EP3747032A1 - Kern für induktives bauelement und induktives bauelement - Google Patents

Kern für induktives bauelement und induktives bauelement

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EP3747032A1
EP3747032A1 EP19786760.9A EP19786760A EP3747032A1 EP 3747032 A1 EP3747032 A1 EP 3747032A1 EP 19786760 A EP19786760 A EP 19786760A EP 3747032 A1 EP3747032 A1 EP 3747032A1
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EP
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section
central
core
edge
plastic
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Markus Stark
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Wuerth Elektronik Eisos GmbH and Co KG
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    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
    • H01F27/266—Fastening or mounting the core on casing or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/346—Preventing or reducing leakage fields

Definitions

  • the invention relates to a core for an inductive component with at least a first side part, a central part and a second side part, the central part having a central section, a first edge section which is arranged parallel to the central section, and a second edge section which is parallel to the is arranged central portion, wherein the central portion is arranged between the first and the second edge portion.
  • the invention also relates to an inductive component with a core according to the invention.
  • Cores for inductive components are manufactured in numerous different forms. Cores, for example, whose side parts generally have the cross-sectional shape of a capital letter E, can be produced and processed automatically. In the context of this cross-sectional shape, the side parts can have special geometric shapes and are then referred to, for example, as E cores, PQ cores, ETD cores, RM cores etc. If corresponding side parts are to be wound with comparatively long coils, middle parts are used, which then usually have the shape of two side parts placed against one another with their rear sides.
  • a central section is then provided, for example a circular cylinder, a first edge section which is arranged parallel to the central section, and a second edge section which is constructed symmetrically to the first edge section and is likewise arranged parallel to the central section.
  • the first edge section, the central section and the second edge section can be connected to one another by means of a central web in the middle parts.
  • Such a central web would be made in one piece with the central part and the two edge sections, so that the central part forms a stable unit and can be mechanically loaded to the same extent as the side parts.
  • the middle bar forms a shunt. A stray capacitance results between two coils of an inductive component.
  • the invention is intended to improve a core for an inductive component and an inductive component which can be produced and processed automatically.
  • a core according to the invention for an inductive component has at least a first side part, a middle part and a second side part, the middle part having a central section, a first edge section which is arranged parallel to the central section, and a second edge section which is parallel to the central one Section is arranged, wherein the central section between the first and the second edge section is arranged.
  • At least one plastic component is provided, which is provided at least between the central section and the first edge section and / or at least between the central section and the second edge section, in order to set a stray capacitance of the inductive component and to influence a magnetic secondary flux of the inductive component.
  • the electrical properties and especially the resonance frequency of an inductive component provided with the core according to the invention can thus be set. This is done by suitable selection of the dielectric constant e r of the plastic used for the plastic component.
  • the plastic component can of course also provide mechanical stabilization of the core by forming a mechanical connection between the central section and the first edge section and the second edge section, and in this regard acts as a positioning component.
  • a dielectric constant e r of the plastic component is in the range from 1 to 50, in particular in the range from 1 to 10.
  • the stray capacitance of an inductive component provided with the core according to the invention can be set within wide limits and thus a resonance frequency of such an inductive component can also be varied within wide limits.
  • the plastic component fixes the first edge section and the second edge section in a defined relative position to one another.
  • the central section and the two edge sections can be securely fixed to one another and thus also withstand high mechanical loads.
  • the central section and the two edge sections are fixed in a defined relative position to each other also allows the automatic processing of the core according to the invention into an inductive component.
  • the plastic component surrounds the central section of the central part at least over part of the length of the central section.
  • the plastic component is made of a plastic with low magnetic permeability.
  • the relative permeability p r is then 1 or in the range of approximately 1.
  • the plastic component is made of silicone, polyamide, isoprene or latex.
  • the plastic of the plastic component has carbon, glass granules, a ceramic compound or ceramic compound and / or viscose as an admixture.
  • a plastic component ensures a high mechanical strength of the core, which equals or even exceeds the mechanical strength of the one-piece middle parts of conventional cores.
  • a magnetic shunt through the plastic component can be completely or at least almost completely avoided.
  • the size of this magnetic shunt can be set if a defined magnetic shunt is desired.
  • the invention achieves a considerable improvement.
  • the electrical properties of the core according to the invention the electrical properties can also be set in a defined manner by selecting a suitable plastic.
  • the plastic component can advantageously be produced by means of injection molding or a hot-melt or hot-melt adhesive process.
  • the plastic component is designed as a plate-shaped web, which is perpendicular to the central section, the first edge section and the second Edge portion is arranged and which has three through openings for receiving the central portion, the first edge portion and the second edge portion.
  • the central section and the two edge sections can be attached to the plastic component in a very simple manner.
  • an automated production of the middle part is possible.
  • a first of the three through openings is adapted to the cross section of the central section of the central part, a second of the three through openings to the cross section of the first edge section of the central part and a third of the three through openings to the cross section of the second edge section of the central part.
  • the middle part, the first edge section and / or the second edge section are fixed in a clamped manner in the respective through opening of the plastic component.
  • the middle part and the two edge sections can be fixed in the plastic component by simply pushing the middle part and the two edge sections into the through openings of the plastic component.
  • first side part and the second side part generally have a cross section similar to the shape of the letter E.
  • Such side parts of cores are referred to, for example, as E cores, PQ cores, ETD cores, RM cores etc. and are very advantageous in terms of their mechanical, electrical and magnetic properties.
  • Such cores can also be produced and processed in an automated manner, in particular wound and completed to form inductive components.
  • the plastic component has a base plate from which a plate-shaped web projects vertically, the base plate being provided for fixing the first side part and the second side part of the core.
  • the base plate is provided on its side facing away from the plate-shaped web with fixing means, in particular locking means or clamping means.
  • Such fixing means can be used to fasten the core or a finished inductive component with the core according to the invention.
  • an inductive component having a core according to the invention having at least one coil which at least partially surrounds the central section of the central part.
  • Such an inductive component can be mechanically loaded to the same degree as inductive components with conventional cores, but has a significant magnetic advantage in that no magnetic shunt is caused by the central part or a magnetic shunt can be defined by suitable selection of a plastic for the plastic component can.
  • the inductive component can be manufactured fully automatically.
  • a dielectric constant of the plastic of the plastic component is matched to an inductance of the coil in order to obtain a defined resonance frequency of the inductive component.
  • the invention thus offers considerable advantages over conventional inductive components.
  • the resonance frequency of the inductive component can be set according to the invention, so that the working range of the inductive component can be changed flexibly.
  • FIG. 1 is an illustration of the core of the inductive component of FIG. 1,
  • Fig. 4 is an illustration of the inductive component of Fig. 1, the middle part of the
  • FIG. 5 shows the inductive component of FIG. 4, the plastic component of the core not being shown
  • FIG. 6 shows the central part of the core of FIG. 2,
  • FIG. 8 shows a plate-shaped web of the plastic component of FIG. 7,
  • FIG. 9 shows the plate-shaped web of FIG. 8 in a view from the front
  • Fig. 1 1 is a representation of a simplified electrical equivalent circuit diagram of an inductive component according to the invention.
  • 1 shows an inductive component 10 according to the invention in an oblique view from above.
  • the inductive component 10 has a core 12 and two coils 14, 16.
  • the two coils 14, 16 are each wound from flat wire with a rectangular cross-section, a narrow side of the rectangular cross-section pointing to the central longitudinal axis of the two coils 14, 16.
  • the core 12 has a first side part 18, a second side part 20 and a middle part 22.
  • the two side parts 18, 20 are of identical design and have the shape of a so-called PQ core. Seen in cross-section, with a sectional plane in FIG.
  • a central section 24 is of circular cylindrical design and is therefore adapted to the inner shape of the two coils 14, 16.
  • the two edge sections 26, 28 each have a flat outer surface and a convexly curved inner surface, which in turn is adapted to the outer shape of the two coils 14, 16.
  • the middle part 22 has a central section 30 and a first edge section 32 and a second edge section 34 and a plastic component 36.
  • the two edge sections 32, 34 are identical to one another and each have a flat rear side and a convexly curved inner side.
  • the convexly curved inner sides are each adapted to the outer shape of the two coils 14, 16.
  • the two edge sections 32, 34 each connect the edge sections 26, 28 of the two side parts 18, 20 and essentially continue their shape.
  • the edge portions 32, 34 and the side parts 18, 20 are shown in simplified form. In reality, the side surfaces of the edge sections 32, 34 and the side parts 18, 20 can be aligned, that is to say they can merge into one another without a step.
  • the central section 30 is of circular cylindrical design and connects the central sections 24 of the two side parts 18, 20.
  • FIG. 2 A representation of the core 12 of the inductive component 10 of FIG. 1 is shown in an oblique view from above in FIG. 2.
  • the core 12 has the two side parts 18, 20 and the middle part 22.
  • the middle part 22 connects the two side parts 18, 20.
  • the two side parts 18, 20 consist for example of a ferrite material and are each made in one piece.
  • the central section 30 and the two edge sections 32, 34 consist of ferrite material.
  • the plastic component 36 or positioning component consists of a plastic, for example silicone or polyamide.
  • FIG. 3 shows only the components of the core 12 consisting of ferrite material, namely the two side parts 18, 20 and the central section 30 as well as the first edge section 32 and the second edge section 34 of the middle part.
  • FIG. 4 shows the inductive component 10 from FIG. 1, the central section and the first edge section and the second edge section having been omitted from the central part.
  • the plastic component 36 has a plate-shaped web 38 which projects perpendicularly from a base plate 40. Both the plate-shaped web 38 and the base plate 40 are made of a plastic.
  • the plate-shaped web 38 has a total of three through openings 42, 44 and 46.
  • the second through opening 44 is of circular cylindrical design and adapted to the cross section of the central section 30.
  • the first through opening 42 and the third through opening 46 are adapted to the cross section of the first edge section 32 and of the second edge section 34, respectively.
  • the through openings 42, 44, 46 are each designed such that the central section 30 is received in a clamping manner in the second through opening 44, that the first edge section 32 is received in a clamping manner in the first through opening 42 and that the second edge section 34 is clamped in the third through opening 46 is included, cf. 1.
  • the plastic component 36 in its function as a positioning component, the central section 30, the first edge section 32 and the second edge section 34 can thereby be fixed relative to one another.
  • the base plate 40 can in turn be used to position and fix the two side parts 18, 20 relative to one another and relative to the central part of the core, especially to the plate-shaped web 38 of the plastic component 36.
  • Fixing means for example latching means, can be provided on an underside of base plate 40, which cannot be seen in FIG. 4, in order to fasten the finished inductive component to a carrier, for example a housing or also a printed circuit board.
  • a carrier for example a housing or also a printed circuit board.
  • 5 shows only the two side parts 18, 20 with the two coils 14, 16. The coil 14 partially surrounds the central portion of the first side part 18 and the coil 16 partially surrounds the central portion of the second side part 20.
  • the convex inner sides of the edge sections 26, 28 are adapted to the outer shape of the coils 14 and 16, respectively.
  • FIG. 6 shows the middle part 22 of the core of FIG. 2 with the plastic component 36, which has the plate-shaped web 38 and the base plate 40.
  • the first edge section 32, the central section 30 and the second edge section 34 of the middle part 22 are fixed in a clamped manner in the through openings of the plate-shaped web 38.
  • FIG. 7 shows the plastic component 36 alone.
  • the plate-shaped web 38 is received in a groove 50 of the base plate 40, which can be seen in FIG. 10.
  • the dimensions of the groove 50 are adapted to the dimensions, in particular the thickness, of the plate-shaped web 38, so that the plate-shaped web 38 is received in the groove 50, for example by clamping.
  • FIGS. 8 and 9 show the plate-shaped web 38 alone from two different viewing angles.
  • an inductive component that can be produced automatically and also processed automatically.
  • such an inductive component according to the invention can be loaded with the same or even higher load than conventional inductive components with a central part made in one piece from ferrite.
  • a shunt in the middle part can be prevented by the plastic component 36 made of plastic, especially the plate-shaped web 38.
  • the size of a magnetic shunt can be set to a desired value by the plate-shaped web 38 of the plastic component 36.
  • 38 ferrite powder can be mixed into a plastic, for example, in the manufacture of the plate-shaped web.
  • the properties of the inductive component according to the invention can also be set by selecting the plastic for the plate-shaped web 38 of the plastic component 36.
  • the size of a parasitic stray capacitance can be set by the dielectric constant of the plastic of the plate-shaped web 38 and can be used, for example, to shift the resonance frequency point of the inductive component 10 be used. Ultimately, this leads to different impedance profiles over frequency
  • FIG. 11 shows a simplified equivalent circuit diagram of an inductive component according to the invention.
  • the equivalent circuit diagram has two branches connected in parallel.
  • the inductance L is first drawn, which is determined by the parameters of the coils used, including the number of turns.
  • An AC resistance ACR is shown in series with the inductance. This AC resistance ACR depends on the frequency of a signal that is applied to the inductive component.
  • the DC resistance DCR is also shown serially to the inductance in the right branch, in other words the ohmic resistance of the inductive component, which is determined, among other things, by the material used for the coils and their cross section and their wire length.
  • a capacitance C is shown in the left branch of the equivalent circuit diagram in FIG. 11.
  • This capacitance C represents the stray capacitance of the inductive component.
  • This stray capacitance is mainly formed between two coils of the inductive component.
  • the plastic component 36 is inserted between the two coils, see FIG. 1.
  • the stray capacitance C of the inductive component according to the invention can thereby be influenced via the dielectric constant e r of the plastic component 36.
  • the equivalent circuit diagram shown in FIG. 11 also represents a resonance circuit.
  • the size of the stray capacitance C and thus also the resonance frequency of the inductive component according to the invention can be set.
  • the working range of the inductive component according to the invention can also be changed flexibly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kern für ein induktives Bauelement mit wenigstens einem ersten Seitenteil, einem Mittelteil und einem zweiten Seitenteil, wobei das Mittelteil einen zentralen Abschnitt, einen ersten Randabschnitt, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, und einen zweiten Randabschnitt aufweist, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, wobei der zentrale Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Randabschnitt angeordnet ist, bei dem wenigstens ein Kunststoffbauteil vorgesehen ist, das wenigstens zwischen dem zentralen Abschnitt und dem ersten Randabschnitt und/oder zwischen dem zentralen Abschnitt und dem zweiten Randabschnitt vorgesehen ist, um eine Streukapazität des induktiven Bauelements einzustellen und einen magnetischen Nebenfluss des induktiven Bauelements zu beeinflussen.

Description

Kern für induktives Bauelement und induktives Bauelement
Die Erfindung betrifft einen Kern für ein induktives Bauelement mit wenigstens einem ersten Seitenteil, einem Mittelteil und einem zweiten Seitenteil, wobei das Mittelteil einen zentralen Abschnitt, einen ersten Randabschnitt, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, und einen zweiten Randabschnitt aufweist, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, wobei der zentrale Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Randabschnitt angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch ein induktives Bauelement mit einem erfindungsgemäßen Kern.
Kerne für induktive Bauelemente werden in zahlreichen unterschiedlichen Formen hergestellt. Automatisiert herstellbar sowie verarbeitbar sind beispielsweise Kerne, deren Seitenteile allgemein die Querschnittsform eines großen Buchstabens E aufweisen. Im Rahmen dieser Querschnittsform können die Seitenteile spezielle geometrische Ausprägungen aufweisen und werden dann beispielsweise als E-Kerne, PQ-Kerne, ETD-Kerne, RM-Kerne etc. bezeichnet. Sollen entsprechende Seitenteile mit vergleichsweise langen Spulen bewickelt werden, kommen Mittelteile zum Einsatz, die dann üblicherweise die Form zweier, mit ihren Rückseiten aneinandergelegter Seitenteile aufweisen. Bei solchen Mittelteilen ist dann ein zentraler Abschnitt, der beispielsweise kreiszylindrisch ausgeführt ist, ein erster Randabschnitt, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, und ein zweiter Randabschnitt vorgesehen, der symmetrisch zum ersten Randabschnitt aufgebaut ist und ebenfalls parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist. Damit solche Mittelteile den erheblichen mechanischen Belastungen standhalten können, denen induktive Bauelemente mit solchen Kernen ausgesetzt sind, beispielsweise bis zum Zehnfachen der Erdbeschleunigung, können bei den Mittelteilen der erste Randabschnitt, der zentrale Abschnitt und der zweite Randabschnitt mittels eines Mittelstegs miteinander verbunden werden. Ein solcher Mittelsteg wäre einstückig mit dem Mittelteil und den beiden Randabschnitten ausgeführt, so dass das Mittelteil eine stabile Einheit bildet und mechanisch gleich stark wie die Seitenteile belastbar ist. In magnetischer Hinsicht bildet der Mittelsteg einen Nebenschluss. Zwischen zwei Spulen eines induktiven Bauelements ergibt sich eine Streukapazität.
Mit der Erfindung sollen ein Kern für ein induktives Bauelement und ein induktives Bauelement, die automatisiert herstellbar und verarbeitbar sind, verbessert werden.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Kern mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgesehen Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein erfindungsgemäßer Kern für ein induktives Bauelement weist wenigstens ein erstes Seitenteil, ein Mittelteil und ein zweites Seitenteil auf, wobei das Mittelteil einen zentralen Abschnitt, einen ersten Randabschnitt, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, und einen zweiten Randabschnitt aufweist, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, wobei der zentrale Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Randabschnitt angeordnet ist. Es ist wenigstens ein Kunststoffbauteil vorgesehen, das wenigstens zwischen dem zentralen Abschnitt und dem ersten Randabschnitt und/oder wenigstens zwischen dem zentralen Abschnitt und dem zweiten Randabschnitt vorgesehen ist, um eine Streukapazität des induktiven Bauelements einzustellen und einen magnetischen Nebenfluss des induktiven Bauelements zu beeinflussen.
Durch Vorsehen des Kunststoffbauteils können somit die elektrischen Eigenschaften und ganz speziell die Resonanzfrequenz eines mit dem erfindungsgemäßen Kern versehenen induktiven Bauelements eingestellt werden. Dies erfolgt durch geeignete Auswahl der Dielektrizitätszahl er des für das Kunststoffbauteil verwendeten Kunststoffs. Gegenüber konventionellen Kernen für induktive Bauelemente, bei denen der zentrale Abschnitt mittels eines Ferritstegs mit dem ersten Randabschnitt und dem zweiten Randabschnitt verbunden ist, kann auch der magnetische Nebenfluss vom zentralen Abschnitt zu den beiden Randabschnitten wesentlich verringert werden und bei geeigneter Auswahl des Materials des Kunststoffbauteils sogar vollständig verhindert werden. Darüber hinaus kann das Kunststoffbauteil selbstverständlich auch für eine mechanische Stabilisierung des Kerns sorgen, indem es eine mechanische Verbindung zwischen dem zentralen Abschnitt und dem ersten Randabschnitt sowie dem zweiten Randabschnitt bildet, und wirkt diesbezüglich als Positionierbauteil.
In Weiterbildung der Erfindung liegt eine Dielektrizitätszahl er des Kunststoffbauteils im Bereich von 1 bis 50, insbesondere im Bereich von 1 bis 10.
Auf diese Weise kann die Streukapazität eines mit dem erfindungsgemäßen Kern versehenen induktiven Bauelements in weiten Grenzen eingestellt werden und damit kann auch eine Resonanzfrequenz eines solchen induktiven Bauelements in weiten Grenzen verändert werden.
In Weiterbildung der Erfindung fixiert das Kunststoffbauteil den ersten Randabschnitt und den zweiten Randabschnitt in einer definierten Relativposition zueinander.
Auf diese Weise können der zentrale Abschnitt und die beiden Randabschnitte sicher zueinander fixiert werden und dadurch auch hohen mechanischen Belastungen standhalten. Die Fixierung des zentralen Abschnitts und der beiden Randabschnitte in einer definierten Relativposition zueinander erlaubt auch die automatische Verarbeitung des erfindungsgemäßen Kerns zu einem induktiven Bauelement.
In Weiterbildung der Erfindung umgibt das Kunststoffbauteil den zentralen Abschnitt des Mittelteils wenigstens über einen Teil der Länge des zentralen Abschnitts.
Auf diese Weise kann eine stabile mechanische Fixierung des zentralen Abschnitts erzielt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffbauteil aus einem Kunststoff mit geringer magnetischer Permeabilität ausgebildet.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein magnetischer Nebenschluss durch das Kunststoffbauteil vernachlässigbar ist. Die relative Permeabilität pr beträgt dann 1 oder liegt im Bereich von etwa 1.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffbauteil aus Silikon, Polyamid, Isopren oder Latex gebildet.
In Weiterbildung der Erfindung weist der Kunststoff des Kunststoffbauteils als Beimischung Kohlenstoff, Glasgranulat, eine keramische Verbindung oder ceramic compound und/oder Viskose auf. Ein Kunststoffbauteil sorgt zum einen für eine hohe mechanische Belastbarkeit des Kerns, der der mechanischen Belastbarkeit von einstückig gefertigten Mittelteilen von konventionellen Kernen gleichkommt oder diese sogar übertrifft. In Bezug auf die magnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kerns kann ein magnetischer Nebenschluss durch das Kunststoffbauteil vollständig oder zumindest annähernd vollständig vermieden werden. Je nach Auswahl des verwendeten Kunststoffs kann, falls ein definierter magnetischer Nebenschluss erwünscht ist, die Größe dieses magnetischen Nebenschlusses eingestellt werden. In Bezug auf die magnetischen Eigenschaften eines solchen Kerns bzw. eines solchen induktiven Bauelements wird durch die Erfindung eine erhebliche Verbesserung erreicht. In Bezug auf die elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kerns können durch Auswahl eines geeigneten Kunststoffs die elektrischen Eigenschaften ebenfalls definiert eingestellt werden. Das Kunststoffbauteil kann vorteilhaft mittels Spritzgießen oder einem Hotmelt- beziehungsweise Schmelzklebeverfahren hergestellt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Kunststoffbauteil als plattenförmiger Steg ausgebildet, der senkrecht zu dem zentralen Abschnitt, dem ersten Randabschnitt und dem zweiten Randabschnitt angeordnet ist und der drei Durchgangsöffnungen zum Aufnehmen des zentralen Abschnitts, des ersten Randabschnitts und des zweiten Randabschnitts aufweist.
Auf diese Weise können der zentrale Abschnitt und die beiden Randabschnitte in sehr einfacher Weise an dem Kunststoffbauteil angebracht werden. Insbesondere ist eine automatisierte Herstellung des Mittelteils möglich.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine erste der drei Durchgangsöffnungen an den Querschnitt des zentralen Abschnitts des Mittelteils, eine zweite der drei Durchgangsöffnungen an den Querschnitt des ersten Randabschnitts des Mittelteils und eine dritte der drei Durchgangsöffnungen an den Querschnitt des zweiten Randabschnitts des Mittelteils angepasst. Auf diese Weise können der zentrale Abschnitt und die beiden Randabschnitte sicher in dem Kunststoffbauteil fixiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung sind das Mittelteil, der erste Randabschnitt und/oder der zweite Randabschnitt in der jeweiligen Durchgangsöffnung des Kunststoffbauteils klemmend fixiert.
Auf diese Weise lässt sich eine Fixierung des Mittelteils und der beiden Randabschnitte in dem Kunststoffbauteil durch einfaches Einschieben des Mittelteils und der beiden Randabschnitte in die Durchgangsöffnungen des Kunststoffbauteils realisieren.
In Weiterbildung der Erfindung weisen das erste Seitenteil und das zweite Seitenteil allgemein einen Querschnitt ähnlich der Form des Buchstabens E auf.
Solche Seitenteile von Kernen werden beispielsweise als E-Kerne, PQ-Kerne, ETD-Kerne, RM- Kerne usw. bezeichnet und sind in Bezug auf ihre mechanischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften sehr vorteilhaft. Solche Kerne können auch automatisiert hergestellt und automatisiert verarbeitet, insbesondere bewickelt und zu induktiven Bauelementen komplettiert werden.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Kunststoffbauteil eine Grundplatte auf, von der ein plattenförmiger Steg senkrecht abragt, wobei die Grundplatte zum Fixieren des ersten Seitenteils und des zweiten Seitenteils des Kerns vorgesehen ist.
Auf diese Weise können mittels des Kunststoffbauteils in seiner Funktion als Positionierbauteil nicht nur das Mittelteil mit dem zentralen Abschnitt und den beiden Randabschnitten, sondern auch die beiden Seitenteile des Kerns fixiert werden. Dies ist insbesondere in Bezug auf eine automatisierte Fertigung eines induktiven Bauelements mit dem erfindungsgemäßen Kern äußert vorteilhaft.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Grundplatte auf ihrer, dem plattenförmigen Steg abgewandten Seite mit Fixiermitteln, insbesondere Rastmitteln oder Klemmmitteln, versehen.
Solche Fixiermittel können zur Befestigung des Kerns bzw. eines fertiggestellten induktiven Bauelements mit dem erfindungsgemäßen Kern verwendet werden.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch ein induktives Bauelement mit einem erfindungsgemäßen Kern gelöst, wobei das induktive Bauelement wenigstens eine Spule aufweist, die den zentralen Abschnitt des Mittelteils wenigstens abschnittsweise umgibt.
Ein solches induktives Bauelement ist mechanisch gleich hoch belastbar wie induktive Bauelemente mit konventionellen Kernen, weist aber in magnetischer Hinsicht den erheblichen Vorteil auf, dass kein magnetischer Nebenschluss durch das Mittelteil bewirkt wird oder ein magnetischer Nebenschluss durch geeignete Auswahl eines Kunststoffs für das Kunststoffbauteil definiert eingestellt werden kann. Darüber hinaus ist das induktive Bauelement vollautomatisiert herstellbar.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Dielektrizitätszahl des Kunststoffs des Kunststoffbauteils auf eine Induktivität der Spule abgestimmt, um eine definierte Resonanzfrequenz des induktiven Bauelements zu erhalten. Die Dielektrizitätszahl er kann durch eine Auswahl des Kunststoffs des Kunststoffbauteil eingestellt werden. Beispielsweise wird bei Verwendung von Silikon er=2,9, bei Verwendung von Polyamid er=1 ,7, bei Verwendung von Isopren er=2,1 und bei Verwendung von Latex er=24 erreicht. Wird der Kunststoff des Kunststoffbauteils mit Beimischungen wie beispielsweise Kohlenstoff, Glasgranulat, keramischen Verbindungen (cerami compound) oder Viskose versehen, kann die Dieelektrizitätszahl des Kunststoffs in noch weiteren Bereichen eingestellt werden. Beispielsweise weist Kohlenstoff er=2,5, Glasgranulat er=4,0, ceramic compound er=17 und Viskose er=34,5 auf.
Besonders in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften des induktiven Bauelements bietet die Erfindung somit erhebliche Vorteile gegenüber konventionellen induktiven Bauelementen. Die Resonanzfrequenz des induktiven Bauelements ist erfindungsgemäß einstellbar, so dass der Arbeitsbereich des induktiven Bauelements flexibel verändert werden kann..
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes induktives Bauelement von schräg oben,
Fig. 2 eine Darstellung des Kerns des induktiven Bauelements der Fig. 1 ,
Fig. 3 den Kern der Fig. 2, wobei das Kunststoffbauteil des Kerns weggelassen wurde,
Fig. 4 eine Darstellung des induktiven Bauelements der Fig. 1 , wobei vom Mittelteil des
Kerns der zentrale Abschnitt und die beiden Randabschnitte nicht dargestellt sind,
Fig. 5 das induktive Bauelement der Fig. 4, wobei das Kunststoffbauteil des Kerns nicht dargestellt ist,
Fig. 6 das Mittelteil des Kerns der Fig. 2,
Fig. 7 das Kunststoffbauteil des Kerns der Fig. 2,
Fig. 8 einen plattenförmigen Steg des Kunststoffbauteils der Fig. 7,
Fig. 9 den plattenförmigen Steg der Fig. 8 in einer Ansicht von vorne,
Fig. 10 eine Grundplatte des Kunststoffbauteils der Fig. 7 und
Fig. 1 1 eine Darstellung eines vereinfachten elektrischen Ersatzschaltbildes eines erfindungsgemäßen induktiven Bauelements. Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes induktives Bauelement 10 in einer Ansicht von schräg oben. Das induktive Bauelement 10 weist einen Kern 12 und zwei Spulen 14, 16 auf. Die beiden Spulen 14, 16 sind jeweils aus Flachdraht mit rechteckigem Querschnitt gewickelt, wobei eine schmale Seite des rechteckigen Querschnitts zur Mittellängsachse der beiden Spulen 14, 16 zeigt. Der Kern 12 weist ein erstes Seitenteil 18, ein zweites Seitenteil 20 und ein Mittelteil 22 auf. Die beiden Seitenteile 18, 20 sind identisch ausgebildet und weisen die Form eines sogenannten PQ- Kerns auf. Im Querschnitt gesehen, wobei eine Schnittebene dann in Fig. 1 auf halber Höhe des induktiven Bauelements 10 und die Mittellängsachse der beiden Spulen 14, 16 enthaltend verliefe, weisen die beiden Seitenteile 18, 20 die Querschnittsform eines Großbuchstabens E auf. Ein mittlerer Abschnitt 24 ist kreiszylindrisch ausgebildet und damit an die Innenform der beiden Spulen 14, 16 angepasst. Die beiden Randabschnitte 26, 28 weisen jeweils eine ebene Außenfläche und eine konvex gekrümmte Innenfläche auf, die wiederum an die Außenform der beiden Spulen 14, 16 angepasst ist.
Das Mittelteil 22 weist einen zentralen Abschnitt 30 sowie einen ersten Randabschnitt 32 und einen zweiten Randabschnitt 34 und ein Kunststoffbauteil 36 auf. Die beiden Randabschnitte 32, 34 sind identisch zueinander ausgebildet und weisen jeweils eine ebene Rückseite sowie eine konvex gekrümmte Innenseite auf. Die konvex gekrümmten Innenseiten sind jeweils an die Außenform der beiden Spulen 14, 16 angepasst. Die beiden Randabschnitte 32, 34 verbinden jeweils die Randabschnitte 26, 28 der beiden Seitenteile 18, 20 und setzen deren Form im Wesentlichen fort. In Fig. 1 sind die Randabschnitte 32, 34 und die Seitenteile 18, 20 vereinfacht dargestellt. In der Realität können die Seitenflächen der Randabschnitte 32, 34 und der Seitenteile 18, 20 fluchten, also absatzlos ineinander übergehen.
Der zentrale Abschnitt 30 ist kreiszylindrisch ausgeführt und verbindet die mittleren Abschnitte 24 der beiden Seitenteile 18, 20.
Eine Darstellung des Kerns 12 des induktiven Bauelements 10 der Fig. 1 ist in einer Ansicht von schräg oben in Fig. 2 dargestellt. Der Kern 12 weist die beiden Seitenteile 18, 20 sowie das Mittelteil 22 auf. Wie in Fig. 2 gut zu erkennen ist, verbindet das Mittelteil 22 die beiden Seitenteile 18, 20.
Die beiden Seitenteile 18, 20 bestehen beispielsweise aus einem Ferritmaterial und sind jeweils einstückig hergestellt. Beim Mittelteil 22 bestehen der zentrale Abschnitt 30 sowie die beiden Randabschnitte 32, 34 aus Ferritmaterial. Das Kunststoffbauteil 36 oder Positionierbauteil besteht aus einem Kunststoff, beispielsweise Silikon oder Polyamid.
Zwischen den jeweils aneinander anliegenden Stirnflächen der beiden Seitenteile 18, 20 und des Mittelteils 22 liegt kein messbarer Luftspalt vor, da die beiden Seitenteile 18, 20 auf den jeweils zugeordneten Stirnflächen des zentralen Abschnitts 30 bzw. des ersten Randabschnitts 32 und des zweiten Randabschnitts 34 aufliegen. In magnetischer Hinsicht ist aber dennoch ein geringer Luftspalt vorhanden, der durch geringfügige Unebenheiten der jeweiligen Stirnflächen verursacht ist. Zur Einstellung der magnetischen Eigenschaften des induktiven Bauteils 10 kann auch bewusst ein Luftspalt zwischen den beiden Seitenteilen 18, 20 und dem Mittelteil 22 eingestellt werden. Als Luftspalt bezeichnet wird auch ein Spalt, der durch Einlegen eines Kunststoffplättchens zwischen die beiden Seitenteile und das Mittelteil 22 hergestellt wird.
Fig. 3 zeigt lediglich die aus Ferritmaterial bestehenden Bestandteile des Kerns 12, nämlich die beiden Seitenteile 18, 20 und den zentralen Abschnitt 30 sowie den ersten Randabschnitt 32 und den zweiten Randabschnitt 34 des Mittelteils.
Fig. 4 zeigt das induktive Bauelement 10 der Fig. 1 , wobei vom Mitteilteil der zentrale Abschnitt sowie der erste Randabschnitt und der zweite Randabschnitt weggelassen wurden. Es ist in dieser Ansicht bereits zu erkennen, dass das Kunststoffbauteil 36 einen plattenförmigen Steg 38 aufweist, der senkrecht von einer Grundplatte 40 abragt. Sowohl der plattenförmige Steg 38 als auch die Grundplatte 40 sind aus einem Kunststoff hergestellt. Der plattenförmige Steg 38 weist insgesamt drei Durchgangsöffnungen 42, 44 und 46 auf. Die zweite Durchgangsöffnung 44 ist kreiszylindrisch ausgeführt und an den Querschnitt des zentralen Abschnitts 30 angepasst. Die erste Durchgangsöffnung 42 und die dritte Durchgangsöffnung 46 sind an den Querschnitt des ersten Randabschnitts 32 bzw. des zweiten Randabschnitts 34 angepasst.
Die Durchgangsöffnungen 42, 44, 46 sind jeweils so ausgebildet, dass der zentrale Abschnitt 30 klemmend in der zweiten Durchgangsöffnung 44 aufgenommen ist, dass der erste Randabschnitt 32 klemmend in der ersten Durchgangsöffnung 42 aufgenommen ist und dass der zweite Randabschnitt 34 klemmend in der dritten Durchgangsöffnung 46 aufgenommen ist, vgl. Fig. 1. Mittels des Kunststoffbauteils 36 in seiner Funktion als Positionierbauteil können dadurch der zentrale Abschnitt 30, der erste Randabschnitt 32 und der zweite Randabschnitt 34 relativ zueinander fixiert werden.
Die Grundplatte 40 kann wiederum dazu verwendet werden, die beiden Seitenteile 18, 20 relativ zueinander und relativ zum Mittelteil des Kerns, speziell zum plattenförmigen Steg 38 des Kunststoffbauteils 36, zu positionieren und zu fixieren.
Auf einer in Fig. 4 nicht erkennbaren Unterseite der Grundplatte 40 können Fixiermittel, beispielsweise Rastmittel, vorgesehen sein, um das fertiggestellte induktive Bauteil an einem Träger zu befestigen, beispielsweise einem Gehäuse oder auch einer Leiterplatte. Fig. 5 zeigt lediglich die beiden Seitenteile 18, 20 mit den beiden Spulen 14, 16. Die Spule 14 umgibt abschnittsweise den mittleren Abschnitt des ersten Seitenteils 18 und die Spule 16 umgibt abschnittsweise den mittleren Abschnitt des zweiten Seitenteils 20. In der Ansicht der Fig. 5 ist auch gut zu erkennen, dass die konvex ausgebildeten Innenseiten der Randabschnitte 26, 28 an die Außenform der Spulen 14 bzw. 16 angepasst sind.
Fig. 6 zeigt das Mittelteil 22 des Kerns der Fig. 2 mit dem Kunststoffbauteil 36, das den plattenförmigen Steg 38 und die Grundplatte 40 aufweist. Der erste Randabschnitte 32, der zentrale Abschnitt 30 und der zweite Randabschnitt 34 des Mittelteils 22 sind klemmend in den Durchgangsöffnungen des plattenförmigen Stegs 38 fixiert.
Fig. 7 zeigt das Kunststoffbauteil 36 alleine. Der plattenförmige Steg 38 ist in einer Nut 50 der Grundplatte 40 aufgenommen, die in Fig. 10 zu erkennen ist. Die Abmessungen der Nut 50 sind an die Abmessungen, speziell die Dicke des plattenförmigen Stegs 38 angepasst, so dass der plattenförmige Steg 38 beispielsweise klemmend in der Nut 50 aufgenommen ist.
Die Darstellungen der Fig. 8 und Fig. 9 zeigen den plattenförmigen Steg 38 alleine aus zwei unterschiedlichen Blickwinkeln.
Mit dem erfindungsgemäßen Kern 12 bzw. dem erfindungsgemäßen induktiven Bauelement 10 ist es möglich, ein automatisiert herzustellendes und auch automatisiert zu verarbeitendes induktives Bauelement bereitzustellen. Ein solches erfindungsgemäßes induktives Bauelement ist in mechanischer Hinsicht gleich hoch oder gar höher belastbar als konventionelle induktive Bauelemente mit einem einstückig aus Ferrit gefertigten Mittelteil. In magnetischer Hinsicht kann ein Nebenschluss im Mittelteil durch das aus Kunststoff bestehende Kunststoffbauteil 36, speziell den plattenförmigen Steg 38, verhindert werden. Bei geeigneter Auswahl des Kunststoffs kann die Größe eines magnetischen Nebenschlusses durch den plattenförmigen Steg 38 des Kunststoffbauteils 36 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Hierzu kann beispielsweise bei der Herstellung des plattenförmigen Stegs 38 Ferritpulver einem Kunststoff zugemischt werden.
In elektrischer Hinsicht können die Eigenschaften des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements ebenfalls durch die Auswahl des Kunststoffs für den plattenförmigen Steg 38 des Kunststoffbauteils 36 eingestellt werden. Die Größe einer parasitären Streukapazität kann durch die Dielektrizitätszahl des Kunststoffs des plattenförmigen Stegs 38 eingestellt werden und kann beispielsweise zum Verschieben des Resonanzfrequenzpunkts des induktiven Bauelements 10 verwendet werden. Dies führt letztlich zu unterschiedlichen Impedanzverläufen über die Frequenz gesehen
Fig. 11 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen induktiven Bauelements. Das Ersatzschaltbild weist zwei zueinander parallel geschaltete Zweige auf. Im rechten Zweig ist zunächst die Induktivität L eingezeichnet, die durch die Parameter der verwendeten Spulen bestimmt ist, unter anderem die Anzahl der Windungen. Seriell zur Induktivität eingezeichnet ist ein Wechselstromwiderstand ACR. Dieser Wechselstromwiderstand ACR ist von der Frequenz eines Signals abhängig, das an das induktive Bauelement angelegt wird. Ebenfalls seriell zur Induktivität im rechten Zweig eingezeichnet ist der Gleichstromwiderstand DCR, mit anderen Worten der Ohm'sche Widerstand des induktiven Bauelements, der unter anderem durch das für die Spulen verwendete Material und deren Querschnitt sowie deren Drahtlänge bestimmt ist.
Im linken Zweig des Ersatzschaltbildes der Fig. 1 1 ist eine Kapazität C eingezeichnet. Diese Kapazität C bildet die Streukapazität des induktiven Bauelements ab. Diese Streukapazität wird hauptsächlich zwischen zwei Spulen des induktiven Bauelements gebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement ist zwischen die beiden Spulen das Kunststoffbauteil 36 eingesetzt, siehe Fig. 1. Über die Dielektrizitätszahl er des Kunststoffbauteils 36 kann dadurch die Streukapazität C des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements beeinflusst werden.
Das in Fig. 11 dargestellte Ersatzschaltbild stellt aber auch einen Resonanzkreis dar. Über die Auswahl des Materials für das Kunststoffbauteil 36, mit anderen Worten über die Wahl der Dielektrizitätszahl des Kunststoffs des Kunststoffbauteils 36, kann die Größe der Streukapazität C und damit auch die Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements eingestellt werden. Dadurch kann aber auch der Arbeitsbereich des erfindungsgemäßen induktiven Bauelements flexibel verändert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kern für induktives Bauelement mit wenigstens einem ersten Seitenteil, einem Mittelteil und einem zweiten Seitenteil, wobei das Mittelteil einen zentralen Abschnitt, einen ersten Randabschnitt, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist und einen zweiten Randabschnitt aufweist, der parallel zum zentralen Abschnitt angeordnet ist, wobei der zentrale Abschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Randabschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kunststoffbauteil vorgesehen ist, das wenigstens zwischen dem zentralen Abschnitt und dem ersten Randabschnitt und/oder wenigstens zwischen dem zentralen Abschnitt und dem zweiten Randabschnittvorgesehen ist, um eine Streu kapazität des induktiven Bauelements einzustellen und einen magnetischen Nebenfluss des induktiven Bauelements zu beeinflussen.
2. Kern nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Dielektrizitätszahl des Kunststoffbauteils im Bereich von 1 bis 50, insbesondere im Bereich von 1 bis 10, liegt.
3. Kern nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil aus einem Kunststoff mit geringer magnetischer Permeabilität ausgebildet ist.
4. Kern nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil aus Silikon, Polyamid, Isopren oder Latex gebildet ist.
5. Kern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff als Beimischung Kohlenstoff, Glasgranulat, eine keramische Verbindung und/oder Viskose enthält.
6. Kern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kunststoffbauteil den zentralen Abschnitt, den ersten Randabschnitt und den zweiten Randabschnitt in einer definierten Relativposition zueinander fixiert.
7. Kern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil den zentralen Abschnitt des Mittelteils wenigstens über einen Teil der Länge des zentralen Abschnitts umgibt.
8. Kern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil als plattenförmiger Steg ausgebildet ist, der senkrecht zu dem zentralen Abschnitt des Mittelteils, dem ersten Randabschnitt und dem zweiten Randabschnitt angeordnet ist und der drei Durchgangsöffnungen zum Aufnehmen des zentralen Abschnitts des Mittelteils, des ersten Randabschnitts und des zweiten Randabschnitts aufweist.
9. Kern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste der drei Durchgangsöffnungen an den Querschnitt des zentralen Abschnitts des Mittelteils, eine zweite der drei Durchgangsöffnungen an den Querschnitt des ersten Randabschnitts und eine dritte der drei Durchgangsöffnungen an den Querschnitt des zweiten Randabschnitts angepasst ist.
10. Kern nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Abschnitt des Mittelteils, der erste Randabschnitt und/oder der zweite Randabschnitt in der jeweiligen Durchgangsöffnung klemmend fixiert sind.
1 1. Kern nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Seitenteil und das zweite Seitenteil allgemein einen Querschnitt ähnlich der Form des Buchstabens E aufweisen.
12. Kern nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Seitenteil und das zweite Seitenteil als E-Kern, PQ-Kern, ETD-Kern oder RM-Kern ausgebildet sind.
13. Kern nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbauteil eine Grundplatte aufweist, von der ein plattenförmiger Steg senkrecht abragt, wobei die Grundplatte zum Fixieren des ersten Seitenteils und des zweiten Seitenteils des Kerns vorgesehen ist.
14. Kern nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte auf ihrer dem plattenförmigen Steg abgewandten Seite mit Fixiermitteln, insbesondere Rastmitteln oder Klemmmitteln, versehen ist.
15. Induktives Bauteil mit einem Kern nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche und wenigstens einer Spule, die den zentralen Abschnitt des Mittelteils wenigstens abschnittsweise umgibt.
16. Induktives Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dielektrizitätszahl des Kunststoffs des Kunststoffbauteils auf eine Induktivität der Spule abgestimmt ist, um eine definierte Resonanzfrequenz des induktiven Bauteils zu erhalten.
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