EP1334495A1 - Ferritkern mit neuer bauform - Google Patents

Ferritkern mit neuer bauform

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Publication number
EP1334495A1
EP1334495A1 EP01996869A EP01996869A EP1334495A1 EP 1334495 A1 EP1334495 A1 EP 1334495A1 EP 01996869 A EP01996869 A EP 01996869A EP 01996869 A EP01996869 A EP 01996869A EP 1334495 A1 EP1334495 A1 EP 1334495A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ferrite core
core
plane
side parts
core according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01996869A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Helko Meuche
Mauricio Esguerra
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Epcos AG filed Critical Epcos AG
Publication of EP1334495A1 publication Critical patent/EP1334495A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/08Cores, Yokes, or armatures made from powder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/043Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with two, usually identical or nearly identical parts enclosing completely the coil (pot cores)
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/324Insulation between coil and core, between different winding sections, around the coil; Other insulation structures
    • H01F27/325Coil bobbins

Definitions

  • Ferrite cores find a variety of new applications in telecommunications and data technology. Special material-core combinations are required for data transmission standards, such as xDSL or ISDN, since the properties of components with ferrite cores depend essentially on both the material and the core shape of the ferrite core.
  • ferrite cores as broadband transmitters for impedance matching, as splitters for separating the voice and data channel (POTS) or as signal
  • Pulse transformers in digital telecommunications networks in which digital or analog signals are transmitted with little distortion In modern telecommunications devices, the number of required components is increasing rapidly. At the same time, efforts are being made to further reduce the size of assemblies and modules in order to further reduce the size and weight of the end devices and thus improve manageability. Corresponding assemblies and modules therefore have a constantly increasing packing density of the components. In addition, efforts are being made to increase the packing density by selecting components that require a smaller mounting area on a base, such as a circuit board. Despite minimizing the component dimensions, the performance and properties of the components should not deteriorate.
  • the standard design for xDSL transmitters is currently an EP13 ferrite core.
  • This has good behavior with regard to low-distortion transmission, in particular an EP13 core has a favorable core distortion factor. This represents a suitable parameter for assessing the distortion behavior and the distortion factor
  • smaller cores than the EP 13 core can be used, in particular standard designs such as EP10 and EP7 cores. With the reduced size, however, these cores also have a smaller central slug, which leads to a significantly higher core distortion factor for the component and thus reduces the performance of the component and its suitability for data transmission.
  • the design of the ferrite core according to the invention is approximated, for example, to the standard design EP, that is to say it consists of two core halves with a joint vertical to the mounting surface / fastening plane and vertical to the longitudinal axis.
  • the ferrite core according to the invention represents an intermediate form between an E core and a shell core. It has a central slug flanked on both sides by two side parts parallel to the fastening plane and to the longitudinal axis.
  • An end piece arranged transversely to the longitudinal axis of the central slug connects the central slug and side parts in such a way that the lower flanks of the central slug and side parts are arranged in a plane which is parallel to the fastening plane.
  • the core has a plane of symmetry that is vertical to the mounting plane and encompasses the longitudinal axis.
  • the ferrite core according to the invention has a central slug with an oval cross section, the longest dimension of which is vertical to the fastening plane.
  • the inwardly facing surfaces of the side parts follow the oval cross section of the central slug at a largely constant distance and form a cavity for receiving a winding body.
  • the ferrite core according to the invention has improved performance compared to a comparable standard design with the same mounting surface. This means that a ferrite core according to the invention can replace a ferrite core with a larger mounting surface with only slight losses and with properties that remain almost the same. Components that allow a higher packing density can therefore be produced with a ferrite core according to the invention.
  • the outer dimensions of the ferrite core according to the invention can be designed like a standard EP core and have a rectangular base parallel to the mounting plane.
  • the cavity between the middle slug and the side parts, which serves to receive a bobbin with at least one winding, is partially shielded by the side parts.
  • the side parts therefore have a greater height above the mounting level than the central slug.
  • the cavity formed by the side parts is preferably not completely closed at the top and has a maximum opening at the bottom toward the fastening plane, which corresponds to the maximum diameter of the cavity.
  • ferrite cores according to the invention can have a central slug, the cross section of which has major axes or diameters which differ by a factor of 5.
  • a ferrite core according to the invention has a closed magnetic circuit, but in order to facilitate the assembly of the coil former or the winding, it is divided into two or is formed from two core halves which run along one
  • the complete ferrite core preferably consists of two mirror-image halves, the plane of symmetry of which is vertical to the fastening plane and vertical to the longitudinal axis.
  • a coil former with preferably two windings is pushed over the central slug and the magnetic circuit is closed by joining the two core halves together.
  • the coil former can additionally have fastening and contacting pins which are used to connect the ends of the windings and to establish electrical contact with the
  • Bracket parts can guarantee the cohesion of the core halves, for example brackets, clamps or cover caps.
  • the core can be provided with and without an air gap on the central slug and can be made from different ferrite materials.
  • the ferrite materials T38, T42, N26 and T55 known from the EPCOS data book are particularly preferred for signal transmissions.
  • ferrite cores according to the invention is not limited to signal transmission. You can also use are used and are also characterized by their good performance with improved or reduced mounting area.
  • Figure 1 shows a ferrite core according to the invention in schematic elevation
  • Figure 2 shows ferrite cores according to the invention in a schematic cross section
  • Figure 3 shows a ferrite core in a top view from above
  • FIG. 4 shows a ferrite core with an associated coil former.
  • FIG. 1 shows a ferrite core according to the invention, in which a central slug MB and two side parts are aligned parallel to a longitudinal axis L.
  • An end piece ES is arranged transversely to the longitudinal axis and connects the side parts S, S 'and the middle slug MB.
  • the entire core is mirror-symmetrical to a mirror plane SE, which runs through the center of the central slug, contains the longitudinal axis L and is transverse to the mounting plane.
  • the lower edges of the side parts S, S 'and center piece MB lie on a plane' parallel to the fastening plane BE.
  • the central slab MB has an oval cross section, the longest dimension of which is oriented vertically to the fastening plane BE.
  • the height of the side parts S and the central slug MB is chosen to be the same in the exemplary embodiment shown, but is not a requirement for cores according to the invention.
  • FIG. 2 shows further embodiments of the invention
  • FIG. 2a shows an embodiment in which the height HK of the lateral parts S, S 1 is greater than the height HB of the central slug.
  • the side surfaces SF of the side parts S, S 'pointing towards the central slug are curved and follow the curvature of the central slug MB with a correspondingly extended radius of curvature. Accordingly, the side parts S, S 'enclose a cavity, the inner surfaces of which follow the surface of the central slug and, accordingly, are also approximately oval.
  • the cavity formed by the side parts with a semi-oval cross section is, however, not completely closed at the top in FIG.
  • the ratio HB to BB that is to say the ratio sron of the height of the central slug to the width of the central slug, is between 1.2 and 4 in the ferrite cores according to the invention.
  • Figure 2b shows a ferrite core in schematic cross section, which has a higher ratio HB to BB compared to Figure 2a.
  • the two side parts S are extended upwards so that the cavity enclosed by the side parts above the central slug is closed at the top.
  • Figure 3 shows a ferrite core according to the invention in plan view.
  • a complete ferrite core has a closed magnetic circuit, for which two core halves are required according to the invention.
  • two identical core halves are combined to form an overall core along a parting line TF in such a way that, in addition to the mirror plane SE already mentioned, it has a further mirror plane parallel to the parting line TF along the longitudinal axis L.
  • the core shown in the top view corresponds to the core shown in FIG. 2a, in which the width of the central slug MB (shown in broken lines in the figure) is greater than the upward opening of the two side parts S, S '.
  • FIG. 4 shows the corresponding core in a schematic elevation. Separated from the ferrite core, a coil former SK is shown, which is pushed over the central slug and serves to receive a winding.
  • the coil former SK has an opening OF which corresponds to the cross section of the central slug.
  • the coil body has flanges F, in which connection pins AS are fastened.
  • the connection pins AS serve to connect the windings arranged on the coil former SK and to fasten the overall arrangement consisting of the coil former, winding and ferrite core, for example a transformer.
  • the geometry-related core distortion factor is calculated in order to estimate the distortion behavior of a ferrite core designed according to FIG. 4 and compared with the corresponding values of the known standard designs EP10 and EP13.
  • a ferrite core with the outer dimensions of the standard design EP10 is produced, which has the oval central slug according to the invention.
  • the characteristic values of the ferrite core called EPXIO core according to the invention are compared with the values of the comparable standard design EP10 as well as the values of the next larger standard design EP13.
  • a and b are for externally measured width and height of the ferrite core, hl for the length, V E Inbau for the external volume, l e for the effective magnetic path length of the ferrite core, A e is the effective magnetic cross-section of the ferrite core, N for the average winding length of the coil former and A N for the winding cross section of the coil former.
  • the core distortion factor CDF is calculated using a method presented, for example, at the MMPA User Conference, Chicago, September 1997
  • CDF '- - e 3/2 i l.
  • the EPXIO core according to the invention shows a significantly improved magnetic behavior and in particular a core distortion factor which has been improved significantly from 0.506 to 0.333.
  • the low CDF of the EPXIO core is therefore close to the next larger standard design EP13. It is therefore clear that with the invention, the design and in particular the required mounting area can be reduced while the magnetic values remain the same, or that the size and, in particular, the design are the same Mounting area the magnetic values of a ferrite core can be significantly improved. This allows higher integration densities on modules and printed circuit boards which are equipped with ferrite cores according to the invention or the components produced therefrom as transmitted.
  • the invention could only be illustrated on the basis of a few representative exemplary embodiments, it is also within the scope of the invention to vary the core shape in another way without deviating from the inventive idea.
  • the outer shape of the ferrite core that is to say the shape of the side parts.
  • the cubic outer shape shown has the advantage that, given the outer volume, it leads to ferrite cores with the best magnetic behavior.
  • the cubic outer dimension of ferrite cores according to the invention is also preferred in terms of space optimization during installation, since it represents the most compact design.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es wird ein verbesserter und insbesondere für Übertrager geeigneter Ferritkern vorgeschlagen, welcher bei von E-Kernen abgeleiteten Bauformen vorschlägt, den Mittelbutzen mit ovalem Querschnitt zu gestalten, wobei die Längsachse des Mittelbutzens parallel zur Befestigungsebene ausgerichtet ist und die längste Achse des ovalen Querschnitts vertikal zu dieser Befestigungsebene steht. Der Kern ist symmetrisch aufgebaut bezüglich einer die Längsachse enthaltenden und vertikal zur Befestigungsebene bestehenden Spiegelebene und ist besonders verzerrungsarm.

Description

Beschreibung
Ferritkern mit neuer Bauform
Ferritkerne finden vielfältige neue Anwendungen in der Telekommunikation und in der Datentechnik. Für Datenübertragungs- standards, wie beispielsweise xDSL oder ISDN sind spezielle Material-Kern-Kombinationen erforderlich, da die Eigenschaften von Bauelementen mit Ferritkernen wesentlich sowohl vom Material als auch von der Kernform des Ferritkerns abhängig sind.
Beispielhafte Anwendungen finden Ferritkerne als Breitband- Übertrager für Impedanzanpassungen, als Splitter zur Trennung des Sprach- und Datenkanals (POTS) oder als Signal-
Impulsübertrager in digitalen Telekommunikationsnetzen, in denen digitale oder analoge Signale verzerrungsarm übertragen werden. In modernen Endgeräten der Telekommunikation steigt die Anzahl der erforderlichen Bauelemente zusehends. Gleich- zeitig ist man bestrebt, Baugruppen und Module immer weiter zu verkleinern, um Größe und Gewicht der Endgeräte weiter zu verringern und damit die Handhabbarkeit zu verbessern. Entsprechende Baugruppen und Module weisen daher eine ständig zunehmende Packungsdichte der Bauelemente auf. Zusätzlich ist man bemüht, die Packungsdichte durch Auswahl solcher Bauelemente zu erhöhen, die eine geringere Montagefläche auf einer Unterlage, wie beispielsweise einer Platine erfordern. Trotz aller Minimierung der Bauelementabmessungen sollen sich dabei Leistung und Eigenschaften der Bauelemente nicht verschlech- tern.
Die Standardbauform für xDSL-Übertrager ist gegenwärtig ein EP13-Ferritkern. Dieser weist ein gutes Verhalten bezüglich einer verzerrungsarmen Übertragung auf, insbesondere besitzt ein EP13-Kern einen günstigen Core Distortion Factor. Dieser stellt eine geeignete Größe zur Beurteilung des Verzerrungs- verhaltens und des Klirrfaktors dar. Um den Flächenbedarf des Ferritkerns zu verringern, können kleinere Kerne als der EP 13 Kern herangezogen werden, insbesondere Standardbauformen wie EP10 und EP7-Kerne. Mit der verringerten Größe weisen diese Kerne aber auch einen kleineren Mittelbutzen auf, der für das Bauelement zu einem wesentlich höheren Core Distortion Factor führt und damit die Performance des Bauelements und dessen Geeignetheit für Datenübertragungen reduziert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine neue Bauform für einen Ferritkern zu finden, welcher bei verringerter Montagefläche ein ausreichend gutes Verzerrungsverhalten und einen gegenüber einem gleich großen Kern mit Standardbauform verbesserten Core Distortion Factor aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ferritkern mit dem Merkmal von Anspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungen der Erfindung sind aus den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Ferritkern ist in seiner Bauform zum Beispiel an die Standardbauform EP angenähert, besteht also aus zwei Kernhälften mit einer Trennfuge vertikal zur Montagefläche/Befestigungsebene und vertikal zur Längsachse. Der erfindungsgemäße Ferritkern stellt wie der EP-Kern eine Zwi- schenform zwischen einem E-Kern und einem Schalenkern dar. Er weist parallel zur Befestigungsebene und zur Längsachse einen beiderseits von zwei Seitenteilen flankierten Mittelbutzen auf. Ein quer zur Längsachse des Mittelbutzens angeordnetes Endstück verbindet Mittelbutzen und Seitenteile so, daß die Unterflanken von Mittelbutzen und Seitenteilen in einer Ebene angeordnet sind, welche parallel zur Befestigungsebene liegt. Der Kern weist eine Symmetrieebene auf, die vertikal zur Befestigungsebene steht und die Längsachse umfaßt. Im Unterschied zu bekannten EP-Kernen weist der erfindungsgemäße Fer- ritkern einen Mittelbutzen mit ovalem Querschnitt auf, dessen längste Ausdehnung vertikal zur Befestigungsebene steht. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung folgen die nach innen weisenden Flächen der Seitenteile dem ovalen Querschnitt des Mittelbutzens in weitgehend konstantem Abstand und bilden einen Hohlraum zur Aufnahme eines Wickelkörpers.
Der erfindungsgemäße Ferritkern weist gegenüber einer vergleichbaren Standardbauform mit der gleichen Montagefläche eine verbesserte Performance auf. Dies bedeutet, daß ein erfindungsgemäßer Ferritkern einen Ferritkern mit größerer Mon- tagefläche mit nur geringen Verlusten bei nahezu gleichbleibenden Eigenschaften ersetzen kann. Mit einem erfindungsgemäßen Ferritkern können daher Bauelemente produziert werden, die eine höhere Packungsdichte erlauben.
In seinen Außenabmessungen kann der erfindungsgemäße Ferritkern wie ein Standard-EP-Kern ausgebildet sein und eine rechteckige Grundfläche parallel zur Befestigungsebene aufweisen. Der Hohlraum zwischen Mittelbutzen und Seitenteilen, der zur Aufnahme eines Spulenkörpers mit zumindest einer Wicklung dient, wird durch die Seitenteile teilweise abgeschirmt. Die Seitenteile weisen daher eine größere Höhe über der Befestigungsebene auf als der Mittelbutzen. Der von den Seitenteilen gebildete Hohlraum ist vorzugsweise nach oben hin nicht vollständig geschlossen und weist nach unten zur Befestigungsebene hin eine maximale Öffnung auf, die dem maximalen Durchmesser des Hohlraums entspricht.
Vorteile werden mit einem erfindungsgemäßen Ferritkern bereits dann erzielt, wenn der Querschnitt des Mittelbutzens eine größere Höhen- als Breitenabmessung aufweist. Vorzugsweise entspricht der längste Durchmesser des ovalen Querschnitts, welcher vertikal zur Befestigungsebene ausgerichtet ist, zumindest dem 1,2-fachen des kürzesten parallel zur Befestigungsebene gemessenen Durchmessers. Erfindungsgemäße Ferritkerne können einen Mittelbutzen aufweisen, dessen Querschnitt Hauptachsen beziehungsweise Durchmesser aufweist, die sich bis zum Faktor 5 unterscheiden. Ein erfindungsgemäßer Ferritkern weist einen geschlossenen magnetischen Kreis auf, ist aber zur Erleichterung der Montage des Spulenkörpers beziehungsweise der Wicklung zweigeteilt bzw. aus zwei Kernhälften ausgebildet, die entlang einer
Trennfuge zum Gesamtkern zusammengefügt werden. Der vollständige Ferritkern besteht dabei bevorzugt aus zwei spiegelbildlichen Hälften, deren Symmetrieebene vertikal zur Befestigungsebene und vertikal zur Längsachse steht. Möglich ist es jedoch auch, den Ferritkern so zu teilen, daß Mittelbutzen und Seitenteile vollständig einer Kernhälfte zugehören, während die zweite "Kernhälfte" nur noch aus einem weiteren Endstück besteht, welches die freien Enden von Mittelbutzen und Seitenteilen miteinander verbindet. Möglich ist es jedoch auch, die Trehnfuge des erfindungsgemäßen Ferritkerns an beliebiger Stelle quer zur Längsachse vorzusehen, wobei unterschiedlich große Kernhälften entstehen.
Zur Herstellung eines Übertragers aus dem erfindungsgemäßen Ferritkern wird über den Mittelbutzen ein Spulenkörper mit vorzugsweise zwei Wicklungen geschoben und der magnetische Kreis durch Aneinanderfügen der beiden Kernhälften geschlossen. Der Spulenkörper kann zusätzlich Befestigungs- und Kon- taktierungsstifte aufweisen, die zum Anschluß der Wicklungs- enden und zum Herstellen des elektrischen Kontakts mit der
Leiterplatte oder dem Modulsubstrat dienen können. Den Zusammenhalt der Kernhälften können Halterungsteile garantieren, beispielsweise Bügel, Klammern oder Abdeckkappen.
Der Kern kann mit und ohne Luftspalt am Mittelbutzen vorgesehen werden und aus unterschiedlichen Ferritmaterialien hergestellt sein. Für Signalübertragungen besonders bevorzugt sind die aus dem EPCOS Datenbuch bekannten Ferritmaterialien T38, T42, N26 und T55.
Die Anwendung erfindungsgemäßer Ferritkerne ist jedoch nicht auf Signalübertragung beschränkt. Sie können auch als Lei- stungsübertrager eingesetzt werden und zeichnen sich auch dadurch ihre gute Performance bei verbesserter beziehungsweise verringerter Montagefläche aus.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ferritkern im schematischen Aufriß
Figur 2 zeigt erfindungsgemäße Ferritkerne im schematischen Querschnitt
Figur 3 zeigt einen Ferritkern in der Draufsicht von oben
Figur 4 zeigt einen Ferritkern mit dazugehörigem Spulenkörper.
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Ferritkern, bei dem ein Mittelbutzen MB und zwei Seitenteile parallel zu einer Längsachse L ausgerichtet sind. Quer zur Längsachse ist ein Endstück ES angeordnet, welches die Seitenteile S, S' und den Mittelbutzen MB verbindet. Der gesamte Kern ist spiegelsymmetrisch zu einer Spiegelebene SE ausgebildet, die durch die Mitte des Mittelbutzens verläuft, die Längsachse L enthält und quer zur Befestigungsebene steht. Die Unterkanten von Seitenteilen S, S' und Mittelbutzen MB liegen auf einer Ebene' parallel zur Befestigungsebene BE. Der Mittelbutzen MB weist einen ovalen Querschnitt auf, dessen längste Ausdehnung ver- tikal zur Befestigungsebene BE ausgerichtet ist. Die Höhe der Seitenteile S und des Mittelbutzens MB ist im dargestellten Ausführungsbeispiel gleichgewählt, ist aber für erfindungsgemäße Kerne keine Voraussetzung.
Figur 2 zeigt weitere Ausführungsformen erfindungsgemäßer
Kerne im schematischen Querschnitt quer zur Längsachse L. Figur 2a zeigt eine Ausführung, bei der die Höhe HK der Seiten- teile S, S1 größer ist als die Höhe HB des Mittelbutzens. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten einfachsten Aus- führungsbeispiel sind hier die zum Mittelbutzen weisenden Seitenflächen SF der Seitenteile S, S' gekrümmt und folgen mit entsprechend verlängertem Krümmungsradius der Krümmung des Mittelbutzens MB. Dementsprechend schließen die Seitenteile S, S' einen Hohlraum ein, dessen Innenflächen der Oberfläche des Mittelbutzens folgt und dementsprechend auch annähernd oval gestaltet ist. Der durch die Seitenteile gebildete Hohlraum mit halbovalem Querschnitt ist jedoch in Figur 2a oben nicht ganz geschlossen und weist zur Befestigungsebene BE hin eine maximale Öffnung auf. Das Verhältnis HB zu BB, also das Verhältnis sron der Höhe des Mittelbutzens zur Breite des Mittelbutzens liegt bei erfindungsgemäßen Ferritkernen zwischen 1,2 und 4.
Figur 2b zeigt einen Ferritkern im schematischen Querschnitt, welcher im Vergleich zur Figur 2a ein höheres Verhältnis HB zu BB aufweist. Außerdem sind die beiden Seitenteile S nach oben so verlängert, so daß der von den Seitenteilen über dem Mittelbutzen eingeschlossene Hohlraum nach oben geschlossen ist .
Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Ferritkern in der Draufsicht. Ein vollständiger Ferritkern weist einen geschlossenen magnetischen Kreis auf, wozu erfindungsgemäß zwei Kernhälften erforderlich sind. In der Figur 3 sind zwei identische Kernhälften entlang einer Trennfuge TF so zu einem Gesamtkern vereinigt, daß dieser neben der bereits genannten Spiegelebene SE entlang der Längsachse L eine weitere Spiegelebene parallel zur Trennfuge TF aufweist. Der in der Draufsicht dargestellte Kern entspricht dem in Figur 2a dargestellten Kern, bei dem die Breite des Mittelbutzens MB (in der Figur strichpunktiert dargestellt) größer ist als die nach oben weisende Öffnung der beiden Seitenteile S, S'. Neben der dargestellten symmetrischen Teilung der beiden Kernhälften ist es möglich, den magnetischen Fluß innerhalb einer der dargestellten Kernhälften nicht durch eine identische zweite Kernhälfte sondern durch ein entsprechendes weiteres Endstück ES zu schließen. Möglich sind natürlich auch alle anderen unsymmetrischen Teilungen, bei der die beiden "Kern- hälften" unterschiedlich lange Seitenteile S und Mittelbutzen MB aufweisen. Aus Symmetriegründen ist jedoch die in Figur 3 dargestellte symmetrische Teilung bevorzugt.
Figur 4 zeigt den entsprechenden Kern im schematischen Auf- riß. Getrennt vom Ferritkern ist ein Spulenkörper SK dargestellt, der über den Mittelbutzen geschoben wird und zur Aufnahme einer Wicklung dient. Der Spulenkörper SK weist dazu eine den Querschnitt des Mittelbutzens entsprechende Öffnung OF auf. Am unteren Ende besitzt der Spulenkörper Flansche F, in denen Anschlußstifte AS befestigt sind. Die Anschlußstifte AS dienen zum Anschluß der auf dem Spulenkörper SK angeordneten Wicklungen und zur Befestigung der aus Spulenkörper, Wicklung und Ferritkern bestehenden Gesamtanordnung, beispielsweise einem Übertrager.
Im folgenden wird nun zur Abschätzung des Verzerrungsverhalten eines erfindungsgemäß gemäß Figur 4 ausgebildeten Ferritkerns der geometriebezogene Core Distortion Factor berechnet und mit den entsprechenden Werten der bekannten Standard- bauformen EP10 und EP13 verglichen. Es wird ein Ferritkern mit den Außenabmessungen der Standardbauform EP10 hergestellt, der den erfindungsgemäßen ovalen Mittelbutzen aufweist. In der Tabelle sind die Kennwerte des erfindungsgemäßen EPXIO-Kern genannten Ferritkerns den Werten der ver- gleichbaren Standardbauform EP10 sowie den Werten der nächst- größeren Standardbauform EP13 gegenübergestellt.
In der Tabelle stehen a und b für außen gemessene Breite und Höhe des Ferritkerns, hl für die Länge, VEinbau für das Außenvolumen, le für die effektive magnetische Weglänge des Ferritkerns, Ae für den effektiven magnetischen Querschnitt des Ferritkerns, 1N für die mittlere Wicklungslänge des Spulenkörpers und AN für den Wickelquerschnitt des Spulenkörpers . Der Core Distortion Factor CDF berechnet sich nach einer beispielsweise auf der MMPA User Conference, Chicago, September 1997 vorgestellten Methode nach
3/2 3/2
Σ /. I - ;
CDF = '- - e 3/2 i l. AX '-ff A2 A 3/2
N
Es zeigt sich, daß der erfindungsgemäße EPXIO-Kern bei gleichen Außenabmessungen wie ein EPIO-Kern dennoch ein wesentlich verbessertes magnetisches Verhalten und insbesondere einen wesentlich von 0,506 auf 0,333 verbesserten Core Distortion Factor zeigt. Der niedrige CDF des EPXIO-Kerns liegt da- mit in der Nähe der nächst größeren Standardbauform EP13. Damit ist klar, daß sich mit der Erfindung bei gleichbleibenden magnetischen Werten die Bauform und insbesondere die benötigte Montagefläche reduzieren läßt, beziehungsweise daß bei gleichbleibender Baugröße und insbesondere gleichbleibender Montagefläche die magnetischen Werte eines Ferritkerns wesentlich verbessert werden können. Dies erlaubt höhere Integrationsdichten auf Modulen und Leiterplatten, die mit erfindungsgemäßen Ferritkernen beziehungsweise den daraus herge- stellten Bauelementen wie übertragen bestückt sind.
Obwohl die Erfindung nur anhand einiger repräsentativer Ausführungsbeispiele dargestellt werden konnte, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, die Kernform noch anderweitig zu vari- ieren, ohne vom erfindungsgemäßen Gedanken abzuweichen. Insbesondere ist der Außenform des Ferritkerns, also der Form der Seitenteile keine Begrenzung gesetzt. Die dargestellte kubische Außenform hat jedoch den Vorteil, daß sie bei gegebenen Außenvolumen zu Ferritkernen mit dem besten magneti- sehen Verhalten führt. Die kubische Außenabmessung erfindungsgemäßer Ferritkerne ist auch bezüglich der Platzoptimierung beim Einbau bevorzugt, da sie die kompakteste Bauform darstellt .

Claims

Patentansprüche
1. Ferritkern für einen Übertrager mit den Merkmalen: zwei Seitenteile (S,S') flankieren beidseits in symmetri- scher Anordnung einen Mittelbutzen (MB) , sind bei einem
Ferritkern ohne Luftspalt von gleicher Länge wie der Mittelbutzen oder unterscheiden sich bei einem Ferritkern mit Luftspalt um dessen Breite von der Länge vom Mittelbutzen, und erstrecken sich mit jeweils konstantem Quer- schnitt entlang der Längsachse (L) des Ferritkerns (FK) , ein quer zur Längsachse angeordnetes Endstück (ES) verbindet Mittelbutzen und Seitenteile so, daß die Unterkanten von Mittelbutzen und Seitenteilen in einer Ebene parallel zu einer späteren Befestigungsebene (BE) liegen, der Mittelbutzen hat einen ovalen Querschnitt ohne Kanten oder Ecken, der seine längste Ausdehnung vertikal zur Befestigungsebene aufweist, der Kern ist symmetrisch aufgebaut bezüglich einer die Längsachse enthaltenden und vertikal zur Befestigungs- ebene stehenden Spiegelebene (SE) .
2. Ferritkern nach Anspruch 1, bei dem die nach innen weisenden Flächen (SF) der Seitenteile (S,S') in weitgehend konstantem Abstand dem ovalen Querschnitt des Mittelbutzens (MB) folgen und einen Hohlraum zur Aufnahme eines Wickelkörpers (SK) bilden.
3. Ferritkern nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem bei dem die Seitenteile (S,S') über der Befesti- gungsebene (BE) eine größere Höhe aufweisen als der Mittelbutzen (MB) .
4. Ferritkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem der von den Seitenteile (S,S') gebildete Hohl- räum zur Aufnahme des Wickelkörpers (SK) nach unten zur
Befestigungsebene (BE) hin eine maximale Öffnung aufweist und nach oben weitgehend oder vollständig geschlossen ist .
5. Ferritkern nach Anspruch 1, ausgebildet als EP-Kern, mit einem rechteckigen Umfang parallel zur Befestigungsebene (BE) und kubischen Außenabmessungen.
6. Ferritkern nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der längste Durchmesser des ovalen Querschnitts des Mittelbutzens (MB) etwa den 1,2 bis 5,0-fachen des kürzesten Durchmessers entspricht.
7. Ferritkern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, der symmetrisch aufgebaut ist bezüglich einer Spiegelebe- ne, die vertikal zur Befestigungsebene und vertikal zur Längsachse steht.
8. Übertrager mit einem Ferritkern nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem der magnetische Kreis im Kern mit Hilfe zweier, gleich oder ähnlich aufgebauter Kernhälften oder eines zweiten Endstücks geschlossen ist und bei dem über dem Mittelbutzen ein Spulenkörper (SK) mit zumindest einer Wicklung angeordnet ist .
9. Verwendung eines Ferritkerns nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Übertrager zur Signalübertagung.
10.Verwendung eines Ferritkerns nach einem der vorangehenden Ansprüche für eine xDSL Anwendung als Übertrager zur Im- pedanzanpassung und zur Isolation.
11.Verwendung eines Ferritkerns nach einem der vorangehenden Ansprüche mit den Außenmaßen eines EP 10 Kerns an Stelle eines herkömmlichen EP 13 Kerns.
EP01996869A 2000-11-17 2001-10-10 Ferritkern mit neuer bauform Withdrawn EP1334495A1 (de)

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