EP2561520A1 - Induktives bauelement mit variablen kerneigenschaften und verfahren zu deren einstellung - Google Patents

Induktives bauelement mit variablen kerneigenschaften und verfahren zu deren einstellung

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EP2561520A1
EP2561520A1 EP11718285A EP11718285A EP2561520A1 EP 2561520 A1 EP2561520 A1 EP 2561520A1 EP 11718285 A EP11718285 A EP 11718285A EP 11718285 A EP11718285 A EP 11718285A EP 2561520 A1 EP2561520 A1 EP 2561520A1
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EP
European Patent Office
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magnetic
core
inductive component
core part
winding
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EP11718285A
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English (en)
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EP2561520B1 (de
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Johann Weidinger
Karl-Heinz Vogl
Johann Winkler
Gerhard Karl
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Sumida Components and Modules GmbH
Original Assignee
Sumida Components and Modules GmbH
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/02—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
    • H01F38/023—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation of inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F2003/103—Magnetic circuits with permanent magnets
    • 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 present invention relates to inductive components used in electronic and electrical assemblies in which power flows in the range of a few hundred watts to several or many kilowatts have to be processed, generally caching energy in the form of magnetic energy in inductive components he follows.
  • inductive components such as a storage inductor
  • the inductive components for the required size of the magnetic energy to be stored are designed appropriately, which is accomplished by selecting a suitable magnetic core material and its size.
  • the entire geometry of the inductive component is essential in order to minimize leakage losses and also to meet the thermal and electrical properties, such as in terms of heat dissipation, electrical creepage distances, etc.
  • the weight of the products plays a major role, such as in automotive applications, since with lower weight, a lower consumption can be achieved.
  • relatively high switching frequencies are typically used, for example, up to 100 kilohertz or more for powers in the range of a few kilowatts, so that a total compact volume of a corresponding electronic assembly is achieved, in particular the inductive components have a large volume of construction compared to other electronic components.
  • the inductive components corresponding electronic components represent essential components that determine efficiency and cost, it is important to make the functional behavior of the inductive components, such as storage chokes, and the like, so that for a required maximum power high efficiency even at significantly lower input power , about one-tenth of the maximum power or less, achieving an overall compact design and good thermal performance for the maximum power range.
  • the present invention provides inductive components, such as storage chokes, and methods for adjusting the magnetic properties of these inductors, wherein "variability" of the magnetic properties is provided so as to increase the efficiency in operation of the inductor achieved in the respective service areas.
  • variability of the core characteristics of the core can be specified such that a smaller inductance results in a higher inductance of the component, which results in a higher overall efficiency of a corresponding electronic subassembly.
  • the clock frequency can be reduced accordingly, so that overall in the smaller power range lower switching losses and Ummagnetmaschineshnee contribute to higher efficiency.
  • a desired adaptation of the magnetic properties can be effected, for example, by a suitable design of the magnetic permeability over the magnetic effective cross section of the core material at least in some core regions, so that different effective magnetic conductivities are effective at different magnetic field strengths and thus load currents Behavior revealed.
  • This variability of the core behavior in the operation of the inductive component can be, for example, by the use of different magnetic core materials, by appropriately designed air gaps, by a suitable permanent bias or in a very dynamic manner by temporarily penetrating different materials into a core region or by a combination of any of these Possibilities are accomplished.
  • an inductive component having a winding and a magnetic core, which has a first core part and a second core part.
  • the first core part encloses at least a part of the outside of the winding and is constructed of a first magnetic material type, while the second core part is enclosed by the winding at least along a part of its magnetic longitudinal direction and at least in the part enclosed by the winding of one or more second constructed of magnetic material types, which differ from the first magnetic material type.
  • the second core member may be provided as a center leg or "center wear" of the magnetic core, wherein the first core member more or less encloses the inductor winding, thereby providing a very compact design with low EMI and good thermal properties becomes.
  • the first magnetic material species has a smaller magnetic permeability compared to the one or more second magnetic material species. That is, in this embodiment, the magnetic conductivity of the first core member is lower, so that a corresponding larger volume, such as more or less complete enclosure of the winding, can be provided, but without the magnetic behavior at small magnetic field strengths and thus load currents unfavorable to influence.
  • the higher magnetic resistance of the first core part can then be effective at higher magnetic field strengths, so that saturation of the second core part with the higher magnetic conductivity is effectively suppressed.
  • the magnetic material of the first core member is provided in the form of a ferrite material, which is generally more permeable than other low permeability materials, such as iron powder, nickel / iron powder composite materials, carbonylus materials, or other alloys, for example, under Use of cobalt, and the like.
  • ferrite materials have desirable properties, such as thermal conductivity and electrical conductivity, so that the first core member can be used as an efficient heat conductor for dissipating heat loss of the inductor to the outside.
  • the winding is arranged as close as possible to the ferrite material or brought into mechanical contact with it when relatively small voltages, for example less than about 500 volts, and the like occur during operation of the inductive component.
  • At least one of the one or more second magnetic material types comprises a permanently magnetized material.
  • a permanently magnetized material a desired type of bias can be achieved, whereby a higher magnetization of the core material is achieved, for example, in applications in which a direct current of predetermined polarity with superimposed alternating current component, since a larger hub for the permissible magnetic induction of the core material in this mode of operation due to the bias is available.
  • the permanently magnetized material may be introduced at any suitable position within the second core member, such as at a position external to the coil, to reduce corresponding magnetic losses in the permanently magnetized material.
  • the permanently magnetized material is distributed over an extended area of the second core portion, which also reduces losses incurred.
  • the permanently magnetized material is enclosed perpendicularly to the longitudinal direction of the second core part by a material which is not permanently magnetized.
  • a bore can be provided in the second core part, in which the permanently magnetized material is introduced in the form of a permanent magnet. Therefore, in some embodiments, a particular efficient manner of fabrication results because, for example, the second core member can be made together with the first core member during a common manufacturing operation, for example, pressed, and then the permanent magnet is inserted as a second magnetic material into a suitable bore.
  • the desired magnetic behavior of the core can be suitably adjusted by the type of permanently magnetized material, by its effective cross section in cooperation with the entire effective cross section of the second core part and in conjunction with the first core part, wherein, as explained above, also a suitable bias is achieved.
  • the second core part has an end face and is placed with this end face on the first core part.
  • the first core part and the second core part can be manufactured as separate components, so that two different materials can be used efficiently without requiring a complicated manufacturing process.
  • the separately fabricated second core part also results in a very efficient assembly of the inductive component, for example because the winding can be arranged more efficiently with respect to the first core part, even in the presence of certain manufacturing tolerances for the winding, so that a desired minimum distance of the winding from the first Core part or a direct mechanical contact at least with some surface areas of first core part is possible.
  • the second core part can then be easily inserted into the winding and placed on the first core part.
  • the mechanical fixation can then be done by means of potting compound and the like.
  • the magnetic permeability varies in a cross section perpendicular to the magnetic longitudinal direction of the core.
  • the variable "series resistance" of the magnetic core i. the first core part and the second core part, which are made of different materials, provided a further variability perpendicular to the magnetic propagation direction. This can be done, for example, as stated above with respect to the permanently magnetized material, by providing magnetic properties which vary in cross section over at least a partial length of the second core part.
  • the second core part is manufactured separately, there is a high degree of flexibility in the integration of various core materials in a variable manner perpendicular to the magnetic longitudinal direction.
  • suitable cavities or recesses may be provided, which are subsequently filled with a suitable material or with a plurality of materials.
  • a plurality of discrete portions of the second core portion may be provided, which are then interconnected by other pieces of material, these pieces of material, in conjunction with a suitable shape of the end faces of the respective core portions, leading to the desired variable critical permeability in the radial direction.
  • the sections of material disposed between the individual core sections may be considered as "air gaps" containing, for example, a material with lower magnetic permeability or with a diamagnetic behavior and the like. In this way, the mechanical stability of the second core part is ensured and it is also possible to set a desired thermal behavior in addition to the suitable magnetic behavior.
  • only a single "air gap" is provided by about at least one of the end faces of the second core part is formed so that adjusts a variable gap width in the radial direction.
  • the inductive component represents a storage choke, which can thus be designed for a desired maximum power and also shows a very efficient behavior with corresponding powers from zero to the desired maximum power. That is, with the above-mentioned technical measures, storage chokes with a construction volume of a few 10 cubic centimeters for a maximum power of a few hundred watts and more can be made up to arbitrarily larger construction volumes for powers of a few kilowatts and significantly higher, with frequencies for clocked circuit components in the range of a few hundred hertz to about one megahertz or more are applicable.
  • an inductive device having a winding and a magnetic core partially enclosed by the winding.
  • the magnetic core has a magnetic permeability that varies perpendicular to the magnetic longitudinal direction.
  • the inductive component according to the invention thus has a locally different magnetic resistance, i. the magnetic permeability varies in a cross-sectional area which is perpendicular to the magnetic field propagation, so that a corresponding overall behavior of the component results depending on the magnetic field generated during operation and the induced induction in the core material. For example, at low currents and thus at small magnetic fields, a region within the cross section of the core is effective, which has the higher magnetic permeability, so that a desired higher inductance for the inductive component results in this operating region.
  • the profile of the inductance of the device as a function of the load current can be adjusted so that even at lower power levels due to the larger inductance can achieve an overall higher efficiency.
  • the core has at least one core part in which magnetic materials with different magnetic permeability are provided.
  • corresponding areas for example in the form of recesses, bores and the like, can be provided in a suitable core material, which are then filled with one or more different materials in order to produce the permeability of the core that varies in the lateral direction.
  • the core has one or more gaps with variable gap width.
  • the one or more gaps may be provided as "air gaps", ie, they may be filled with material having a very low relative permeability, or one or more of these gaps may be filled with low permeability material to thereby vary in the radial direction set magnetic resistance in the desired shape.
  • a core center part enclosed by the winding is provided with an end face which is placed on a second core part of the magnetic core.
  • the central core part and the second core part can thus be produced as separate components, which results in the possibility, for example, of efficiently introducing suitable materials into the central core part in such a way that the desired variability of the magnetic permeability is achieved.
  • measures may be provided, as also described above.
  • the core part has a cavity which can be filled with material for adjusting the magnetic properties.
  • material for adjusting the magnetic properties for example, suitable materials in powder form, as curable materials of suitable initial viscosity, and the like can be filled into the cavity, such as in the production of a separate core part, so that realize a variety of different magnetic properties of the core for an otherwise predetermined configuration of the core to let.
  • the core is designed so that the filling of a desired material into the cavity can also take place after the assembly of the inductive component.
  • suitable "connection areas" are provided, so that after assembly, for example after the casting of the individual component components, and the like, a further adaptation of the magnetic properties can take place.
  • a suitable adaptation to an electronic module can be realized during any phase after the actual production of the inductive component, wherein in some embodiments, a corresponding adjustment can also take place within the electronic circuit, so that even a "dynamic" adaptation of the magnetic Properties is possible.
  • the degree of dynamics for the adjustability of the magnetic properties depends on the given circuit periphery. For example, an initially desired lower inductance may be appropriately increased in the circuit by introducing a suitable magnetic material into the cavity. When providing a plurality of cavities and a stepwise adjustment of the inductance over time can be done. As stated in the introduction, there are many applications in which a change in the energy flows to be processed occurs over time, so that an appropriate adaptation may allow even higher efficiency for the future operation of the electronic component.
  • inverters for solar systems it may be advantageous to initially design the inductance to a higher maximum power and, once the aging begins, the inductance to a higher one or more times To set value, so as to take into account the decreasing maximum power of the solar modules.
  • the one or more initial cavities are provided in the form of gaps having a nearly identical gap spacing over the entire cross-sectional area so that well-defined and low leakage inductance values are achieved.
  • the adaptation of the inductance is then carried out by filling one or more of the cavities by a suitable material, wherein the favorable cross-sectional shape, ie about the constant gap width further contributes to very low leakage inductance values.
  • a method for adjusting the inductance of an inductive component includes the step of providing a magnetic core of the inductor and generating a variable magnetic permeability in the magnetic core by providing at least two different magnetic core materials and / or by providing a gap having a varying gap width.
  • the method according to the invention thus makes it possible to vary the magnetic permeability, the variability occurring along the magnetic longitudinal direction and / or along the radial direction, that is to say perpendicular to the magnetic longitudinal direction.
  • the magnetic permeability is varied dynamically by changing the magnetic properties of at least a portion of the core during or after assembly.
  • the provision of at least two different core materials includes placing an end surface of a first core member on a second core member, wherein the first and second core members are constructed of different types of magnetic materials. In this way, a high degree of flexibility can be achieved in the adjustment of the magnetic properties of the core, while still providing a moderately low wall in the production of the individual core parts is obtained.
  • a core member may be provided as a desired molding to provide the properties of noise immunity, dissipation heat dissipation, corrosion resistance, and the like, while the second core member may be made of suitable material and optionally is provided with desired additional materials in the form of inserts and the like, wherein the overall simpler configuration of this core part also enables efficient production.
  • almost closed cores may be provided in which the components for the "outer shell" are made of, for example, ferrite material, so that high corrosion resistance is achieved in addition to the aforementioned favorable magnetic shielding effects and good thermal conductivity, while an internal Core part is made of suitable iron materials, alloys, and the like, which would usually require a special corrosion protection when exposed to certain environmental conditions.
  • FIG. 1 a and 1 b show schematically cross-sectional views of an inductive component during different assembly phases, wherein a central core part is provided as a separate component, which is constructed of a different magnetic material compared to other core parts,
  • FIGS. 1a and 1b schematically represent cross-sectional views of various core middle limbs or "middle jaws" of an inductive component of FIGS. 1a and 1b, wherein additional measures are taken to adjust the overall properties of the inductive component
  • 1 i and 1j is a plan view and a cross-sectional view of an inductive component in
  • 1 k schematically shows a cross-sectional view of a part of a magnetic core in which a material is introduced in a middle limb, for instance in the form of a permanent magnet, and the like, in order to set the desired magnetic properties
  • Fig. 11 schematically, e.g. a current waveform of a storage choke or the magnetic
  • Fig. 1 m and 1 n show a cross-sectional view and a plan view of a core part, wherein a
  • Cavity is provided, which can be filled with material during a suitable phase during assembly or after assembly for setting the desired magnetic properties
  • Fig. 2a shows schematically a cross section of an inductive component, wherein in a
  • Core area one or more air gaps are provided with variable gap width, and
  • Fig. 2b and 2c show schematically the course of the inductance as a function of the current for different variants with chamfered distributed air gap.
  • FIG. 1a schematically shows an inductive component 100 which is provided, for example, in the form of a storage choke.
  • the device 100 has in the assembly phase shown a winding 1 10, which is constructed according to the desired electrical and magnetic properties.
  • the winding 110 represents the winding of a storage choke designed for relatively high currents, so that a moderately large copper cross-section of the winding 110 is provided with a relatively small number of individual windings.
  • the winding 1 10 is formed in the form of a cantilevered winding, so that can be dispensed with about a bobbin. In this way, the number of required individual components of the device 100 can be reduced, wherein at the same time, if appropriate, can improve the electrical and thermal properties.
  • the winding 110 is arranged in a core part 140 of a magnetic core 120 of the component 100, wherein this can be accomplished during assembly so that optionally one or more outer surfaces, such as an outer surface 1 11 of the winding 1 10 in close proximity to an inner surface of the Core part 140 is arranged.
  • a conductor piece having a relatively large area 1 1 1 serving as a lead to the turns of the winding 110 may be provided, which is adjacent to or in contact with a complementary surface in the core portion 140, so that when directly Tem contact or even with a corresponding thin Eisenisolier für a good thermal connection of the winding 110 results in the core member 140.
  • the core member 140 is constructed of a suitable magnetic material 141, such as a ferrite material, which, given the desired overall shape of the core member 140, provides the desired magnetic permeability and also has the desired magnetic behavior with respect to the required operating frequency range.
  • the core part 140 is designed such that the winding 10 is almost completely enclosed, so that the core part 140 also serves as a "housing" for accommodating the winding 110. With this measure it is possible not only to achieve the desired magnetic properties To also minimize magnetic interference outside the device 100.
  • the outer surface of the core part 140 serves as an efficient cooling surface, with further passive and non-conductive features as needed
  • the outer surface of the core member 140 may be appropriately patterned as needed so that the resulting increased surface area allows for improved heat dissipation surface of the device 100 in the form of a ferrite may not require further measures in terms of corrosion resistance, even if the device 100 is used in electronic assemblies that are exposed to demanding environmental conditions, such as in the form of assemblies that are used outdoors. For example, many inverters are built for photovoltaic systems for outdoor use, so that a sufficient corrosion protection of appropriate inductive components must be guaranteed.
  • a further core part 130 is provided, which is constructed of a desired magnetic material 131, which differs from the material 141.
  • the core portion 130 or at least a portion thereof, may be constructed of a low permeability material, such as iron powder, an iron / nickel alloy, or other suitable materials that can thus be efficiently integrated into the core 120 to provide a desired match of overall core properties.
  • a low permeability material such as iron powder, an iron / nickel alloy, or other suitable materials that can thus be efficiently integrated into the core 120 to provide a desired match of overall core properties.
  • reliable corrosion protection is still provided because the core part 140 together with another core part, which is described below with reference to Fig. 1 b, serves as an efficient housing.
  • the core parts 140 and 130 can therefore be efficiently manufactured by any suitable method, for example, be pressed, and be subsequently assembled during assembly, wherein the winding 110 can be arranged with better thermal contact with the core part 140, even if certain manufacturing tolerances occur, since the core part 130 is to be introduced into the winding 110 only subsequently or is introduced together with the winding.
  • different versions of the core part 130 can be provided, as also shown below, so that various separate characteristics are available for a basic configuration of the inductive component 100, without the production of the other component components, such as the winding 110, of the core part 10, and other core parts, thereby being influenced. In this way, a high degree of flexibility results in the adaptation of the component 100 to various circuit topographies without, for example, changing the external dimensions of the device 100.
  • the core part 130 is then inserted into the winding 110 and thus placed with an end face 130s on a corresponding surface 140s of the core part 140.
  • the two surfaces 130s and 140s are in mechanical contact, so that an efficient magnetic coupling of the parts 130 and 140 is achieved.
  • the core portion 130 is not necessarily constructed entirely of the same material, but other materials may be provided locally to provide, for example, an "air gap" and / or to set certain magnetic properties, such as biasing. and the like, as explained below.
  • Fig. 1b schematically shows the inductive component 100 in a more advanced phase of the assembly process.
  • the core member 130 is inserted into the coil 1 10 and rests on the core member 140, so that in the illustrated embodiment, a portion of the core member 130, designated as 132, in a longitudinal direction L, also referred to as the magnetic longitudinal direction is surrounded by the winding 1 10.
  • a core part 150 is provided which serves approximately as a cover for the core part 140 and thus completes the magnetic circuit of the core 120.
  • an air gap 101 may be provided between the core member 130 and the core member 150 by making a dimension of the core member 130 smaller along the magnetic longitudinal direction L than a corresponding dimension of the core member 140.
  • terminal portions 12 and 12 are 113 of the winding 1 10 led out "laterally", ie they are led out through recesses in the core part 140, wherein in other embodiments, one or both terminal portions 112, 113 may be led out through the core part 150.
  • a potting material in Inside of the volume defined by the core parts 140 and 150, which is used for the mechanical fixing of the individual components. th of the device 100 and for integrity in terms of chemical and other influences.
  • FIG. 1c schematically illustrates a cross-sectional view of the core member 130 according to an embodiment in which a plurality of gaps 132a, 132b are provided to define the magnetic properties of the core member 130 and thus the entire core 120 shown in FIG. 1b.
  • both the gap 132a and the gap 132b have a constant gap width, which may be different for the gaps 132a, 132b as needed.
  • the gaps 132a, 132b are filled with a suitable material, such as a low permeability material, a material that is substantially non-magnetic, but has, for example, a high thermal conductivity, and the like.
  • individual sections of the core part 130 may be provided in the form of material pieces of the material 131 which are mechanically connected to respective pieces of material corresponding to the gaps 132a, 132b.
  • the individual components of the core part 130 can be used during assembly in the core part 140 of Fig. 1 a and are then mechanically fixed accordingly during the pouring.
  • core member 130 can be manufactured independently of other core members, there is a high degree of flexibility in selecting suitable materials and in the geometric configuration of gaps 132a, 132b. If appropriate biasing is desired, one of the gaps 132a, 132b or both gaps may be filled with a permanently magnetized material.
  • the core member 130 thus has a substantially non-varying magnetic permeability perpendicular to the magnetic longitudinal direction L, since both the geometrical dimensions of the gaps 132a, 132b and their respective materials are uniform across the cross-section are.
  • Fig. 1d shows a similar arrangement of the middle limb 130, with the "slits" 132A, 132B realized at the respective end regions of the leg 30.
  • the slits 132A, 132B are both geometrically and similar in material, so that the behavior results, as it has also been previously described with reference to Fig. 1 a.
  • FIG. 1e schematically illustrates a cross-sectional view of the core member 130 according to an embodiment in which an air gap 132 is provided having a varying gap width in a transverse direction Q, as indicated by A and B. That is, in the illustrated embodiment, at least one end face 132s is provided as an oblique surface, so that upon subsequent assembly in cooperation with another core member, such as the core member 150 of FIG. 1b, the air gap 132 with the variable gap side is formed.
  • the magnetic permeability ie the magnetic conductivity for the given magnetic Lengthwise L across the cross-section Q variable, since due to the smaller gap width A, a much lower magnetic resistance is caused than by the gap width B.
  • variable gap width can be produced by any configuration of the end face 132s if it has a conical shape, and the like. It should also be noted that, if necessary, a suitable piece of material may be provided to fill the gap 132 accordingly.
  • Fig. 1f schematically shows such an embodiment in which approximately both end portions of the leg lead to a variable gap width which is largest at the edges and minimum in the middle.
  • this configuration is shown as a truncated cone-like arrangement.
  • Fig. 1g shows schematically the core part 130 in an embodiment in which a plurality of gaps
  • 132a, 132c are provided, wherein one or more of the gaps 132a, ..., 132c a in
  • Transverse direction Q have variable gap width. In this way, for example, an efficient distribution of an air gap within the core part 130 can take place, whereby also a desired lateral change of the magnetic permeability reaches, if for instance all gaps
  • 132a 132c have a varying gap width.
  • the gaps 132a, ..., 132c are filled with any suitable material having the required magnetic, thermal and mechanical properties. If necessary, different materials may be used so that a high degree of flexibility is achieved in the adjustment and adjustment of the desired final magnetic properties of the inductive component. In this case as well, the separate production of the core part 130 does not require any elaborate production methods, yet a large number of different parts 130 can be provided, so that also many different versions of the complete inductive component based on the same base components without high Production costs can be produced.
  • Fig. 1 h shows schematically further embodiments of the leg 130, wherein a mixture of different gap shapes is applied. That is, different gap geometries can be used in combination with identical or different filling materials in order to set the desired core properties efficiently.
  • the gap 132b is provided as a truncated cone, wherein a "Füllmateria is provided at the truncated cone center, which is different from the material 131.
  • a uniform gap 132a provided with a suitable material, so for example, the global magnetic resistance is dictated by the gaps 132b and 132a and the materials used therein, while achieving a desired modulation across the cross-section through the cone shape of the gap 132b.
  • Other gaps 132c of suitable shape may also be provided so that flexibility in adjusting the overall magnetic properties may be further enhanced.
  • FIG. 1 i schematically shows a top view of the inductive component 100 according to a further embodiment, in which the core 120 has a core part 140 a enclosing the winding 10 in conjunction with a separate core part 130 a.
  • the same criteria apply as previously explained with reference to the core parts 140 and 130.
  • dimensions b, b2 of about 80 and 73 cm are used by way of example, while the winding 110 is designed for currents up to 150 amperes as a self-supporting coil.
  • Corresponding dimensions of the winding 110 of the core part 130a are provided as d1 at 6.6 cm and d2 at 4.3 cm. However, these values are only exemplary values and can be adapted to other specifications at any time.
  • FIG. 1j schematically shows the component 100 in a cross-sectional view, wherein the core 20 has a further core part 140b, which completely encloses the winding 110 with the exception of the connection regions 112, 11 with the core part 140a, wherein in the core part 140b another separate core part 130b is used. That is, instead of a "housing” and a "lid", as shown in Fig.
  • both the core portion 140a and the core portion 140b are formed as a "housing" in the illustrated embodiment
  • the middle leg of the core 120 is provided in the form of the two core parts 130a, 130b, in other versions also a single separate core part is used
  • Columns 132a, 132b which contain a permanently excited magnetic material, for example, so that a desired biasing of the core 120 is achieved
  • the two gaps 132a, 132b lie outside the winding 110, so that corresponding losses in and through the magnet remain low ,
  • 1f and 1g goes for the inductor 100 in FIGS.
  • a component volume of about 100 cm 3 wherein a maximum current of 150 amps is used as a basis.
  • a number of turns of 1 1 results in a magnetic In production of about 600 mT, while the maximum field strength reaches 6000 amperes per meter.
  • the materials of the core 130 are selected so that an inductance of about 65 ⁇ sets at the maximum current.
  • FIG. 1 k schematically illustrates the inductor 100 according to further illustrative embodiments, wherein the core 120 includes the core portions 140 and 150 to enclose the coil 110.
  • the central core part 130 is provided, which in one embodiment is designed as a separate and thus attached core part, as described above, while in other embodiments the core part 130, i. H. Areas 131 thereof, constitute a part of the core part 140 and are thus constructed of the same material.
  • a material 135 is provided in the core part 130 serving as a magnetic core material and whose magnetic properties are different from those of the material 131.
  • the material 135 represents a permanent magnet, i. H. a permanent magnetic material, and thus to achieve a bias in the core 130.
  • the inclusion of the material 35 in the material 131 of the core part 130 results in an efficient possibility of adjusting the overall properties of the core 120 by also selecting its dimension within the core part 130 in addition to the type of material.
  • FIG. 11 schematically shows a current profile or the course of the field strength in the inductive component 100 when a clocked operation is present, wherein a DC component or a DC component of the magnetic field always has the same polarity or direction. Due to this DC magnetization, designated HO, the overlying AC component, i. H. the rising and falling edges of the current or the magnetic field so limited that the permissible magnetic induction in the core material is not exceeded. Therefore, with a high DC component occurring, only a small stroke results when passing through the respective hysteresis curve of the core material.
  • a corresponding biasing as shown for example in the embodiments in Fig. 1g and in Fig.
  • 1 h in the form of permanent magnets can be with appropriate adjustment of the magnetic field direction of the permanent magnets, such as the column 132a, 132b in Fig. 1g or the material 135 in Figure 1k, achieve a reduction in the DC component or even a "pole reversal" of the HO component, so that a much larger range is available for the magnetization of the core by the AC component.
  • FIG. 1 m schematically illustrates a cross-sectional view of the core member 130 according to embodiments in which a cavity 136 is provided in the material 131 that is configured to collapse with a desired material at least partially during any assembly phase or can be refilled during operation.
  • a connection region 136a, 136b is provided, via which a material 137, for example in the form of a powder, a viscous material, and the like can be supplied.
  • the connection regions 136a, 136b are designed such that a coupling to a supply line can take place at least during assembly, so that the material 137 can be introduced into the cavity 136.
  • appropriate projections may optionally be provided with corresponding lead pieces, which are still accessible during the desired assembly phase or continue to be accessible even after final assembly.
  • connection regions 136a, 136b are designed to receive the material 137 in a controllable manner and possibly to lead it out.
  • the cavity 136 in the region of the material 131 can be provided as a gap with a constant gap width, with a change in the total permeability of the magnetic core by introducing the material 137 in the desired manner.
  • fine tuning of the magnetic properties by introducing material 137 may be accomplished after final assembly.
  • the cavity 136 may also be accessible in the installed state, so that a "dynamic" adaptation of the magnetic properties can be achieved If, for example, a lower inductance is required in an operating phase of the inductive component, as generally higher load currents are to be expected can be carried out by removing material 137 from the cavity 136, which is contained there approximately in the form of powder material by introducing under suitable pressure, so that there is a reduction of the inductance.On the other hand, if a higher inductance is required, then material 137 The components required for this, for example a material reservoir in conjunction with a suitable supply, can be provided, for example, in the context of conventional electromechanical components, as are also required for forced cooling and the like ss too much effort arises.
  • Mechanisms may also be provided in which the material 137 may be introduced only once, which may be done in the installed state using external or internal control pulses.
  • a plurality of cavities 136 may be provided which controllably be selectively sensed with the material 137, so that a stepwise increase in the inductance is achieved.
  • a suitable material can be selectively introduced into one of the cavities 136 by activation of a corresponding electromechanical component and optionally treated, so that the desired mechanical stability of the material 137 in the cavity 136 is achieved.
  • temporarily higher temperatures may be generated for this purpose, and the like.
  • the inductance of the "aging" of solar modules can be adjusted, so that first the electronic assembly is optimized for the initial maximum power and controlled in the chronological order of the corresponding state of the solar modules is adjusted.
  • the dynamic behavior in the adaptation of the inductance can be correspondingly improved, for example, by efficiently supplying the material 137 and also removing it efficiently, the respective setting time being in the region of a few seconds or significantly can lie underneath.
  • a suitable controller can set the inductance in the desired manner "dynamically", so that always a favorable for the respective operating mode efficiency is achieved.
  • FIG. 2a shows schematically a cross-sectional view of an inductor 200 having a winding 210 and a core 220.
  • the core 220 has a core portion 230 in which a plurality of air gaps 232a, 232e are provided which distribute the reduced magnetic permeability throughout the portions provide magnetic longitudinal L away. Further, at least some of the gaps 232a, ..., 232e have a gap width varying along the transverse direction Q, as indicated by a and b. In this way, a magnetic permeability of the core 220 varying in the transverse direction Q is generated, which in turn leads to different inductance values as a function of the magnetic field or of the load current.
  • the permeability of the core 220 is essentially determined by the lower magnetic resistance achieved by a smaller gap width a, so that overall the effective inductance of the device 200 is relatively high.
  • the higher magnetic resistance caused by the increasing gap width b becomes increasingly effective, so that then results in a reduced inductance.
  • the material of the core part 230 is substantially equal to the remaining components of the core 220, which can be accomplished by making corresponding sections and arranging corresponding insert elements.
  • the part 230 may also be based on a other magnetic material, as also previously explained with reference to the device 100.
  • Fig. 2b shows schematically the course of the inductance as a function of the load current for a coil, which is operated up to several 100 watts. As shown, for a maximum load current of about 16 amps, an inductance of about 0.35 mH results, with the inductance then increasing nearly linearly with decreasing load current and decreasing at a load current of about 6 amps.
  • Fig. 2c shows schematically the corresponding dependence of the inductance of the load current for a further embodiment, wherein the ratio of the inductors is less pronounced at very low load current and at very high load current, however, for a total larger maximum load current, a higher inductance is achieved.

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Abstract

Ein induktives Bauelement, insbesondere eine Speicherdrossel, enthält einen Kern mit variablen Eigenschaften, wobei in einigen Aspekten die magnetische Permeabilität lateral variabel ist, während in anderen Aspekten zusätzlich oder alternativ die Einstellung der Permeabilität mittels unterschiedlicher Materialien erfolgt, deren Zusammensetzung gegebenenfalls in dynamischer Weise geändert werden kann. Insbesondere wird eine Speicherdrossel beschrieben, in der ein separater Mittelschenkel vorgesehen ist.

Description

Induktives Bauelement mit variablen Kerneigenschaften und Verfahren zu deren Einstellung
Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung induktive Bauelemente, die in elektronischen und elektrischen Baugruppen eingesetzt werden, in denen Energieflüsse im Bereich von einigen 100 Watt bis zu einigen oder vielen Kilowatt verarbeitet werden müssen, wobei im Allgemeinen eine Zwischenspeicherung von Energie in Form magnetischer Energie in induktiven Bauelementen erfolgt.
Der technische Fortschritt bei der Entwicklung elektronsicher Schalter, etwa in Form von Transistoren, Thyristoren, und dergleichen, in Kombination mit der Entwicklung extrem leistungsfähiger elektronischer Steuerungen führt dazu, dass zunehmend elektronische Komponenten für die Umwandlung bzw. Anpassung elektrischer Energie im kleinen bis zum sehr großen Leistungsbereich eingesetzt werden. Dazu gehören Netzteile, die in der Regel auf der Grundlage einer getakteten Funktionsweise arbeiten, so dass eine sehr gute dynamische Anpassung der bereitgestellten Ausgangsleistung bei relativ hohem Wirkungsgrad ermöglicht wird. Auch in vielen anderen Bereichen ist eine effiziente Anpassung elektrischer Energie an gegebene Einrichtungen bzw. Versorgungsnetze erforderlich, so dass auch in diesen Bereichen zunehmend Schaltungstopologien verwendet werden, in denen schnellschaltende Halbleiterelemente für hohe Dynamik und einen hohen Wirkungsgrad sorgen. Beispielsweise wird im Bereich der Fahrzeugindustrie zunehmend elektrische Energie in höheren Leistungen eingesetzt, etwa für die Versorgung der immer umfangreicher werdenden peripheren Komponenten oder auch zur Speicherung und Bereitstellung von Antriebsenergie, so dass häufig eine Anpassung an stark wechselnde Lastverhältnisse durch die elektronischen Schaltungen, etwa bei Speicherung und/oder Bereitstellung von Antriebsenergie erforderlich ist. Auch im Bereich der regenerativen Energieerzeugung muss eine geeignete Anpassung der elektrischen Energie, etwa in Form von Solarstrom, Strom, der durch Windgeneratoren erzeugt wird, und dergleichen, in geeigneter Weise zur Speicherung und/oder zur Einspeisung in entsprechende Netze erfolgen. Dabei treten sehr unterschiedliche Energieströme auf, die von den elektronischen Komponenten mit möglichst hohem Wirkungsgrad an die geforderten Ausgangsspannungen und Ströme anzupassen sind.
Bei derartigen getakteten elektronischen Baugruppen muss in der Regel, zumindest bei höheren Leistungen, elektrische Energie zeitweilig als magnetische Energie in einem induktiven Bauelement, etwa einer Speicherdrossel, zwischengespeichert werden, um etwa eine Anpassung in Strom und Spannung bei hohem Wirkungsgrad zu ermöglichen, da dann die entspre- chenden elektronischen Schalter in nicht linearer Weise, d.h. abwechselnd im offenen und geschlossenen Zustand, betrieben werden können. Dazu sind die induktiven Bauelemente für die erforderliche Größe der zu speichernden magnetischen Energie geeignet auszulegen, was durch Auswählen eines geeigneten magnetischen Kernmaterials und dessen Größe bewerkstelligt wird. Ferner ist auch die gesamte Geometrie des induktiven Bauelements wesentlich, um etwa Streuverluste zu minimieren und auch um die thermischen und elektrischen Eigenschaften, etwa im Hinblick auf die Wärmeableitung, elektrische Kriechstrecken, etc., zu erfüllen. Auch das Gewicht der Produkte spielt eine große Rolle, wie z.B. bei Automobilanwendung, da mit geringerem Gewicht ein niedrigerer Verbrauch zu erzielen ist. Um generell das erforderliche Volumen des Kernmaterials möglichst klein zu halten, werden relativ hohe Schaltfrequenzen typischerweise eingesetzt, etwa beispielsweise bis zu 100 Kilohertz oder mehr für Leistungen im Bereich von einigen Kilowatt, so dass ein insgesamt kompaktes Bauvolumen einer entsprechenden elektronischen Baugruppe erreicht wird, da insbesondere die induktiven Bauelemente ein großes Bauvolumen gegenüber anderen elektronischen Komponenten besitzen. Durch die Festlegung einer gewissen Taktfrequenz oder eines gewissen Bereiches an Taktfrequenzen sowie die Auswahl eines geeigneten induktiven Bauelements ist daher eine Anpassung an die zu erwartenden Lastverhältnisse in einem gewissen Bereich möglich, wobei jedoch typischerweise der dynamische Bereich eingeschränkt ist und auch der Wirkungsgrad relativ stark variieren kann, sofern nicht weitere sehr aufwändige Vorkehrungen getroffen werden, um in den diversen unterschiedlichen Lastbereichen jeweils einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.
Beispielsweise sind etwa im Fahrzeugbereich oder auch in der alternativen Energiegewinnung sehr unterschiedliche Eingangsleistungen zu verarbeiten, wobei neben einem kompakten Aufbau der gesamten elektronischen Komponente auch der Wirkungsgrad über den gesamten Einsatzbereich von entscheidender Bedeutung ist, da etwa die Wirtschaftlichkeit im alternativen Energiebereich wesentlich von einem hohen Energieumwandlungswirkungsgrad abhängt. Entsprechende Komponenten, etwa Wechselrichter, und dergleichen, unterliegen teilweise langfristigen größeren Schwankungen der Eingangsenergie, beispielsweise aufgrund einer Alterung von Solarmodulen, wobei dies insbesondere für Dünnschichtmodule und amorphe Module zutrifft, die teilweise anfänglich 15 bis 20 % mehr an Energie liefern, als dies in den nachfolgenden Jahren der Fall ist, in denen die Alterung dann deutlich flacher verläuft. In ähnlicher Weise ergibt sich eine starke Schwankung, die zumindest in unseren Breiten durch die jahreszeitlichen Witterungsverhältnisse bedingt ist. Auch können sehr hohe Leistungsschwankungen auch im Tagesverlauf auftreten, so dass die entsprechenden Wechselrichter für einen hohen dynamischen Eingangsbereich auszulegen sind, wobei es dann sehr schwierig ist, einen gewünschten hohen Wirkungsgrad über den gesamten Bereich hinweg aufrechtzuerhalten. Da insbesondere die induktiven Bauelemente entsprechender elektronischer Baugruppen wesentliche Komponenten darstellen, die Wirkungsgrad und Kosten bestimmen, ist es wichtig, das Funktionsverhalten der induktiven Bauelemente, etwa von Speicherdrosseln, und dergleichen, so zu gestalten, dass ein für eine geforderte Maximalleistung hoher Wirkungsgrad auch bei deutlich kleineren Eingangsleistungen, etwa einem Zehntel der Maximalleistung oder geringer, erreicht wird, wobei ein insgesamt kompakter Aufbau und ein gutes thermisches Verhalten für dem maximalen Leistungsbereich erzielt werden.
Im Hinblick auf die zuvor genannte Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung induktive Bauelemente, etwa Speicherdrosseln, und Verfahren zur Einstellung der magnetischen Eigenschaften dieser induktiven Bauelemente bereit, wobei eine "Variabilität" der magnetischen Eigenschaften so vorgesehen wird, dass beim Betrieb des induktiven Bauelements eine höhere Effizienz in den jeweiligen Leistungsbereichen erreicht wird. Dazu kann beispielsweise die Variabilität der Kemeigenschaften des Kernes so vorgegeben werden, dass sich bei kleineren Lastströmen eine höhere Induktivität des Bauelementes ergibt, wodurch insgesamt ein höherer Wirkungsgrad einer entsprechenden elektronischen Baugruppe erzielt wird. Beispielsweise kann bei Bedarf aufgrund der höheren Induktivität bei kleinen Strömen die Taktfrequenz entsprechend verringert werden, so dass insgesamt im kleineren Leistungsbereich geringere Schaltverluste und Ummagnetisierungsverluste zu einem höheren Wirkungsgrad beitragen. Eine gewünschte Anpassung der magnetischen Eigenschaften kann beispielsweise durch eine geeignete Gestaltung der magnetischen Permeabilität über den magnetischen wirksamen Querschnitt des Kernmaterials hinweg zumindest in einigen Kernbereichen bewirkt werden, so dass etwa bei verschiedenen magnetischen Feldstärken und damit Lastströmen unterschiedliche effektive magnetische Leitfähigkeiten wirksam sind, die das gewünschte Verhalten ergeben. Diese Variabilität des Kernverhaltens beim Betrieb des induktiven Bauelements kann beispielsweise durch die Verwendung unterschiedlicher magnetischer Kernmaterialien, durch geeignet gestaltete Luftspalte, durch eine geeignete permanente Vormagnetisierung oder auch in sehr dynamischer Weise durch zeitweiliges Eindringen unterschiedlicher Materialien in einen Kernbereich oder auch durch eine Kombination jeder dieser genannten Möglichkeiten bewerkstelligt werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird u.a. gelöst durch ein induktives Bauelement mit einer Wicklung und einem magnetischen Kern, der einen ersten Kernteil und einen zweiten Kernteil aufweist. Der erste Kernteil umschließt zumindest einen Teil der Außenseite der Wicklung und ist aus einer ersten magnetischen Materialart aufgebaut, während der zweite Kernteil zumindest entlang eines Teils seiner magnetischen Längsrichtung von der Wicklung umschlossen ist und zumindest in dem von der Wicklung umschlossenen Teil aus einer oder mehreren zweiten magnetischen Materialarten aufgebaut ist, die sich von der ersten magnetischen Materialart unterscheiden.
Wie zuvor dargestellt ist, ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften der Materialien in dem ersten und dem zweiten Kernteil ein magnetisches Verhalten, das einer "Überlagerung" der beiden unterschiedlichen Magnetmaterialien entspricht, so dass ein gewünschtes magnetisches Gesamtverhalten, etwa eine höhere Induktivität bei kleineren Stromwerten, erreichbar ist. Beispielsweise kann der zweite Kernteil als ein Mittelschenkel oder "Mittelbutzen" des magnetischen Kerns vorgesehen werden, wobei der erste Kernteil in einer mehr oder minder ausgeprägten Weise die Wicklung des induktiven Bauelements umschließt, wodurch eine sehr kompakte Bauform bei geringer magnetischer Störstrahlungsaussendung und guten thermischen Eigenschaften bereitgestellt wird.
In einer Ausführungsform besitzt die erste magnetische Materialart eine kleinere magnetische Permeabilität im Vergleich zu der einen oder den mehreren zweiten magnetischen Materialarten. Das heißt, in dieser Ausführungsform ist die magnetische Leitfähigkeit des ersten Kernteils geringer, so dass ein entsprechendes größeres Volumen, etwa zum mehr oder minder vollständigen Umschließen der Wicklung, vorgesehen werden kann, ohne jedoch das magnetische Verhalten etwa bei kleinen magnetischen Feldstärken und damit Lastströmen ungünstig zu beeinflussen. Andererseits kann der höhere magnetische Widerstand des ersten Kernteils dann bei größeren magnetischen Feldstärken wirksam werden, so dass eine Sättigung des zweiten Kernteils mit der höheren magnetischen Leitfähigkeit wirksam unterdrückt wird. In einer Ausführungsform wird das magnetische Material des ersten Kernteils in Form eines Ferritmaterials vorgesehen, das in der Regel eine höhere Permeabilität besitzt im Vergleich zu anderen nie- derpermeablen Materialien, etwa Eisenpulver, Nickel/Eisenpulververbundwerkstoffe, Carbony- leisenwerkstoffe, oder andere Legierungen, beispielsweise unter Verwendung von Kobalt, und dergleichen. Andererseits besitzen viele Ferritmaterialien wünschenswerte Eigenschaften, etwa im Hinblick auf die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit, so dass der erste Kernteil als effizienter Wärmeleiter zum Abführen von Verlustwärme des induktiven Bauelements nach außen verwendet werden kann. Dazu wird bei Bedarf die Wicklung beliebig nahe an dem Ferritmaterial angeordnet oder mit diesem in mechanischen Kontakt gebracht, wenn relativ kleine Spannungen, beispielsweise von weniger als ca. 500 Volt, und dergleichen beim Betrieb des induktiven Bauelements auftreten. Damit ergibt sich eine sehr günstige thermische Ankopplung der Wicklung an den ersten Kernteil, der eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine große Außenfläche aufweist, so dass eine effiziente Kühlung erreicht werden kann. Bei Bedarf kann die Außenseite des zweiten Kernteils eine geeignet strukturierte Oberfläche aufweisen, um die Kühlwirkung noch weiter zu erhöhen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst mindestens eines des einen oder der mehreren zweiten magnetischen Materialarten ein permanent magnetisiertes Material. In diesem Falle kann durch das Vorsehen eines permanent magnetisierten Materials eine gewünschte Art an Vormagnetisierung erreicht werden, wodurch beispielsweise in Anwendungen, in denen ein Gleichstrom vorgegebener Polarität mit überlagertem Wechselstromanteil auftritt, eine höhere Aufmagnetisierung des Kernmaterials erreicht wird, da ein größerer Hub für die zulässige magnetische Induktion des Kernmaterials in dieser Betriebsweise aufgrund der Vormagnetisierung zur Verfügung steht. Das permanent magnetisierte Material kann dabei an einer beliebigen geeigneten Position innerhalb des zweiten Kernteils eingebracht werden, etwa an einer Position, die außerhalb der Wicklung liegt, um entsprechende magnetische Verluste in dem permanent magnetisierten Material zu verringern. In anderen Ausführungsformen ist das permanent magnetisierte Material über einen ausgedehnten Bereich des zweiten Kernteils verteilt, wodurch ebenfalls auftretende Verluste verringert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das permanent magnetisierte Material senkrecht zur Längsrichtung des zweiten Kernteils von einem nicht permanent magnetisierten Material umschlossen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Bohrung in dem zweiten Kernteil vorgesehen werden, in welchem das permanent magnetisierte Material in Form eines Dauermagneten eingeführt ist. Daher ergibt sich in einigen Ausführungsformen eine besondere effiziente Herstellungsweise, da beispielsweise der zweite Kernteil zusammen mit dem ersten Kernteil während eines gemeinsamen Herstellungsvorgangs hergestellt, beispielsweise gepresst werden kann, und sodann der Permanentmagnet als zweites magnetisches Material in eine geeignete Bohrung eingeführt wird. Dabei lässt sich durch die Art des permanent magnetisierten Materials, durch dessen effektiver Querschnitt im Zusammenwirken mit dem gesamten effektiven Querschnitt des zweiten Kernteils und in Verbindung mit dem ersten Kernteil das gewünschte magnetische Verhalten des Kernes geeignet einstellen, wobei, wie zuvor erläutert ist, auch eine geeignete Vormagnetisierung erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besitzt der zweite Kernteil eine Stirnfläche und ist mit dieser Stirnfläche auf den ersten Kernteil aufgesetzt. Somit können der erste Kernteil und der zweite Kernteil als separate Komponenten hergestellt werden, so dass in effizienter Weise zwei unterschiedliche Materialien verwendbar sind, ohne dass ein aufwändiger Fertigungsvorgang erforderlich ist. Der separat gefertigte zweite Kernteil führt auch zu einer sehr effizienten Montage des induktiven Bauelements, da beispielsweise die Wicklung effizienter in Bezug auf den ersten Kernteil angeordnet werden kann, auch bei Vorhandensein gewisser Fertigungstoleranzen für die Wicklung, so dass ein gewünschter minimaler Abstand der Wicklung vom ersten Kernteil oder ein direkter mechanischer Kontakt zumindest mit einigen Flächenbereichen des ersten Kernteils möglich ist. Der zweite Kernteil kann dann einfach in die Wicklung eingeführt und auf den ersten Kernteil aufgesetzt werden. Die mechanische Fixierung kann dann mittels Vergussmasse und dergleichen erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform variiert die magnetische Permeabilität in einem Querschnitt senkrecht zur magnetischen Längsrichtung des Kerns. In dieser Ausführungsform wird also zusätzlich zu dem variablen "Serienwiderstand" des magnetischen Kerns, d.h. des ersten Kernteils und des zweiten Kernteils, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, eine weitere Variabilität senkrecht zur magnetischen Ausbreitungsrichtung vorgesehen. Dies kann beispielsweise, wie zuvor schon in Bezug auf das permanent magnetisierte Material angegeben ist, dadurch erfolgen, dass zumindest über eine Teillänge des zweiten Kernteils hinweg im Querschnitt variierende magnetische Eigenschaften vorgesehen werden. Insbesondere in Ausführungsformen, in denen der zweite Kernteil separat hergestellt wird, ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität bei der Einbindung verschiedener Kernmaterialien in einer senkrecht zur magnetischen Längsrichtung variablen Weise. Beispielsweise können zunächst geeignete Hohlräume oder Aussparungen vorgesehen werden, die nachfolgend mit einem geeigneten Material oder mit mehreren Materialien gefüllt werden. Auch können mehrere einzelne Abschnitte des zweiten Kernteils vorgesehen werden, die dann durch andere Materialstücke miteinander verbunden werden, wobei diese Materialstücke in Verbindung mit einer geeigneten Form der Stirnflächen der jeweiligen Kernabschnitte zu der gewünschten variablen kritischen Permeabilität in radialer Richtung führen. In diesem Falle können die zwischen den einzelnen Kernabschnitten angeordneten Materialabschnitte als "Luftspalte" betrachtet werden, in denen etwa ein Material mit geringerer magnetischer Permeabilität oder mit einem diamagnetischen Verhalten und dergleichen enthalten ist. Auf diese Weise wird die mechanische Stabilität des zweiten Kernteils sichergestellt und es lässt sich auch zusätzlich zu dem geeigneten magnetischen Verhalten ein gewünschtes thermisches Verhalten einstellen. In anderen Ausführungsformen ist beispielsweise nur ein einzelner "Luftspalt" vorgesehen, indem etwa zumindest eine der Stirnflächen des zweiten Kernteils so ausgebildet ist, dass sich in radialer Richtung eine variable Spaltbreite einstellt.
In vorteilhaften Ausführungsformen repräsentiert das induktive Bauelement eine Speicherdrossel, die somit für eine gewünschte maximale Leistung ausgelegt werden kann und dabei auch ein sehr effizientes Verhalten bei entsprechenden Leistungen von Null bis zu der gewünschten maximalen Leistung zeigt. Das heißt, mit den zuvor angegebenen technischen Maßnahmen können Speicherdrosseln mit einem Bauvolumen von wenigen 10 Kubikzentimeter für eine maximale Leistung von einigen hundert Watt und mehr bis hin zu beliebig größeren Bauvolumina für Leistungen von einigen Kilowatt und deutlich höher hergestellt werden, wobei Frequenzen für getaktete Schaltungskomponenten im Bereich von wenigen hundert Hertz bis ca. ein Megahertz oder mehr anwendbar sind.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein induktives Bauelement bereitgestellt, das eine Wicklung aufweist und einen teilweise von der Wicklung umschlossenen magnetischen Kern. Der magnetische Kern besitzt eine magnetische Permeabilität, die senkrecht zur magnetischen Längsrichtung variiert. Das erfindungsgemäße induktive Bauelement besitzt also einen lokal unterschiedlichen magnetischen Widerstand, d.h. die magnetische Permeabilität variiert in einer Querschnittsfläche, die senkrecht zur magnetischen Feldausbreitung steht, so dass sich in Abhängigkeit des beim Betrieb erzeugten magnetischen Feldes und der dadurch hervorgerufenen Induktion im Kernmaterial ein entsprechendes Gesamtverhalten des Bauelements ergibt. Beispielsweise ist dadurch bei kleinen Strömen und damit bei kleinen magnetischen Feldern ein Bereich innerhalb des Querschnitts des Kerns wirksam, der die höhere magnetische Permeabilität aufweist, so dass sich in diesem Betriebsbereich eine gewünschte höhere Induktivität für das induktive Bauelement ergibt. Bei zunehmender magnetischer Feldstärke wird auch zunehmend der Einfluss der Bereiche mit geringerer Permeabilität im Querschnitt des Kerns wirksam, so dass das Sättigungsverhalten gezielt gesteuert werden kann. Damit kann der Verlauf der Induktivität des Bauelements in Abhängigkeit des Laststromes so eingestellt werden, dass sich auch bei geringeren Leistungen aufgrund der größeren Induktivität eine insgesamt höhere Effizienz erreichen lässt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Kern zumindest einen Kernteil auf, in welchem magnetische Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Permeabilität vorgesehen sind. Dazu können entsprechende Bereiche, etwa in Form von Aussparungen, Bohrungen und dergleichen, in einem geeigneten Kernmaterial vorgesehen werden, die dann mit einem oder mehreren unterschiedlichen Materialien aufgefüllt werden, um damit die in lateraler Richtung variierende Permeabilität des Kernes zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen weist dazu der Kern einen oder mehrere Spalte mit variabler Spaltbreite auf. Der eine oder die mehreren Spalte können dabei als "Luftspalte" vorgesehen sein, d.h. diese können mit Material mit einer sehr geringen relativen Permeabilität gefüllt sein, oder aber einer oder mehrere dieser Spalte können mit niederpermeablem Material gefüllt sein, um damit den in radialer Richtung variierenden magnetischen Widerstand in der gewünschten Form einzustellen. Wenn mehrere Spalte vorgesehen sind, können dabei bei Bedarf unterschiedliche Materialien verwendet werden, um gegebenenfalls auch andere Eigenschaften, etwa die thermische Leitfähigkeit, und dergleichen in geeigneter Weise einzustellen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein von der Wicklung umschlossener Kernmittelteil mit einer Stirnfläche vorgesehen, die auf einen zweiten Kernteil des magnetischen Kernes aufgesetzt ist. In dieser Ausführungsform besteht somit ein mechanischer Kontakt zwischen dem Kernmittelteil und dem zweiten Kernteil, ohne dass jedoch ein durchgängiges Material für diese beiden Kernteile verwendet ist. Der Kernmittelteil und der zweite Kernteil können somit als separate Komponenten hergestellt werden, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, beispielsweise in den Kernmittelteil effizient geeignete Materialien so einzubringen, dass die gewünschte Variabilität der magnetischen Permeabilität erreicht wird. Dazu können Maßnahmen vorgesehen sein, wie dies auch zuvor beschrieben ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Kernteil einen Hohlraum auf, der zur Einstellung der magnetischen Eigenschaften mit Material füllbar ist. Zu diesem Zweck können beispielsweise geeignete Materialien in Pulverform, als aushärtbare Materialien mit geeigneter Anfangsviskosität, und dergleichen in den Hohlraum eingefüllt werden, etwa bei der Herstellung eines separaten Kernteils, so dass sich eine Vielzahl unterschiedlicher Magneteigenschaften des Kernes für eine ansonsten vorgegebene Konfiguration des Kerns verwirklichen lassen. In einigen Ausführungsformen ist dabei der Kern so ausgebildet, dass das Einfüllen eines gewünschten Materials in den Hohlraum auch nach erfolgter Montage des induktiven Bauelements erfolgen kann. Beispielsweise werden geeignete "Anschlussbereiche" vorgesehen, so dass nach erfolgter Montage, etwa nach dem Vergießen der einzelnen Bauteilkomponenten, und dergleichen eine weitergehende Anpassung der magnetischen Eigenschaften erfolgen kann. Auf diese Weise lässt sich eine geeignete Anpassung an eine elektronische Baugruppe während einer beliebigen Phase nach der eigentlichen Herstellung des induktiven Bauelements verwirklichen, wobei in einigen Ausführungsformen eine entsprechende Anpassung auch innerhalb der elektronischen Schaltung erfolgen kann, so dass selbst eine "dynamische" Anpassung der magnetischen Eigenschaften möglich ist. Dabei hängt der Grad der Dynamik für die Einstellbarkeit der magnetischen Eigenschaften von der gegebenen Schaltungsperipherie ab. Beispielsweise kann eine anfänglich gewünschte geringere Induktivität geeignet in der Schaltung vergrößert werden, indem ein geeignetes magnetisches Material in den Hohlraum eingebracht wird. Bei Vorsehen mehrerer Hohlräume kann auch eine schrittweise Anpassung der Induktivität über die Zeit hinweg erfolgen. Wie Eingangs dargelegt ist, gibt es viele Anwendungen, in denen eine Änderung der zu verarbeitenden Energieströme im Laufe der Zeit eintritt, so dass eine entsprechende Anpassung gegebenenfalls einen noch höheren Wirkungsgrad für den künftigen Betrieb der elektronischen Komponente ermöglicht. Beispielsweise kann es bei Wechselrichtern für Solaranlagen vorteilhaft sein, die Induktivität zunächst auf eine höhere maximale Leistung auszulegen und bei einsetzender Alterung einmalig oder mehrmalig die Induktivität auf einen höheren Wert zu setzen, um damit der geringer werdenden Maximalleistung der Solarmodule Rechnung zu tragen.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird dabei der eine oder die mehreren anfänglichen Hohlräume in Form von Spalten vorgesehen, die einen nahezu identischen Spaltabstand über die gesamte Querschnittsfläche besitzen, so dass gut definierte und geringe Streuinduktivitätswerte erreicht werden. Die Anpassung der Induktivität erfolgt dann durch Auffüllen eines oder mehrerer der Hohlräume durch ein geeignetes Material, wobei die günstige Querschnittsform, also etwa die konstante Spaltbreite weiterhin zu sehr geringen Streuinduktivitätswerten beiträgt.
Das Vorsehen derartiger "aktiver" Mechanismen zur Anpassung der magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements kann insbesondere in Anwendungen vorteilhaft sein, in denen relativ hohe Leistungen zu verarbeiten sind, so dass insbesondere das Vermeiden zusätzlicher induktiver Bauelemente sowie das Beibehalten eines hohen Wirkungsgrades für die gesamte Betriebszeit der elektronischen Baugruppe deutlich einen entsprechenden Aufwand an die Peripheriekomponenten übersteigt, der gegebenenfalls für den aktiven Einstellungsmechanismus erforderlich ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Einstellung der Induktivität eines induktiven Bauelements bereitgestellt. Das Verfahren umfasst den Schritt des Bereitstellens eines magnetischen Kerns des induktiven Bauelements und des Erzeugens einer variablen magnetischen Permeabilität im magnetischen Kern, wobei dies durch Vorsehen mindestens zweier unterschiedlicher magnetischer Kernmaterialien und/oder durch das Vorsehen eines Spaltes mit variierender Spaltbreite erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit das Variieren der magnetischen Permeabilität, wobei die Variabilität entlang der magnetischen Längsrichtung und/oder entlang der radialen Richtung, also senkrecht zur magnetischen Längsrichtung, auftritt. In anderen Ausführungsformen wird die magnetische Permeabilität zeitlich bzw. dynamisch variiert, indem die magnetischen Eigenschaften zumindest eines Teils des Kern während oder nach der Montage geändert werden.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Vorsehen mindestens zweier unterschiedlicher Kernmaterialien das Aufsetzen einer Stirnfläche eines ersten Kernteils auf einen zweiten Kernteil, wobei der erste und der zweite Kernteil aus unterschiedlichen magnetischen Materialarten aufgebaut sind. Auf diese Weise kann ein hoher Grad an Flexibilität bei der Einstellung der magnetischen Eigenschaften des Kerns erreicht werden, wobei dennoch ein moderat geringer Auf- wand bei der Herstellung der einzelnen Kernteile anfällt. Wie beispielsweise zuvor im Hinblick auf eine Speicherdrossel mit Kern mit Mittelschenkel beschrieben ist, kann somit ein Kernteil als ein gewünschtes Formteil bereitgestellt werden, um damit die Eigenschaften für Störsicherheit, Verlustwärmeableitung, Korrosionsbeständigkeit, und dergleichen bereitzustellen, während der zweite Kernteil aus geeignetem Material und gegebenenfalls mit gewünschten zusätzlichen Materialien in Form von Einlegeteilen und dergleichen vorgesehen wird, wobei die insgesamt einfachere Konfiguration dieses Kernteils ebenfalls eine effiziente Herstellung ermöglicht. Beispielsweise können nahezu geschlossene Kern vorgesehen werden, in denen die Komponenten für die "äußere Schale" beispielsweise aus Ferritmaterial hergestellt sind, so dass sich zusätzlich zu den zuvor genannten günstigen magnetischen abschirmenden Wirkungen und der guten Wärmeleitfähigkeit auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht wird, während ein innerer Kernteil aus geeigneten Eisenmaterialien, Legierungen, und dergleichen hergestellt wird, die in der Regel einen besonderen Korrosionsschutz erfordern würden, wenn diese bestimmten Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden. Beispielsweise werden viele elektronische Baugruppen, etwa Wechselrichter, und dergleichen, für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen ausgelegt, so dass in der Regel für induktive Komponenten aus Eisenpulver und dergleichen ein zusätzlicher Aufwand für die Korrosionsfestigkeit notwendig ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den angefügten Patentansprüchen sowie aus der weiteren folgenden detaillierten Beschreibung, in der auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 a und 1 b schematisch Querschnittsansichten eines induktiven Bauelements während unterschiedlicher Montagephasen zeigen, wobei ein Kernmittelteil als separate Komponente vorgesehen ist, die aus einem anderen magnetischen Material im Vergleich zu anderen Kernteilen aufgebaut ist,
Fig. 1c bis 1 h schematisch Querschnittsansichten diverser Kernmittelschenkel bzw. "Mittelbut- zen" eines induktiven Bauelements der Fig. 1a und 1 b darstellen, wobei zusätzliche Maßnahmen zur Einstellung der Gesamteigenschaften des induktiven Bauelements vorgenommen sind,
Fig. 1 i und 1j eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht eines induktiven Bauelements in
Form einer Speicherdrossel zeigen, in der ein freier Mittelschenkel gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehreren permanent erregten Magnetmaterialien vorgesehen ist, wobei eine freitragende Wicklung für hohe Ströme enthalten ist, Fig. 1 k schematisch eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines magnetischen Kerns zeigt, in welchem in einem Mittelschenkel ein Material eingebracht ist, etwa in Form eines Dauermagneten, und dergleichen, um damit die gewünschten magnetischen Eigenschaften einzustellen,
Fig. 11 schematisch z.B. einen Stromverlauf einer Speicherdrossel bzw. des magnetischen
Feldes in dem induktiven Bauelement darstellt, in dem eine Vormagnetisierung zu einer besseren Ausnutzung des Kernmaterials enthalten ist,
Fig. 1 m und 1 n eine Querschnittsansicht bzw. eine Draufsicht eines Kernteils zeigen, wobei ein
Hohlraum vorgesehen ist, der während einer geeigneten Phase bei der Montage oder nach der Montage zur Einstellung der gewünschten magnetischen Eigenschaften mit Material füllbar ist,
Fig. 2a schematisch einen Querschnitt eines induktiven Bauelements zeigt, wobei in einem
Kernbereich ein oder mehrere Luftspalte mit variabler Spaltbreite vorgesehen sind, und
Fig. 2b und 2c schematisch den Verlauf der Induktivität in Abhängigkeit des Stroms für verschiedene Varianten mit angeschrägtem verteiltem Luftspalt zeigen.
Fig. 1a zeigt schematisch ein induktives Bauelement 100, das beispielsweise in Form einer Speicherdrossel vorgesehen ist. Das Bauelement 100 weist in der gezeigten Montagephase eine Wicklung 1 10 auf, die gemäß den gewünschten elektrischen und magnetischen Eigenschaften aufgebaut ist. In der dargestellten Ausführungsform repräsentiert die Wicklung 1 10 die Wicklung einer Speicherdrossel, die für relativ hohe Ströme ausgelegt ist, so dass ein moderat großer Kupferquerschnitt der Wicklung 1 10 bei einer relativ geringen Anzahl an einzelnen Windungen vorgesehen ist. In einigen Ausführungsformen ist die Wicklung 1 10 in Form einer freitragenden Wicklung ausgebildet, so dass etwa auf einen Spulenkörper verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann die Anzahl der erforderlichen Einzelkomponenten des Bauelements 100 verringert werden, wobei sich auch gleichzeitig gegebenenfalls die elektrischen und thermischen Eigenschaften verbessern lassen. Die Wicklung 110 ist in einen Kernteil 140 eines magnetischen Kern 120 des Bauelements 100 angeordnet, wobei dies bei der Montage so bewerkstelligt werden kann, dass gegebenenfalls eine oder mehrere Außenflächen, etwa eine Außenfläche 1 11 der Wicklung 1 10 in unmittelbarer Nähe zu einer Innenfläche des Kernteils 140 angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Leiterstück mit einer relativ großen Fläche 1 1 1 , das als Zuleitung zu den Windungen der Wicklung 110 dient, vorgesehen werden, das benachbart zu oder in Kontakt ist mit einer komplementären Fläche in dem Kernteil 140, so dass sich bei direk- tem Kontakt oder auch bei einer entsprechenden dünnen Zwischenisolierschicht eine gute thermische Anbindung der Wicklung 110 an den Kernteil 140 ergibt. Der Kernteil 140 ist aus einem geeigneten magnetischen Material 141 aufgebaut, etwa aus einem Ferritmaterial, das bei der gewünschten Gesamtgestalt des Kernteils 140 die gewünschte magnetische Permeabilität ergibt und auch das gewünschte magnetische Verhalten im Hinblick auf den erforderlichen Arbeitsfrequenzbereich aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Kernteil 140 so gestaltet, dass die Wicklung 1 0 nahezu vollständig umschlossen ist, so dass der Kernteil 140 auch als„Gehäuse" zur Aufnahme der Wicklung 1 10 dient. Mit dieser Maßnahme gelingt es, nicht nur die gewünschten magnetischen Eigenschaften sicherzustellen, sondern auch magnetische Störfelder außerhalb des Bauelements 100 klein zu halten. Bei Verwendung eines Feldmaterials ergibt sich zudem eine effiziente Wärmeleitung von innen nach außen, so dass die Außenfläche des Kernteils 140 als effiziente Kühlfläche dient, wobei bei Bedarf auch noch weitere passive und aktive Kühlmechanismen implementiert werden können. Beispielsweise kann die Außenfläche des Kernteils 140 bei Bedarf in geeigneter weise strukturiert werden, so dass die sich daraus ergebende vergrößerte Oberfläche eine verbesserte Wärmeabfuhr ermöglicht. Des Weiteren sind viele Ferritmaterialien sehr korrosionsbeständig, so dass das Vorsehen einer Außenfläche des Bauelements 100 in Form einer Ferritfläche gegebenenfalls keine weiteren Maßnahmen im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit erfordert, selbst wenn das Bauelement 100 in elektronischen Baugruppen eingesetzt wird, die anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, etwa in Form von Baugruppen, die im Außenbereich eingesetzt werden. Beispielsweise werden viele Wechselrichter für Fotovoltaikanlagen für den Betrieb im Außenbereich aufgebaut, so dass ein ausreichender Korrosionsschutz entsprechender induktiver Komponenten gewährleistet sein muss.
In der gezeigten Montagephase ist ein weiterer Kernteil 130 vorgesehen, der aus einem gewünschten magnetischen Material 131 aufgebaut ist, das sich von dem Material 141 unterscheidet. Beispielsweise kann der Kernteil 130 oder zumindest ein Bereich davon aus einem niederpermeablen Material, etwa Eisenpulver, einer Eisen/Nickellegierung, oder anderen geeigneten Materialien aufgebaut sein, die somit effizient in dem Kern 120 integriert werden können, um damit eine gewünschte Anpassung der gesamten Kerneigenschaften, etwa eine„nicht lineare" Induktivität des Kernes in Bezug auf den Laststrom zu erreichen. Bei Vorsehen derartiger Materialien, die im Allgemeinen nicht korrosionsbeständig sind, als Mittelschenkel oder„Mit- telbutzen" des Bauelements 100 ist dennoch ein zuverlässiger Korrosionsschutz gegeben, da der Kernteil 140 zusammen mit einem weiteren Kernteil, der nachfolgend mit Bezug zu Fig. 1 b beschrieben ist, als effizientes Gehäuse dient. Die Kernteile 140 und 130 können daher effizient durch beliebig geeignete Verfahren hergestellt, beispielsweise gepresst werden, und werden nachfolgend bei der Montage zusammengefügt, wobei sich die Wicklung 110 mit besserem thermischen Kontakt zu dem Kernteil 140 anordnen lässt, auch bei Auftreten gewisser Fertigungstoleranzen, da der Kernteil 130 erst nachfolgend in die Wicklung 110 einzuführen ist, oder gemeinsam mit der Wicklung eingeführt wird. Insbesondere können verschiedene Versionen des Kernteils 130 bereitgestellt werden, wie dies auch nachfolgend dargestellt ist, so dass für eine Basiskonfiguration des induktiven Bauelements 100 diverse separate Kennlinien verfügbar sind, ohne dass die Herstellung der anderen Bauteilkomponenten, etwa der Wicklung 110, des Kernteils 1 0, und weiterer Kernteile, dadurch beeinflusst wird. Auf diese Weise ergibt sich ein hoher Grad an Flexibilität bei der Anpassung der Komponente 100 an diverse Schaltungstopo- grafien, ohne dass sich beispielsweise die äußeren Abmessungen des Bauelements 100 ändern.
Bei der Montage des Bauelements 100 wird sodann der Kernteil 130 in die Wicklung 1 10 eingeschoben und damit mit einer Stirnfläche 130s auf einer entsprechenden Fläche 140s des Kernteils 140 aufgesetzt. Damit sind die beiden Flächen 130s und 140s in mechanischem Kontakt, so dass eine effiziente magnetische Ankopplung der Teile 130 und 140 erreicht wird. Es sollte beachtet werden, dass der Kernteil 130 nicht notwendigerweise durchgehend aus dem gleichem Material aufgebaut ist, sondern weitere Materialien lokal vorgesehen sein können, um damit etwa einen„Luftspalt" bereit zu stellen und/oder um gewisse magnetische Eigenschaften einzustellen, etwa eine Vormagnetisierung, und dergleichen, wie dies auch nachfolgend erläutert ist.
Fig. 1 b zeigt schematisch das induktive Bauelement 100 in einer weiter fortgeschrittenen Phase des Montagevorgangs. Wie gezeigt, ist der Kernteil 130 in die Wicklung 1 10 eingesetzt und liegt auf dem Kernteil 140 auf, so dass in der gezeigten Ausführungsform ein Teil des Kernteils 130, der als 132 bezeichnet ist, in einer Längsrichtung L, die auch als magnetische Längsrichtung bezeichnet wird, von der Wicklung 1 10 umschlossen ist. Des Weiteren ist ein Kernteil 150 vorgesehen, der etwa als ein Deckel für den Kernteil 140 dient und damit den magnetischen Kreis des Kerns 120 vervollständigt. Bei Bedarf kann etwa ein Luftspalt 101 zwischen dem Kernteil 130 und dem Kernteil 150 vorgesehen sein, indem eine Abmessung des Kernteils 130 entlang der magnetischen Längsrichtung L kleiner gewählt wird als eine entsprechende Abmessung des Kernteils 140. In der gezeigten Ausführungsform sind ferner Anschlussbereiche 1 12 und 113 der Wicklung 1 10„seitlich" herausgeführt, d. h. diese sind durch Aussparungen im Kernteil 140 herausgeführt, wobei in anderen Ausführungsformen einer oder beide Anschlussbereiche 112, 113 durch den Kernteil 150 herausgeführt sein können. Des Weiteren ist in der gezeigten Montagephase gegebenenfalls ein Vergussmaterial im Inneren des durch die Kernteile 140 und 150 definierten Volumens vorgesehen, das zur mechanischen Fixierung der einzelnen Komponen- ten des Bauelements 100 und zur Integrität im Hinblick auf chemische und andere Einflüsse dient.
Fig. 1c zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Kernteils 130 gemäß einer Ausführungsform, in der mehrere Spalte 132a, 132b vorgesehen sind, um die magnetischen Eigenschaften des Kernteils 130 und somit des gesamten Kerns 120, der in Fig. 1 b gezeigt ist, festzulegen. In der gezeigten Ausführungsform besitzen sowohl der Spalt 132a sowie der Spalt 132b eine konstante Spaltbreite, die bei Bedarf jeweils für die Spalte 132a, 132b unterschiedlich sein kann. Die Spalte 132a, 132b sind mit einem geeigneten Material gefüllt, etwa einem Material mit geringer Permeabilität, einem Material, das im Wesentlichen nicht magnetisch ist, aber beispielsweise eine hohe thermische Leitfähigkeit besitzt, und dergleichen. Zu diesem Zweck können einzelne Abschnitte des Kernteils 130 in Form von Materialstücken des Materials 131 vorgesehen werden, die mit entsprechenden Materialstücken entsprechend den Spalten 132a, 132b mechanisch miteinander verbunden werden. Gegebenenfalls können die einzelnen Komponenten des Kernteils 130 bei der Montage in den Kernteil 140 aus Fig. 1 a eingesetzt werden und werden sodann beim Ausgießen entsprechend in geeigneter Weise mechanisch fixiert. Insbesondere da der Kernteil 130 unabhängig von anderen Kernteilen hergestellt werden kann, ergibt sich ein hohes Maß an Flexibilität bei der Auswahl geeigneter Materialien und bei der geometrischen Gestaltung der Spalte 132a, 132b. Falls eine geeignete Vormagnetisierung gewünscht ist, kann einer der Spalte 132a, 132b oder beide Spalte mit einem permanent magneti- sierten Material gefüllt werden. In der in Fig. 1c gezeigten Ausführungsform besitzt der Kernteil 130 somit senkrecht zur magnetischen Längsrichtung L, eine im Wesentlichen nicht variierende magnetische Permeabilität, da sowohl die geometrischen Abmessungen der Spalte 132a, 132b sowie auch ihre jeweiligen Materialien über den Querschnitt hinweg gleich bzw. homogen sind.
Fig. 1d zeigt eine ähnliche Anordnung des Mittelschenkels 130, wobei die„Spalte" 132A, 132B an den jeweiligen Endbereichen des Schenkels 30 realisiert sind. In dem gezeigten Beispiel sind die Spalte 132A, 132B beide geometrisch und hinsichtlich des Materials gleich aufgebaut, so dass sich das Verhalten ergibt, wie es auch zuvor mit Bezug zu Fig. 1 a dargestellt ist.
Fig. 1e zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Kernteils 130 gemäß einer Ausführungsform, in der ein Luftspalt 132 vorgesehen ist, der in einer Querrichtung Q eine variierende Spaltbreite aufweist, wie dies durch A und B angegeben ist. Das heißt, in der gezeigten Ausführungsform ist zumindest eine Stirnfläche 132s als eine schräge Fläche vorgesehen, so dass bei der späteren Montage in Zusammenwirken mit einem weiteren Kernteil, etwa dem Kernteil 150 aus Fig. 1 b der Luftspalt 132 mit der variablen Spaltbereite entsteht. Somit ist auch die magnetische Permeabilität, d. h. die magnetische Leitfähigkeit für die vorgegebene magnetische Längsrichtung L über den Querschnitt Q hinweg variabel, da aufgrund der geringeren Spaltbreite A ein deutlich geringerer magnetischer Widerstand hervorgerufen wird als durch die Spaltbreite B. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine variable Spaltbreite durch eine beliebige Konfiguration der Stirnfläche 132s erzeugt werden kann, etwa wenn diese eine konusförmige Gestalt besitzt, und dergleichen. Es sollte ferner beachtet werden, dass bei Bedarf ein geeignetes Materialstück vorgesehen werden kann, um den Spalt 132 entsprechend zu füllen.
Fig. 1f zeigt schematisch eine derartige Ausführungsform, in der etwa beide Endbereiche des Schenkels zu einer variablen Spaltbreite führen, die an dien Rändern am größten und in der Mitte minimal ist. Hier ist diese Konfiguration als eine kegelstumpfartige Anordnung gezeigt.
Fig. 1g zeigt schematisch den Kernteil 130 in einer Ausführungsform, in der mehrere Spalte
132a , 132c vorgesehen sind, wobei einer oder mehrere der Spalte 132a,..., 132c eine in
Querrichtung Q variable Spaltbreite besitzen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine effiziente Verteilung eines Luftspaltes innerhalb des Kernteils 130 erfolgen, wobei auch eine gewünschte laterale Änderung der magnetischen Permeabilität erreicht, wenn etwa alle Spalte
132a 132c eine variierende Spaltbreite besitzen. Die Spalte 132a,..., 132c sind mit einem beliebigen geeigneten Material gefüllt, das die erforderlichen magnetischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften besitzt. Bei Bedarf können auch unterschiedliche Materialien verwendet werden, so dass ein hoher Grad an Flexibilität bei der Einstellung und Justierung der gewünschten endgültigen magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauelements erreicht wird. Auch in diesem Falle gilt, dass durch die separate Herstellung des Kernteils 130 keine aufwändigen Fertigungsverfahren erforderlich sind, wobei dennoch eine Vielzahl unterschiedlicher Teile 130 bereitgestellt werden kann, so dass sich auch viele unterschiedliche Versionen des kompletten induktiven Bauelements auf der Grundlage der gleichen Basiskomponenten ohne hohen Fertigungsaufwand herstellen lassen.
Fig. 1 h zeigt schematisch weitere Ausführungsformen des Schenkels 130, wobei eine Mischung unterschiedlicher Spaltformen angewendet ist. D.h., es können unterschiedliche Spaltgeometrien in Kombination mit gleichen oder auch unterschiedlichen Füllmaterialien eingesetzt werden, um die gewünschten Kerneigenschaften effizient einzustellen. In der gezeigten Ausführungsform ist etwa der Spalt 132b als Kegelstumpf vorgesehen, wobei auch ein„Füllmateria an der Kegelstumpfmitte vorgesehen ist, das unterschiedlich ist zu dem Material 131. Andererseits ist an dem gegenüber liegenden Endbereich ein gleichmäßiger Spalt 132a vorgesehen mit einem geeigneten Material, so dass etwa der globale magnetische Widerstand durch die Spalte 132b und 132a sowie die darin verwendeten Materialien vorgegeben ist, während eine gewünschte Modulation über den Querschnitt hinweg durch die Kegelform des Spaltes 132b erreicht wird. Es können auch weitere Spalte 132c mit geeigneter Form vorgesehen werden, so dass die Flexibilität bei der Einstellung der magnetischen Gesamteigenschaften weiter erhöht werden kann.
Fig. 1 i zeigt schematisch eine Draufsicht auf das induktive Bauelement 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform, in der der Kern 120 einen, die Wicklung 1 10 umschließenden Kernteil 140a in Verbindung mit einem separaten Kernteil 130a aufweist. Im Hinblick auf die Komponenten 140a und 120a gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu den Kernteilen 140 und 130 erläutert sind. In der gezeigten Ausführungsform sind beispielhaft Abmessungen b , b2 von ca. 80, bzw. 73 cm verwendet, während die Wicklung 110 für Ströme bis zu 150 Ampere als eine freitragende Spule ausgelegt ist. Entsprechende Abmessungen der Wicklung 110 des Kernteils 130a sind als d1 mit 6,6 cm und d2 mit 4,3 cm vorgesehen. Diese Werte sind jedoch nur beispielhafte Werte und lassen sich jederzeit an andere Vorgaben anpassen.
Fig. 1j zeigt schematisch das Bauelement 100 in einer Querschnittsansicht, wobei der Kern 20 ein weiteres Kernteil 140b aufweist, das mit dem Kernteil 140a die Wicklung 110 mit Ausnahme der Anschlussbereiche 112, 1 13 vollständig umschließt, wobei im Kernteil 140b ein weiterer separater Kernteil 130b eingesetzt ist. Das heißt, anstelle eines„Gehäuses" und eines "Deckels", wie dies in Fig. 1 b in Form der Komponenten 140 und 150 gezeigt ist, sind in der dargestellten Ausführungsform sowohl der Kernteil 140a als auch der Kernteil 140b als "Gehäuse" ausgebildet, um einen Teil der Wicklung 1 0 aufzunehmen. Ferner ist in der gezeigten Ausführungsform der Mittelschenkel des Kerns 120 in Form der beiden Kernteile 130a, 130b vorgesehen, wobei in anderen Versionen auch ein einzelner separater Kernteil verwendet wird. Des Weiteren sind in der gezeigten Ausführungsform Spalte 132a, 132b vorgesehen, die etwa ein permanent erregtes Magnetmaterial enthalten, so dass eine gewünschte Vormagnetisierung des Kerns 120 erreicht wird. Die beiden Spalte 132a, 132b liegen dabei außerhalb der Wicklung 1 10, so dass entsprechende Verluste im und durch den Magneten gering bleiben.
Im Hinblick auf die Herstellung der einzelnen Kernteile und auf deren Montage gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor dargelegt sind. Des Weiteren ist zu beachten, dass bei Bedarf weitere Materialien, beispielsweise in Form von Folien, und dergleichen bei der Montage der einzelnen Kernteile der Wicklung eingeführt werden können, um etwa benötigte Isolierstrecken zu schaffen. Auch können weitere "Luftstrecken", etwa Luftspalte und dergleichen, in geeigneter Weise vorgesehen werden, wie dies auch zuvor erläutert ist.
Beispielsweise begibt sich für das induktive Bauelement 100 in den Fig. 1f und 1g bei einer Höhe von 12 cm ein Bauteilvolumen von ca. 100 cm3, wobei eine maximale Stromstärke von 150 Ampere zugrunde gelegt ist. Bei einer Windungszahl von 1 1 ergibt sich eine magnetische In- duktion von etwa 600 mT, während die maximale Feldstärke 6000 Ampere pro Meter erreicht. Dabei sind die Materialien des Kerns 130 so gewählt, dass sich beim maximalen Strom eine Induktivität von etwa 65 μΗ einstellt.
Fig. 1 k zeigt schematisch das induktive Bauelement 100 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen, wobei der Kern 120 die Kernteile 140 und 150 aufweist, um die Wicklung 110 zu umschließen. Ferner ist der mittlere Kernteil 130 vorgesehen, der in einer Ausführungsform als separater und damit aufgesetzter Kernteil ausgeführt ist, wie dies zuvor beschrieben ist, während in anderen Ausführungsformen der Kernteil 130, d. h. Bereiche 131 davon, einen Teil des Kernteils 140 darstellen und somit aus dem gleichen Material aufgebaut sind. Des Weiteren ist ein Material 135 im Kernteil 130 vorgesehen, das als magnetisches Kernmaterial dient und dessen magnetische Eigenschaften sich von jenen des Materials 131 unterscheiden. In einer Ausführungsform repräsentiert das Material 135 einen Dauermagneten, d. h. ein permanent magnetisches Material, und damit eine Vormagnetisierung im Kern 130 zu erreichen. Durch den Ein- schluss des Materials 35 in dem Material 131 des Kernteils 130 ergibt sich eine effiziente Möglichkeit, die Gesamteigenschaften des Kerns 120 einzustellen, indem neben der Materialart auch dessen Abmessung innerhalb des Kernteils 130 entsprechend ausgewählt wird.
Fig. 11 zeigt schematisch einen Stromverlauf bzw. den Verlauf der Feldstärke in dem induktiven Bauelement 100, wenn ein getakteter Betrieb vorliegt, wobei eine Gleichstromkomponente bzw. ein Gleichanteil des magnetischen Feldes stets die gleiche Polarität bzw. Richtung besitzt. Aufgrund dieser Gleichstrommagnetisierung, die als HO bezeichnet ist, ist die darüber liegende Wechselstromkomponente, d. h. die ansteigenden und abfallenden Flanken des Stromes bzw. des magnetischen Feldes so beschränkt, dass die zulässige magnetische Induktion im Kernmaterial nicht überschritten wird. Daher ergibt sich bei einem auftretenden hohen Gleichstromanteil nur noch ein geringer Hub beim Durchlaufen der jeweiligen Hysteresekurve des Kernmaterials. Mittels einer entsprechenden Vormagnetisierung, wie sie beispielsweise in den Ausführungsformen in Fig. 1g und auch in der Fig. 1 h in Form von Permanentmagneten gezeigt ist, lässt sich bei entsprechender Einstellung der Magnetfeldrichtung der Permanentmagnete, etwa der Spalte 132a, 132b in Fig. 1g oder des Materials 135 in Fig. 1k, eine Verringerung der Gleichstromkomponente oder auch eine„Umpolung" der Komponente HO erreichen, so dass dann eine wesentlich größerer Bereich für die Magnetisierung des Kernes durch die Wechselstromkomponente verfügbar ist.
Fig. 1 m zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Kernteils 130 gemäß Ausführungsformen, in denen ein Hohlraum 136 im Material 131 vorgesehen ist, der so ausgebildet ist, dass er mit einem gewünschten Material zumindest teilweise während einer beliebigen Montagephase oder auch während des Betrieb aufgefüllt werden kann. Zu diesem Zweck ist beispielsweise mindestens ein Anschlussbereich 136a, 136b vorgesehen, über welchen ein Material 137, etwa in Form eines Pulvers, eines viskosen Materials, und dergleichen zugeführt werden kann. Beispielsweise sind die Anschlussbereiche 136a, 136b so ausgeführt, dass zumindest während der Montage eine Ankoppelung an eine Zuleitung erfolgen kann, so dass das Material 137 in den Hohlraum 136 eingeführt werden kann. Dazu können entsprechende Vorsprünge gegebenenfalls mit entsprechenden Zuleitungsstücken vorgesehen werden, die während der gewünschten Montagephase noch zugänglich sind oder die auch nach der Endmontage weiterhin zugänglich sind.
Fig. 1 n zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Kernteil 130 in einer Ausführungsform, in der die Anschlussbereiche 136a, 136b geeignet ausgebildet sind, in steuerbarer Weise das Material 137 aufzunehmen und gegebenenfalls auch herauszuführen. Auf diese Weise kann beispielsweise der Hohlraum 136 im Bereich des Materials 131 als ein Spalt mit konstanter Spaltbreite vorgesehen werden, wobei eine Änderung der Gesamtpermeabilität des magnetischen Kerns durch Einführen des Materials 137 in gewünschter Weise erfolgt. Zum Beispiel kann bereits nach erfolgter Endmontage eine Feinabstimmung der magnetischen Eigenschaften durch Einführen von Material 137 bewerkstelligt werden. In anderen Ausführungsformen ist der Hohlraum 136 auch gegebenenfalls im eingebauten Zustand zugänglich, so dass eine„dynamische" Anpassung der magnetischen Eigenschaften bewerkstelligt werden kann. Wenn etwa in einer Betriebsphase des induktiven Bauelements eine geringere Induktivität erforderlich ist, da etwa generell höhere Lastströme zu erwarten sind, kann durch Entfernen von Material 137 aus dem Hohlraum 136, das dort etwa in Form von Pulvermaterial durch Einbringen unter geeignetem Druck enthalten ist, ausgeführt werden, so dass sich eine Verringerung der Induktivität ergibt. Wird andererseits eine höhere Induktivität benötigt, so kann Material 137 bei Bedarf eingeführt werden. Die dazu erforderlichen Komponenten, beispielsweise ein Materialreservoir in Verbindung mit einer geeigneten Zuführung kann beispielsweise in Rahmen üblicher elektromechani- scher Komponenten, wie sie auch für eine Zwangskühlung und dergleichen erforderlich sind, vorgesehen werden, ohne dass ein allzu hoher Aufwand entsteht. Insbesondere für induktive Komponenten für sehr hohe Leistungen ist eine entsprechende Einsparung im Hinblick auf zusätzliche induktive Komponenten oder der Gewinn an Effizienz durch eine gezielte Einstellung der Induktivität während des Betriebs vorteilhaft im Vergleich zum zusätzlichen Energie- und Komponentenaufwand, der für das Einführen des Materials 137 erforderlich ist. Es können auch Mechanismen vorgesehen werden, in denen das Material 137 nur einmalig eingeführt werden kann, wobei dies in eingebautem Zustand unter Anwendung externer oder interner Steuerimpulse erfolgen kann. Beispielsweise können mehrere Hohlräume 136 vorgesehen werden, die steuerbar mit dem Material 137 selektiv gefühlt werden, so dass eine stufenweise Erhöhung der Induktivität erreicht wird. Beispielsweise kann ein geeignetes Material durch Ansteuern einer entsprechenden elektromechanischen Komponente gezielt in einen der Hohlräume 136 eingeführt und gegebenenfalls behandelt werden, so dass die gewünschte mechanische Stabilität des Materials 137 im Hohlraum 136 erreicht wird. Zu diesem Zweck können beispielsweise temporär höhere Temperaturen erzeugt werden, und dergleichen. In dieser Weise kann beispielsweise die Induktivität der„Alterung" von Solarmodulen angepasst werden, so dass zunächst die elektronische Baugruppe für die anfängliche maximale Leistung optimiert ist und in der zeitlichen Abfolge gesteuert dem entsprechenden Zustand der Solarmodule angepasst wird.
Durch Vorsehen einer entsprechend geeigneten Peripherie für das Zuführen des Materials 137 kann das dynamische Verhalten bei der Anpassung der Induktivität entsprechend verbessert werden, indem etwa das Material 137 effizient zugeführt und auch effizient abgeführt werden kann, wobei die jeweilige Einstellzeit im Bereich von einigen Sekunden oder deutlich darunter liegen können. In diesem Falle kann eine geeignete Steuerung die Induktivität in gewünschter Weise„dynamisch" einstellen, so dass stets ein für den jeweiligen Betriebsmodus günstiger Wirkungsgrad erreicht wird.
Fig. 2a zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines induktiven Bauelements 200 mit einer Wicklung 210 und einem Kern 220. Der Kern 220 besitzt einen Kernteil 230, in welchem mehrere Luftspalte 232a 232e vorgesehen sind, die zu einer Verteilung der gesamten Abschnitte mit reduzierter magnetischer Permeabilität über die magnetische Längsrichtung L hinweg sorgen. Des Weiteren besitzen zumindest einige der Spalte 232a,..., 232e eine entlang der Querrichtung Q variierende Spaltbreite, wie dies durch a und b angegeben ist. Auf diese Weise wird eine in Querrichtung Q variierende magnetische Permeabilität des Kerns 220 erzeugt, die wiederum zu unterschiedlichen Induktivitätswerten in Abhängigkeit des magnetischen Feldes bzw. des Laststromes führt. Beispielsweise ist bei einem geringen magnetischen Feld in der Längsrichtung L die Permeabilität des Kerns 220 im Wesentlichen durch den geringeren magnetischen Widerstand, der durch eine kleinere Spaltbreite a erzielt wird, bestimmt, so dass insgesamt die effektive Induktivität des Bauelements 200 relativ hoch ist. Bei zunehmender Aufmagnetisierung des Kerns 220 wird zunehmend der höhere magnetische Widerstand der durch die größer werdende Spaltbreite b hervorgerufen wird, wirksam, so dass sich dann eine verringerte Induktivität ergibt. In der gezeigten Ausführungsform ist dabei das Material des Kernteils 230 im Wesentlichen gleich zu den restlichen Komponenten des Kerns 220, was bewerkstelligt werden kann, indem entsprechende Abschnitte hergestellt und entsprechende Einlegeelemente angeordnet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Teil 230 auch auf der Grundlage eines anderen magnetischen Materials hergestellt werden, wie dies auch zuvor mit Bezug zu dem Bauelement 100 erläutert ist.
Fig. 2b zeigt schematisch den Verlauf der Induktivität in Abhängigkeit des Laststromes für eine Spule, die bis zu einigen 100 Watt betrieben wird. Wie gezeigt ist, ergibt sich für einen maximalen Laststrom von etwa 16 Ampere eine Induktivität von etwa 0,35 mH, wobei die Induktivität dann mit abnehmendem Laststrom nahezu linear ansteigt und sich bei einem Laststrom von etwa 6 Ampere eine geringere Steigung einstellt.
Fig. 2c zeigt schematisch die entsprechende Abhängigkeit der Induktivität vom Laststrom für ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei das Verhältnis der Induktivitäten bei sehr geringem Laststrom und bei sehr hohem Laststrom weniger ausgeprägt ist, wobei allerdings für einen insgesamt größeren maximalen Laststrom eine höhere Induktivität erreicht wird.
Es sollte beachtet werden, dass mittels der zuvor genannten Mechanismen ein hoher Grad an Flexibilität bei der Einstellung der jeweiligen Induktivität erreicht werden kann, so dass eine effiziente Anpassung des Wirkungsgrades der Induktivität an die jeweiligen aktuellen Gegebenheiten möglich ist. Insbesondere können die zuvor dargestellten Mechanismen geeignet untereinander kombiniert werden, etwa das Vorsehen einer Vormagnetisierung in Verbindung mit einem nicht linearen Verlauf der Induktivität, und dergleichen, so dass ein hohes Maß an Flexibilität bei der Einstellung der magnetischen Eigenschaften gegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Induktives Bauelement, insbesondere Speicherdrossel, mit einer Wicklung (1 10) und einem magnetischen Kern (120), der einen ersten Kernteil (140) und einen zweiten Kernteil (130) aufweist, wobei der erste Kernteil (140) zumindest einen Teil der Außenseite (1 1 1) der Wicklung (110) umschließt und aus einer ersten magnetischen Materialart (141 ) aufgebaut ist und der zweite Kernteil (130) zumindest entlang eines Teils seiner magnetischen Längsrichtung (L) von der Wicklung (110) umschlossen ist und zumindest in dem von der Wicklung (110) umschlossenen Teil aus einer oder mehreren zweiten magnetischen Materialarten (131 ) aufgebaut ist, die sich von der ersten magnetischen Materialart (141) unterscheiden.
2. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 , wobei die erste magnetische Materialart eine kleinere magnetische Permeabilität im Vergleich zu mindestens einem der einen oder mehreren zweiten magnetischen Materialarten besitzt.
3. Induktives Bauelement nach Anspruch 1 , wobei die erste magnetische Materialart eine größere magnetische Permeabilität im Vergleich zu mindestens einem der einen oder mehreren zweiten magnetischen Materialarten besitzt.
4. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wicklung mit dem ersten Kernteil in direktem mechanischen Kontakt ist.
5. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der einen oder mehreren magnetischen Materialarten ein permanent magnetisiertes Material aufweist.
6. Induktives Bauelement nach Anspruch 5, wobei das permanent magnetisierte Material senkecht zur Längsrichtung des zweiten Kernteils von einem nicht permanent magneti- sierten Material umschlossen ist.
7. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Kernteil mittels einer Stirnfläche (130S) auf dem ersten Kernteil (140) aufgesetzt ist.
8. Induktives Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die magnetische Permeabilität senkrecht zur magnetischen Längsrichtung (L) variiert.
9. Induktives Bauelement nach Anspruch 8, wobei mindestens ein Luftspalt (132) vorgesehen ist, dessen Abstand sich senkrecht zur magnetischen Längsrichtung (L) ändert.
10. Induktives Bauelement mit einer Wicklung (110, 210) und einem teilweise von der Wicklung (1 10, 210) umschlossenen magnetischen Kern (120, 220), wobei der magnetische Kern (120, 220) eine magnetische Permeabilität aufweist, die senkrecht (Q) zur magnetischen Längsrichtung (L) variiert.
1 1. Induktives Bauelement nach Anspruch 10, wobei der Kern zumindest einen Kernteil (130, 230) aufweist, in welchem magnetische Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Permeabilität vorgesehen sind.
12. Induktives Bauelement nach Anspruch 10 oder 11 , wobei der Kern einen oder mehrere Spalte (132, 232A - 232E) mit variabler Spaltbreite aufweist.
13. Induktives Bauelement nach Anspruch 12, wobei der eine oder die mehreren Spalten mit einer Substanz zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit gefüllt sind.
1 . Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei ein von der Wicklung umschlossener Kernmittelteil mit einer Stirnfläche (130S) vorgesehen ist, die auf einem zweiten Kernteil (1 0) aufgesetzt ist.
15. Induktives Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Kern einen Hohlraum (136) aufweist, der zur Einstellung der magnetischen Eigenschaften mit Material füllbar ist.
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