EP2463869B2 - Induktives Bauelement mit verbesserten Kerneigenschaften - Google Patents

Induktives Bauelement mit verbesserten Kerneigenschaften Download PDF

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EP2463869B2
EP2463869B2 EP11191948.6A EP11191948A EP2463869B2 EP 2463869 B2 EP2463869 B2 EP 2463869B2 EP 11191948 A EP11191948 A EP 11191948A EP 2463869 B2 EP2463869 B2 EP 2463869B2
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EP
European Patent Office
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core
central
inductive component
magnetic
center leg
Prior art date
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EP11191948.6A
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EP2463869B1 (de
EP2463869A1 (de
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Kvetoslav Hejny
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Publication date
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Priority claimed from DE102011055880.2A external-priority patent/DE102011055880B4/de
Application filed by TDK Electronics AG filed Critical TDK Electronics AG
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Publication of EP2463869B1 publication Critical patent/EP2463869B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials

Definitions

  • the invention relates to an inductive component with a winding and a core.
  • Inductive components such as chokes, transformers and transmitters are widely used in electrical and electronic circuits.
  • the electrical properties of the inductive components depend on their structure and the properties of the windings and the core.
  • the document DE 10212930 A1 shows an inductive component with a central slug and an outer sleeve.
  • the latter has a permanent magnet section which is glued to another section.
  • the document US 2008/0055034 A1 shows a component with a core which has a part with a double-T-shaped cross-section and a sintered outer jacket which is separate therefrom and which surrounds the outside of the coil.
  • the document EP 1211700 A2 shows a component with a multi-part ferromagnetic core which also has a magnetic part.
  • the document US 4943793 A shows a component with a core in which the material properties of the center column, top and bottom differ from those of the side walls.
  • the document DE 3913558 A1 shows a multi-part ferrite core in which part cores with different material properties can be combined.
  • the document EP 1061140 A1 shows a cylinder with several regions of different magnetic properties.
  • the document DE 10 2006 026 466 B3 shows a core in which an air gap comprises non-ferromagnetic layers and thin ferromagnetic material layers.
  • the desired inductive properties can be achieved, for example, by suitable selection or adaptation of the winding and / or the permeability.
  • the permeability can be reduced by a large air gap, but this increases the leakage flux in the air gap and the associated losses. It is particularly important to improve the properties of the magnetic core.
  • the invention relates to an inductive component with a core, comprising a central slug and on the end Outer core parts adjacent to the middle slug, and a winding which is arranged between the middle slug and the outer core parts.
  • the core includes a plurality of core areas containing different magnetic materials, and the center slug includes areas containing different materials.
  • An inductive component is provided with a winding and a core which comprises a plurality of core regions which contain several different magnetic materials.
  • the inductive component comprises a single-layer and multi-layer winding as well as one of several such windings on a core.
  • the different magnetic materials preferably have different magnetic properties.
  • the term different magnetic materials is to be understood as meaning that it includes at least two different magnetic materials or that it is a material of a physical chemical composition with different magnetic material parameters in certain areas contains. The parameters can, for example, be optimized with regard to the operating conditions of the areas.
  • Such a magnetic core can in principle comprise any core shape, that is to say for example core shapes with the designations C, U, E, P, X, toroidal core and other core shapes or core shapes derived therefrom.
  • the invention can be used particularly advantageously in the case of core molds which have a central column or a central slug.
  • other core areas are to be understood as the legs and the yoke areas connecting them to the central section.
  • the complete core is formed from two core halves, each of which includes legs, yokes and a central slug.
  • the core can comprise a central slug and separate outer core parts. Other forms of separation are conceivable.
  • the central slug itself contains different materials, or the central slug contains a different magnetic material than the other regions of the core, or the core is constructed from a combination of both alternatives.
  • the different materials can be layered, the layers of which are arranged one behind the other in an alternating sequence, for example in the axial direction of the central column. These layers can be disk-shaped and alternately contain a layer with high permeability and a layer with no or low permeability.
  • Another preferred embodiment includes a central slug made of a magnetic material that is different from the magnetic material of the other core areas.
  • Another preferred one Embodiment contains combinations of the two aforementioned embodiments.
  • the mechanical connection of the central section with the other core areas is done by screwing.
  • the central piece preferably has a central hole through which a plastic screw is inserted, which holds the core together. This is particularly useful when two core halves are placed against one another, because then one plastic screw simultaneously holds the two core halves together.
  • an air gap is an important functional component because it significantly reduces the magnetic flux density of the core and, for example, linearizes the magnetization characteristic so that magnetic saturation of the core material only occurs at higher field strengths.
  • a significant part of the magnetic energy is stored in the air gap of storage chokes, which leads to disadvantages such as lower inductance or high forces.
  • the air gap is typically arranged between the two central bleeds of the core halves.
  • the proposed inductive component makes it possible to distribute the air gap virtually over the length of the entire central section.
  • the air gap distributed over several sections can be formed in the central slug by disks, for example made of ferrite material, separated by disks made of other material.
  • the inductive component With the inductive component it is possible to improve disadvantageous properties of the magnetic core. This includes, in particular, a reduction in leakage flux and losses. This will make it possible to get through the losses prevent conditional higher temperatures and reduce the cost of a cooling system. At the same time, it becomes possible to improve the efficiency of the inductive component.
  • Iron powder material or ferrite material that is to say ferromagnetic materials advantageously with high saturation values, are particularly suitable as different magnetic materials for the core. Both materials have disadvantages and advantages which are known per se.
  • An iron powder core for example, has the disadvantage of brittleness, but the advantage of the high saturation value Bs of 1 Tesla (1 T) to 1.5 T, which can be achieved, for example, with an iron powder core.
  • the individual powder grains which are still separated from one another by a non-magnetic or low-magnetic layer, already cause the air gap to be distributed, which improves the induction of saturation and softens the saturation.
  • a standard ferrite material has a saturation value Bs of approximately 0.4 T and a steep saturation behavior.
  • the use of several different magnetic materials makes it possible to optimize the magnetic properties of the core.
  • the resulting saturation value will be in the range between the saturation value of a ferrite material or a powder material, for example iron powder material. This means that the saturation value will be in the range between 0.4 T and 1.5 T.
  • a material with lower permeability for the central slug such as iron powder with an exemplary permeability of 10 to 50 and a ferrite material for the other areas with an exemplary permeability of 1000 to 3000 makes it possible to determine the total permeability as well as the total length of the air gap or the air gaps in the Reduced compared to a core consisting only of ferrite material.
  • ⁇ tot is the total permeability
  • I e, tot is the total effective length of the magnetic circuit
  • I i is the magnetic length of an i-th area
  • ⁇ i is the permeability of the i-th area.
  • the lengths of the partial air gaps are also shorter, which reduces the leakage flux and the resulting losses.
  • the optimization of the magnetic core properties in turn makes it possible to reduce the dimensions of the core and, in particular, to reduce the cross-section or the diameter of the central slug and the winding applied to it, which in turn enables the volume of the winding to be reduced.
  • This in turn makes it possible to reduce the overall dimensions of an inductive component and thus also to reduce the costs for the production of the inductive component.
  • the reduction in the effective area of the central vent when using a material a higher saturation value is accompanied by an increase in the saturation value and is, for example, 0.4T / 1.5T when using a material with 1.5T compared to using a material with 0.4T.
  • the reduction in the central stub diameter is also associated with a reduction in the external dimensions of the component, which allows smaller and more material-saving and thus more cost-effective housings to be used.
  • the effective length of the winding results from the number of turns and the length of the respective winding.
  • the total length of the wire of the winding is therefore reduced.
  • This in turn causes a reduction in the material used for the winding, for example copper, so that resource-saving production and use of the inductive component is ensured. Therefore, not only the reduced costs for the magnetic core but also the lower costs for the winding contribute to reducing the costs and achieving advantages for the inductive component.
  • the electrical properties of the inductive component are improved because the shorter overall length of the wire of the winding reduces the losses in the winding and increases the efficiency of the inductive component.
  • the central slug In the case of the inductive component, it is advantageous to shape the central slug with the aid of ferromagnetic powder material and the remaining parts of the core from ferrite material. Due to the high saturation value of the central bleed created in this way, the saturation behavior of the core is optimized overall and the magnetic flux through the central bleed can affect the adjacent parts of the core optimally distribute from ferrite material.
  • the central slug In order to achieve an optimal transition of the flow from the central slug to the adjacent core parts, the central slug is adapted in its shape, for example by means of a central part with a small diameter, which increases in size towards the transition to the adjacent ferrite material in the foot area of the central slug. The diameter and the thickness of the transition part depend on the limit values of the magnetic saturation of the two ferromagnetic materials.
  • Such a transition part between the central slug and the adjoining other core parts is preferably made of the same material as the material in the central part of the central slug, that is to say, for example, of powder material.
  • the transition part has the advantage that it acts like a flange and is able to guide the winding laterally.
  • the transition part thus fulfills a flange function which is similar to the function of a flange of a winding support.
  • This flange-like transition part can have the same outer diameter as the winding.
  • standard core shapes for example a P or X core, a separate winding carrier is therefore not necessary.
  • the central section and the flange are coated with an insulating material of small thickness or the coil windings themselves are insulated.
  • This insulating coating material on the elements of the central vent has little or no permeability and has the effect that the insulation forms partial air gaps on the end faces of the central vent.
  • the coating of the central portion can be, for example, 0.2 mm thick, which is a common coating thickness.
  • the central slug is formed from disks of different materials
  • disk-shaped magnetic material for example with ferromagnetic powder
  • other disks made of material with little or no permeability are also suitable for compensating for the differences between the height of the central column or the central section and the outer core areas.
  • a further function of such a disc-shaped material with no or little permeability in the central slug causes a distributed air gap. Furthermore, the total permeability can be reduced, the total length of the air gap can be reduced and the magnetic flux can be optimized.
  • the finished core composed of two core halves, comprises as an air gap twice the insulating distance between the two central parts of the middle section and the respective distance between the outer part of the middle section and the adjoining core parts.
  • the central bleed comprises two identical or symmetrical parts, between which a disc of material without permeability or is arranged with low permeability. The disc can compensate for differences, for example with regard to the fit, between the central slug and the outer areas.
  • the disk divides the entire air gap into three parts, namely two between the middle socket ends and the other core areas and one between the two middle socket parts, which reduces the leakage flux.
  • a central bleed made of material with low permeability, for example made of iron powder, or the combination of ferrite areas with iron powder areas as central bleed reduce the leakage flux or the losses.
  • the provision of several air gaps in the central vent reduces the leakage flux, effort and costs for the cooling system and increases the performance of the component.
  • the magnetic core in which the central slug contains one material, for example a ferromagnetic powder, and the outer core part another material, for example ferrite material it is possible to optimize the overall permeability of the core. This is possible because ferromagnetic powder, for example iron powder, has a permeability between 10 and 50, while ferrite material has a permeability in the range from 1000 to 3000.
  • ferromagnetic powder for example iron powder
  • ferrite material has a permeability in the range from 1000 to 3000.
  • An inductive component with a magnetic core as proposed also has the advantage that the temperature behavior of the entire core arrangement can be improved.
  • Ferrite material for example, has a temperature dependency with several loss maxima.
  • the overall temperature dependency of the proposed core arrangement can be improved both through the possibility of variation in the manufacture, e.g. during pressing and sintering, of the ferrite material and through the combination with another ferromagnetic material, e.g. powder material.
  • the permeability can depend on the temperature. Ferrite materials can, for example, have two tips that can be shifted by varying the manufacturing process.
  • the optimization can be directed both to the middle section and to the other core areas, wherein the target specifications of the optimization, for example saturation value, loss or permeability, can differ for the various core areas.
  • the optimization can reduce the overall permeability, the size of the air gap and the leakage flux. Such an optimization is not possible in the case of cores which only consist of the same material.
  • the central slug can be constructed in different embodiments and, for example, contain disks of different material and / or a uniform material that differs from the external core part.
  • the central piece can comprise parts which are integrally formed in the shape of a flange at the end. It is advantageous to provide a central bore for the individual parts of the central port so that they are aligned with a correspondingly aligned bore in the external core parts can be connected by a screw.
  • a screw is in particular made of insulating material and makes it possible to further optimize the overall permeability of the magnetic circuit of the inductive component. This is possible, for example, by adjusting the pressure exerted by the screw on the central hole and thus on the different core elements of the central port and the outer core areas.
  • a change in the pressure exerted by the screw causes a change in the remaining air gap.
  • the central slug also includes panes with little or no permeability, it is possible to choose this material in such a way that it is mechanically flexible.
  • plastic and silicone come into question as materials, so that the pressure exerted by the screw results in a quasi-resilient function.
  • the pressure exerted by the screw on the core parts can be adjusted with a torque wrench, for example.
  • the center column contains ferrite or ferrite disks
  • these can be manufactured in such a way that the minimum of the losses occurs at higher temperatures than in the case of the different ferrite material of the outer core part. Therefore, in this case the temperatures of the central vent can be higher than the temperatures of the outer core part.
  • This provides better cooling conditions for the core arrangement, since the central section can only be cooled by conduction, while the entire core arrangement can also be cooled by convection or fan cooling.
  • such ferrite disks of the middle section can also be made with a material with a higher saturation Bs than the outer core parts.
  • the adaptation of the ferrite materials of the core areas to their operating temperatures in order to reduce the losses can be done by adjusting the pressure, temperature and sintering profile when sintering the areas. Such a variation of the manufacturing process for different core areas is not possible with a one-piece core.
  • Another approach is to use low permeability material, such as iron powder, for the manufacture of the central slug, which reduces the diameter in order to reduce the effective winding length, the volume of the material for the winding and ultimately the losses.
  • the combination of the different materials, the reduced dimensions and the shorter conductor length optimizes the losses in terms of the magnetic material and the windings compared to a component with a one-piece core, which also increases efficiency and reduces costs.
  • the ferrite disks in the central slug can be made of a material with a higher saturation value, adapted to the operating temperature.
  • the operating temperature of the central port is higher than that of the outer core areas; the former is, for example, in the region of 100 degrees Celsius, the latter in the region of 80 degrees Celsius.
  • the saturation value increases with decreasing temperature.
  • the saturation value increases with a temperature drop between the central nozzle and the outer core area by approximately 20mT for a conventional ferrite material.
  • transformers or transmitters can also have a corresponding structure.
  • Different core shapes can also be provided, for example with a P or X shape or as pot or bowl cores.
  • an X core is understood to be a core shape which, adjoining the central neck, comprises at least four radially diverging yoke regions, on each of which a leg is attached in the direction of the central neck.
  • P and X cores have a compact shape with little interference.
  • a P-core is made up of two core parts 1a and 1b placed against one another, which can comprise ferrite material.
  • a slug is arranged in the center of the core and is constructed in the form of a disk from different materials.
  • the central slug contains disks 2 which contain either ferromagnetic powder or a ferrite material that is different from the ferrite material of the outer core part 1a, 1b.
  • a material 3 with little or no permeability is arranged between the panes 2.
  • these are disks made of the material 3 mentioned, advantageously flexible, or the ferromagnetic disks 2 are insulated with an insulating coating.
  • the winding 5 is arranged between the central slug and the outer core parts.
  • the entire arrangement of the inductive component is held together by a screw 4 in a through hole 6, which connects the outer core parts and the central flap with one another.
  • the air gap which is distributed over the areas with little or no permeability between the ferromagnetic disks and the outer core area, is set and adjusted by the pressure exerted by the pressing force of the screw on the outer core part and the central section.
  • Figure 2 shows a throttle arrangement using an X-core.
  • the arrangement shows two outer core halves 1a and b, which can comprise ferrite material, as well as ferromagnetic disks 2 of the middle section, which are separated from one another by a material 3 with little or no permeability or, alternatively, by an insulating coating.
  • the winding 5 of the choke is arranged between the layer structure of the central slug and the outer core parts 1a and 1b, respectively. All parts of the core are tightened by a 4 in a through hole 6 held together and guided, with which the pressing force on the elements of the magnetic core can be adjusted. In this exemplary embodiment, too, there is a spatially distributed air gap.
  • Figure 3 shows a reactor with a P or an X core, in which the external halves 1a and 1b contain ferrite.
  • the central middle section contains two parts 2 which contain a flange 7 at the end of the external core areas.
  • the center slug can comprise iron powder.
  • the flange 7 has the effect that, on the one hand, the magnetic flux from the central slug to the outer core parts is better distributed and, on the other hand, that the winding 5 is at least partially guided.
  • the insulation of the winding 5 with respect to the core 1a and 1b is designed in particular as an insulated winding or as an insulating coating of the central slug. In the latter case, it is possible to apply the winding directly in the intermediate area between the central slug and the external core parts.
  • the insulation coating of the central bleed fulfills the task of distributing the air gap of the throttle over the central area between the central bleed halves and the two outer flange areas. This results in improved loss conditions for the throttle, so that overall a throttle with a smaller design and at the same time improved properties compared to conventional throttles is achieved.
  • a disk made of flexible material in Figure 3 not shown), the permeability of which is low or zero. Due to the flexibility of the disk, it acts as a spring. The screw allows flexibility Using the disc, the distance between the parts 2 of the central stub can be varied.
  • FIG 4 an arrangement with a P or X core shape is shown which differs from the Figure 3 differs in that the flange-shaped areas 7, which are arranged at the end between the central boss parts 2 and the external core parts 1a and 1b, extend from the central bore 6 with the guide screw 4 to the external core parts.
  • This makes it possible to arrange the winding 5 completely in the area formed by the flanges and thus also to dispense with a separate winding carrier for the winding.
  • the stepped enlarged diameter of the central port 2 act as a transition area for distributing the flux and for holding the winding 5. Together, the central part of the central port 2 and the steps give the shape of the winding 5.
  • Figure 5 shows schematically the transition of the magnetic flux from the central nozzle 2 via the flange arranged at the end of this central nozzle 2 to the external core parts.
  • the very large magnetic flux in the central slug 2 is already reduced and distributed in the transition area of the flange 7, so that an adaptation to the flux present in the outer ferrite part 1 of the core is ensured.
  • the central slug 2 comprises iron powder; the other parts of the core comprise ferrite material.
  • the transition area optimizes the flow transition between the parts, in which it is necessary to distribute the flow from the central nozzle 2 with a higher saturation value due to the iron powder to the ferrite material with a lower saturation value.
  • the thickness and diameter of the Transition areas depend on the ratio of the saturation values in the middle section 2 and the other core parts.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein induktives Bauelement mit einer Wicklung und einem Kern.
  • Induktive Bauelemente wie Drosseln, Transformatoren und Übertrager sind weit verbreitet in elektrischen und elektronischen Schaltungen. Die elektrischen Eigenschaften der induktiven Bauelemente hängen vom ihrem Aufbau und den Eigenschaften der Wicklungen und des Kerns ab.
  • Das Dokument DE 10212930 A1 zeigt ein induktives Bauelement mit einem Mittelbutzen und einer Außenhülse. Letztere weist einen Permanentmagnetabschnitt auf, der mit einem anderen Abschnitt verklebt ist.
  • Das Dokument US 2008/0055034 A1 zeigt ein Bauelement mit einem Kern, der ein Teil mit Doppel-T-förmigem Querschnitt aufweist sowie einem davon separaten gesinterten Außenmantel, der die Spulenaußenseite umgibt.
  • Das Dokument EP 1211700 A2 zeigt ein Bauelement mit einem mehrteiligen ferromagnetischen Kern, der auch ein magnetisches Teil aufweist.
  • Das Dokument US 4943793 A zeigt ein Bauelement mit einem Kern, bei dem sich die Materialeigenschaften von Mittelsäule, Ober- und Unterseite von denen der Seitenwände unterscheiden.
  • Das Dokument US 2006/0125586 A1 zeigt einen Kern mit einem ersten Teil, das in einem zweiten Teil eingebettet ist, wobei sich die Materialeigenschaften der Teile unterscheiden.
  • Das Dokument DE 3913558 A1 zeigt einen mehrteiligen Ferritkern, bei dem Teilkerne mit unterschiedlichen Materialeigenschaften kombiniert sein können.
  • Das Dokument US 2011/0121935 A1 zeigt einen Kern, dessen Innenteil vom Außenteil verschiedene magnetische Eigenschaften hat.
  • Das Dokument EP 1061140 A1 zeigt einen Zylinder mit mehreren Regionen unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften.
  • Die Veröffentlichung von Alex Van den Bossche, Vencislav Cekov Valchev: Inductors and Transformers for Power Electronics, Seite 318f (CRC Press Taylor & Francis Group, 2005, ISBN: 1-57444-679-7) offenbart einen Kern aufweisend einen Mittelschenkel aus einem niederpermeablen Material.
  • Das Dokument DE 10 2006 026 466 B3 zeigt einen Kern, bei dem ein Luftspalt nicht-ferromagnetische Schichten und dünne ferromagnetische Materialschichten aufweist.
  • Das nachveröffentlichte Dokument WO 2011/131341 A1 offenbart einen Kern mit unterschiedlichen magnetischen Materialarten.
  • Die gewünschten induktiven Eigenschaften lassen sich beispielsweise durch geeignete Wahl beziehungsweise Anpassung der Wicklung und/oder der Permeabilität erzielen. Die Permeabilität lässt sich durch einen großen Luftspalt reduzieren, was jedoch den Streufluss im Luftspalt und damit einhergehende Verluste erhöht. Insbesondere die Eigenschaften des magnetischen Kerns gilt es zu verbessern.
  • Zur Bereitstellung eines alternativen Bauelements betrifft die Erfindung ein induktives Bauelement mit einem Kern, umfassend einen Mittelbutzen und endseitig an den Mittelbutzen angrenzende äußere Kernteile, und einer Wicklung, die zwischen dem Mittelbutzen und den äußeren Kernteilen angeordnet ist. Der Kern umfasst eine Mehrzahl von Kernbereichen, die unterschiedliche magnetische Materialien enthalten, und der Mittelbutzen enthält Bereiche mit unterschiedlichen Materialien.
  • Vorgesehen ist ein induktives Bauelement mit einer Wicklung und einem Kern, der eine Mehrzahl von Kernbereichen umfasst, die mehrere unterschiedliche magnetische Materialien enthalten. Das induktive Bauelement umfasst mit dem Begriff Wicklung eine einlagige und mehrlagige Wicklung sowie auch eine von mehreren derartigen Wicklungen auf einem Kern.
  • Bevorzugt weisen die unterschiedlichen magnetischen Materialien unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf. Der Begriff unterschiedliche magnetische Materialien ist so zu verstehen, dass er mindestens zwei verschiedene magnetische Materialien beinhaltet oder dass er ein Material einer physikalisch chemischen Zusammensetzung mit bereichsweise verschiedenen magnetischen Materialparametern beinhaltet. Die Parameter können beispielsweise hinsichtlich der Betriebsbedingungen der Bereiche optimiert sein.
  • Ein derartiger magnetischer Kern kann grundsätzlich jede Kernform umfassen, also beispielsweise Kernformen mit den Bezeichnungen C, U, E, P, X, Ringkern sowie weitere Kernformen oder daraus abgeleitete Kernformen. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung jedoch bei Kernformen einzusetzen, die eine Mittelsäule bzw. einen Mittelbutzen aufweisen. Als andere Kernbereiche sind in diesem Zusammenhang die Schenkel und die diese mit dem Mittelbutzen verbindenden Jochbereiche zu verstehen. Typischerweise wird der komplette Kern aus zwei Kernhälften gebildet, die jeweils Schenkel, Joche und einen Mittelbutzen umfassen. Alternativ kann der Kern einen Mittelbutzen und separate äußere Kernteile umfassen. Andere Formen der Separation sind denkbar.
  • Bei dem Kern des induktiven Bauelements enthält der Mittelbutzen selbst unterschiedliche Materialien oder der Mittelbutzen enthält ein anderes magnetisches Material als die anderen Bereiche des Kerns oder der Kern ist aus einer Kombination beider Alternativen aufgebaut.
  • Dabei können die unterschiedlichen Materialien in einer bevorzugten Ausführungsform geschichtet sein, deren Schichten in einer abwechselnden Folge z.B. in Achsenrichtung der Mittelsäule hintereinander angeordnet sind. Diese Schichten können scheibenförmig sein und abwechselnd eine Schicht mit hoher Permeabilität und eine Schicht mit keiner oder niedriger Permeabilität enthalten. Eine andere bevorzugte Ausführungsform enthält einen Mittelbutzen aus einem magnetischen Material, das von dem magnetischen Material der anderen Kernbereiche verschieden ist. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform enthält Kombinationen der beiden vorgenannten Ausführungsformen. Die mechanische Verbindung des Mittelbutzens mit den anderen Kernbereichen erfolgt dabei durch Verschrauben. Bei einer Verschraubung weist der Mittelbutzen bevorzugt ein zentrales Loch auf, durch das eine Kunststoffschraube gesteckt wird, die den Kern zusammenhält. Dies ist insbesondere bei zwei gegeneinander gesetzten Kernhälften zweckmäßig, weil dann die eine Kunststoffschraube gleichzeitig die beiden Kernhälften zusammenhält.
  • Insbesondere bei Transformatoren und Drosseln ist ein Luftspalt ein wichtiger Funktionsbestandteil, weil er die magnetische Flussdichte des Kerns erheblich verringert und beispielsweise eine Linearisierung der Magnetisierungskennlinie bewirkt, so dass eine magnetische Sättigung des Kernwerkstoffes erst bei höheren Feldstärken eintritt. Im Luftspalt von Speicherdrosseln ist ein wesentlicher Teil der magnetischen Energie gespeichert, was zu Nachteilen wie einer geringeren Induktivität oder zu hohen Kräften führt. Bei Kernen mit Mittelbutzen ist der Luftspalt typischerweise zwischen den beiden Mittelbutzen der Kernhälften angeordnet. Das vorgeschlagene induktive Bauelement ermöglicht es, den Luftspalt quasi über die Länge des gesamten Mittelbutzens zu verteilen. Der auf mehrere Abschnitte verteilte Luftspalt kann im Mittelbutzen durch Scheiben, beispielsweise aus Ferritmaterial, getrennt durch Scheiben aus anderem Material ausgebildet sein.
  • Mit dem induktiven Bauelement ist es möglich, nachteilige Eigenschaften des magnetischen Kerns zu verbessern. Dazu zählt insbesondere eine Verringerung des Streuflusses und der Verluste. Dadurch wird es möglich, die durch die Verluste bedingten höheren Temperaturen zu verhindern und die Kosten für ein Kühlsystem zu verringern. Gleichzeitig wird es möglich, die Effizienz des induktiven Bauelements zu verbessern.
  • Der Aufbau und die Herstellung eines Kerns für ein induktives Bauelement werden rein beispielhaft am Aufbau eines magnetischen Kerns mit Mittelbutzen erläutert. Als unterschiedliche magnetische Materialien für den Kern kommen insbesondere Eisenpulvermaterial oder Ferritmaterial, also ferromagnetische Materialien vorteilhafterweise mit hohen Sättigungswerten in Frage. Beide Materialien haben an sich bekannte Nachteile und Vorteile. So hat ein Eisenpulverkern den Nachteil der Brüchigkeit, jedoch den Vorteil des hohen Sättigungswertes Bs von 1 Tesla (1 T) bis 1,5 T, der sich beispielsweise durch einen Eisenpulverkern erzielen lässt. Die einzelnen Pulverkörner, die weiterhin voneinander durch eine nichtmagnetische oder geringmagnetische Schicht getrennt vorliegen, bewirken an sich bereits eine Verteilung des Luftspalts, der eine Verbesserung der Sättigungsinduktion sowie einen weichen Einsatz der Sättigung bewirkt. Demgegenüber hat ein Standardferritmaterial einen Sättigungswert Bs von etwa 0,4 T und ein steiles Sättigungsverhalten.
  • Der Einsatz mehrerer unterschiedlicher magnetischer Materialien beispielsweise im Mittelbutzen eines magnetischen Kerns ermöglicht es, die magnetischen Eigenschaften des Kerns zu optimieren. So wird je nach Aufbau des Kerns der resultierende Sättigungswert im Bereich zwischen dem Sättigungswert eines Ferritmaterials beziehungsweise eines Pulvermaterials, z.B. Eisenpulvermaterials, liegen. Das bedeutet, dass der Sättigungswert im Bereich zwischen 0,4 T und 1,5 T liegen wird.
  • Die Kombination eines Materials mit geringerer Permeabilität für den Mittelbutzen wie Eisenpulver mit einer beispielhaften Permeabilität von 10 bis 50 und eines Ferritmaterials für die anderen Bereiche mit einer beispielhaften Permeabilität von 1000 bis 3000 ermöglicht es, die Gesamtpermeabilität ebenso wie die Gesamtlänge des Luftspalts beziehungsweise der Luftspalte im Vergleich zu einem Kern nur aus Ferritmaterial bestehend zu reduzieren. Die Gesamtpermeabilität ist: μ tot = I e , tot I 1 μ 1 + I 2 μ 2 + I i μ i + ⋯ ,
    Figure imgb0001
     wobei µtot die Gesamtpermeabilität, Ie,tot die gesamte effektive Länge des Magnetkreises, Ii die magnetische Länge eines i-ten Bereichs und µi die Permeabilität des i-ten Bereichs ist.
  • Durch die geringere Gesamtlänge der Luftspalte im Mittelbutzen sind auch die Längen der Teilluftspalte geringer, was den Streufluss und die daraus resultierenden Verluste reduziert.
  • Die Optimierung der magnetischen Kerneigenschaften wiederum ermöglicht es, die Abmessungen des Kerns zu verringern und insbesondere den Querschnitt oder die Durchmesser des Mittelbutzens und der darauf aufgebrachten Wicklung zu verringern, was wiederum eine Reduzierung des Volumens der Wicklung ermöglicht. Dies wiederum ermöglicht es, die Gesamtdimensionen eines induktiven Bauelements zu verringern und damit die Kosten für die Herstellung des induktiven Bauelements ebenfalls zu verringern. Die Verringerung der Wirkfläche des Mittelbutzens bei Verwendung eines Materials mit höherem Sättigungswert geht einher mit der Erhöhung des Sättigungswerts und beträgt beispielsweise 0,4T/1,5T bei Verwendung eines Materials mit 1,5T im Vergleich zur Verwendung eines Materials mit 0,4T. Die Verringerung des Mittelbutzendurchmessers geht auch mit einer Verringerung der Außenabmessungen des Bauelements einher, was erlaubt kleinere und Material sparendere und damit Kosten günstigere Gehäuse zu verwenden.
  • Die effektive Länge der Wicklung ergibt sich durch die Anzahl der Windungen und die Länge der jeweiligen Wicklung. Bei einem durch den schlankeren Mittelbutzen möglichen geringeren Innendurchmesser der Wicklung wird deshalb die Gesamtlänge des Drahtes der Wicklung reduziert. Dies wiederum bewirkt eine Verringerung des für die Wicklung verwendeten Materials, beispielsweise Kupfer, sodass eine ressourcenschonende Herstellung und Verwendung des induktiven Bauelements gesichert ist. Zur Reduzierung der Kosten und zum Erreichen von Vorteilen für das induktive Bauelement tragen deshalb nicht nur die verringerten Kosten für den magnetischen Kern bei, sondern auch die geringeren Kosten für die Wicklung. Andererseits werden die elektrischen Eigenschaften des induktiven Bauelements verbessert, weil die geringere Gesamtlänge des Drahtes der Wicklung die Verluste in der Wicklung reduziert und die Effizienz des induktiven Bauelements erhöht.
  • Es ist bei dem induktiven Bauelement vorteilhaft, den Mittelbutzen mit Hilfe von ferromagnetischem Pulvermaterial zu formen und die restlichen Teile des Kerns aus Ferritmaterial. Durch den hohen Sättigungswert des so geschaffenen Mittelbutzens wird das Sättigungsverhalten des Kerns insgesamt optimiert und der magnetische Fluss durch den Mittelbutzen kann sich auf die angrenzenden Teile des Kerns aus Ferritmaterial optimal verteilen. Um einen optimalen Übergang des Flusses von dem Mittelbutzen zu den angrenzenden Kernteilen zu erreichen, wird der Mittelbutzen in seiner Form angepasst, zum Beispiel durch einen zentralen Teil mit geringem Durchmesser, der sich zum Übergang zum angrenzenden Ferritmaterial im Fußbereich des Mittelbutzens vergrößert. Der Durchmesser und die Dicke des Übergangsteils hängen von den Grenzwerten der magnetischen Sättigung der beiden ferromagnetischen Materialien ab.
  • Ein derartiger Übergangsteil zwischen dem Mittelbutzen und den angrenzenden anderen Kernteilen ist bevorzugt aus demselben Material wie das Material im Zentralteil des Mittelbutzens, also beispielsweise aus Pulvermaterial. Das Übergangsteil hat den Vorteil, dass es wie ein Flansch wirkt und in der Lage ist, die Wicklung seitlich zu führen. Somit erfüllt das Übergangsteil eine Flanschfunktion, die ähnlich wie die Funktion eines Flansches eines Wicklungsträgers ist. Dieser flanschartige Übergangsteil kann denselben äußeren Durchmesser wie die Wicklung haben. Bei Standardkernformen, beispielsweise einem P- oder X-Kern, ist deshalb ein separater Wicklungsträger nicht notwendig. Allerdings ist es bei einem derartigen Mittelbutzen mit endseitiger Flanschfunktion notwendig, den Mittelbutzen und den Flansch elektrisch gegen die Wicklung zu isolieren. Dazu werden der Mittelbutzen und der Flansch mit einem isolierenden Material geringer Dicke beschichtet oder die Spulenwicklungen selbst isoliert. Dieses isolierende Beschichtungsmaterial auf den Elementen des Mittelbutzens weist keine oder allenfalls eine geringe Permeabilität auf und bewirkt, dass die Isolation auf den Stirnseiten des Mittelbutzens Teilluftspalte bildet. Die Beschichtung des Mittelbutzens kann beispielsweise 0,2mm dick sein, was eine übliche Beschichtungsdicke ist. Durch die Beschichtung wird ein Luftspalt zwischen dem Mittelbutzen und den anderen Kernteilen gebildet.
  • In einer Ausführungsform, bei der der Mittelbutzen aus Scheiben unterschiedlichen Materials geformt ist, ist vorgesehen, scheibenförmiges magnetisches Material, beispielsweise mit ferromagnetischem Pulver, zu verwenden und zwischen den aus diesem Material angeordneten Scheiben andere Scheiben aus Material ohne oder mit geringer Permeabilität anzuordnen. Derartige zwischengesetzte Scheiben aus Material ohne oder mit geringer Permeabilität sind darüber hinaus geeignet, die Unterschiede zwischen der Höhe der zentralen Säule bzw. des Mittelbutzens und den äußeren Kernbereichen auszugleichen. Eine weitere Funktion eines derartigen scheibenförmig verteilten Materials ohne oder mit geringer Permeabilität im Mittelbutzen bewirkt einen verteilten Luftspalt. Ferner kann die Gesamtpermeabilität reduziert werden, die Gesamtlänge des Luftspalts verringert und der magnetische Fluss optimiert werden.
  • Im Fall, dass der Mittelbutzen aus zwei Teilen besteht, die, jeweils aus einem Stück geformt, ein magnetisches Material enthalten, umfasst der fertige aus zwei Kernhälften aufgebaute Kern als Luftspalt den doppelten Isolierabstand zwischen den beiden mittigen Teilen des Mittelbutzens und den jeweiligen Abstand zwischen dem äußeren Teil des Mittelbutzens und den angrenzenden Kernteilen. Durch eine derartige Anordnung wird weiterhin der Streufluss gegenüber einer Anordnung mit nur einem Luftspalt verringert. Eine Verringerung des Streuflusses bedeutet jedoch auch eine Verringerung der Verluste. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Permeabilität verringert ist, umfasst der Mittelbutzen zwei identische oder symmetrische Teile, zwischen denen eine Scheibe aus Material ohne Permeabilität oder mit geringer Permeabilität angeordnet ist. Die Scheibe kann Unterschiede, beispielsweise hinsichtlich Passung, zwischen dem Mittelbutzen und den äußeren Bereichen kompensieren. Ein weiterer Aspekt ist, dass die Scheibe den gesamten Luftspalt in drei Teile aufteilt, nämlich zwei zwischen den Mittelbutzenenden und den anderen Kernbereichen sowie einen zwischen beiden Mittelbutzenteilen, was den Streufluss reduziert.
  • Das Vorsehen mehrerer Luftspalte, eines Mittelbutzens aus Material mit geringer Permeabilität, beispielsweise aus Eisenpulver, oder die Kombination von Ferritbereichen mit Eisenpulverbereichen als Mittelbutzen reduzieren den Streufluss oder die Verluste. Das Vorsehen mehrerer Luftspalte im Mittelbutzen reduziert den Streufluss, Aufwand und Kosten für das Kühlsystem und erhöht die Leistungsfähigkeit des Bauelements.
  • Durch einen Aufbau des magnetischen Kerns, bei dem der Mittelbutzen ein Material, z.B. ein ferromagnetisches Pulver, und der äußere Kernteil ein anderes Material, z.B. Ferritmaterial, enthält, ist es möglich, die Gesamtpermeabilität des Kerns zu optimieren. Dies ist möglich, weil ferromagnetisches Pulver, zum Beispiel Eisenpulver, eine Permeabilität zwischen 10 und 50 aufweist, während Ferritmaterial eine Permeabilität im Bereich von 1000 bis 3000 hat. Durch die Verwendung eines anderen Materials für den Kern, z.B. im Mittelbutzen, ist es deshalb möglich, die gesamte Permeabilität der magnetischen Kernanordnung gegenüber einem reinen Ferritkern zu verringern. Gleichzeitig wird es durch eine derartige Anordnung möglich, den gesamten wirksamen Luftspalt zu verteilen und somit den Streufluss und die dadurch bedingten Verluste zu verringern.
  • Ein induktives Bauelement mit einem magnetischen Kern wie vorgeschlagen hat auch den Vorteil, dass das Temperaturverhalten der gesamten Kernanordnung verbessert werden kann. So hat beispielsweise Ferritmaterial eine Temperaturabhängigkeit mit mehreren Verlustmaxima. Sowohl durch Variationsmöglichkeiten beim Herstellen, z.B. beim Pressen und Sintern, des Ferritmaterials als auch durch die Kombination mit einem anderen ferromagnetischen Material, z.B. Pulvermaterial, lässt sich die gesamte Temperaturabhängigkeit der vorgeschlagenen Kernanordnung verbessern. Die Permeabilität kann von der Temperatur abhängen. Ferritmaterialien können beispielsweise zwei Spitzen haben, die durch Variation des Herstellungsprozesses verschoben werden können. Die Optimierung kann sowohl auf den Mittelbutzen als auch auf die anderen Kernbereiche gerichtet sein, wobei die Zielvorgaben der Optimierung, beispielsweise Sättigungswert, Verlust oder Permeabilität, sich für die verschiedenen Kernbereiche unterscheiden können. Durch die Optimierung kann die Gesamtpermeabilität, die Größe des Luftspalts und der Streufluss reduziert werden. Eine derartige Optimierung ist bei Kernen, die lediglich aus demselben Material bestehen, nicht möglich.
  • Der Mittelbutzen kann in unterschiedlichen Ausführungsformen aufgebaut sein und beispielsweise Scheiben unterschiedlichen Materials oder/und ein einheitliches Material enthalten, das sich von dem externen Kernteil unterscheidet. Weiterhin kann der Mittelbutzen endseitig flanschförmig angeformte Teile umfassen. Es ist vorteilhaft, eine zentrale Bohrung für die einzelnen Teile des Mittelbutzens vorzusehen, sodass diese mit einer entsprechend fluchtenden Bohrung in den externen Kernteilen durch eine Schraube verbunden werden können. Eine derartige Schraube ist insbesondere aus isolierendem Material und ermöglicht es, die gesamte Permeabilität des magnetischen Kreises des induktiven Bauelements weiter zu optimieren. Dies ist beispielsweise möglich, indem der von der Schraube ausgeübte Druck auf das mittlere Loch und somit auf die unterschiedlichen Kernelemente des Mittelbutzens und der äußeren Kernbereiche eingestellt wird. Eine Änderung des von der Schraube ausgeübten Drucks bewirkt eine Änderung des verbleibenden Luftspalts. Insbesondere dann, wenn der Mittelbutzen auch Scheiben ohne oder mit geringer Permeabilität umfasst, ist es möglich, dieses Material so zu wählen, dass es mechanisch flexibel ist. Als Materialien kommen insbesondere Plastik und Silikon in Frage, so dass sich durch den von der Schraube ausgeübten Druck quasi eine federnde Funktion ergibt. Der von der Schraube ausgeübte Druck auf die Kernteile kann beispielsweise mit einem Drehmomentschlüssel eingestellt werden.
  • In dem Fall, dass die Mittelsäule Ferrit oder Ferritscheiben enthält, können diese so hergestellt sein, dass das Minimum der Verluste bei höheren Temperaturen auftritt als bei dem davon verschiedenen Ferritmaterial des äußeren Kernteils. Deshalb können die Temperaturen des Mittelbutzens in diesem Fall höher sein als die Temperaturen des äußeren Kernteils. Dadurch werden bessere Kühlungsbedingungen für die Kernanordnung bereit gestellt, da der Mittelbutzen nur durch Wärmeleitung gekühlt werden kann, während die gesamte Kernanordnung auch durch Konvektion oder eine Gebläsekühlung gekühlt werden kann. Andererseits können derartige Ferritscheiben des Mittelbutzens auch mit einem Material mit höherer Sättigung Bs als die äußeren Kernteile hergestellt sein. Die Anpassung der Ferritmaterialien der Kernbereiche an deren Betriebstemperaturen, um die Verluste zu reduzieren, kann durch Anpassung des Drucks, der Temperatur und des Sinterprofils beim Sintern der Bereiche erfolgen. Eine derartige Variation des Herstellungsprozesses für verschiedene Kernbereiche ist bei einem einteiligen Kern nicht möglich. Ein weiterer Ansatz ist die Verwendung von Material mit geringer Permeabilität, beispielsweise Eisenpulver, für die Herstellung des Mittelbutzens, was den Durchmesser reduziert, damit die effektive Windungslänge, das Volumen des Materials für die Wicklung und letztlich die Verluste reduziert werden. Die Kombination der verschiedenen Materialen, der verringerten Abmessungen und der geringeren Leiterlänge optimiert die Verluste, hinsichtlich des magnetischen Materials und der Windungen, im Vergleich zu einem Bauteil mit einteiligem Kern, was auch die Effizienz vergrößert und die Kosten reduziert.
  • Eine Optimierung hinsichtlich des Sättigungswerts kann durch die Verwendung verschiedener magnetischer Materialien für die verschiedenen Kernteile erreicht werden. Beispielsweise können die Ferritscheiben im Mittelbutzen aus einem Material mit höherem Sättigungswert angepasst an die Betriebstemperatur gefertigt sein. Die Betriebstemperatur des Mittelbutzens ist höher als die der äußeren Kernbereiche; erstere liegt beispielsweise im Bereich von 100 Grad Celsius, letztere im Bereich von 80 Grad Celsius. Bei Ferritmaterial vergrößert sich der Sättigungswert mit sinkender Temperatur. Beispielsweise erhöht sich der Sättigungswert bei einem Temperaturabfall zwischen Mittelbutzen und äußerem Kernbereich um ungefähr 20mT bei einem üblichen Ferritmaterial.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich anhand der Figuren der Zeichnung. Gleiche funktionale Elemente sind dabei durch gleiche Bezugszeichen dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Drossel mit scheibenförmig aufgebauten Mittelbutzen und verteiltem Luftspalt bei einem P-Kern,
    Figur 2
    eine Drossel mit X-Kern und scheibenförmig aufgebautem Mittelbutzen mit verteiltem Luftspalt,
    Figur 3
    eine Drossel mit einer Mittelsäule und einem endseitig angeordneten Flansch,
    Figur 4
    eine Drossel mit einer Mittelsäule mit endseitigem Flansch und der Funktion eines Wicklungsträgers und
    Figur 5
    ein Detail des Verlaufs der magnetischen Flussdichte im Übergangsbereich von dem Mittelbutzen mit endseitigem Flansch zu externen Kernbereichen.
  • Obwohl die Ausführungsbeispiele Querschnitte von Drosseln zeigen, versteht es sich von selbst, dass statt Drosseln auch Transformatoren oder Übertrager einen entsprechenden Aufbau haben können. Ebenso können unterschiedliche Kernformen vorgesehen sein, beispielsweise mit P- oder X-Form oder als Topf- oder Schalenkerne. Als X-Kern wird dabei eine Kernform verstanden, die angrenzend an den Mittelbutzen mindestens vier radialförmig auseinanderlaufende Jochbereiche umfasst, an denen endseitig jeweils ein Schenkel in Richtung des Mittelbutzens angebracht ist. P- und X-Kerne haben eine kompakte Form mit geringer Störwirkung.
  • Gemäß dem Querschnitt der Figur 1 ist ein P-Kern aus zwei gegeneinander gesetzten Kernteilen 1a und 1b aufgebaut, die Ferritmaterial umfassen können. Mittig innerhalb des Kerns ist ein Butzen angeordnet, der scheibenförmig aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist. So enthält der Mittelbutzen Scheiben 2, die entweder ferromagnetisches Pulver oder ein Ferritmaterial enthalten, das unterschiedlich zu dem Ferritmaterial des äußeren Kernteils 1a, 1b ist. Zwischen den Scheiben 2 ist ein Material 3 mit keiner oder nur mit geringer Permeabilität angeordnet. Alternativ sind dies Scheiben aus dem genannten Material 3, vorteilhafterweise flexibel, oder es ist eine Isolationsbeschichtung der ferromagnetischen Scheiben 2. Zwischen dem Mittelbutzen und den äußeren Kernteilen ist die Wicklung 5 angeordnet. Die gesamte Anordnung des induktiven Bauelements wird durch eine Schraube 4 in einem durchgehenden Loch 6 zusammengehalten, die die äußeren Kernteile sowie den Mittelbutzen miteinander verbindet. Durch Druck, der die Presskraft der Schraube auf den äußeren Kernteil und den Mittelbutzen ausübt, wird der Luftspalt, der sich auf die Bereiche mit keiner oder mit geringer Permeabilität zwischen den ferromagnetischen Scheiben und dem äußeren Kernbereich verteilt und eingestellt.
  • Figur 2 zeigt eine Drosselanordnung, bei der ein X-Kern verwendet ist. Die Anordnung zeigt zwei äußere Kernhälften 1a und b, die Ferritmaterial umfassen können, sowie ferromagnetische Scheiben 2 des Mittelbutzens, die voneinander durch ein Material 3 mit keiner oder mit geringer Permeabilität oder alternativ durch eine Isolationsbeschichtung getrennt sind. Zwischen dem Schichtaufbau des Mittelbutzens und den äußeren Kernteilen 1a beziehungsweise 1b ist die Wicklung 5 der Drossel angeordnet. Sämtliche Teile des Kerns werden durch eine Schraube 4 in einem Durchgangsloch 6 zusammengehalten und geführt, mit der sich die Presskraft auf die Elemente des Magnetkerns einstellen lassen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich ein räumlich verteilter Luftspalt.
  • Figur 3 zeigt eine Drossel mit einem P- oder einem X-Kern, bei der die externen Hälften 1a und 1b Ferrit enthalten. Der zentrale Mittelbutzen enthält zwei Teile 2, die endseitig zu den externen Kernbereichen einen Flansch 7 enthalten. Der Mittelbutzen kann Eisenpulver umfassen. Der Flansch 7 bewirkt, dass einerseits der magnetische Fluss von dem Mittelbutzen zu den äußeren Kernteilen besser verteilt wird und andererseits, dass die Wicklung 5 zumindest teilweise geführt ist.
  • Die Isolation der Wicklung 5 gegenüber dem Kern 1a und 1b ist insbesondere als isolierte Wicklung oder als isolierende Beschichtung des Mittelbutzens ausgeführt. Im letzteren Fall wird es möglich, die Wicklung direkt in den Zwischenbereich zwischen Mittelbutzen und externen Kernteilen aufzubringen. Die Isolationsbeschichtung des Mittelbutzens erfüllt dabei gleichzeitig die Aufgabe, den Luftspalt der Drossel zu verteilen auf den zentralen Bereich zwischen den Mittelbutzenhälften und die beiden äußeren Flanschbereiche. Dadurch ergeben sich verbesserte Verlustbedingungen für die Drossel, so dass insgesamt eine Drossel kleinerer Bauform und gleichzeitig verbesserten Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Drosseln erreicht wird. In einem Ausführungsbeispiel kann zwischen den Teilen 2 des Mittelbutzens eine Scheibe aus flexiblem Material (in Figur 3 nicht gezeigt) vorgesehen sein, deren Permeabilität gering oder Null ist. Auf Grund der Flexibilität der Scheibe wirkt diese als Feder. Durch die Schraube kann, die Flexibilität der Scheibe nutzend, der Abstand zwischen den Teilen 2 des Mittelbutzens variiert werden.
  • Gemäß Figur 4 ist eine Anordnung mit P- oder X-Kernform gezeigt, die sich von der Figur 3 dadurch unterscheidet, dass die flanschförmigen Bereiche 7, die endseitig zwischen den Mittelbutzenteilen 2 und den externen Kernteilen 1a und 1b angeordnet sind, sich von der zentralen Bohrung 6 mit der Führungsschraube 4 hin zu den externen Kernteilen erstrecken. Dies ermöglicht es, die Wicklung 5 vollständig in dem durch die Flansche gebildeten Bereich anzuordnen und so auch einen separaten Wicklungsträger für die Wicklung zu verzichten. Die stufenförmig vergrößerten Durchmesser des Mittelbutzens 2 wirken als Übergangsbereich zur Verteilung des Flusses und zum Halten der Wicklung 5. Zusammen geben der Mittelteil des Mittelbutzens 2 und die Stufen so die Form der Wicklung 5 vor.
  • Figur 5 zeigt schematisch den Übergang des Magnetflusses vom Mittelbutzen 2 über den endseitig an diesen Mittelbutzen 2 angeordneten Flansch hin zu den externen Kernteilen. Wie rein schematisch an Hand der Pfeile 8 dargestellt, ist der im Mittelbutzen 2 sehr große magnetische Fluss im Übergangsbereich des Flansches 7 bereits verringert und verteilt, sodass eine Anpassung an den im äußeren Ferritteil 1 des Kerns vorhandenen Fluss gewährleistet ist. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Mittelbutzen 2 Eisenpulver; die anderen Teile des Kerns umfassen Ferritmaterial. Der Übergangsbereich optimiert den Flussübergang zwischen den Teilen, bei dem es erforderlich ist, den Fluss vom Mittelbutzen 2 mit höherem Sättigungswert auf Grund des Eisenpulvers zum Ferritmaterial mit geringerem Sättigungswert zu verteilen. Die Dicke und der Durchmesser des Übergangsbereichs hängen vom Verhältnis der Sättigungswerte im Mittelbutzen 2 und den anderen Kernteilen ab.

Claims (12)

  1. Induktives Bauelement mit einem Kern, umfassend einen Mittelbutzen (2) und endseitig an den Mittelbutzen (2) angrenzende äußere Kernteile (1a, 1b), und einer Wicklung (5), die zwischen dem Mittelbutzen (2) und den äußeren Kernteilen (1a, 1b) angeordnet ist, wobei der Kern eine Mehrzahl von Kernbereichen (1, 2) umfasst, die unterschiedliche magnetische Materialien enthalten, und der Mittelbutzen (2) Bereiche mit unterschiedlichen Materialien enthält,
    bei dem beim Mittelbutzen (2) eine Schichtenfolge unterschiedlicher Materialien verschraubt ist.
  2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1,
    bei dem die unterschiedlichen magnetischen Materialien unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen.
  3. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 oder 2,
    bei dem die unterschiedlichen magnetischen Materialien einen Materialtyp mit unterschiedlichen magnetischen Parametern umfassen.
  4. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen magnetische Kerneigenschaften verschieden sind von den magnetischen Kerneigenschaften, die jedem einzelnen der unterschiedlichen magnetischen Materialien zugeordnet sind.
  5. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die unterschiedlichen magnetischen Materialien des Mittelbutzens als eine Folge von Schichten ausgeformt sind.
  6. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Mittelbutzen (2) ein von einem magnetischen Material der äußeren Kernbereiche verschiedenes magnetisches Material umfasst.
  7. Induktives Bauelement nach Anspruch 6,
    bei dem der Mittelbutzen (2) ein ferromagnetisches Pulver und die äußeren Kernbereiche Ferrit enthalten.
  8. Induktives Bauelement nach Anspruch 6 oder 7,
    bei dem der Mittelbutzen (2) mehrere als Scheiben geformte Schichten aus magnetischem Material enthält.
  9. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
    bei dem die scheibenförmigen magnetischen Materialien des Mittelbutzens (2) mit einer isolierenden Beschichtung (3) versehen sind.
  10. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein flexibles Material (3) mit geringer oder keiner Permeabilität zwischen Bereichen aus Material mit höherer Permeabilität (2) angeordnet ist.
  11. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Mittelbutzen (2) zweiteilig ist, wobei der Mittelbutzen zwei Teile (2) aus Material mit höherer Permeabilität hat, zwischen denen eine Scheibe aus flexiblem Material mit geringer oder keiner Permeabilität angeordnet ist.
  12. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem der Mittelbutzen endseitig zu den äußeren Kernbereichen eine flanschförmige Ausformung (7) aufweist.
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