromagnetischen Kernen induktiver Bauelemente gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gemäß den Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1
eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Bauelementes mit einer Einrichtung zur Wärmeabführung; und
Figur 2
eine perspektivische Darstellung eines Kerns aus ferromagnetischem Material mit einer zur Wärmeabführung geeigneten thermisch leitenden Schicht.
Gemäß Figur 1 wird ein induktives Bauelement im Prinzip durch einen Kern 2 aus ferromagnetischem Material - in aller Regel ein Ferritkern - sowie eine auf diesem vorgesehene Wicklung 1 gebildet.
Zur Abführung von Wärme ist erfindungsgemäß auf dem Ferritkern 2 eine Schicht 4 aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material vorgesehen, die an eine Wärmesenke in Form eines Kühlkörpers 3 angekoppelt ist. Der Wärmefluß ist schematisch durch Pfeillinien 5 angedeutet.
Um die Induzierung von elektrischen Strömen in der elektrisch und thermisch leitfähigen Schicht 4 zu verhindern, ist sie mit Unterbrechungen versehen, so daß sich keine geschlossenen elektrischen Stromwege bilden können. Derartige Unterbrechungen sind in Figur 1 nicht dargestellt, aber aus der im folgenden noch zu erläuternden Ausführungsform nach Figur 2 ersichtlich.
Elektrisch und thermisch leitfähige Schichten der vorstehend erläuterten Art können z. B. galvanisch auf einen Ferritkern aufgebracht werden, wobei speziell zunächst chemischgalvanisch eine dünne Schicht von einigen um Dicke aufgebracht und danach eine elektrisch-galvanische Schichtverdikkung erfolgt. Zur Abscheidung der Schichten auf ferritische Werkstoffe werden die chemischen Eigenschaften der Lösungsbäder, insbesondere der pH-Wert, auf das Material abgestimmt. Ziel ist es dabei, daß ferritische Material in seinen elektromagnetischen und mechanischen Eigenschaften nicht zu beeinträchtigen.
Wie oben bereits erläutert, sind zur Unterbindung der Induzierung von elektrischen Strömen in der elektrisch und thermisch leitfähigen Schicht Unterbrechungen vorgesehen, die z. B. durch Schleifen der Polflächen von Ferritkernen, durch Bedrucken mit ätzresistenten Masken und anschließendes Ätzen oder durch Laserschneiden hergestellt werden können. Derartige partial beschichtete Kerne besitzen den Vorteil, daß geringe elektrische und thermische Übergangswiderstände zwischen Bauelement und Schicht erreicht werden.
Mittels derartiger Schichten ist eine optimale thermische Ankopplung, beispielsweise durch Löten, an Wärmesenken, wie etwa den Kühlkörper 3 nach Figur 1 realisierbar. Entscheidend ist dabei die weit höhere Leitfähigkeit von Metallen, z. B. von Kupfer oder Silber, gegenüber ferritischen Werkstoffen. Es sind Unterschiede der thermischen Leitfähigkeit um einen Faktor von 100 erreichbar. Die elektrisch und thermisch leitfähige Schicht 4 stellt näherungsweise eine Isotherme dar, so daß der Temperaturgradient im Kerninneren in Richtung der Kernoberfläche höher als bei einem unbeschichteten Kern ist. Der Wärmefluß erfolgt daher im wesentlichen entlang der elektrisch und thermisch leitfähigen Schicht in Richtung Kühlkörper statt über das thermisch schlecht leitende ferritische Material bei einem unbeschichteten Kern.
Eine mögliche Ausführungsform einer unterbrochenen elektrisch und thermisch leitfähigen Schicht entsprechend der Schicht 4 nach Figur 1 ist in Figur 2 für einen E-Ferritkern 10 dargestellt, bei dem auf vorgegebenen Oberflächenbereichen eine thermisch und elektrisch leitfähige Schicht 11 vorgesehen ist.

Claims (5)

  1. Einrichtung zur Abführung von Wärme aus einem Ferritkern (2; 10) für induktive Bauelemente,
    mit einer Schicht (4; 11) aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material, über die der Ferritkern (2; 10) thermisch an einen Kühlkörper (3) angekoppelt ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4; 11) aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material durch galvanische Beschichtung direkt auf dem Ferritkern (2; 10) aufgebracht ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    bei der die elektrisch und thermisch leitfähige Schicht (4; 11) eine Metallschicht mit Unterbrechungen zur Vermeidung einer Induzierung von elektrischen Strömen in geschlossenen elektrisch leitenden Pfaden ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2,
    bei der die Metallschicht (4; 11) eine Kupferschicht ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 2,
    bei der die Metallschicht (4; 11) eine Silberschicht ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    bei der der Kühlkörper (3) mit der Schicht (4; 11) aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material verlötet ist.
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