WO2014086886A1 - Magnetische kerne und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2014086886A1
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Definitions

  • the present invention relates to magnetic cores, in particular soft magnetic cores, which have two or more ferrite materials with different magnetic properties, and to processes for their preparation.
  • Inductive components such as storage chokes, suppression chokes, transformers, etc. are important components for electronic circuits. These determine the cost of electronic circuits and components to a great extent, since in the manufacture of magnetic cores usually expensive materials and complex manufacturing - are required in order to ensure desired magnetic properties or a desired magnetic behavior and to provide sufficient Aus Kunststoffworth of magnetic cores over the entire power range. Furthermore, a volume corresponding to the size of the inductive component is required on associated circuit boards and in respective housings, so that a realization of overall compact structures in the course of increasing miniaturization becomes more and more complicated. In this case, of course, a high efficiency of importance, ie the lowest possible generation of power loss.
  • the document EP 1 501 106 B1 shows a ferrite core which is produced by gluing segments of pressed ferrite tablets together. The segments are each separated by a magnetic insulator.
  • the term "magnetic insulator” describes a material having a permeability of about one (permeability number of the vacuum) . These magnetic insulators act as distributed air gaps.
  • the insulating regions by means of insulating films or insulators, which interrupt the magnetic regions in the core, within the core, a heat conduction and thus a dissipation of heat from the core is achieved only to an insufficient degree.
  • the thermal resistance of the insulating regions is too large to provide a desired heat flow to surfaces that release the heat to the environment or a coupled heat reservoir, and thus to ensure a corresponding dissipation of heat.
  • a magnetic core having at least two interconnected materials of different magnetic permeability, each forming at least one region such that the formed regions are alternately arranged along a longitudinal direction of the magnetic core, and according to other aspects, solved by methods for producing corresponding cores.
  • a method of manufacturing the core may include providing at least two materials having different magnetic properties, such as at least two ferrite materials or a combination of at least one ferrite material and at least one oxide ceramic and the like, and filling a magnetic core corresponding shape for forming a volume of material in the mold such that the volume of material alternately comprises regions of each of the at least two materials. Furthermore, the at least two materials in the mold may be exposed to pressure as part of the process.
  • ferrite material in the context of the present disclosure, both a Vorferritmaterial, such as a metal oxide or generally a metal oxide, which is not exposed to any sintering process (metal oxide or metal oxide mixture before sintering process, in this sense precursor of a Ferrite material) as well as a sintering process or calcination process subjected to Vorferritmaterial (metal oxide or metal oxide mixture after sintering process or calcination process) is to be understood, which thus forms a ferrite material to be formed from the corresponding Vorferritmaterial, although linguistic no explicit distinction Ferrite material and its corresponding Vorferritmaterial can take place in view of the current production phase, as indicated above.
  • a Vorferritmaterial such as a metal oxide or generally a metal oxide, which is not exposed to any sintering process (metal oxide or metal oxide mixture before sintering process, in this sense precursor of a Ferrite material) as well as a sintering process or calcination process subjecte
  • a method of manufacturing a magnetic core comprises providing at least two materials having different magnetic properties.
  • a first of the at least two materials has a first ferrite material and a second of the at least two materials comprises a second ferrite material and / or an oxide ceramic material.
  • a shape corresponding to the magnetic core is filled to form a volume of material in the mold.
  • the volume of material alternately comprises areas of one of the at least two materials provided.
  • the at least two provided and filled into the mold materials are then subjected to a pressure.
  • sheared ferrite cores can be provided at a low cost, for example.
  • a magnetic core can be provided which enables an advantageous dissipation of heat, so that an elaborate cooling of the core can be dispensed with predominantly.
  • ferrite cores made of all-ceramics possible, which do not need organic see more adhesives or plastics and thereby provide a longer life than known cores.
  • the method may further comprise the subsequent application of pressure, an additional exposure of the material volume of a heat exposure.
  • the effect of heat on the material volume pressed by the action of pressure results in a sintering of the material volume, so that the connection of individual regions has greater stability. In this way ferrite cores with "sintered shear" can be produced at low cost.
  • the method may further comprise selecting the at least two materials so that the at least two materials selected have different Curie temperatures and / or different thermal conductivities and / or different thermal conductivities and / or different electrical conductivities and / or different magnetic properties Properties, such as different permeabilities or different saturation flux densities.
  • the method may further comprise selecting the at least two materials so that the at least two materials selected have different Curie temperatures and / or different thermal conductivities and / or different thermal conductivities and / or different electrical conductivities and / or different magnetic properties Properties, such as different permeabilities or different saturation flux densities.
  • the method may further comprise selecting the at least two materials so that the at least two materials selected have different Curie temperatures and / or different thermal conductivities and / or different thermal conductivities and / or different electrical conductivities and / or different magnetic properties Properties, such as different permeabilities or different saturation flux densities.
  • the method may further comprise adjusting the magnetic and / or mechanical and / or thermal and / or electrical properties of the first material and / or the second material prior to exposure to pressure by admixing an additive.
  • the additive may comprise at least one of titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), magnesium (Mg), copper (Cu), nickel (Ni), tin (Sn), germanium (Ge), strontium (Sr), zinc (Zn), manganese (Mn), potassium (K), niobium (Nb), zirconium (Zr), calcium (Ca), silicon (Si), vanadium (V), cobalt (Co), hafnium (Hf), tungsten (W), bismuth (Bi) group, an oxide of these elements and / or a carbonate and / or other chemical compound comprising any of these elements.
  • presintering the powder in the range of 700 ° to 1200 ° C., an occurrence of stresses during the actual sintering process can be prevented or stresses during sintering can be reduced.
  • the material volume in the mold is reduced by means of a pressure to less than 90% or less than 50% of the material volume or to at most 10% of the material volume.
  • the pressure action can be effected by means of a CNC-controlled hydraulic press.
  • pressure applied to the material composition in the mold can be adjusted and applied to the in-mold ferrite material and optional oxide ceramic material. This ensures that compacts resulting from the process have improved strength, strength, constant and homogeneous density.
  • a method of manufacturing a magnetic core comprising providing at least a first material and a second material having different magnetic properties, wherein the first material is a first ferrite material and the second material is a second Ferritic material and / or an oxide ceramic material comprises forming at least a first material volume portion by pressing at least a portion of the provided first material and forming at least a second material volume portion by pressing at least a portion of the provided second material, applying a liquid to form a liquid film at least on an exposed surface of the first material volume part and / or the second material volume part, and arranging a material volume part directly on the liquid film of another material volume part asst.
  • the bonding of the different ferrite materials and optional oxide ceramic materials may be performed in place of a common pressing by separately pressing the different ferrite and optional oxide ceramic materials into one core each.
  • different core pellets or core tablets can be provided based on the material volume parts, which allow a simple and very flexible production of different cores according to a modular system.
  • a sintering process can then be carried out by exposing the connected material volume parts to a heat action after the material volume parts have been arranged one above the other. After the sintering process, an inseparable interlocking connection of at least two material volume parts is created.
  • the sandwich-pressing process of the first aspect can be circumvented, in which the mold is filled with layers of powder of different material and the powder is subsequently pressed in the mold and individual areas of different material are no longer sufficiently separated from each other are.
  • the aqueous or alcoholic solution comprises a polyethylene glycol solution, a polyvinyl alcohol solution, or an acrylate solution.
  • a polyethylene glycol solution e.g., polyethylene glycol solution
  • a polyvinyl alcohol solution e.g., polyvinyl alcohol solution
  • an acrylate solution e.g., acrylate solution
  • other liquids are also conceivable. Thereby, an efficient annealing of ferrite material or oxide ceramic material by means of the film can be achieved.
  • the arranging of the at least one second material volume part comprises a rotation of the at least one second material volume part carried out during the arranging.
  • a magnetic core comprising at least two regions connected to each other and arranged alternately along a longitudinal direction of the magnetic core and comprising at least a first material and a second material different from each other and having different magnetic properties Have permeabilities, each having a region of a material of at least two materials.
  • the first material comprises a first ferrite material and the second material comprises a second ferrite material and / or an oxide ceramic material or the second material comprises a superparamagnetic material.
  • the at least two regions are connected to one another by sintering, that is, the at least two interconnected materials are sintered together.
  • sintering that is, the at least two interconnected materials are sintered together.
  • executed cores have a high stability.
  • At least one region is formed as a layer extending over the entire cross-sectional area of the magnetic core.
  • the second material has a relative permeability of less than 10 and the first material has a relative permeability of greater than 10.
  • air gaps can be reliably provided and a suitable saturation behavior of the core can be adjusted to a suitable extent.
  • a suitably high modulation can be achieved.
  • a relative permeability of the second material may be less than 3.
  • the coefficients of thermal expansion of the at least two materials differ from each other by less than 10% or by less than 5% or by less than 1% or by less than 0.5%. This ensures that corresponding magnetic cores have stable mechanical properties during operation.
  • the second material may have a superparamagnetic behavior. This realizes gaps with very low losses, since materials with superparamagnetic behavior have a very low hysteresis, so-called zero hysteresis.
  • the second material may be a composite material of nanoscale particles whose maximum size dimension is from a range of 5 nm to 50 nm. In these advantageous embodiments, very low loss gaps are implemented in a simple and very effective manner.
  • the second material may comprise nanoscale particles of ferrite material or metal material.
  • the second material may comprise nanoscale particles of ferrite material or metal material.
  • the second material may have a relative permeability ⁇ ⁇ with 1 ⁇ ⁇ ⁇ 3 or 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2, or 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1, 6 or 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1, 3.
  • the second material comprises the second ferrite material and the first and / or the second ferrite material has a mole fraction of ZnO in a range of 0 mol% to 60 mol% and / or Fe 2 0 3 in one Range from 20 mole% to 80 mole%.
  • the remainder to 100% consists essentially of MnO or NiO.
  • the molar percentage of metal ions can also be achieved by the use of other chemical compounds which carry the said metal ions.
  • extremely lossless areas can be provided by a predetermined ferrite material with a defined mixture, wherein mechanical and / or electrical see and / or thermal and / or magnetic properties are fixed.
  • the first and the second ferrite material have different molar proportions of zinc Zn (for example as ZnO) and / or copper Cu (for example as CuO).
  • ZnO zinc Zn
  • Cu copper Cu
  • At least the first ferrite material may comprise an additive comprising at least one of titanium (Ti), aluminum (Al), chromium (Cr), magnesium (Mg), copper (Cu), nickel (Ni), tin (Sn), germanium (Ge), strontium (Sr), potassium (K), niobium (Nb), zirconium (Zr), calcium (Ca), silicon (Si), vanadium (V), cobalt (Co), hafnium (Hf), tungsten (W), bismuth (Bi) existing group, an oxide of these elements and / or a Karbonatat and / or another chemical compound which comprises one of these elements. Accordingly, more advantageous adjustments of mechanical properties of the ferrite materials are possible.
  • the second material may comprise the second ferrite material.
  • the first ferrite material and the second ferrite materials have different saturation flux densities and / or Curie temperatures.
  • air gaps can be provided in a simple manner so as to provide, for example, a desired saturation behavior.
  • the second ferrite material may have a cure temperature of a range -cO 'C or from 0 ° C to 10 O' C or from 0 ° C to 50 ° C or from 15 ° C to 35 ° and the first ferrite material has a Curie temperature of a range of 100 ⁇ C to 700 ⁇ C or 100 ° C to 500 ° C or 200 ⁇ C to 350 ° C.
  • an advantageous magnetic behavior in particular an inductance temperature behavior and / or a more advantageous temperature behavior of the magnetic permeability of the core, can be set.
  • a more advantageous change in magnetic permeability along the length of the magnetic core may be established.
  • the first and the second ferrite material may have different Curie temperatures and / or different thermal conductivities and / or different thermal conductivities and / or different electrical conductivities.
  • a magnetic core with advantageous magnetic properties and / or thermal properties and / or electrical properties can be provided so that stray fluxes and / or induced voltages and / or heat flows can be advantageously suppressed or reduced and thus reduces a power loss converted in the inductive component becomes.
  • At least one region of ferrite material can be equipped with a very low permeability independent of its Curie temperature.
  • regions with the second ferrite material may become smaller from a center of the magnetic core in the longitudinal direction of the core toward an edge of the magnetic core. In this way, stray fluxes and bulges of the magnetic field can be suppressed in a more advantageous manner.
  • At least one region with the second ferrite material can be at most the same size as the smallest region with the first ferrite material. This ensures that the magnetic core has more advantageous magnetic properties.
  • a portion of a partial volume of a ferrite material having a range in which the mass fraction of the ferrite material of decreases more than 90 mass% or more than 95 mass% to less than 30 mass% or less than 10 mass% or less than 5 mass% or less than 1 mass%, to a total volume of the range less than 30% or less than 10% or less than 5% or less than 1%.
  • a multi-part core arrangement which comprises at least one magnetic core according to one of the previously explained embodiments and at least one winding which is provided above the at least one magnetic core.
  • magnetic cores are provided in which winding losses are significantly reduced by guiding the magnetic flux through the core.
  • magnetic cores are provided in which stray magnetic fluxes are suppressed.
  • magnetic cores in which an occurrence of eddy currents is suppressed are provided.
  • magnetic cores are provided in which the guidance of field lines in the core is optimized so that bulges of the field lines are suppressed as much as possible.
  • the present invention also provides magnetic cores having predetermined magnetic properties and / or thermal properties and / or mechanical properties and / or electrical properties and methods of making the same in which production costs are reduced with reduced power dissipation and stable operation with improved service life.
  • the present invention provides the advantage of cost-optimized production of cores according to the embodiments presented above.
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement for producing a magnetic core according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2A schematically shows a cross-sectional view of a magnetic core according to FIG.
  • Fig. 2B schematically shows a cross-sectional view of a magnetic core according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 2C schematically shows a cross-sectional view of a magnetic core according to another embodiment.
  • Fig. 2D schematically shows a cross-sectional view of a magnetic core according to another embodiment.
  • FIG. 3 schematically shows a portion of a first ferrite material and a portion of a second ferrite material over a portion of a magnetic core according to various embodiments.
  • FIG. 4A schematically shows a multi-part core arrangement according to an embodiment.
  • 4B schematically shows a view of a multi-part core assembly according to another embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a magnetic core manufacturing apparatus 100 according to an embodiment.
  • the arrangement 100 comprises a press 1 10 shown schematically in FIG. 1.
  • the arrangement 100 further comprises a mold 120, which corresponds to a magnetic core to be produced.
  • the mold 120 may be, as shown in FIG. 1, a negative of a bar core or I-core, but is not limited thereto.
  • forms (not shown) are conceivable which are suitable for the production of U or E cores.
  • all other forms known to those skilled in the art for forming cores are also included within the scope of the invention.
  • a ferrite material and an oxide ceramic material are provided which have different magnetic properties Have properties.
  • Oxide ceramic materials may comprise ceramic materials which may include ceramics based on alumina and / or zirconia and / or aluminum titanate and / or iron oxide.
  • the sintering temperature of the oxide ceramic material may, according to advantageous embodiments, be equal to the sintering temperature of the ferrite material or, according to alternative embodiments, may deviate from the sintering temperature of the ferrite material by less than 25% or by less than 10% or by less than 5%.
  • Magnetic properties may include magnetic permeability, core loss, saturation flux density, and the like.
  • the two materials are alternately filled in the mold 120 so that regions 142 and 144 are formed of a ferrite material and an oxide ceramic material, respectively.
  • the areas 142 and 144 are alternately arranged as shown in FIG.
  • the regions 142 and 144 of ferrite material and oxide ceramic material thus fill a volume in the mold 120 so that a volume of material 140 is provided in the mold 120.
  • the regions 142 and 144 in the material volume 140 may be provided as alternating regions that are stacked in alternating layers.
  • spacing elements can be provided perpendicular to one or more layers in order to also form adjacent areas as an alternative or in addition to areas formed above one another. Suitable spacers may be conductive or insulating plates, platelets or the like.
  • two ferrite materials are provided which have different magnetic properties. Magnetic properties may include magnetic permeability, core loss, saturation flux density, and the like. This alternative embodiment is described below also with reference to FIG. 1.
  • the two ferrite materials are alternately filled in the mold 120, so that regions 142 and 144 are each formed of a ferrite material.
  • the areas 142 and 144 are alternately arranged as shown in FIG.
  • the regions 142 and 144 of first and second ferrite material thus fill a volume in the mold 120 so that a volume of material 140 is provided in the mold 120.
  • the regions 142 and 144 in the material volume 140 may be provided as alternating regions that are stacked in alternating layers.
  • spacing elements can be provided perpendicular to one or more layers in order to also form adjacent areas as an alternative or in addition to areas formed above one another.
  • Suitable spacers may be conductive or insulating plates, platelets or the like.
  • the second ferrite material may have a relative magnetic permeability ⁇ ⁇ less than or equal to 20.
  • the second ferrite material may have a relative magnetic permeability ⁇ ⁇ in a range from 0.99 to 10 or in a range from 5 to 10.
  • the volume of material 140 is subjected to pressure. This can be done in the context of a slight pressing operation, such as a pre-pressing for easy compacting of material and subsequent further filling of the mold, or a pressing operation to produce a solid block of material.
  • the pressure action may be caused by the press 110, wherein a plunger (not shown) of the press 110 applies a force along a direction 150 to a surface of the area 142 exposed in the mold to thereby exert a pressure on the volume of material 140.
  • the direction 150 is oriented perpendicular to the surface of the region 142.
  • the pressurization reduces the volume of material 140.
  • the pressure action may reduce the volume of material 140 to less than 90% of the volume of material. According to further embodiments, the pressure action may reduce the volume of material 140 to less than 50% of the volume of material. According to further embodiments, the pressure action may reduce the volume of material 140 to at most 10% of the volume of material.
  • the pressure effect can be done for example in the context of dry pressing.
  • the mold 140 may be subjected to a heat supply during the pressure application, so that the material volume 140 is exposed to heat and heats up.
  • the mold 120 may be formed from a material that has correspondingly advantageous heat and / or thermal diffusivity properties.
  • the action of heat may occur prior to the application of pressure, according to some embodiments.
  • the heat may be applied after the pressure has been applied.
  • the heat can be applied simultaneously to the pressure effect.
  • Heating elements (not shown) for generating heat may be provided outside the mold 120 or integrated into the mold.
  • the mold 120 may also be designed to accommodate heating elements or have coupling regions for coupling to heating elements.
  • the volume of material 140 may be exposed to the action of heat during a presintering and / or a sintering process.
  • Embodiment can be applied to the material volume 140 a compression pressure of 0.5 to 5 tons / cm 2 at a presintering temperature in the range of 700 ° C-1200 ° C.
  • a compression pressure of 0.5 to 5 tons / cm 2 at a presintering temperature in the range of 700 ° C-1200 ° C.
  • embodiments with higher or lower compression pressure and / or higher or lower presintering temperatures are also conceivable for this purpose.
  • the different materials may be subjected to a presintering process prior to filling the mold 120.
  • the pre-sintered areas may be alternately arranged in the mold and subjected to a further sintering operation such that the amount of pre-sintered material is sintered together in the composite.
  • Pre-sintering may also be followed by optional grinding of the pre-sintered material, whereby a particle fineness of the material can be adjusted.
  • the milled material is then formed into grains in a spraying process. This can ensure that the mold 120 is filled with material of a predetermined composition and granularity. As a result, an advantageous desired strength can be set for the magnetic core to be produced.
  • heat is applied after the pressure has been applied.
  • the pressed by the pressure of material volume 140 may be exposed to heat in the context of Vorsinterns and / or a sintering process.
  • the pressed material volume 140 may be exposed to temperatures of 800 ° C to 1600 ° C.
  • the pressed material volume 140 of the mold 120 is removed and arranged in a suitable oven (not shown). Subsequently, the pressed material volume 140 in the oven (not shown) is exposed to heat for sintering.
  • the mold 120 shown in Fig. 1 is filled with two ferrite materials having different magnetic properties
  • the present invention is not limited to two ferrite materials. According to other non-illustrated embodiments, three ferrite materials of different magnetic properties, four ferrite materials of different magnetic properties or more than four ferrite materials of different magnetic properties may be used. Also, the ferrite materials may have paired magnetic properties (each two ferrite materials have the same magnetic properties, or generally, three or more of the different ferrite materials have the same properties).
  • the ferrite materials provided may be selected such that the selected ferrite materials have different Curie temperatures and / or different thermal conductivities and / or different temperature conductivities and / or different have electrical conductivities and / or different magnetic resistances and / or different magnetic properties.
  • a selection of suitable ferrite materials having different Curie temperatures and a corresponding filling of the mold 120 with subsequent pressure and heat to magnetic cores with a predetermined temperature dependence of the inductance and the magnetic permeability and the magnetic resistance and saturation behavior are also matched to the expected operating temperatures and / or ambient temperatures of the magnetic core.
  • an inductance of the magnetic core desired during operation and / or a change of the magnetic permeability and / or a desired saturation behavior along the length and / or over a cross section of the magnetic core and / or a change of the magnetic resistance via the magnetic core be discontinued.
  • a selection of the ferrite materials can be carried out according to further embodiments with regard to desired thermal and / or electrical and / or mechanical properties.
  • certain ferrite materials corresponding thermal and / or electrical properties of the core are set so that a thermal conductivity in the magnetic core or a heat transfer in the magnetic core or a thermal conductivity of the magnetic core or an electrical conductivity of the magnetic Kernens or a certain strength of the magnetic core is adjusted.
  • Mechanical and / or magnetic and / or thermal and / or electrical properties of provided ferrite materials can be further influenced by the addition of additives.
  • at least one ferrite material before the pressure is added at least one additive.
  • a non-limiting list of possible additives may be titanium (Ti), aluminum (AI), chromium (Cr), magnesium (Mg), copper (Cu), nickel (Ni), tin (Sn), germanium (Ge), strontium (Sr ), Sodium (Na), potassium (K), zinc (Zn), iron (Fe), manganese (Mn), as well as oxides and carbonates of these elements or other chemical compounds.
  • Additives may be incorporated into the spinel lattice of at least one ferrite material to provide a desired fine tuning of mechanical and / or magnetic properties of the at least one ferrite material. In the context of mechanical properties adjusted in addition to the desired magnetic properties, coordination of thermal and / or electrical properties can also take place.
  • adjustment of thermal expansion coefficients of the different ferrite materials may be made.
  • the coefficients of linear expansion of the different ferrite materials can be matched to one another such that the different coefficients of linear expansion differ by less than 10% or less than 5% or less than 1% or less than 0.5%.
  • the pressure can be applied by means of a CNC controlled hydraulic press.
  • a powder press may be provided here.
  • a CNC-controlled hydraulic press with double-filling shoe system may be provided, wherein a double-filling shoe system consists of two different filling shoes which transprotate different powders. Also, a single filling shoe is conceivable, which switches between two types of powder back and forth.
  • At least one of the provided ferrite materials may further have a mole fraction of ZnO in a range of 0 mole% to 60 mole%. Additionally or alternatively, the ferrite Fe 2 O 3 may have a mole fraction in a range of 20 mole% to 80 mole%.
  • the Curie temperature of a ferrite material can be influenced, inter alia, by a change in a mole fraction of ZnO, ie, based on the Curie temperature of a ferrite material, a Curie temperature adjustment to a desired value by adjusting a proportion ZnO be carried out in the ferrite material. In particular, as the proportion of ZnO is increased, the Curie temperature can be lowered.
  • a desired electrical resistance of the ferrite material can be adjusted.
  • a ferrite material may have a molar fraction of 35 mol% ZnO, 48 mol% Fe 2 O 3 and 17 mol% or less of MnO and / or NiO.
  • further additives and dopants may be provided.
  • a corresponding ferrite material has a Curie temperature of about -40 ° C.
  • a ferrite material may have a mole fraction of 5 mol% ZnO, 54 mol% Fe 2 O 3, and 41 mol% or less of MnO and / or NiO.
  • further additives and dopants may be provided.
  • a corresponding ferrite material has a Curie temperature of about 270 °.
  • one ferrite material may be a nickel-zinc ferrite having a relative magnetic permeability of 10 and another ferrite material may be a manganese-zinc ferrite having a relative magnetic permeability of 1800.
  • low Curie temperature ferrite materials are provided.
  • the term "low Curie temperature” should be understood to mean a Curie temperature in a range of less than 100 ° C.
  • Further illustrative embodiments herein include low Curie temperature ferrite materials whose Curie temperature is 30 ° C or less.
  • ferrite materials having Curie temperatures of -250 ° C to 0 ° C may be provided.
  • high Curie temperature ferrite materials are provided.
  • “high Curie temperature” ferrite materials are meant to refer to ferrite materials having a Curie temperature of greater than 10 O ° C.
  • these ferrite materials may have a Curie temperature in the range of 100 ⁇ C to 700 ° C or from 100 ⁇ C to 500 ⁇ C or from 200 ⁇ C to 350 ° C.
  • a ferrite material is provided as a first material and a composite of nanoscale particles is provided as a second material.
  • a composite of nanoscale particles is provided as a second material.
  • the second material is introduced between each two individual pieces, so that successive individual pieces are connected to one another by means of the second material.
  • the compound may be made by an adhesive.
  • suitable nanoscale particles have a maximum diameter and / or a maximum length in the extension direction from a range between 5 nm and 50 nm or preferably between 5 nm and 20 nm or more preferably between 5 nm and 10 nm.
  • suitable nanoscale particles may be provided by ferrite material.
  • suitable nanoscale particles may comprise metal (about 5 nm to 50 nm small), which may for example be embedded in a silica sheath.
  • a bonding substance such as a thermoplastic or a thermoset, may be offset with the ferrite crystals and / or metal crystals.
  • an admixture of nanoscale particles to an adhesive may be less than 20% or less than 10% or up to 99%.
  • the provided second material has a relative permeability ⁇ ⁇ , for which: 1 ⁇ ⁇ ⁇ 3, preferably 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2, more preferably 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1, 6, more preferably 1 ⁇
  • a technique for joining two ferrite materials is disclosed with reference to FIG. 2A.
  • the first material volume 220A and second material volumes 240A are pressed as individual pieces.
  • a liquid is applied to the top of an exposed surface of the first volume of material 220A.
  • the liquid may, according to illustrative embodiments, be an aqueous or alcoholic solution of polyethylene glycol or polyvinyl alcohol or acrylate.
  • the applied liquid dissolves ferrite material at the exposed surface of the volume of material 220A so that a film of loose ferrite particles forms on the exposed surface of the volume of material 220A. Then another area can be placed on the film.
  • the further region may be formed by an element of pre-sintered ferrite material or a pellet of ferrite material.
  • a film contacting surface of the film overlying area is annealed by the film so that ferrite materials from the area overlying the film go into solution.
  • a connection is formed between the material volume 220A disposed under the film and the area disposed above the film.
  • forming the region overlying the film may include locating the region over the film with rotation of the region performed during placement.
  • the techniques discussed above are not limited to two different materials. According to alternative embodiments, more than two materials of different magnetic properties may also be provided. Also, the above-explained technique can be repeatedly executed so as to gradually connect individual areas together and / or extend magnetic core or attach additional areas to a magnetic core.
  • FIGS. 2A to 2D schematically illustrates a cross-sectional view of a magnetic core 200A along an extending direction of the magnetic core 200A.
  • the magnetic core 200A has alternately arranged regions 220A and 240A of ferrite materials having different magnetic properties.
  • magnetic properties may include, for example, an inductance and / or a magnetic permeability and / or a magnetic resistance and / or core losses and / or saturation flux density.
  • the regions 220A and 240A are alternately arranged along the longitudinal direction and the extending direction of the magnetic core 200A. While portions 220A and 240A are shown in FIG.
  • the regions 220A of the magnetic core 200A shown in Fig. 2A are high Curie temperature regions.
  • the term "high Curie temperature” shall mean a Curie temperature that is greater than 100 ° C.
  • the regions 240A of the magnetic core 220A are low Curie temperature regions, where the term "low Curie temperature” denotes a Curie temperature of up to ⁇ ⁇ ' ⁇ according to an exemplary embodiment.
  • the regions 240A include regions of oxide ceramic material.
  • the regions 240A have nanoscale particles and exhibit superparamagnetic behavior.
  • the regions 240A constitute so-called "sintered gaps" in the core 200A. By providing this sintered gaps, premature saturation of the magnetic core 200A can be prevented.
  • the regions 240A further have a width 2B1.
  • the areas 220A have a width 2B2.
  • the width 2B2 of the regions 220A is greater than that Width 2B1 of the regions 240A. This sets the magnetic resistance to a small value.
  • the magnetic core 200A shows optimized guidance of field lines in the core, i. Bulging of the field lines is as much as possible suppressed when using a material having a permeability greater than 1 (e.g., 1, 3).
  • the air gaps must be increased approximately by the factor of the permeability to set the same magnetic resistance that would be obtained for a "real air gap.”
  • the permeability of this "air gap material” may not be too high, otherwise the magnetic circuit would prematurely saturate, because the magnetic resistance decreases and the air gaps can not be increased arbitrarily. Therefore, permeabilities of 1 -3 prove to be advantageous.
  • the field lines are deformed due to the greater magnetic resistance of the air gaps, so that bulges occur.
  • an optimal guidance of the field lines in the core is to be understood as a field line course in which tangents to the field lines have a component along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the core which is at least a factor of 1.5 relative to the component along the longitudinal direction or smaller by at least a factor of 3.5 or by at least a factor of 5.
  • the result is that the field liens are kept closer to the core and less bulging occurs. For this reason, the air gap induced eddy current losses in the copper lines are reduced.
  • the present disclosure is not limited to the foregoing widths.
  • the width 2B2 of the regions 220A may be smaller than the width 2B1 of the regions 240A or both widths may be the same.
  • FIG. 2A Although an embodiment is shown in FIG. 2A in which the regions 220A have a common width 2B2 and the regions 240A have a common width 2B1, this is not a limitation of the present disclosure.
  • different areas of the same ferrite material may have different widths, for example at least two different widths may be more than 1% or more than 5% or more than 10% or more than 25% or more than 50% % differ from each other.
  • inaccuracy in a winding to be placed over the core such as misalignment of the winding relative to the core, etc., can be compensated.
  • widths of regions 240A may have a width that depends on a distance to an end of the magnetic core 200A.
  • a first region may have a first distance to one end of the magnetic core 200A to which the first region has the lesser spacing (compared to the other end) and a first width, and a second region second distance to an end of the magnetic core 200A to which the second region has the smaller distance (compared to the other end) and a second width, wherein the first width is smaller than the second width when the first distance is smaller than the second distance and the first width is greater than the second width when the first distance is greater than the second distance.
  • Fig. 2B shows a cross-sectional view of a magnetic core 200B along a L Lucass sec. Extension direction of the magnetic core 200B.
  • regions 220B and 240B arranged with ferrite material of different magnetic properties.
  • the regions 220B and 240B are shown as layers extending over the entire cross-sectional area of the magnetic core 21BB, which are alternately arranged along the longitudinal direction of the magnetic core 21B0.
  • the magnetic core 200B further has peripheral surfaces 21B0.
  • the peripheral surface 21 OB form dynamic poles of the soft magnetic core in the presence of a magnetic field and represent surfaces of areas 220 B, which are respectively in contact with one of the areas 240 B only on one side.
  • the edge-side surfaces 21BB will hereinafter be referred to by the term "edge”.
  • the areas 220B have a width 3B3.
  • the regions 240B include regions 242B having a width 3B1 and regions 244B having a width 3B2.
  • the width 3B1 is smaller than the width 3B2.
  • the width of regions 240B decreases along a longitudinal direction of the core 200A toward the edge of the magnetic core 200B, with regions 246B disposed in a central region of the magnetic core 200B being larger than at an edge 21 OB located areas 242B.
  • the width 3B3 of the regions 240B is independent of the arrangement of the individual regions 240B.
  • the distance of a region to an edge 21B0 is to be understood as the distance of a region in the longitudinal direction of the core 200A from the edge 21BO which has the smallest distance from the region. It is possible to measure distances from one edge of an area of a region defining a region boundary of the region to a directly adjacent region, however, those skilled in the art will recognize that another suitable reference point, such as a geometric centroid of a region, also may be provided for measuring distances, provided that the reference point for each area is defined in an analogous manner. In the following, areas with respect to distance and / or arrangement should be further related to the edge 21 OB, which has the smaller distance from the area and be measured from the area boundary of a region which is located closest to the corresponding edge 21 OB.
  • the width 3B3 may be greater than or equal to the width 3B2. According to alternative embodiments, the width 3B3 may be less than or equal to the width 3B2.
  • Areas 240B are formed of low Curie temperature ferrite material according to an exemplary embodiment.
  • low Curie temperature means a Curie temperature of less than or equal to 10 "C.
  • the regions 240B comprise an oxide ceramic material.
  • the regions 240B have nanoscale particles and exhibit a superparamagnetic behavior.
  • the regions 220B are formed of high Curie temperature material.
  • high Curie temperature means that the Curie temperature is more than 100 ° C.
  • the decreasing width regions 240B provided in the magnetic core 200B which regions have low permeability, reliably suppress stray fields laterally of the magnetic core 200B.
  • "bulges" of the magnetic field occurring at the edges 21BB of the magnetic core 200B are increasingly suppressed by the regions 242B.
  • the regions 244B are mostly covered by a winding arranged above the magnetic core 200B, a magnetic field strength in these regions 220B is very large around the regions 244B. As a result, bulging of the magnetic field at the regions 244B is reliably suppressed.
  • These areas may have a larger width.
  • At least two different widths each may differ by at least 1% or at least 5% or at least 10% or at least 25% or at least 50%.
  • FIG. 2B also has optimum guidance of the field lines in the core. Corresponding explanations are also valid at this point in their entirety.
  • the magnetic core 200B shown in FIG. 2B represents equal-width regions 220B 3B3, equal-width regions 3B2 and equal-width regions 24BB 3B1, the present disclosure is not limited thereby.
  • different regions 220B may have different widths, for example, the regions 220B may become smaller or larger towards the edges.
  • different regions 244B may have different widths.
  • different regions 242B may have different widths.
  • widths of regions 240B may have a width that depends on a distance to the edge 21BOB of the magnetic core 200B.
  • a first region may have a first distance to the edge 21OB of the magnetic core 200B and a first width
  • a second region may have a second distance to the edge 21OB of the magnetic core 200B and a second width the first width is less than the second width when the first distance is less than the second distance and the first width is greater than the second width when the first distance is greater than the second distance.
  • FIG. 2C shows a cross-sectional view of a magnetic core 200C taken along a longitudinal axis.
  • FIG. Extension direction of the magnetic core 200C The magnetic core 200C has regions 220C and regions 240C, 242c, 244c, and 246c, each formed of ferrite materials having different magnetic properties (corresponding embodiments have been described with reference to FIGS. 2A and 2B, so that description is made accordingly is referenced). That is, the ferrite material forming the regions 220C has magnetic properties different from the magnetic properties of the ferrite material forming the regions 240C.
  • the magnetic property may include an inductance, a magnetic permeability, a magnetic resistance, a Curie temperature, a saturation flux density, etc.
  • the regions 240C comprise an oxide ceramic material. According to a further alternative embodiment, the regions 240C have nanoscale particles and exhibit superparamagnetic behavior.
  • the magnetic core 200C further has peripheral surfaces 210C.
  • the peripheral surfaces 21 OC form dynamic poles of the soft magnetic core in the presence of a magnetic field and represent surfaces of regions 220C, which are respectively in contact with one of the regions 240C only on one side.
  • the edges 21 OC will be referred to hereinafter as "edge".
  • the distance of an area to an edge 21 OC should be understood as the distance to the edge 21 OC, which has the smallest distance from the area. In the following sections with respect to distance and / or arrangement should be further referred to the edge 21 OC, which has the smaller distance from the area.
  • the areas 220C have a width 4B4.
  • the regions 240C include regions 242C having a width 4B1, regions 244C having a width 4B2, and a region 246C having a width 4B3.
  • the width 4B3 may be greater than the width 4B2.
  • the width 4B2 may in turn be greater than the width 4B1.
  • the width 4B4 may be at least as large as the width 4B3.
  • the width 4B4 may be smaller than the width 4B3 or even smaller than the width 4B2 to form at least one large "gap" in the magnetic core 200C It is noted that instead of one region 246C, two or more regions It should further be noted that the number of regions 242C and / or 244C may differ from the respective number shown in Fig. 2C, so that two or more regions 242C and / or two or more regions 244C and one corresponding number of areas 220C may be provided.
  • FIG. 2C also has optimum guidance of the field lines in the core. Corresponding explanations are also valid at this point in their entirety.
  • the magnetic core 200C has, according to an exemplary embodiment, regions 240C whose width decreases toward the edge 21OC of the magnetic core 200C.
  • regions 220C are formed of a high Curie temperature material.
  • high Curie temperature refers to Curie temperatures greater than 100 ° C.
  • the regions 240C are formed of a low Curie temperature ferrite material.
  • the term "low Curie temperature” refers to Curie temperatures of less than or equal to 100 ° C.
  • the magnetic core 200C shown in FIG. 2C represents equal-width regions 220C 4B4, equal-width regions 244C 4B2 and equal-width regions 242C 4B1, the present disclosure is not limited thereby.
  • embodiments are conceivable in which different regions 220C may have different widths, for example, the regions 220C may become smaller or larger towards the edges. Additionally or alternatively, different regions 244C may have different widths. Additionally or alternatively, different regions 242C may have different widths. According to exemplary embodiments, at least two different widths may differ by at least 1% or at least 5% or at least 10% or at least 25% or at least 50%.
  • widths of regions 240C may have a width that depends on a distance to edge 210C of magnetic core 200C.
  • a first region may have a first distance to the edge 210C of the magnetic core 200C and a first width
  • a second region may have a second distance to the edge 210C of the magnetic core 200C and a second width Width is less than the second width when the first distance is less than the second distance and the first width is greater than the second width when the first distance is greater than the second distance.
  • Fig. 2D shows a cross-sectional view of a magnetic core 200D along a lengthwise direction of the magnetic core 200D.
  • the magnetic core 200D has regions 220D and regions 240D.
  • FIGS. 2A to 2C reference is made to the embodiments of FIGS. 2A to 2C with respect to the corresponding regions 220A, 220B, 220C, 240A, 240B, 240C.
  • the regions 220D are formed of a high Curie temperature ferrite material.
  • high Curie temperature refers to a Curie temperature greater than 100 ° C.
  • the regions 240D are formed of a low Curie temperature ferrite material.
  • the term "low Curie temperature” refers to Curie temperatures of less than or equal to 100 ° C.
  • the regions 240D comprise an oxide ceramic material.
  • the regions 240D have nanoscale particles and exhibit a superparamagnetic behavior.
  • the regions 220D and 240D are made of materials may be formed, which differ with respect to their magnetic properties and / or with respect to their thermal properties and / or with respect to their electrical properties.
  • Magnetic properties may include inductivity, magnetic permeability, magnetic resistance, core loss, saturation flux density, etc.
  • the magnetic core 200D further has peripheral surfaces 21 OD.
  • the peripheral surfaces 21 OD form dynamic poles of the soft magnetic core in the presence of a magnetic field and represent surfaces of regions 220D, which are respectively in contact with one of the regions 240D only on one side.
  • the edge-side surfaces 21 OD will hereinafter be referred to by the term "edge".
  • the distance of a region to an edge 21 OD should be understood as the distance to the edge 21 OD, which has the smallest distance from the region.
  • areas with respect to distance and / or arrangement should be further related to the edge 21 OD, which has the smaller distance from the area.
  • a reference point for each region should be determined according to considerations made earlier on, so that a distance of a region to the edge can be measured.
  • the magnetic core 200D is divided into three sections: two sections R1 and R2 denote sections each comprising a rim 21 OD.
  • a portion M is disposed between the two portions R1 and R2 so that each one end of the portion M is in contact with one of the portions R1 and R2.
  • the portion R2, as shown in Fig. 2D, includes regions 220D having volumes V1, V3, and V5. According to exemplary embodiments, the volumes V1 and V3 are the same size, while the volume V5 is greater than V1 or V3.
  • volumes V1 and V3 are conceivable, which are of different sizes, for example, the volume V3 may be greater than the volume V1, wherein the volume V3 is smaller than the volume V5.
  • Portions 240D in section R2 have volumes V2, V4, and V6 that are equal in size. It is noted that this is not a limitation of the present disclosure. Alternative embodiments are also conceivable in which the volumes V2, V4 and V6 have different sizes, for example V2 can be smaller than V4, which is smaller than V6.
  • R1 may have a configuration that corresponds to section R2.
  • the section M has areas 21 OD having volumes V7, V9, V1 1 and V13.
  • the volumes V9 and V1 1 are greater than the volumes V7 and V13.
  • the volumes V13 and V7 and the volumes V1 1 and V9 are the same size.
  • the volumes V7 and V13 or V9 and V1 1 may be different in size.
  • the volumes V9 and V1 1 may be at most equal to the volume V10.
  • the areas 240D of the section M have volumes V8, V10 and V12. According to exemplary embodiments, the volume V10 is greater than the volumes V8 and V12. According to other exemplary embodiments, the volumes V8 and V12 may be equal. Alternatively, the volumes V8 and V12 may be different in size.
  • the magnetic core 200D shown in FIG. 2D includes regions 240D, all of whose volumes may be smaller than the largest volume among regions 220D, in accordance with exemplary embodiments.
  • a volume, and accordingly a size, of each of the regions 240D may be less than or equal to a volume, and thus a size, of the smallest directly adjacent region 220D, e.g. is: V2 less than V1, V3; V4 is less than or equal to V3 less than V5; V6 smaller V5, V7; V8 less than or equal to V7 less V9; V10 is smaller than V9, V1 1; V12 less than or equal to V13 less than V1 1 etc.
  • the core 200D is configured such that the volumes V10, V8, V6, V4, V2 decrease along a longitudinal direction of the core 200D toward the edge 21 OD.
  • a decrease may be set according to the requirements of the core 200D. For example, a linear relationship between the decrease in volumes toward the edge may be determined with increasing distance from a center of gravity of the core 200D or as the distance to the edge 21 OD decreases.
  • a logarithmic relationship, an exponential relationship, or another suitable relationship formed by a concatenation of different functions may be provided so that the concatenation parameterizes a monotonically decreasing or strictly monotonically decreasing behavior along the longitudinal direction of the core.
  • volume may be replaced by "width” and its meaning as the width of a region.
  • Embodiments in which two ferrite materials have different Curie temperatures have been described with reference to FIGS. 1 and 2A to 2D. This is not a limitation of the present disclosure.
  • the embodiments described with reference to these figures are fully applicable to situations in which the low Curie temperature ferrite materials have low magnetic permeability and / or low saturation flux density materials and the high Curie ferrite materials Temperature can be replaced by materials with high magnetic permeability and / or high saturation flux density. A corresponding description results directly from a corresponding replacement.
  • FIGS. 2A to 2D Embodiments in which two ferrite materials having different magnetic properties form a magnetic core have been described with reference to FIGS. 2A to 2D. This is not a limitation of the present disclosure. The concepts and explanations explained with reference to FIGS. 2A to 2D can be fully applied to cases involving 3 or more ferrite materials of different magnetic properties. Reference is made to corresponding explanations in the context of the description of FIG. 1.
  • FIG. 3 illustrates a relationship between the proportion of a first ferrite material having a first magnetic property and the proportion of a second ferrite material having a second magnetic property different from the first magnetic property across a portion of a magnetic core.
  • An abscissa 310 of the graph 300 represents a direction along a magnetic core having a non-vanishing component along a longitudinal direction of the magnetic core.
  • An ordinate 320 of the graph 300 represents a weight or mole fraction. The ordinate 320 may be such normalized units have a point 324 on the ordinate 320 corresponds to a mass fraction or mass fraction of 100% or 1.
  • a point 329 on the ordinate 320 may correspond to a mass fraction measured in percent greater than 95% or greater than 90% (or greater than 0.95 or greater than 0.90).
  • a point 328 on the ordinate 320 may represent a mass fraction with unit percent less than 30% (or 0.30) or less than 10% (or 0.10) or less than 5% (or 0, 05) or less than 1% (or 0.01).
  • the graph 300 is only schematic and serves to explain the term boundary of areas.
  • a curve 340 of the graph 300 represents the mass fraction of the first ferrite material.
  • a curve 360 of the graph 300 represents the mass fraction of the second ferrite material in the above-mentioned direction along a magnetic core over a range.
  • the curve 360 of the second ferrite material is strictly monotonically decreasing in an interval in which the curve 340 is strictly monotonically increasing. This means that, in this interval of the direction along the magnetic core, there is a decrease in the molar fraction or mass fraction of the second ferrite material with a simultaneous increase in the molar mass or mass fraction of the first ferrite material.
  • the curves 340 and 360 intersect at a point in this interval so that both ferrite materials have an equal mass fraction at this point.
  • the mass fraction or mole fraction of a ferrite material between every two points of intersection is always greater than the mass or mole fraction of the other ferrite material.
  • a boundary region in the context of the present disclosure is defined as a region in which the mass fraction of a ferrite material decreases from a value on the ordinate, corresponding approximately to point 329, to another value on the ordinate, approximately corresponding to point 328. This results in a limited by the points 318 and 319 interval around the point 314 on the abscissa 310 and thus to a boundary between two areas.
  • defined boundary areas are narrow or sharp or two areas are well separated from one another.
  • a good separation of two areas or narrow or sharp boundary areas is achieved by ensuring that the beds are already well separated before pressing. This can be achieved, for example, in that the filling shoe is pulled flat. It can also be ensured that a good separation is maintained even during the temperature treatment, if the Gegein discoverede interdiffusion is kept as low as possible. This is achieved according to specific embodiments by selecting the different material composition of the different materials as closely as possible.
  • a use of preglowed or pre-sintered or prereacted powder can bring about a further local "prefixing" of the different materials, thus according to embodiments it was found that a portion of a partial volume of a ferrite material has a mass proportion of the ferrite material of more than 90% by mass or more than 95% by mass to less than 30% by mass or less than 10% by mass or less than 5% by mass or less than 1% by mass. to the total volume of the range less than 30% or less than 10% or less than 5% or less than 1%.
  • the terms “narrow”, “sharp”, “good separation” are intended to refer to the preceding discussion be understood.
  • the present invention provides magnetic cores having regions of ferrite materials of different magnetic properties which are more closely spaced than the prior art dictates. Due to the sharp or clear separation, which have areas of ferrite materials of different magnetic properties according to the invention, magnetic cores with well-defined or predetermined magnetic properties and / or thermal Properties and / or electrical properties and / or mechanical properties provided.
  • FIG. 4A shows a two-part core arrangement in which a bar core 41 OA designed according to the invention is combined together with a conventional C or U core 420A.
  • a winding 440A is arranged over the magnetic core 41 OA.
  • the winding 440A has wire ends 442A and 444A, respectively, which may be connected to respective winding terminals.
  • the winding 440A is provided over the core 41 OA such that a volume centroid of the winding 440A substantially coincides with a volume centroid of the core 41 OA.
  • the volume center of the coil 440A is disposed over a portion of the core 41 OA made of a ferrite material identical to a portion of ferrite material in which the volume center of gravity of the core 41 OA is disposed.
  • the region may comprise high Curie temperature ferrite material.
  • the region may comprise low Curie temperature ferrite material.
  • high / low Curie temperature according to previous explanations to understand.
  • Fig. 4B shows another embodiment of a multi-part core assembly in which two rod cores 41B and 415B are provided, formed in accordance with the present disclosure.
  • Possible embodiments for rod cores according to the invention were described with reference to FIGS. 2A to 2D.
  • magnetic cores according to the invention as described above may be provided as corresponding magnetic cores 41B and 415B in the magnetic assembly 400B.
  • the magnetic cores 41B, 415B may be connected by means of a yoke 420D.
  • no yoke may be provided.
  • Windings 440B and 460B are provided above the cores 41B and 415B, respectively.
  • the windings 440B and 460B have wire ends 442B and 462B that may be connected to corresponding wire terminals.
  • FIGS. 4A and 4B are not a limitation of the present disclosure and are arrangements with different numbers of magnetic cores made of different numbers of ferrite materials of various properties Combination with any number of conventional magnetic cores conceivable.
  • the core shapes are not limitative, but arrangements based on E, U, I cores and other shaped cores (see also explanations with reference to Fig. 1) and their combination can be realized.
  • an edge of a magnetic core is preferably to be understood as a boundary of the core in the axial direction.
  • edge or “boundary” refers to surfaces of the magnetic core that provide pole faces of the magnetic core in concrete applications of the core.
  • magnetic materials in the context of the present disclosure are to be understood primarily as soft magnetic materials and in particular ferrimagnetic materials.
  • the most commonly used group of ferrimagnetic materials are ferrites in which divalent metal ions form two lattices (also called sublattices) separated by close-packed (spinel structure of the ferrites) oxygen atoms.
  • Embodiment 1 Embodiment 1:
  • a method of manufacturing a magnetic core comprising:
  • first material comprises a first ferrite material and the second material comprises a second ferrite material and / or an oxide ceramic material;
  • Exposing the at least two materials in the form of a pressure action Exposing the at least two materials in the form of a pressure action.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • Embodiment 3 Method according to embodiment 1 or 2, the method further comprising selecting the at least two materials so that the at least two materials have different magnetic permeabilities and / or different Curie temperatures and / or different thermal conductivities and / or different thermal conductivities and / or different have electrical conductivities and / or different saturation flux densities.
  • Embodiment 4 is a diagrammatic representation of Embodiment 4:
  • any of embodiments 1 to 3 the method further comprising adjusting the magnetic and / or mechanical and / or thermal and / or electrical property of the first material and / or the second material prior to exposure to pressure by admixing an additive, which is at least one of Ti, Al, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, Zn, Fe, Mn, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W, and Bi , an oxide of one of these elements and / or a carbonate of one of these elements and / or any compound of these elements.
  • an additive which is at least one of Ti, Al, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, Zn, Fe, Mn, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W, and Bi , an oxide of one of these elements and / or a carbonate of one of these elements and / or any compound of these elements.
  • an additive which is at least one of Ti, Al,
  • Embodiment 7 Method according to one of embodiments 1 to 5, wherein the material volume in the mold is reduced to less than 90% or less than 50% of the material volume or at most 10% of the material volume by the application of a pressure effect.
  • Embodiment 8 is a diagrammatic representation of Embodiment 8
  • a method of manufacturing a magnetic core comprising:
  • first material comprises a first ferrite material and the second material comprises a second ferrite material and / or an oxide ceramic material; Forming at least a first volume of material by pressing at least a portion of the provided first material;
  • Embodiment 9 is a diagrammatic representation of Embodiment 9:
  • Embodiment 10 Process according to embodiment 8, wherein the liquid is an aqueous or alcoholic solution of polyethylene glycol or polyvinyl alcohol or acrylate or a mixture thereof.
  • Embodiment 10 is an aqueous or alcoholic solution of polyethylene glycol or polyvinyl alcohol or acrylate or a mixture thereof.
  • disposing a material volume part comprises rotating the material volume part performed during placement.
  • Embodiment 1 1 is a diagrammatic representation of Embodiment 1 1:
  • Embodiment 12 is a diagrammatic representation of Embodiment 12
  • Magnetic core comprising:
  • each region having a material of at least first and second material
  • first material comprises a first ferrite material and the second material comprises a second ferrite material and / or an oxide ceramic material or the second material comprises a superparamagnetic material.
  • Embodiment 13 is a diagrammatic representation of Embodiment 13:
  • Embodiment 15 A magnetic core according to embodiment 12 or 13, wherein the second material has a relative permeability of less than 10 and the first material has a relative permeability greater than 10.
  • Embodiment 16 is a diagrammatic representation of Embodiment 16:
  • Embodiment 17 is a diagrammatic representation of Embodiment 17:
  • Embodiment 18 is a diagrammatic representation of Embodiment 18:
  • Embodiment 19 A magnetic core according to any one of Embodiments 12 to 17, wherein the second material has a superparamagnetic behavior.
  • Embodiment 21 Magnetic core according to one of embodiments 18 to 20, wherein the second material has a relative permeability ⁇ ⁇ with 1 ⁇ ⁇ ⁇ 3 or 1 ⁇ ⁇ ⁇ 2, or 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1, 6 or 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1 3, embodiment 22 has:
  • Embodiment 24 is a diagrammatic representation of Embodiment 24.
  • Embodiment 26 is a diagrammatic representation of Embodiment 26.
  • Embodiment 27 is a diagrammatic representation of Embodiment 27.
  • Embodiment 28 A magnetic core according to any one of Embodiments 12 or 26, wherein regions of the second material become smaller from a center of the magnetic core in the longitudinal direction of the core toward an edge of the magnetic core.
  • Embodiment 28 :
  • Embodiment 29 is a diagrammatic representation of Embodiment 29.
  • Embodiment 30 is a diagrammatic representation of Embodiment 30.
  • Multi-part core assembly comprising:
  • At least one magnetic core according to any one of embodiments 12 to 29; and at least one winding provided over the at least one magnetic core.
  • magnetic cores and methods of making the same are provided wherein the magnetic cores comprise at least two materials having different magnetic properties, wherein the materials are selected from a ferrite material, an oxide ceramic material and a superparamagnetic material and formed alternately in discrete regions along the magnetic core ,

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt magnetische Kerne und Verfahren zu deren Herstellung bereit, wobei die magnetischen Kerne mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, wobei die Materialien aus einem Ferritmaterial, einem Oxidkeramikmaterial und einem superparamagnetischen Material ausgewählt werden und entlang des magnetischen Kerns abwechselnd in einzelnen Bereichen ausgebildet sind.

Description

Magnetische Kerne und Verfahren zu deren Herstellung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft magnetische Kerne, insbesondere weichmagnetische Kerne, die zwei oder mehr Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufwei- sen, sowie Verfahren zu deren Herstellung.
Hintergrund der Erfindung
Die stetige Weiterentwicklung auf dem Sektor der Elektronik führt zu immer leistungsfähigeren elektronischen Schaltungen, die in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden und daher auch eine entsprechende Versorgung mit geeigneten Spannungen und Strömen erfordern. Ein Augenmerk bei der Entwicklung neuer leistungsfähiger Schaltungen ist auch auf eine zunehmende Miniaturisierung elektronischer Bauelemente gerichtet, wodurch eine immer breitere Anwendung elektronischer Steuerungs- und Leistungsschaltungen in vielen Bereichen möglich wird. Mit der fortschreitenden Miniaturisierung ist aber auch eine kompakte und effiziente Spannungsversorgung erforderlich, die beispielsweise in Form getakteter Schaltungen bereitgestellt wird. Bei getakteten Spannungsversorgungen ist eine hohe Flexibilität bei der Anpassung von zum Betrieb elektronischer Schaltungen erforderlichen Ausgangsspannungen mit Bezug auf die zur Verfügung stehenden Eingangsspannungen wichtig. In mobilen Anwendungen sind beispielsweise die verfügbaren Versorgungsspannungen in Form von gängigen Batterie- bzw. Akkumulatorspannungen vorhanden, die nicht notwendigerweise für den Betrieb elektronischer Schaltungen geeignet sind und dementsprechend angepasst werden müssen. Typischerweise schwanken Ausgangsspannungen von Batterien bzw. Akkumulatoren über ihre üblichen Lebensdauern hinweg und nehmen mit zunehmendem Alter ab. Somit sind auch eine Anpassung der bereitgestellten Spannungen und eine Reduzierung von Spannungsschwankungen bei der Entwicklung neuerer leistungsfähiger elektronischer Schaltungen von großer Wichtigkeit.
Ein weiteres wichtiges Augenmerk bei der Entwicklung leistungsfähiger elektronischer Schaltungen liegt auch auf einem zuverlässigen und stabilen Betrieb und bei einer Leistungsaufnahme über einen großen Leistungsbereich hinweg möglichst ohne große Verluste. Daher ist es auch ein Ziel in jeder Entwicklungsphase, die Verlustleistung von elektronischen Schaltungen, Bauteilen und/oder Komponenten weiter zu reduzieren.
Induktive Komponenten, wie beispielsweise Speicherdrosseln, Entstördrosseln, Transformatoren, etc. stellen wichtige Komponenten für elektronische Schaltungen dar. Diese bestimmen die Kosten von elektronischen Schaltungen und Bauteilen zu einem großem Maße mit, da bei der Herstellung magnetischer Kerne in der Regel teure Materialien und aufwendige Herstellungs- verfahren erforderlich sind, um gewünschte magnetische Eigenschaften bzw. ein gewünschtes magnetisches Verhalten zu gewährleisten und eine ausreichende Aussteuerbarkeit von magnetischen Kernen über den gesamten Leistungsbereich hinweg bereitzustellen. Ferner ist auf zugehörigen Leiterplatten und in jeweiligen Gehäusen ein der Größe der induktiven Komponente entsprechendes Volumen erforderlich, so dass eine Realisierung von insgesamt kompakten Aufbauten im Zuge von zunehmenden Miniaturisierungen immer komplizierter wird. Dabei ist natürlich auch ein hoher Wirkungsgrad von Bedeutung, d.h. eine möglichst geringe Erzeugung von Verlustleistung. Das erfordert zum Beispiel ein induktives Bauelement mit einer guten magnetischen Kopplung einzelner Wicklungen zueinander, eine Reduzierung von Streuflüssen, eine gute magnetische Abschirmung nach au ßen und ein verbessertes thermisches Verhalten, da die Verlustwärme von Seiten des induktiven Bauelementes einen wesentlichen Anteil an der Verlustleistung aufweist und weitere Kühlung erfordern kann. Weitere zu berücksichtigende Anforderungen sind beispielsweise durch eine abhängig von den angewendeten Spannungen erforderliche Isolationsfestigkeit und entsprechende gute mechanische Stabilität und Wider- Standsfähigkeit gegenüber unterschiedlichsten Umgebungseinflüssen gegeben. Dies gilt insbesondere für eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise mobile Anwendungen, etwa im Bereich tragbarer Geräte, Anwendungen im Automobilbereich und dergleichen.
Eine Reduzierung von Verlustwärme kann unter anderem durch eine Vermeidung von Wirbelströmen in magnetischen Kernen und/oder Wicklungen erreicht werden. Beispielsweise ist hier- zu aus der Druckschrift US 2002/0132136 A1 eine abwechselnde Anordnung aus magnetischen Plättchen und isolierenden Filmen bekannt.
Die Druckschrift EP 1 501 106 B1 zeigt einen Ferritkern, der dadurch hergestellt wird, dass Segmente aus gepressten Ferrittabletten miteinander verklebt werden. Die Segmente sind jeweils durch einen magnetischen Isolator getrennt. Der Begriff „magnetischer Isolator" beschreibt ein Material mit der Permeabilitätszahl von ungefähr eins (Permeabilitätszahl des Vakuums). Diese magnetischen Isolatoren wirken als verteilte Luftspalte.
Durch die Aufteilung eines großen Luftspaltes auf mehrere kleine Luftspalte werden die magnetischen Feldlinien besser im Kern geführt. Dadurch können zwar die isolierenden Filme oder magnetischen Isolatoren einer Ausbildung von Wirbelströmen in der Anordnung entgegenwir- ken, jedoch werden Streuflüsse nur zum Teil unterdrückt und eine verlustarme Führung eines magnetischen Flusses erfolgt nur teilweise. Weiterhin führen diese bekannten Anordnungen zu "Ausbauchungen" des magnetischen Feldes an den Filmen oder Isolatoren, welche in einer über der Anordnung vorgesehenen Wicklung bzw. in Leitungen, die in der Nähe der magnetischen Anordnung vorgesehenen sind, eine Spannung induzieren und damit einen Stromfluss verursachen können. Entsprechend ausgebildete bekannte Kerne weisen eine Reihe weiterer Nachteile auf. So wird durch die isolierenden Bereiche (mittels isolierender Filme oder Isolatoren), die die magnetischen Bereiche im Kern unterbrechen, innerhalb des Kerns eine Wärmeleitung und damit eine Abführung von Wärme aus dem Kern nur in ungenügendem Maße erreicht. Oftmals ist der thermische Widerstand der isolierenden Bereiche zu groß um einen gewünschten Wärmestrom hin zu Flächen, die die Wärme an die Umgebung oder ein angekoppeltes Wärmereservoir abgeben, und damit eine entsprechende Abfuhr von Wärme zu gewährleisten.
Ausgehend von den bekannten Anordnungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Kern bereitzustellen, der ein gutes thermisches Verhalten aufweist. Es ist insbesondere eine Aufgabe, einen magnetischen Kern bereitzustellen, der eine verbesserte Leitung von Wärme entlang des magnetischen Kerns aufweist.
Darstellung der Erfindung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird gemäß einem Aspekt gelöst durch einen magnetischen Kern, der mindestens zwei miteinander verbundene Materialien unterschiedlicher magne- tischer Permeabilität aufweist, die jeweils mindestens einen Bereich ausbilden, so dass die ausgebildeten Bereiche abwechselnd entlang einer Längsrichtung des magnetischen Kerns angeordnet sind, und gemäß anderer Aspekte gelöst durch Verfahren zur Herstellung entsprechender Kerne.
Ein Verfahren zur Herstellung des Kerns kann gemäß einer Ausführungsform ein Bereitstellen von mindestens zwei, voneinander verschiedene magnetische Eigenschaften aufweisender Materialien, etwa mindestens zwei Ferritmaterialien oder eine Kombination aus mindestens einem Ferritmaterial und mindestens einer Oxidkeramik und dergleichen, und ein Befüllen einer dem magnetischen Kern entsprechenden Form zum Ausbilden eines Materialvolumens in der Form umfassen, so dass das Materialvolumen abwechselnd Bereiche aus jeweils einem der mindestens zwei Materialien aufweist. Ferner können die mindestens zwei Materialien in der Form im Rahmen des Verfahrens einer Druckeinwirkung ausgesetzt sein.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter dem Begriff „Ferritmaterial" im Rahmen der vorliegenden Offenbarung sowohl ein Vorferritmaterial, etwa ein Metalloxid oder allgemein ein Metalloxidgemisch, das noch keinem Sinterprozess ausgesetzt ist (Metalloxid oder Metalloxidge- misch vor Sinterprozess; in diesem Sinne Vorstufe eines Ferritmaterials), als auch ein einem Sinterprozess bzw. Kalzinierungsprozess unterworfenes Vorferritmaterial (Metalloxid oder Metalloxidgemisch nach Sinterprozess bzw. Kalzinierungsprozess) zu verstehen ist, das damit ein aus dem entsprechenden Vorferritmaterial zu bildendes Ferritmaterial bildet, obwohl sprachlich keine explizite Unterscheidung erfolgt. Eine Unterscheidung zwischen einem Ferritmaterial und seinem entsprechenden Vorferritmaterial kann im Hinblick auf die aktuelle Herstellungsphase erfolgen, wie vorangehend angedeutet ist.
Gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns ein Bereitstellen von mindestens zwei Materialien, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Ein erstes der mindestens zwei Materialien weist dabei ein erstes Ferritmaterial auf und ein zweites der mindestens zwei Materialien umfasst ein zweites Ferritmaterial und/oder eine Oxidkeramikmaterial. Eine dem magnetischen Kern entsprechende Form wird zum Ausbilden eines Materialvolumens in der Form befüllt. Das Materialvolumen weist abwechselnd Bereiche aus jeweils einem der mindestens zwei bereitgestellten Ma- terialien auf. Die mindestens zwei bereitgestellten und in die Form gefüllten Materialien werden daraufhin einer Druckeinwirkung ausgesetzt. Dadurch können zum Beispiel gescherte Ferritkerne unter geringem Kostenaufwand bereitgestellt werden. Da die Form mit Material gefüllt wird kann dieses Verfahren ohne großen Aufwand und Komplikationen in einer Großproduktion eingesetzt werden, wobei magnetische Kerne mit vorbestimmten und reproduzierbaren magne- tischen Eigenschaften herstellbar sind. Weiterhin kann dadurch gemäß speziellen Ausführungsformen ein magnetischer Kern bereitgestellt werden, der eine vorteilhafte Abfuhr von Wärme ermöglicht, so dass überwiegend auf eine aufwändige Kühlung des Kerns verzichtet werden kann. Damit sind mit entsprechenden Kernen kompaktere elektronische Bauteile möglich. Es sind auch integral ausgebildete Ferritkerne aus Vollkeramik möglich, die dadurch keine organi- sehen Klebstoffe oder Kunststoffe mehr brauchen und dadurch eine größere Lebensdauer als bekannte Kerne bereitstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann das Verfahren nachfolgend der Druckeinwirkung ferner ein zusätzliches Aussetzen des Materialvolumens einer Wärmeeinwirkung umfassen. Die Wärmeeinwirkung auf das durch die Druckeinwirkung gepresste Material- volumen ergibt eine Sinterung des Materialvolumens, so dass die Verbindung einzelner Bereiche eine größere Stabilität aufweist. Auf diese Weise können Ferritkerne mit„eingesinterter Scherung" unter geringem Kostenaufwand hergestellt werden.
Gemäß weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Auswählen der mindestens zwei Materialien umfassen, so dass die mindestens zwei ausgewählten Mate- rialien unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten und/oder unterschiedliche magnetische Eigenschaften, wie etwa unterschiedliche Permeabilitäten oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten, aufweisen können. Dadurch können magnetische Kerne hergestellt werden, die exakt auf die Verwendung hin definierte Eigen- schatten aufweisen. So kann gemäß beispielhafter Ausgestaltungen mittels Auswahl von Mate- rialien mit unterschiedlicher magnetischer Permeabilitäten und/oder Curie-Temperatur und/oder Sättigungsflussdichten eine Einstellung einer gewünschten Änderung magnetischer Eigenschaften, wie beispielsweise der magnetischen Permeabilität, etc. über den magnetischen Kern hinweg erfolgen, die im Falle von unterschiedlichen Curie-Temperaturen ganz besonders ausge- prägt temperaturabhängig sein kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren ferner ein Einstellen der magnetischen und/oder mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften von dem ersten Material und/oder dem zweiten Material vor dem Aussetzen einer Druckeinwirkung durch Beimengen eines Additivs umfassen. Das Additiv kann mindestens ei- nes der aus Titan (Ti), Aluminium (AI), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Germanium (Ge), Strontium (Sr), Zink (Zn), Mangan (Mn), Kalium (K), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Calcium (Ca), Silizium (Si), Vanadium (V), Kobalt (Co), Hafnium (Hf), Wolfram (W), Bismut (Bi) bestehenden Gruppe, ein Oxid dieser Elemente und/oder ein Karbonat und/oder eine andere chemische Verbindung, welche eines dieser Elemente umfassen. Dadurch kann eine vorteilhafte Einstellung magnetischer und/oder mechanischer und/oder thermischer und/oder elektrischer Eigenschaften im Hinblick auf den herzustellenden Kern erfolgen, so dass dieser eine verbesserte mechanische und/oder magnetische und/oder thermische und/oder elektrische Stabilität aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Verfahren ferner ein Vorsintern (=Kalzinieren) der mindestens zwei Materialien vor dem Befüllen der Form umfassen, wobei die mindestens zwei Materialien jeweils als Pulver, Granulate, Platten, Schuppen, Brocken oder Walzfell bereitgestellt sind. Durch das Vorsintern des Pulvers im Bereich von 700 ^ bis 1200 ^ kann ein Auftreten von Spannungen während des eigentlichen Sintervorgangs verhindert werden bzw. Spannungen beim Sintern reduziert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Materialvolumen in der Form mittels einer Druckeinwirkung auf weniger als 90% oder weniger als 50% des Materialvolumens oder auf höchstens 10% des Materialvolumens reduziert. Dadurch kann eine geeignete Festigkeit des magnetischen Kerns eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Druckeinwirkung mittels einer CNC gesteuerten hydraulischen Presse erfolgen. Dadurch kann eine genau auf die Materialzusammensetzung in der Form abgestimmte Druckeinwirkung auf das in der Form befindliche Ferritmaterial und optionale Oxidkeramikmaterial eingestellt und ausgeübt werden. Dies stellt sicher, dass aus dem Verfahren resultierende Presslinge eine verbesserte Beanspruchbarkeit, Festigkeit, eine konstante und homogene Dichte aufweisen. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Fer- ritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst, ein Bilden wenigstens eines ersten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten ersten Materials und ein Bilden wenigstens eines zweiten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten zweiten Materials, ein Aufbringen einer Flüssigkeit zum Bilden eines Flüssigkeitsfilms wenigstens auf einer freiliegenden Oberfläche des ersten Materialvolumenteils und/oder des zweiten Materialvolumenteils und ein Anordnen eines Materialvolumenteils direkt auf dem Flüssigkeitsfilm eines anderen Materialvolumenteils umfasst. Gemäß diesem Aspekt kann die Verbindung der unterschiedlichen Ferritmaterialien und optionalen Oxidkeramikmaterialien anstelle eines gemeinsamen Pressens durch ein getrenntes Pressen der unterschiedlichen Ferrit- und optionalen Oxidkeramikmaterialien zu je einem Kern erfolgen. Gemäß diesem Aspekt können anhand der Materialvolumenteile unterschiedliche Kernpellets oder Kerntabletten bereitgestellt werden, die gemäß einem Baukastensystem eine einfache und sehr flexible Herstellung von unterschiedlichen Kernen erlauben.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann anschließend ein Sinterprozess durchgeführt werden, indem die verbundenen Materialvolumenteile einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt wer- den, nachdem die Materialvolumenteile übereinander angeordnet wurden. Nach dem Sinterprozess entsteht eine untrennbare formschlüssige Verbindung von mindestens zwei Materialvolumenteilen.
Durch dieses„Film-Verfahren" kann das Sandwich-Pressverfahren des ersten Aspekts umgangen werden, bei dem die Form mit Schichten aus Pulver unterschiedlichen Materials gefüllt und das Pulver in der Form anschließend gepresst wird und einzelne Bereiche unterschiedlichen Materials nicht mehr in genügendem Maße voneinander getrennt sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die wässrige oder alkoholische Lösung, eine Polyethylenglycol-Lösung, eine Polyvenylalkohol-Lösung, oder eine Acrylat- Lösung Es sind jedoch auch andere Flüssigkeiten denkbar. Dadurch kann ein effizientes Anlö- sen von Ferritmaterial oder Oxidkeramikmaterial mittels des Films erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Anordnen des wenigstens einen zweiten Materialvolumenteils ein während des Anordnens durchgeführtes Drehen des wenigstens einen zweiten Materialvolumenteils. Dadurch kann ein Anlösen von Ferritmaterial oder Oxidkeramikmaterial an der Oberfläche von wenigstens einem Materialvolumenteil wäh- rend des Anordnens Materialvolumenteils verbessert werden. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein magnetischer Kern bereitgestellt, der mindestens zwei Bereiche, die miteinander verbunden und entlang einer Längsrichtung des magnetischen Kerns abwechselnd angeordnet sind und wenigstens ein erstes Material und ein zweites Material umfassen, die voneinander verschieden sind und unterschiedliche magneti- sehe Permeabilitäten aufweisen, wobei jeweils ein Bereich ein Material der wenigstens zwei Materialien aufweist. Das erste Material umfasst ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material umfasst ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial oder das zweite Material umfasst ein superparamagnetisches Material. Dadurch können kostengünstige magnetische Kerne bereitgestellt werden, die im Vergleich zu herkömmlichen Kernen einen reduzierten Streufluss durch eine verbesserte Führung eines magnetischen Flusses durch den Kern ermöglichen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die mindestens zwei Bereiche miteinander durch Sinterung verbunden, also die mindestens zwei miteinander verbundenen Materialien miteinander versintert. Entsprechend ausgeführte Kerne weisen eine große Stabilität auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens ein Bereich als eine sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schicht ausgebildet. Dadurch sind klar getrennte Bereiche des magnetischen Kerns definiert, so dass der magnetische Kern durch den vorgesehenen„Luftspalt" insgesamt ein verbessertes Sättigungsverhalten aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 10 und das erste Material eine relative Permeabilität größer 10 auf. Dadurch können Luftspalte zuverlässig vorgesehen sein und ein geeignetes Sättigungsverhalten des Kerns kann in geeignetem Maße eingestellt sein. Insbesondere kann eine geeignet hohe Aussteuerung erreicht werden. Gemäß speziellen vorteilhaften Ausführungsformen kann eine relative Permeabilität des zweiten Materials kleiner 3 sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform unterscheiden sich die thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der mindestens zwei Materialien voneinander um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1 % oder um weniger als 0,5%. Dies stellt sicher, dass entsprechende magnetische Kerne während des Betriebs stabile mechanische Eigenschaften aufweisen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material ein superparamagnetisches Verhalten aufweisen. Damit werden Spalte mit sehr geringen Verlusten realisiert, da Materialien mit superparamagnetischem Verhalten eine sehr geringe Hysterese, sogenannte Nullhysterese, aufweisen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material ein Verbundwerkstoff aus nanoskaligen Partikeln sein, deren maximale Größendimension aus einem Bereich von 5 nm bis 50 nm ist. In diesen vorteilhaften Ausführungsformen sind Spalte mit sehr geringen Verlusten auf eine einfache Weise und sehr effektive Weise umgesetzt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material nanoskalige Partikel aus Ferritmaterial oder Metallmaterial aufweisen. In dieser vorteilhaften Ausführungsform sind Spalte mit geringen Verlusten auf einfache und zuverlässige Weise gegeben.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material eine relative Permeabilität μΓ mit 1 < μΓ < 3 oder 1 < μΓ < 2, oder 1 < μΓ < 1 ,6 oder 1 < μΓ < 1 ,3 aufweisen. Dadurch werden „permeable" Luftspalte bereit gestellt, die Feldlinien in vorteilhafter Weise führen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das zweite Material das zweite Ferritmaterial auf und das erste und/oder das zweite Ferritmaterial weist einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Mol-% bis 60 Mol-% und/oder von Fe203 in einem Bereich von 20 Mol-% bis 80 Mol-% auf. Der Rest zu 100% besteht im Wesentlichen aus MnO oder NiO. Es ist darauf hinzuweisen, dass das prozentuale Molverhältnis der Metallionen auch durch die Verwendung anderer chemischer Verbindung zu erreichen ist, welche die genannten Metallionen in sich tragen. Dadurch können extrem verlustfreie Bereiche durch ein vorbestimmtes Ferritmaterial mit definierter Mischung bereitgestellt werden, wobei mechanische und/oder elektri- sehe und/oder thermische und/oder magnetische Eigenschaften festgelegt sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Stoffmengenanteile an Zink Zn (z.B. als ZnO) und/oder Kupfer Cu (z.B. als CuO) auf. Dadurch können vorteilhaftere mechanische und/oder elektrische und/oder magnetische Eigenschaften einzelner Bereiche eingestellt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens das erste Ferritmaterial ein Additiv aufweisen, welches mindestens eines der aus Titan (Ti), Aluminium (AI), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Germanium (Ge), Strontium (Sr), Kalium (K), Niob (Nb), Zirkon (Zr), Calcium (Ca), Silizium (Si), Vanadium (V), Kobalt (Co), Hafnium (Hf), Wolfram (W), Bismut (Bi) bestehenden Gruppe, ein Oxid dieser Elemente und/oder ein Karbo- nat und/oder eine andere chemische Verbindung, welche eines dieser Elemente umfasst. Demgemäß sind vorteilhaftere Einstellungen mechanischer Eigenschaften der Ferritmaterialien möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das zweite Material das zweite Ferritmaterial umfassen. Ferner können das erste Ferritmaterial und das zweite Ferritmaterialien unterschiedliche Sättigungsflussdichten und/oder Curie-Temperaturen aufweisen. Dadurch können auf einfache Weise„Luftspalte" vorgesehen sein, um so beispielsweise ein gewünschtes Sättigungsverhalten bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann das zweite Ferritmaterial eine Cu- rie-Temperatur aus einem Bereich -cO 'C oder von 0°C bis l OO 'C oder von 0°C bis 50 °C oder von 15°C bis 35^ aufweisen und das erste Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von 100 <C bis 700 <C oder von 100°C bis 500 °C oder von 200 <C bis 350 °C aufweisen. Dadurch kann ein vorteilhaftes magnetisches Verhalten, insbesondere ein Induktivität- Temperaturverhalten und/oder ein vorteilhafteres Temperaturverhalten der magnetischen Per- meabilität des Kerns, eingestellt sein. Weiterhin kann eine vorteilhaftere Änderung der magnetischen Permeabilität entlang der Länge des magnetischen Kerns festgelegt sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform können das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten aufweisen. Dadurch kann ein magnetischer Kern mit vorteilhaften magnetischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden, so dass Streuflüsse und/oder induzierte Spannungen und/oder Wärmeströme vorteilhaft unterdrückt bzw. abgeleitet werden können und damit eine im induktiven Bauelement umgesetzte Verlustleistung reduziert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann mindestens ein Bereich aus Ferritmaterial unabhängig von seiner Curietemperatur mit einer sehr geringen Permeabiltiät ausgestattet sein. Dadurch können Streuflüsse und/oder Ausbauchungen eines durch den Kern geführten magnetischen Feldes weiter vorteilhaft reduziert werden und eine verlustarme Führung des magnetischen Flusses durch den magnetischen Kern gewährleistet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform können Bereiche mit dem zweiten Ferritmaterial von einer Mitte des magnetischen Kerns ab in Längsrichtung des Kerns zu einem Rand des magnetischen Kerns hin kleiner werden. Auf diese Weise können Streuflüsse und Ausbauchungen des magnetischen Feldes auf vorteilhaftere Weise unterdrückt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform kann mindestens ein Bereich mit dem zweiten Ferritmaterial höchstens genauso groß sein wie der kleinste Bereich mit dem ersten Ferritmaterial. Dadurch ist gewährleistet, dass der magnetische Kern vorteilhaftere magnetische Eigenschaften aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil des Ferritmaterials von mehr als 90 Massenprozent oder mehr als 95 Massenprozent auf weniger als 30 Massenprozent oder weniger als 10 Massenprozent oder weniger als 5 Massenprozent oder weniger als 1 Massenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1 % umfassen. Dadurch werden klar getrenn- te Bereiche entlang des magnetischen Kerns definiert, so dass magnetische Kerne mit genau vorher bestimmten magnetischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften bereitgestellt sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine mehrteilige Kernanordnung bereitgestellt, die mindestens einen magnetischen Kern gemäß einer der vorangehend erläuterten Ausführungsformen und mindestens eine Wicklung umfasst, die über dem mindestens einen magnetischen Kern bereitgestellt ist.
Wenigstens gemäß einiger der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen Wickelverluste durch eine Führung des magnetischen Flusses durch den Kern deutlich reduziert werden.
Wenigstens gemäß einiger der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen magnetische Streuflüsse unterdrückt sind.
Wenigstens gemäß einiger der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen ein Auftreten von Wirbelströmen unterdrückt ist.
Wenigstens gemäß einigen der vorangehend dargestellten Aspekte und Ausführungsformen werden magnetische Kerne bereitgestellt, in denen die Führung von Feldlinien im Kern optimiert wird, so dass Ausbauchungen der Feldlinien möglichst unterdrückt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt auch magnetische Kerne mit vorbestimmten magnetischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften und Verfahren zu deren Herstellung bereit, bei denen Produktionskosten bei gleichzeitiger reduzierter Verlustleistung und stabilem Betrieb mit verbesserter Lebensdauer geringer sind.
Die vorliegende Erfindung stellt den Vorteil einer kostenoptimierten Herstellung von Kernen gemäß der vorangehend dargestellten Ausführungsformen bereit.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung können„Ausbauchungen" in Luftspaltbereichen von magnetischen Kernen durch Bereitstellung von Materialien mit magnetischer Permeabilität >1 verringert werden. Beschreibung der Figuren
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den beigefügten Patentansprüchen und der folgenden detaillierten Beschreibungen anschaulicher Ausführungsformen hervor, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung zur Herstellung eines magnetischen Kerns gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2A zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2B zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 2C zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 2D zeigt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Anteil eines ersten Ferritmaterials und einen Anteil eines zweiten Ferritmaterials über einen Bereich eines magnetischen Kerns gemäß verschiedener Ausführungsformen.
Fig. 4A zeigt schematisch eine mehrteilige Kernanordnung gemäß einer Ausführungsform. Fig. 4B zeigt schematisch eine Ansicht einer mehrteiligen Kernanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Anordnung 100 zum Herstellen eines magnetischen Kerns gemäß einer Ausführungsform. Die Anordnung 100 umfasst eine schema- tisch in Fig. 1 dargestellte Presse 1 10. Die Anordnung 100 umfasst weiter eine Form 120, die einem herzustellenden magnetischen Kern entspricht. Die Form 120 kann, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Negativ eines Stabkerns oder I-Kerns sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Gemäß hierzu alternativen Ausführungsformen sind Formen (nicht dargestellt) denkbar, die zur Herstellung von U- oder E- Kernen geeignet sind. Es sind weiterhin auch alle weiteren dem Fachmann be- kannten Formen zur Ausbildung von Kernen im Rahmen der Erfindung enthalten.
Um gemäß einer Ausführungsform einen magntischen Kern herzustellen werden ein Ferritmaterial und ein Oxidkeramikmaterial bereitgestellt, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Oxidkeramikmatkerialien können zum Beispiel Keramikmaterialien umfassen, die Keramiken auf der Basis von Aluminiumoxid und/oder Zirkonoxid und/oder Aluminiumtitanat und/oder Eisenoxid aufweisen können. Die Sintertemperatur des Oxidkeramikmaterials kann gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen gleich der Sintertemperatur des Ferritmaterials sein, oder gemäß alternativer Ausgestaltungen von der Sintertemperatur des Ferritmaterials um weniger als 25% oder um weniger als 10% oder um weniger als 5% abweichen. Magnetische Eigenschaften können eine magnetische Permeabilität, Kernverluste, Stättigungsflussdichte und dergleichen umfassen. Die zwei Materialien werden abwechselnd in die Form 120 gefüllt, so dass Bereiche 142 und 144 aus jeweils einem Ferritmaterial und einem Oxidkeramikmaterial gebildet werden. Die Bereiche 142 und 144 sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist, abwechselnd angeordnet. Die Bereiche 142 und 144 aus Ferritmaterial und Oxidkeramikmaterial füllen somit ein Volumen in der Form 120 aus, so dass in der Form 120 ein Materialvolumen 140 bereitgestellt wird. Gemäß einiger Ausführungsformen können die Bereiche 142 und 144 in dem Materialvolumen 140 als alternierende Bereiche vorgesehen sein, die in abwechselnden Schichten übereinander angeordnet sind. In anderen alternativen Ausführungsformen können Abstandselemente senkrecht zu einer oder mehrerer Schichten vorgesehen sein, um alternativ oder zusätzlich zu übereinander ausgebildeten Bereichen auch nebeneinander angeordnete Bereiche auszubilden. Geeignete Abstandselemente können leitende oder isolierende Platten, Plättchen oder dergleichen sein.
Um gemäß einer hierzu alternativen Ausführungsform einen magnetischen Kern herzustellen werden zwei Ferritmaterialien bereitgestellt, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen. Magnetische Eigenschaften können eine magnetische Permeabilität, Kernverluste, Stättigungsflussdichte und dergleichen umfassen. Diese alternative Ausführungsform wird im nachfolgend ebenfalls mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Die zwei Ferritmaterialien werden abwechselnd in die Form 120 gefüllt, so dass Bereiche 142 und 144 aus jeweils einem Ferritmaterial gebildet werden. Die Bereiche 142 und 144 sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist, abwechselnd angeordnet. Die Bereiche 142 und 144 aus erstem und zweiten Ferritmaterial füllen somit ein Volumen in der Form 120 aus, so dass in der Form 120 ein Materialvolumen 140 bereitgestellt wird. Gemäß einiger Ausführungsformen können die Bereiche 142 und 144 in dem Materialvolumen 140 als alternierende Bereiche vorgesehen sein, die in abwechselnden Schichten übereinander angeordnet sind. In anderen alternativen Ausführungsformen können Abstandselemente senkrecht zu einer oder mehrerer Schichten vorgesehen sein, um alternativ oder zusätzlich zu übereinander ausgebildeten Bereichen auch nebeneinander angeordnete Bereiche auszubilden. Geeignete Abstandselemente können leitende oder isolierende Platten, Plättchen oder dergleichen sein. Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das zweite Ferritmaterial beispielsweise eine relative magnetische Permeabilität μΓ kleiner oder gleich 20 aufweisen. Gemäß weiterer besonderer Ausgestaltungen kann das zweite Ferritmaterial eine relative magnetische Permeabilität μΓ in einem Bereich von 0,99 bis 10 oder in einem Bereich von 5 bis 10 aufweisen. Die relative magnetische Permeabilität μΓ ist über das Verhältnis der magnetischen Permeabilität μ und der magnetischen Feldkonstante μ0 festgelegt (wobei μ0 = 4*TT*10A(-7)Vs/Am), also zu μΓ = μ/μ0.
Nach dem Befüllen der Form 120 und dem Ausbilden des Materialvolumens 140 wird das Materialvolumen 140 einer Druckeinwirkung ausgesetzt. Dies kann im Rahmen eines leichten Pressvorgangs, etwa eines Vorpressens zum leichten Verdichten von Material und anschließendem weiteren Befüllen der Form, oder eines Pressvorgangs zur Erzeugung eines festen Materialblocks erfolgen. Die Druckeinwirkung kann durch die Presse 1 10 hervorgerufen werden, wobei ein Stempel (nicht dargestellt) der Presse 1 10 eine Kraft entlang einer Richtung 150 auf eine in der Form freiliegende Oberfläche des Bereichs 142 ausübt, um damit eine Druckeinwirkung auf das Materialvolumen 140 hervorzurufen. Die Richtung 150 ist senkrecht zu der Oberfläche des Bereichs 142 orientiert.
Die Druckeinwirkung verringert das Materialvolumen 140. Gemäß einer Ausführungsform kann die Druckeinwirkung das Materialvolumen 140 auf weniger als 90% des Materialvolumens verringern. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die Druckeinwirkung das Materialvolumen 140 auf weniger als 50% des Materialvolumens verringern. Gemäß weiterer Ausführungsformen kann die Druckeinwirkung das Materialvolumen 140 auf höchstens 10% des Materialvolumens reduzieren.
Die Druckeinwirkung kann beispielsweise im Rahmen eines Trockenpressens erfolgen. Die Form 140 kann während der Druckeinwirkung einer Wärmezufuhr ausgesetzt sein, so dass das Materialvolumen 140 einer Wärmeeinwirkung ausgesetzt wird und sich erwärmt. Dazu kann die Form 120 aus einem Material gebildet sein, dass entsprechend vorteilhafte Wärme- und/oder Temperaturleitfähigkeitseigenschaften aufweist. Die Wärmeeinwirkung kann gemäß einiger Ausführungsformen vor der Druckeinwirkung erfolgen. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann die Wärmeeinwirkung nach der Druckeinwirkung erfolgen. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Wärmeeinwirkung gleichzeitig zu der Druckeinwirkung erfolgen. Es können Heizelemente (nicht dargestellt) zur Wärmeerzeugung au ßerhalb der Form 120 vorgesehen sein oder in die Form integriert sein. Die Form 120 kann auch zur Aufnahme von Heizelementen ausgebildet sein oder Koppelbereiche zur Kopplung mit Heizelementen aufweisen. Das Materialvolumen 140 kann der Wärmeeinwirkung im Rahmen eines Vorsinterns und/oder eines Sinterprozesses ausgesetzt sein. Gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform kann auf das Materialvolumen 140 ein Pressdruck von 0,5 bis 5 Tonnen/cm2 bei einer Vorsintertemperatur aus einem Bereich von 700°C-1200°C ausgeübt werden. Es sind hierzu jedoch auch Ausführungsformen mit höherem oder niedrigerem Pressdruck und/oder höheren oder niedrigeren Vorsintertemperaturen denkbar.
Die unterschiedlichen Materialien, etwa Ferritmaterialien und/oder Oxidkeramikmaterialien, können vor dem Befüllen der Form 120 einem Vorsinterprozess unterworfen werden. Die vorgesinterten Bereiche können abwechselnd in der Form angeordnet werden und einem weiteren Sintervorgang ausgesetzt werden, so dass die Menge an vorgesintertem Material im Verbund zusammen gesintert wird. An das Vorsintern kann sich auch ein optionales Zermahlen des vorgesinterten Materials anschließen, womit eine Partikelfeinheit des Materials eingestellbar ist. Das aufgemahlene Material wird anschließend in einem Sprühprozess zu Körnern geformt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Form 120 mit Material einer vorbestimmten Zusammensetzung und Körnigkeit befüllt wird. Dadurch kann für den herzustellenden magnetischen Kern eine vorteilhafte gewünschte Festigkeit eingestellt werden. Gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform erfolgt eine Wärmeeinwirkung nach der Druckeinwirkung. Das durch die Druckeinwirkung gepresste Materialvolumen 140 kann einer Wärmeeinwirkung im Rahmen eines Vorsinterns und/oder eines Sinterprozesses ausgesetzt sein. Während des Sinterns kann das gepresste Materialvolumen 140 Temperaturen von 800°C bis 1600°C ausgesetzt sein. Vor dem Sintern wird dabei das gepresste Materialvolumen 140 der Form 120 entnommen und in einem geeigneten Ofen (nicht dargestellt) angeordnet. Anschließend wird das gepresste Materialvolumen 140 im Ofen (nicht dargestellt) einer Wärmeeinwirkung zum Sintern ausgesetzt.
Obwohl die in Fig. 1 dargestellte Form 120 mit zwei Ferritmaterialien gefüllt wird, die unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf zwei Ferritmaterialien beschränkt. Gemäß weiterer nicht dargestellter Ausführungsformen können auch drei Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften, vier Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften oder mehr als vier Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften verwenden werden. Auch können die Ferritmaterialien paarweise verschiedene magnetische Eigenschaften aufweisen (jeweils zwei Ferritmaterialien weisen gleiche magnetische Eigenschaften auf, oder allgemein jeweils 3 oder mehr der verschiedenen Ferritmaterialien weisen gleiche Eigenschaften auf).
Die bereitgestellten Ferritmaterialien können derart ausgewählt sein, so dass die ausgewählten Ferritmaterialien unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten und/oder unterschiedliche magnetische Widerstände und/oder unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen.
Gemäß einiger Ausfürungsformen führt eine Auswahl geeigneter Ferritmaterialien mit unterschiedlichen Curie-Temperaturen und ein entsprechendes Befüllen der Form 120 mit anschließender Druck- und Wärmeeinwirkung zu magnetischen Kernen mit einer vorbestimmten Temperaturabhängigkeit der Induktivität und der magnetischen Permeabilität und des magnetischen Widerstands und des Sättigungsverhaltens. Es ist beispielsweise denkbar, dass eine Auswahl von Ferritmaterialien im Hinblick auf verschiedene Curie- Temperaturen auch auf zu erwartende Betriebstemperaturen und/oder Umgebungs- temperaturen des magnetischen Kerns abgestimmt sind. Dadurch kann eine während des Betriebs erwünschte Induktivität des magnetischen Kerns und/oder eine Änderung der magnetischen Permeabilität und/oder ein gewünschtes Sättigungsverhalten entlang der Länge und/oder über einen Querschnitt des magnetischen Kerns hinweg und/oder eine Änderung des magnetischen Widerstands über den magnetischen Kern hinweg eingestellt werden.
Eine Auswahl der Ferritmaterialien kann gemäß weiterer Ausführungsformen im Hinblick auf gewünschte thermische und/oder elektrische und/oder mechanische Eigenschaften erfolgen. So ist es möglich, dass durch Auswahl bestimmter Ferritmaterialien entsprechende thermische und/oder elektrische Eigenschaften des Kerns eingestellt werden, so dass eine Wärmeleitfähigkeit im magnetischem Kern bzw. ein Wärmetransport im magnetischen Kern bzw. eine Temperaturleitfähigkeit des magnetischen Kerns bzw. eine elektrische Leitfähigkeit des magnetischen Kerns bzw. eine bestimmmte Festigkeit des magnetischen Kerns eingestellt wird. Damit ist es möglich, magnetische Kerne bereitzustellen, die eine vorteilhafte Wärmeabführung und/oder Unterdrückung von elektrischen Stromflüssen durch den magnetischen Kern aufweisen. Es ist leicht erkennbar, dass bei der Unterdrückung von Sromflüssen durch den magnetischen Kern auch eine weitere Erwärmung des magnetischen Kerns verhindert wird.
Mechanische und/oder magnetische und/oder thermische und/oder elektrische Eigenschaften von bereitgestellten Ferritmaterialien können durch Zugabe von Additiven weiter beeinflusst werden. Dazu wird mindestens einem Ferritmaterial vor der Druckeinwirkung mindestens ein Additiv beigemengt. Eine nicht beschränkende Liste möglicher Additive kann Titan (Ti), Aluminium (AI), Chrom (Cr), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zinn (Sn), Germanium (Ge), Strontium (Sr), Natrium (Na), Kalium (K), Zink (Zn), Eisen (Fe), Mangan (Mn), sowie Oxide und Karbonate dieser Elemente oder weitere chemische Verbindungen umfassen. Als mögliche Oxiden sollen exemplarisch zur Illustration Ti02, Al203, Cr203, MgO, CuO, NiO, Sn02, Ge02, SrO genannt sein, ohne jedoch die vorliegende Offenbarung nur darauf zu beschränken. Diese Additive können in das Spinellgitter von mindestens einem Ferritmaterial eingebaut werden, um eine gewünschte Feinabstimmung von mechanischen und/oder magnetischen Eigenschaften des mindestens einen Ferritmaterials zu gewährleisten. Im Rahmen von neben den gewünschten magnetischen Eigenschaften eingestellten mechanischen Eigenschaften, kann auch eine Abstimmung von thermischen und/oder elektrischen Eigenschaften erfolgen.
Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen kann eine Einstellung von thermischen Längenausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Ferritmaterialien erfolgen. Damit können die Längenausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Ferritmaterialien derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich die unterschiedlichen Längenausdehnungskoeffizienten um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1 % oder um weniger als 0,5% voneinander unterscheiden. Durch eine Abstimmung der Längenausdehnungskoeffizienten kann eine vorteilhafte Stabilität des magnetischen Kerns sichergestellt werden, so dass ein Zerreißen oder Brechen des magnetischen Kerns durch unterschiedliches Ausdehnungsverhalten bei Erwärmung zuverlässig unterdrückt wird.
Die Druckeinwirkung kann mittels einer CNC gesteuerten hydraulischen Presse erfolgen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann hierbei eine Pulverpresse vorgesehen sein. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann entsprechend einer beispielhaften technischen Realisierung eine CNC gesteuerte hydraulische Presse mit Doppelfüllschuhsystem vorgesehen sein, wobei ein Doppelfüllschuhsystem aus zwei unterschiedlichen Füllschuhen besteht, welche unterschiedliche Pulver transprotieren. Ebenfalls ist ein einziger Füllschuh denkbar, welcher zwischen zwei Pulversorten hin und her schaltet.
Mindestens eines der bereitgestellten Ferritmaterialien kann ferner einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Mol-% bis 60 Mol-% aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Ferritmaterial Fe203 einen Stoffmengenanteil in einem Bereich von 20 Mol-% bis 80 Mol-% aufweisen. Es wird angemerkt, dass die Curie-Temperatur eines Ferritmaterials unter anderem durch eine Änderung eines Stoffmengenanteils von ZnO beeinflusst werden kann, d.h. ausgehend von der Curie-Temperatur eines Ferritmaterials kann eine Einstellung der Curie- Temperatur auf einen gewünschten Wert mittels einer Einstellung eines Anteils an ZnO in dem Ferritmaterial erfolgen. Insbesondere kann bei einer Erhöhung des Anteils an ZnO die Curie- Temperatur verringert werden. Au ßerdem kann mittels eines vorbestimmten Stoffmengenanteils von ZnO und/oder Fe203 und/oder MnO und/ oder NiO ein gewünschter elektrischer Widerstanddes Ferritmaterials eingestellt werden..
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von 35 Mol-% ZnO, 48 Mol-% Fe203 und 17 Mol-% oder weniger MnO und/oder NiO aufweisen. Zusätzlich dazu können weitere Additive und Dotierstoffe vorgesehen sein. Ein entsprechendes Ferritmaterial weist eine Curie-Temperatur von ungefähr -40 °C auf.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von 5 Mol-% ZnO, 54 Mol-% Fe203 und 41 Mol-% oder weniger MnO und/oder NiO aufweisen. Zusätzlich dazu können weitere Additive und Dotierstoffe vorgesehen sein. Ein entsprechendes Ferritmaterial weist eine Curie-Temperatur von ungefähr 270 ^ auf.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Ferritmaterial ein Nickel-Zink- Ferrit mit einer relativen magnetischen Permeabilität von 10 sein und ein weiteres Ferritmaterial ein Mangan-Zink-Ferrit mit einer relativen magnetischen Permeabilität von 1800 darstellen. Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen werden Ferritmaterialien mit geringer Curie- Temperatur bereitgestellt. Hierbei soll unter dem Begriff "geringe Curie-Temperatur" eine Curie- Temperatur in einem Bereich von weniger als 100°C verstanden sein. Weitere illustrative Ausführungsformen hierin umfassen Ferritmaterialien mit geringer Curie-Temperatur, deren Curie-Temperatur 30 'C oder weniger beträgt. Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen hierin können Ferritmaterialien mit Curie-Temperaturen von -250 ^ bis 0°C vorgesehen sein.
Gemäß einiger beispielhaften Ausführungsformen werden Ferritmaterialien mit hoher Curie- Temperatur bereitgestellt. Ferritmaterialien mit„hoher Curie-Temperatur" sollen hierbei Ferritmaterialien bezeichnen, die eine Curie-Temperatur von mehr als l OO 'C aufweisen. Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen können diese Ferritmaterialien eine Curie-Temperatur in einem Bereich von 100 <C bis 700 °C oder von 100 <C bis 500 <C oder von 200 <C bis 350 °C aufweisen.
Gemäß einer beispielhaften alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Ferritmaterial als ein erstes Material bereitgestellt und ein Verbundstoff aus nanoskaligen Partikeln als ein zweites Material bereitgestellt. Aus dem bereitgestellten ersten Material werden durch Pressen und Sintern Einzelstücke hergestellt. Zum Herstellen eines Kerns wird zwischen je zwei Einzelstücke das zweite Material eingebracht, so dass sukzessive Einzelstücke mittels des zweiten Material miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann die Verbindung durch ein Klebemittel hergestellt sein. Es wird angemerkt, dass bevorzugte Verbundstoffe ein superparamagnetisches Verhalten aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen weisen geeignete nanoskalige Partikel einen maximalen Durchmesser und/oder eine maximale Länge in Erstreckungsrichtung aus einem Bereich zwischen 5 nm und 50 nm oder vorzugsweise zwischen 5 nm und 20 nm oder weiter bevorzugt zwischen 5 nm und 10 nm auf. Gemäß spezieller beispielhafter Ausgestaltungen dieser beispielhaften alternativen Ausführungsform können geeignete nanoskalige Partikel durch Ferritmaterial bereitgestellt sein. Gemäß weiterer spezieller beispielhafter Ausführungsformen können geeignete nanoskalige Partikel aus Metall (etwa 5nm bis 50nm klein) umfassen, die zum Beispiel in eine Siliziumdioxidhülle eingebettet sein können. Gemäß einer weiteren illustrativen Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann ein Verbindungsstoff, etwa eine Thermoplaste oder eine Duroplaste, mit den Ferritkristallen und/oder Metallkristallen versetzt sein. Beispielsweise kann eine Beimischung von nanoskaligen Partikeln zu einem Klebemittel weniger als 20% oder weniger als 10% oder bis zu 99% betragen. Gemäß dieser beispielhaften alternativen Ausführungsform weist das bereitgestellte zweite Material eine relative Permeabilität μΓ auf, für die gilt: 1 < μΓ < 3, vorzugsweise 1 < μΓ < 2, weiter bevorzugt 1 < μΓ < 1 ,6, weiter bevorzugt 1 <
Gemäß einer weiteren beispielhaften alternativen Ausführungsform wird eine Technik zum Verbinden zweier Ferritmaterialien mit Bezug auf Fig. 2A offenbart. Das erste Materialvolumen 220A und zweite Materialvolumen 240A werden als Einzelstücke gepreßt. Auf der Oberseite einer freiligendende Oberfläche des ersten Materialvolumens 220A wird eine Flüssigkeit aufgebracht. Die Flüssigkeit kann gemäß illustrativer Ausführungsformen eine wässrige oder alkoholische Lösung aus Polyethylenglycol oder Polyvenylalkohol oder Acrylat sein. Durch die aufgebrachte Flüssigkeit wird Ferritmaterial an der freiligenden Oberfläche des Materialvolumens 220A gelöst, so dass sich auf der freiligenden Oberfläche des Materialvolumens 220A ein Film aus losen Ferritpartikeln bildet. Daraufhin kann ein weiterer Bereich auf dem Film angeordnet werden. Beispielsweise kann der weitere Bereich durch ein Element aus vorgesinterten Ferritmaterial oder eine Tablette aus Ferritmaterial gebildet werden. Eine mit dem Film in Kontakt tretende Oberfläche des über dem Film angeordneten Bereichs wird durch den Film angelöst, so dass Ferritmaterialien aus dem über dem Film angeordneten Bereich in Lösung gehen. Dadurch wird zwischen dem unter dem Film angeordneten Materialvolumen 220A und dem über dem Film angeordneten Bereich eine Verbindung ausgebildet. Durch ein anschließendes Einwirken von Wärme, beispielsweise in einem Sinterungsprozess, wird eine formschlüssige Verbindung ausgebildet. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann bei einem Bilden des über dem Film angeordneten Bereichs ein Anordnen des Bereichs über dem Film mit einem während des Anordnens durchgeführten Drehens des Bereichs umfassen.
Es wird angemerkt, dass die voranstehend erläuterten Techniken nicht auf zwei unterschiedliche Materialien beschränkt ist. Gemäß alternativer Ausführungsformen können auch mehr als zwei Materialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften vorgesehen sein. Auch kann die voranstehend erläuterte Technik wiederholt ausgeführt werden, um so schrittweise einzelne Bereiche miteinander zu verbinden und/oder magnetische Kern zu verlängern bzw. zusätzliche Bereiche an einen magnetischen Kern anzubringen.
Anhand der Fig. 2A bis 2D sollen nachstehend illustrative Beispiele für magnetische Kerne gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen erläutert werden. Fig. 2A stellt schematisch eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200A entlang einer Erstreckungs- bzw. Längsrichtung des magnetische Kerns 200A dar. Der magnetische Kern 200A weist abwechselnd angeordnete Bereiche 220A und 240A aus Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften auf. Wie vorangehend erläutert, können magnetische Eigenschaften beispielsweise eine Induktivität und/oder eine magnetische Permeabilität und/oder einen magnetischen Widerstand und/oder Kernverluste und/oder Sättigungsflussdichte umfassen. Die Bereiche 220A und 240A sind abwechselnd entlang der Längsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200A angeordnet. Zwar sind die Bereiche 220A und 240A in Fig. 2A als über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns 220A sich erstreckende Schicht dargestellt, jedoch stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es wird angemerkt, dass auch alternative Ausführungsformen denkbar sind, in denen nicht alle Bereiche als sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schichten ausgebildet sind. So können beispielsweise auch Bereiche explizit vorgesehen sein, die sich nicht über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstrecken wie vorangehend mit Bezug auf Fig. 1 erläutert wurde.
Die Bereiche 220A des in Fig. 2A gezeigten magnetischen Kerns 200A sind Bereiche mit hoher Curie-Temperatur. Hierbei soll wie vorangehend erläutert der Begriff "hohe Curie-Temperatur" eine Curie-Temperatur bezeichnen, die größer als 100°C ist.
Die Bereiche 240A des magnetischen Kerns 220A sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform Bereiche mit niedriger Curie-Temperatur, wobei der Ausdruck "niedrige Curie- Temperatur" eine Curie-Temperatur von bis zu Ι ΟΟ 'Ό bezeichnet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240A Bereiche ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240A nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
Die Bereiche 240A stellen sogenannte "eingesinterte Spalte" im Kern 200A dar. Durch das Vorsehen dieser eingesinterten Spalte kann eine vorzeitige Sättigung des Magnetkerns 200A verhindert werden.
Die Bereiche 240A weisen weiter eine Breite 2B1 auf. Die Bereiche 220A weisen eine Breite 2B2 auf. Gemäß einer Ausführungsform ist die Breite 2B2 der Bereiche 220A größer als die Breite 2B1 der Bereiche 240A. Dadurch wird der magnetische Widerstand auf einen kleinen Wert eingestellt.
Der magnetische Kern 200A zeigt eine optimierte Führung von Feldlinien im Kern, d.h. Ausbauchungen der Feldlinien werden im Kern bei Verwendung eines Materials, das eine Permeabilität größer 1 aufweist (z.B. 1 ,3), möglichst unterdrückt. Die Luftspalte müssen dabei ca. um den Faktor der Permeabilitätszahl erhöht werden, um den gleichen magnetischen Widerstand einzustellen, welchen man für einen „echten Luftspalt" erhalten würde. Die Permeabiliät dieses „Luftspaltmaterials" darf jedoch nicht zu hoch sein, da sonst der magnetisch Kreis vorzeitig in Sättigung gehen würde, weil der magnetische Widerstand sinkt und die Luftspalte nicht beliebig vergrößert werden können. Es erweisen sich daher Permeabilitäten von 1 -3 als vorteilhaft. In herkömmlichen Kernen mit verteilten Luftspalten werden aufgrund des größeren magnetischen Widerstands der Luftspalte die Feldlinien deformiert, so dass Ausbauchungen auftreten. Demgegenüber soll unter einer optimalen Führung der Feldlinien im Kern gemäß der Erfindung ein Feldlinienverlauf verstanden werden, bei dem Tangenten an die Feldlinien eine Komponente entlang einer Richtung senkrecht zu Längsrichtung des Kerns aufweisen, die gegenüber der Komponente entlang der Längsrichtung um wenigstens einen Faktor 1 ,5 oder um wenigstens einen Faktor 3,5 oder um wenigstens einen Faktor 5 kleiner ist. Das Result ist, dass die Feldlienien besser in Kernnähe gehalten werden und weniger Ausbauchen auftreten. Aus diesem Grund werden die luftspaltinduzierten Wirbelstromverluste in den Kupferleitungen reduziert.
Es wird angemerkt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorangehend genannten Breiten beschränkt ist. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Breite 2B2 der Bereiche 220A kleiner sein als die Breite 2B1 der Bereiche 240A oder beide Breiten können gleich sein.
Zwar ist in Fig. 2A eine Ausführungsform gezeigt, in der die Bereiche 220A eine gemeinsame Breite 2B2 aufweisen und die Bereiche 240A eine gemeinsame Breite 2B1 aufweisen, jedoch stellt dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es sind auch alternative Ausführungsformen zu der in Fig. 2A gezeigten denkbar, in denen verschiedene Bereiche gleichen Ferritmaterials unterschiedliche Breiten aufweisen können, beispielsweise können mindestens je zwei unterschiedliche Breiten um mehr als 1 % oder um mehr als 5% oder um mehr als 10% oder um mehr als 25% oder um mehr als 50% voneinander abweichen. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform können Ungenauigkeit in einer über dem Kern anzuordnenden Wicklung, beispielsweise eine fehlerhafte Ausrichtung der Wicklung bezüglich des Kerns usw., ausgeglichen werden. Gemäß anderer Ausführungsformen können Breiten von Bereichen 240A eine Breite aufweisen, die von einem Abstand zu einem Ende des magnetischen Kerns 200A abhängt. Für zwei Bereiche 240A kann beispielsweise gelten, dass ein erster Bereich einen ersten Abstand zu einem Ende des magnetischen Kerns 200A, zu dem der erste Bereich den geringeren Abstand aufweist (im Vergleich zu dem anderen Ende) und eine erste Breite aufweist und ein zweiter Bereich einen zweiten Abstand zu einem Ende des magnetischen Kerns 200A, zu dem der zweite Bereich den geringeren Abstand aufweist (im Vergleich zu dem anderen Ende) und eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand und die erste Breite größer ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
Fig. 2B zeigt eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200B entlang einer Längsbzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200B. Entlang der Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des Kerns 21 OB sind abwechselnd Bereiche 220B und 240B mit Ferritmaterial unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften angeordnet. In Fig. 2B sind die Bereiche 220B und 240B als sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns 21 OB erstreckende Schichten gezeigt, die abwechselnd entlang der Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 21 OB angeordnet sind.
Es wird angemerkt, dass trotz der in Fig. 2B dargestellten Bereiche als sich über die Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schicht, auch alternative Ausführungsformen denkbar sind, in denen sich mindestens zwei Bereiche nicht über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstrecken, wie vorangehend mit Bezug auf Fig. 1 erläutert wurde.
Der magnetische Kern 200B weist ferner randseitige Oberflächen 21 OB auf. Die randseitigen Oberfläche 21 OB bilden dynamische Pole des weichmagnetischen Kerns bei Vorliegen eines magnetischen Feldes und stellen Oberflächen von Bereichen 220B dar, die entsprechend jeweils nur auf einer Seite mit einem der Bereiche 240B in Kontakt sind. Auf die randseitigen Oberflächen 21 OB wird im Folgenden mit dem Begriff "Rand" Bezug genommen.
Wie in Fig. 2B gezeigt ist, weisen die Bereiche 220B eine Breite 3B3 auf. Die Bereiche 240B umfassen Bereiche 242B mit einer Breite 3B1 und Bereiche 244B mit einer Breite 3B2. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist die Breite 3B1 kleiner als die Breite 3B2. Entsprechend der in Fig. 2B darstellten Ausführungsform nimmt die Breite von Bereichen 240B entlang einer Längs- oder Erstreckungsrichtung des Kerns 200A zum Rand des magnetischen Kerns 200B hin ab, wobei in einem Mittelbereich des magnetischen Kerns 200B angeordnete Bereiche 246B größer sind als an einem Rand 21 OB gelegene Bereiche 242B. Die Breite 3B3 der Bereiche 240B ist von der Anordnung der einzelnen Bereiche 240B unabhängig. Hier ist der Abstand eines Bereichs zu einem Rand 21 OB als der Abstand eines Bereichs in Längsrichtung des Kerns 200A zu dem Rand 21 OB zu verstehen, der von dem Bereich den kleinsten Abstand aufweist. Es ist möglich, Abstände von einem Rand eines Bereichs bzw. einer die Bereichsgrenze des Bereichs zu einem direkt benachbarten Bereich festlegenden Oberfläche eines Bereichs zu messen, jedoch wird der Fachmann erkennen, dass ein anderer geeigneter Bezugspunkt, wie etwa ein geometrischer Schwerpunkt eines Bereichs, ebenso zum Messen von Abständen vorgesehen sein kann, sofern der Bezugspunkt für jeden Bereich in analoger Weise definiert wird. Im folgenden sollen Bereiche bezüglich Abstand und/oder Anordnung weiter auf den Rand 21 OB bezogen sein, der von dem Bereich den kleineren Abstand aufweist und von der Bereichsgrenze eines Bereichs ab gemessen sein, die dem entsprechenden Rand 21 OB nächstliegend angeordnet ist.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann die Breite 3B3 größer oder gleich der Breite 3B2 sein. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann die Breite 3B3 kleiner oder gleich der Breite 3B2 sein.
Bereiche 240B sind gemäß einer beispielhaften Ausführungsform aus Ferritmaterial mit geringer Curie-Temperatur gebildet. Hierbei bedeutet der Begriff "geringe Curie-Temperatur" eine Curie-Temperatur von kleiner oder gleich l OO 'C. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240B ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240B nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
Die Bereiche 220B sind aus Material mit hoher Curie-Temperatur gebildet. Hierbei bedeutet der Begriff "hohe Curie-Temperatur", dass die Curie-Temperatur mehr als 100°C beträgt.
Damit wird ein magnetischer Kern 200B bereitgestellt, der sogenannte "eingesinterte Spalte" aufweist. Durch die eingesinterten Spalte kann eine vorzeitige Sättigung des magnetischen Kerns 200B zuverlässig verhindert werden.
Durch die im magnetischen Kern 200B vorgesehenen Bereiche 240B mit abnehmender Breite, wobei diese Bereiche eine geringe Permeabilität aufweisen, werden zuverlässig Streufelder seitlich des magnetischen Kerns 200B unterdrückt. Insbesondere werden an den Rändern 21 OB des magnetischen Kerns 200B auftretende "Ausbauchungen" des Magnetfelds durch die Bereiche 242B verstärkt unterdrückt. Da die Bereiche 244B meist durch eine über dem magnetischen Kern 200B angeordneten Wicklung überdeckt werden, ist um die Bereiche 244B herum eine magnetische Feldstärke in diesen Bereichen 220B sehr groß. Dadurch wird eine Ausbauchung des magnetischen Feldes an den Bereichen 244B zuverlässig unterdrückt. Diese Bereiche können eine größere Breite aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen können sich mindestens je zwei unterschiedliche Breiten um wenigstens 1 % oder wenigstens 5% oder wenigstens 10% oder wenigstens 25% oder wenigstens 50% unterscheiden.
Es wird angemerkt, dass auch die in Fig. 2B dargestellte Ausführungsform eine optimale Führung der Feldinien im Kern aufweist. Entsprechende Erläuterungen sind auch an dieser Stelle im vollen Umfang gültig.
Obwohl der in Fig. 2B gezeigte magnetische Kern 200B Bereiche 220B mit gleicher Breite 3B3, Bereiche 244B mit gleicher Breite 3B2 und Bereiche 242B mit gleicher Breite 3B1 darstellt, wird hierdurch die vorliegende Offenbarung nicht beschränkt. Alternativ hierzu sind Ausführungsformen denkbar, in denen unterschiedliche Bereiche 220B unterschiedliche Breiten aufweisen können, beispielsweise können die Bereiche 220B zu den Rändern hin kleiner oder größer werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 244B unterschiedliche Breiten aufweisen. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 242B unterschiedliche Breiten aufweisen.
Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen können Breiten von Bereichen 240B eine Breite aufweisenen, die von einem Abstand zum Rand 21 OB des magnetischen Kerns 200B abhängt. Für zwei Bereiche 240B kann beispielsweise gelten, dass ein erster Bereich einen ersten Abstand zum Rand 21 OB des magnetischen Kerns 200B und eine erste Breite aufweist und ein zweiter Bereich einen zweiten Abstand zum Rand 21 OB des magnetischen Kerns 200B und eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand und die erste Breite größer ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
Fig. 2C zeigt eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200C entlang einer Längsbzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200C. Der magnetische Kern 200C weist Bereiche 220C und Bereiche 240C, nämlich 242c, 244c und 246c auf, die jeweils aus Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gebildet sind (entsprechende Ausgestaltungen wurden mit Bezug auf die Fig. 2A und 2B beschrieben, so dass auf die entsprechende Beschreibung verwiesen wird). Das heißt, dass das die Bereiche 220C bildende Ferritmaterial magnetische Eigenschaften aufweist, die sich von den magnetischen Eigenschaften des Ferritmaterials unterscheiden, das die Bereiche 240C bildet. Wie vorangehend erläutert, kann die magnetische Eigenschaft eine Induktivität, eine magnetische Permeabilität, einen magnetischen Widerstand, eine Curietemperatur, eine Sättigungsflussdichte etc. umfassen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240C ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240C nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten. Der magnetische Kern 200C weist ferner randseitige Oberflächen 210C auf. Die randseitigen Oberflächen 21 OC bilden dynamische Pole des weichmagnetischen Kerns bei Vorliegen eines magnetischen Feldes und stellen Oberflächen von Bereichen 220C dar, die entsprechend jeweils nur auf einer Seite mit einem der Bereiche 240C in Kontakt sind. Auf die randseitigen Oberflächen 21 OC wird im Folgenden mit dem Begriff "Rand" Bezug genommen. Der Abstand eines Bereichs zu einem Rand 21 OC soll als der Abstand zu dem Rand 21 OC verstanden sein, der von dem Bereich den kleinsten Abstand aufweist. Im folgenden sollen Bereiche bezüglich Abstand und/oder Anordnung weiter auf den Rand 21 OC bezogen sein, der von dem Bereich den kleineren Abstand aufweist.
Die Bereiche 220C weisen eine Breite 4B4 auf. Die Bereiche 240C umfassen Bereiche 242C mit einer Breite 4B1 , Bereiche 244C mit einer Breite 4B2 und einen Bereich 246C mit einer Breite 4B3. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann die Breite 4B3 größer als die Breite 4B2 sein. Die Breite 4B2 kann wiederum größer als die Breite 4B1 sein. In der in Fig. 2C dargestellten Ausführungsform kann die Breite 4B4 mindestens genauso groß sein wie die Breite 4B3.
Gemäß alternativer hierin kann Ausführungsformen die Breite 4B4 kleiner sein als die Breite 4B3 oder sogar kleiner als die Breite 4B2 um mindestens einen großen „Spalt" in dem magnetischen Kern 200C zu bilden. Es wird angemerkt, dass anstelle eines Bereichs 246C auch zwei oder mehr Bereiche 246C vorgesehen sein können. Es wird weiter angemerkt, dass die Anzahl von Bereichen 242C und/oder 244C von der in Fig. 2C dargestellten jeweiligen Anzahl abweichen kann, so dass auch zwei oder mehr Bereiche 242C und/oder zwei oder mehr Bereiche 244C und eine entsprechende Anzahl an Bereichen 220C vorgesehen sein können.
Es wird angemerkt, dass auch die in Fig. 2C dargestellte Ausführungsform eine optimale Führung der Feldinien im Kern aufweist. Entsprechende Erläuterungen sind auch an dieser Stelle im vollen Umfang gültig.
Der magnetische Kern 200C weist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform Bereiche 240C auf, deren Breite zum Rand 21 OC des magnetischen Kerns 200C hin abnehmen.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 220C aus einem Material mit hoher Curie-Temperatur gebildet. Der Ausdruck "hohe Curie-Temperatur" bezeichnet Curie- Temperaturen, die größer sind als 100°C.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 240C aus einem Ferritmaterial mit niedriger Curie-Temperatur gebildet. Der Ausdruck "niedrige Curie-Temperatur" bezeichnet Curie-Temperaturen von kleiner oder gleich 100°C. Obwohl der in Fig. 2C gezeigte magnetische Kern 200C Bereiche 220C mit gleicher Breite 4B4, Bereiche 244C mit gleicher Breite 4B2 und Bereiche 242C mit gleicher Breite 4B1 darstellt, wird hierdurch die vorliegende Offenbarung nicht beschränkt. Alternativ hierzu sind Ausführungsformen denkbar, in denen unterschiedliche Bereiche 220C unterschiedliche Breiten aufweisen können, beispielsweise können die Bereiche 220C zu den Rändern hin kleiner oder größer werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 244C unterschiedliche Breiten aufweisen. Zusätzlich oder alternativ hierzu können unterschiedliche Bereiche 242C unterschiedliche Breiten aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen können sich mindestens je zwei unterschiedliche Breiten um wenigstens 1 % oder wenigstens 5% oder wenigstens 10% oder wenigstens 25% oder wenigstens 50% unterscheiden.
Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen können Breiten von Bereichen 240C eine Breite aufweisenen, die von einem Abstand zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C abhängt. Für zwei Bereiche 240C kann beispielsweise gelten, dass ein erster Bereich einen ersten Abstand zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C und eine erste Breite aufweist und ein zweiter Bereich einen zweiten Abstand zum Rand 210C des magnetischen Kerns 200C und eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite kleiner ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand und die erste Breite größer ist als die zweite Breite wenn der erste Abstand größer ist als der zweite Abstand.
Fig. 2D zeigt eine Querschnittsansicht eines magnetischen Kerns 200D entlang einer Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns 200D. Der magnetische Kern 200D weist Bereiche 220D und Bereiche 240D auf. An dieser Stelle wird auf die Ausführungen zu den Fig. 2A bis 2C bezüglich der entsprechenden Bereiche 220A, 220B, 220C, 240A, 240B, 240C verwiesen.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 220D aus einem Ferritmaterial mit hoher Curie-Temperatur gebildet. Der Begriff "hohe Curie-Temperatur" bezeichnet eine Curie- Temperatur von größer als 100°C.
Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Bereiche 240D aus einem Ferritmaterial mit geringer Curie-Temperatur gebildet. Der Begriff "geringe Curie-Temperatur" bezeichnet Curie- Temperaturen von kleiner oder gleich 100°C. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240D ein Oxidkeramikmaterial auf. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform weisen die Bereiche 240D nanoskalige Partikel auf und zeigen ein superparamagnetisches Verhalten.
Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Es wird angemerkt, dass gemäß alternativer Ausführungsformen hierzu die Bereiche 220D und 240D aus Materialien gebildet sein können, die sich bezüglich ihrer magnetischen Eigenschaften und/oder bezüglich ihrer thermischen Eigenschaften und/oder bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften unterscheiden. Magnetische Eigenschaften können eine Indukivität, eine magnetische Permeabilität, einen magnetischen Widerstand, Kernverlust, Stättigungsflussdichte usw. umfassen.
Der magnetische Kern 200D weist ferner randseitige Oberflächen 21 OD auf. Die randseitigen Oberflächen 21 OD bilden dynamische Pole des weichmagnetischen Kerns bei Vorliegen eines magnetischen Feldes und stellen Oberflächen von Bereichen 220D dar, die entsprechend jeweils nur auf einer Seite mit einem der Bereiche 240D in Kontakt sind. Auf die randseitigen Oberflächen 21 OD wird im Folgenden mit dem Begriff "Rand" Bezug genommen. Der Abstand eines Bereichs zu einem Rand 21 OD soll als der Abstand zu dem Rand 21 OD verstanden sein, der von dem Bereich den kleinsten Abstand aufweist. Im folgenden sollen Bereiche bezüglich Abstand und/oder Anordnung weiter auf den Rand 21 OD bezogen sein, der von dem Bereich den kleineren Abstand aufweist. Ein Bezugspunkt für jeden Bereich soll entsprechend weiter oben ausgeführter Überlegungen festgelegt sein, so dass ein Abstand eines Bereichs zum Rand messbar ist.
Der magnetische Kern 200D ist in drei Abschnitte untergliedert: Zwei Abschnitte R1 und R2 bezeichnen Abschnitte, die je einen Rand 21 OD umfassen. Ein Abschnitt M ist zwischen den beiden Abschnitte R1 und R2 angeordnet, so dass jeweils ein Ende des Abschnitts M mit einem der Abschnitte R1 und R2 in Kontakt steht. Der Abschnitt R2, wie er in Fig. 2D dargestellt ist, umfasst Bereiche 220D, die Volumina V1 , V3 und V5 aufweisen. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Volumina V1 und V3 gleich groß, während das Volumen V5 größer ist als V1 oder V3.
Es wird angemerkt, dass dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung darstellt. Gemäß alternativer Ausführungsformen sind auch Volumina V1 und V3 denkbar, die unterschiedlich groß sind, beispielsweise kann das Volumen V3 größer sein als das Volumen V1 , wobei das Volumen V3 kleiner ist als das Volumen V5.
Bereiche 240D in Abschnitt R2 weisen Volumina V2, V4 und V6 auf, die gleich groß sind. Es wird angemerkt, dass dies keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung darstellt. Es sind auch alternative Ausführungsformen denkbar, in denen die Volumina V2, V4 und V6 unterschiedlich groß sind, beispielsweise kann V2 kleiner sein als V4, welches kleiner ist als V6.
R1 kann eine Konfiguration aufweisen, die dem Abschnitt R2 entspricht.
Der Abschnitt M weist Bereiche 21 OD auf, die Volumina V7, V9, V1 1 und V13 aufweisen. Hierbei sind die Volumina V9 und V1 1 größer als die Volumina V7 und V13. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen sind die Volumina V13 und V7 bzw. die Volumina V1 1 und V9 gleich groß. Gemäß alternativer Ausführungsformen können die Volumina V7 und V13 bzw. V9 und V1 1 unterschiedlich groß sein.
Gemäß alternativer Ausführungsformen können die Volumina V9 und V1 1 höchstens genauso groß sein wie das Volumen V10.
Die Bereiche 240D des Abschnitts M weisen Volumina V8, V10 und V12 auf. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist das Volumen V10 größer als die Volumina V8 und V12. Gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen können die Volumina V8 und V12 gleich groß sein. Alternativ hierzu können die Volumina V8 und V12 unterschiedlich groß sein.
Der in Fig. 2D gezeigte magnetische Kern 200D weist gemäß beispielhafter Ausführungsformen Bereiche 240D auf, deren Volumina sämtlich kleiner sein können als das größte Volumen unter den Bereichen 220D. Ein Volumen, und dem entsprechend eine Größe, eines jeden der Bereiche 240D kann kleiner oder gleich einem Volumen, und damit einer Größe, des kleinsten direkt benachbarten Bereichs 220D sein, z.B. ist: V2 kleiner als V1 , V3; V4 kleiner oder gleich V3 kleiner V5; V6 kleiner V5, V7; V8 kleiner oder gleich V7 kleiner V9; V10 kleiner V9, V1 1 ; V12 kleiner oder gleich V13 kleiner V1 1 usw.
Gemäß einer speziellen beispielhaften Ausführungsform ist der Kern 200D derart konfiguriert, dass die Volumina V10, V8, V6, V4, V2 entlang einer Längs- bzw. Erstreckungsrichtung des Kerns 200D zum Rand 21 OD hin abnehmen. Es wird angemerkt, dass eine Abnahme gemäß den Anforderungen an den Kern 200D festgelegt sein kann. Beispielsweise kann ein linearer Zusammenhang zwischen der Abnahme der Volumina zum Rand hin mit zunehmendem Abstand von einem Schwerpunkt des Kerns 200D oder mit abnehmendem Abstand zum Rand 21 OD hin festgelegt sein. Alternativ kann ein logarithmischer Zusammenhang, ein exponentieller Zusammenhang oder ein anderer geeigneter Zusammenhang gebildet aus einer Verkettung verschiedener Funktionen vorgesehen sein, so dass die Verkettung ein monoton fallendes oder streng monoton fallendes Verhalten entlang der Längsrichtung des Kerns parametrisiert. Der Fachmann wird erkennen, dass die Wahl eines geeigneten Zusammenhangs von den Leistungsanforderungen und den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Kerns abhängen kann. Beispielsweise kann auf Basis eines gewünschten Feldlinienverlaufs im Kern eine geeignete Funktion anhand numerischer Methoden bestimmt werden. Die andere Kernhälfte kann entsprechend konfiguriert sein, so dass sich eine symmetrische Kernkonfiguration ergibt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar, so dass auch asymmetrische Kernkonfigurationen denkbar sind. Es wird angemerkt, dass auch die in Fig. 2D dargestellte Ausführungsform eine optimale Führung der Feldinien im Kern aufweist. Entsprechende Erläuterungen sind auch an dieser Stelle im vollen Umfang gültig.
Mit Bezug auf die Fig. 2D wurden Bereichsgrößen mit dem Volumen in Beziehung gesetzt. Dies stellt keine Beschränkung dar. Gemäß anderer Ausführungsformen kann in der Beschreibung zu Fig. 2D der Ausdruck„Volumen" durch „Breite" und dessen Bedeutung als Breite eines Bereichs ersetzt werden.
Mit Bezug auf die Figuren 1 und 2A bis 2D wurden Ausführungsformen beschrieben, in denen zwei Ferritmaterialien unterschiedliche Curie-Temperaturen aufweisen. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Die mit Bezug auf diese Figuren beschriebenen Ausführungsformen lassen sich uneingeschränkt auf Situationen übertragen, in denen die Ferritmaterialien mit niedriger Curie-Temperatur durch Materialien mit niedriger magnetischer Permeabilität und/oder niedriger Sättigungsflussdichte und die Ferritmaterialien mit hoher Curie-Temperatur durch Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität und/oder hoher Sättigungsflussdichte ersetzt werden. Eine entsprechende Beschreibung ergibt sich direkt aus einer entsprechenden Ersetzung.
Mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2D wurden Ausführungsformen beschrieben, in denen zwei Ferritmaterialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften einen magnetischen Kern bilden. Dies stellt keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Die mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2D erklärten Konzepte und Erläuterungen lassen sich uneingeschränkt auf die Fälle mit 3 oder mehr Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften übertragen. Es wird auf entsprechende Erläuterungen im Rahmen von der Beschreibung zu Fig. 1 verwiesen.
Es wird angemerkt, dass mit Bezug auf die Figur 2A eine Technik zum Verbinden zweier Ferritmaterialien erläutert wurde, gemäß welcher gepresste Einzelstücke miteinander verbunden werden, diese Technik jedoch auch zur Bereitstellung von Ausführungsformen einsetzbar ist, die im Zusammenhang mit den Figuren 2A bis 2D beschrieben sind.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Fig. 3 stellt einen Zusammenhang zwischen dem Anteil eines ersten Ferritmaterials mit einer ersten magnetischen Eigenschaft und den Anteil eines zweiten Ferritmaterials mit einer zweiten magnetischen Eigenschaft, das sich von der ersten magnetischen Eigenschaft unterscheidet, über einen Bereich eines magnetischen Kerns hinweg dar. Eine Abszisse 310 des Graphen 300 repräsentiert eine Richtung entlang eines magnetischen Kerns, die eine nicht verschwindende Komponente entlang einer Längsrichtung bzw. Erstreckungsrichtung des magnetischen Kerns aufweist. Eine Ordinate 320 des Graphen 300 repräsentiert einen Gewichts- oder Stoffmengenanteil. Die Ordinate 320 kann derart normierte Einheiten aufweisen, dass ein Punkt 324 auf der Ordinate 320 einem Massenanteil bzw. Stoffmengenanteil von 100% bzw. 1 entspricht. Ein Punkt 329 auf der Ordinate 320 kann einem Massen- bzw. Stoffmengenanteil gemessen in Prozent von mehr als 95% oder mehr als 90% (bzw. mehr als 0,95 oder mehr als 0,90) entsprechen. Ein Punkt 328 auf der Ordinate 320 kann einem Massen- bzw. Stoffmengenanteil mit Einheit Prozent von weniger als 30% (bzw. 0,30) oder wenigerals 10% (bzw. 0,10) oder weniger als 5% (bzw. 0,05) oder weniger als 1 % (bzw. 0,01 ) entsprechen. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass der Graph 300 nur schematisch ist und zur Erläuterung des Begriffs Grenze von Bereichen dient.
Eine Kurve 340 des Graphen 300 repräsentiert den Massen- bzw. Stoffmengenanteil des ersten Ferritmaterials. Eine Kurve 360 des Graphen 300 repräsentiert den Massen- bzw. Stoffmengenanteil des zweiten Ferritmaterials in der oben genannten Richtung entlang eines magnetischen Kerns über einen Bereich hinweg.
Wie dem in Fig. 3 gezeigten Graphen 300 zu entnehmen ist, ist die Kurve 360 des zweiten Ferritmaterials in einem Intervall streng monoton fallend, in welchem die Kurve 340 streng monoton steigend ist. Dies bedeutet, dass in diesem Intervall der Richtung entlang des magnetischen Kerns eine Abnahme des Stoffmengenanteils bzw. Massenanteils an zweitem Ferritmaterial bei gleichzeitiger Zunahme des Stoffmengen- bzw. Massenanteils des ersten Ferritmaterials erfolgt. Die Kurven 340 und 360 schneiden sich in diesem Intervall in einem Punkt, so dass beide Ferritmaterialien an diesem Punkt einen gleichen Massen- bzw. Stoffmengenanteil aufweisen. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Massenanteil bzw. Stoffmengenanteil eines Ferritmaterials zwischen jeweils zwei Schnittpunkten immer größer als der Massen- bzw. Stoffmengenanteil des anderen Ferritmaterials. Diese Bereiche können also dahingehend interpretiert werden, so dass in diesem Bereich hauptsächlich ein Ferritmaterial mit bestimmter magnetischer Eigenschaft vorliegt, während das andere Ferritmaterial mit davon unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften in diesen Bereich hinein einen abnehmenden Massen- bzw. Stoffmengenanteil aufweist. Aus diesem Grund wird zwischen den beiden Schnittpunkten 314 und 316 ein Bereich definiert, der aus dem ersten Ferritmaterial gebildet ist, da das erste Ferritmaterial in diesem Bereich einen Massen- bzw. Stoffmengenanteil aufweist, der größer ist als der Massen- bzw. Stoff mengenanteil des zweiten Ferritmaterials (die Kurve 340 verläuft zwischen den Punkten 314 und 316 über der Kurve 360). Da in einem Bereich aus erstem Ferritmaterial auch ein Anteil aus zweitem Ferritmaterial vorliegt, sind die Bereiche eigentlich nicht absolut scharf voneinander getrennt (dies entspräche einem stufenförmigen Verlauf, beispielsweise der sog. Heaviside-Funktion). Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen jedoch relativ scharf getrennte Bereiche, in denen Grenzbereiche schmalen Intervallen (z.B. 318 bis 319 in Fig. 3) um Grenzlinien (z.B. gestrichelte Linie über 314 in Fig. 3) entsprechen. Ein Grenzbereich sei im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung als ein Bereich definiert, in dem der Massenanteil eines Ferritmaterials von einem Wert auf der Ordinate, etwa dem Punkt 329 entsprechend, auf einen anderen Wert auf der Ordinate, etwa dem Punkt 328 entsprechend, abnimmt. Dies führt zu einem durch die Punkte 318 und 319 begrenzten Intervall um den Punkt 314 auf der Abszisse 310 und damit zu einem Grenzbereich zwischen zwei Bereichen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass entsprechend dem in Fig. 3 dargestellten Konzept definierte Grenzbereiche schmal oder scharf sind bzw. zwei Bereiche gut voneinander getrennt sind .
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine gute Trennung zweier Bereiche bzw. schmale oder scharfe Grenzbereiche dadurch erreicht, dass sichergestellt wird, dass die Schüttungen vor dem Pressen schon gut getrennt sind. Das kann beispielsweise dadurch erreicht werden, in dem der Füllschuh plan abgezogen wird. Es kann ferner sichergestellt werden, dass eine gute Trennung auch während der Temperaturbehandlung erhalten bleibt, wenn das gegeinseitige Ineinanderdiffundieren möglichst gering gehalten wird. Das wird gemäß spezieller Ausführungsformen dadurch erreicht, indem die unterschiedliche stoffliche Zusammensetzung der verschiedenen Materialien so eng wie möglich gewählt wird. Desweiteren kann eine Verwendung von vorgeglühtem bzw. vorgesintertem bzw. vorreagiertem Pulver eine weitere örtliche„Vorfixierung" der unterschiedlichen Materialien mit sich bringen. So ergab sich gemäß Ausführungsformen, dass ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil bzw. Stoffmengenanteil des Ferritmaterials von mehr als 90 Massen- bzw Stoffmengenprozent oder mehr als 95 Massenbzw. Stoffmengenprozent auf weniger als 30 Massen- bzw. Stoffmengenprozent oder weniger als 10 Massen- bzw. Stoffmengenprozent oder weniger als 5 Massen- bzw. Stoffmengenprozent oder weniger als 1 Massen- bzw. Stoffmengenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1 % umfasst. Die Begriffe„schmal",„scharf",„gute Trennung" sollen entsprechend der vorangegangenen Erläuterung verstanden werden.
Die vorliegende Erfindung stellt magnetische Kerne mit Bereichen aus Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften bereit, die in einem genaueren Maße voneinander getrennt sind, als der Stand der Technik vorgibt. Auf Grund der scharfen bzw. klaren Trennung, die Bereiche aus Ferritmaterialien unterschiedlicher magnetischer Eigenschaften gemäß der Erfindung aufweisen, werden magnetische Kerne mit genau definierten bzw. vorgegebenen magnetischen Eigenschaften und/oder thermischen Eigenschaften und/oder elektrischen Eigenschaften und/oder mechanischen Eigenschaften bereitgestellt.
Anhand der Fig. 4A und 4B werden beispielhafte Ausführungsformen für mehrteilige Kernanordnungen beschrieben. Fig. 4A zeigt eine zweiteilige Kernanordnung, in der ein entsprechend der Erfindung ausgeführter Stabkern 41 OA zusammen mit einem herkömmlichen C- bzw. U-Kern 420A kombiniert ist. Über den magnetischen Kern 41 OA ist eine Wicklung 440A angeordnet. Die Wicklung 440A weist Drahtenden 442A bzw. 444A auf, die mit entsprechenden Wicklungsanschlüssen verbunden sein können. Die Wicklung 440A ist derart über dem Kern 41 OA vorgesehen, dass ein Volumenschwerpunkt der Wicklung 440A im Wesentlichen mit einem Volumenschwerpunkt des Kerns 41 OA zusammenfällt. Im Wesentlichen bedeutet hier, dass der Volumenschwerpunkt der Wicklung 440A über einem Bereich des Kerns 41 OA aus einem Ferritmaterial angeordnet ist, der identisch ist mit einem Bereich aus Ferritmaterial, in dem der Volumenschwerpunkt des Kerns 41 OA angeordnet ist. Gemäß beispielhafter Ausführungsformen kann der Bereich Ferritmaterial mit hoher Curie-Temperatur aufweisen. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann der Bereich Ferritmaterial mit niedriger Curie- Temperatur aufweisen. Hier ist hohe/niedrige Curie-temperatur entsprechend vorangehender Erläuterungen zu verstehen. Über einem Schenkel des C- bzw. U-Kerns 420A, der parallel zu dem Kern 41 OA orientiert ist, ist weiter eine Wicklung 460A vorgesehen, die zwei Drahtenden 426A und 464A aufweist. Die Drahtenden 462A und 464A können mit entsprechenden Drahtanschlüssen verbunden sein.
Fig. 4B zeigt eine weitere Ausführungsform einer mehrteiligen Kernanordnung, in der zwei Stabkerne 41 OB und 415B vorgesehen sind, die entsprechend der vorliegenden Offenbarung ausgebildet sind. Mögliche Ausführungsformen für erfindungsgemäße Stabkerne wurden mit Bezug auf die Fig. 2A bis 2D beschrieben. Es wird angemerkt, dass magnetische Kerne entsprechend der Erfindung, wie sie vorangehend beschrieben wurden, als entsprechende magnetische Kerne 41 OB und 415B In der magnetischen Anordnung 400B vorgesehen sein können. Die magnetischen Kerne 41 OB, 415B können mittels eines Jochs 420D verbunden sein. Dies stellt jedoch keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. Gemäß alternativer Ausführungsformen kann auch kein Joch vorgesehen sein. Über den Kernen 41 OB und 415B sind jeweils Wicklungen 440B und 460B vorgesehen. Die Wicklungen 440B und 460B weisen Drahtenden 442B und 462B auf, die mit entsprechenden Drahtanschlüssen verbunden sein können.
Die mit Bezug auf Fig. 4A und 4B beschriebenen Anordnungen stellen keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung dar und es sind Anordnungen mit verschieden vielen magnetischen Kernen aus unterschiedlicher Anzahl von Ferritmaterialien verschiedenster Eigenschaften in Kombination mit einer beliebigen Anzahl herkömmlicher magnetischer Kerne denkbar. Auch sind die Kernformen nicht beschränkend, sonder es können auf E-, U-, I-Kernen und anders geformenten Kernen basierende Anordnungen (vgl. auch Erläuterungen mit Bezug auf Fig. 1 ) und deren Kombination realisiert werden.
Es wird angemerkt, dass unter einem Rand eines magnetischen Kerns, wie beispielsweise in den Figuren 2 und 4 dargestellt bevorzugt eine Berandung des Kerns in Axialrichtung zu verstehen ist. Insbesondere sind mit dem Begriffen„Rand" oder„Berandung" Oberflächen des magnetischen Kerns bezeichnet, die bei konkreten Anwendungen des Kerns Polflächen des magnetischen Kerns bereitstellen.
Es wid angemerkt, dass magnetische Materialien im Rahmen der vorliegenden Offenbarung hauptsächlich als weichmagnetische Materialien und insbesondere ferrimagnetische Materialien zu verstehen sind. Die am häufigsten genutzte Gruppe ferrimagnetischer Materialien sind Ferrite, bei denen zweiwertige Metallionen zwei Gitter (auch als Untergitter bezeichnet) bilden, die durch in dichtester Kugelpackung liegende (Spinellstruktur der Ferrite) Sauerstoffatome voneinander getrennt sind.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung werden die folgenden Ausführungsformen explizit offenbart: Ausführungsform 1 :
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns, umfassend:
Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, welche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst;
Befüllen einer dem magnetischen Kern entsprechenden Form zum Ausbilden eines Materialvolumens in der Form, das abwechselnd Bereiche aus mindestens jeweils dem ersten und dem zweiten Material aufweist; und
Aussetzen der mindestens zwei Materialien in der Form einer Druckeinwirkung.
Ausführungsform 2:
Verfahren nach Ausführungsform 1 , wobei das Verfahren ferner ein zusätzliches Aussetzen einer insbesondere nachfolgenden Wärmeeinwirkung umfasst. Ausführungsform 3: Verfahren nach Ausführungsform 1 oder 2, das Verfahren ferner umfassend ein Auswählen der mindestens zwei Materialien, so dass die mindestens zwei Materialien unterschiedliche magnetische Permeabilitäten und/oder unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Temperaturleitfähigkeiten und/oder unter- schiedliche elektrische Leitfähigkeiten und/oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten aufweisen.
Ausführungsform 4:
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, das Verfahren ferner umfassend ein Einstellen der magnetischen und/oder mechanischen und/oder thermischen und/oder elektrischen Eigenschaft von dem ersten Material und/oder dem zweiten Material vor dem Aussetzen einer Druckeinwirkung durch Beimengen eines Additivs, welches mindestens eines der aus Ti, AI, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, Zn, Fe, Mn, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W und Bi bestehenden Gruppe, ein Oxid eines dieser Elemente und/oder ein Karbonat eines dieser Elemente und/oder eine beliebige Verbindung dieser Elemente umfasst. Ausführungsform 5:
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, das Verfahren ferner ein Vorsintern der mindestens zwei Materialien vor dem Befüllen der Form umfassend, wobei die mindestens zwei Materialien jeweils als Pulver bereitgestellt sind. Ausführungsform 6:
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei sich das Materialvolumen in der Form durch das Aussetzen einer Druckeinwirkung auf weniger als 90% oder weniger als 50% des Materialvolumens oder auf höchstens 10% des Materialvolumens reduziert. Ausführungsform 7:
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei das Aussetzen einer Druckeinwirkung mittels einer CNC gesteuerten hydraulischen Presse erfolgt.
Ausführungsform 8:
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns, umfassend:
Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, welche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst; Bilden wenigstens eines ersten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten ersten Materials;
Bilden wenigstens eines zweiten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten zweiten Materials;
Aufbringen einer Flüssigkeit zum Bilden eines Flüssigkeitsfilms wenigstens auf einer freiliegenden Oberfläche des ersten Materialvolumenteils und/oder des zweiten Materialvolumenteils; und
Anordnen eines Materialvolumenteils direkt auf dem Flüssigkeitsfilm eines anderen Materialvolumenteils.
Ausführungsform 9:
Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei die Flüssigkeit eine wässrige oder alkoholische Lösung aus Polyethylenglycol oder Polyvenylalkohol oder Acrylat oder eine Mischungen davon ist. Ausführungsform 10:
Verfahren nach Ausführungsform 8 oder 9, wobei das Anordnen eines Materialvolumenteils ein während des Anordnens durchgeführtes Drehen des Materialvolumenteils umfasst.
Ausführungsform 1 1 :
Verfahren nach einer der Ausführungsformen 8 bis 10, wobei das Verfahren ferner ein Sintern der angeordneten Materialvolumenteile umfasst.
Ausführungsform 12:
Magnetischer Kern, umfassend:
wenigstens zwei Bereiche, welche miteinander verbunden und entlang einer Längsrichtung des magnetischen Kerns abwechselnd angeordnet sind,
wenigstens ein erstes Material und ein zweites Material, welche voneinander verschieden sind und unterschiedliche magnetische Permeabilitäten aufweisen, wobei jeweils ein Bereich ein Material von dem wenigstens ersten und zweiten Material aufweist;
wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritma- terial und/oder ein Oxidkeramikmaterial oder das zweite Material ein superparamagnetisches Material umfasst.
Ausführungsform 13:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 12, wobei mindestens ein Bereich als eine sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende Schicht ausgebildet ist. Ausführungsform 14:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 12 oder 13, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 10 und das erste Material eine relative Permeabilität größer 10 aufweist. Ausführungsform 15:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 14, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 3 aufweist.
Ausführungsform 16:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 15, wobei sich die Längenausdehnungskoeffizienten der mindestens zwei Materialien um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1 % oder um weniger als 0,5% voneinander unterscheiden.
Ausführungsform 17:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 16, wobei das erste Ferritmaterial ein Additiv aufweist, welches mindestens eines der aus Ti, AI, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W und Bi bestehenden Gruppe, ein Oxid eines dieser Elemente und/oder einem Karbonat eines dieser Elemente und/oder eine beliebige Verbindung dieser Elemente umfasst.
Ausführungsform 18:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 17, wobei das zweite Material ein superparamagnetisches Verhalten aufweist. Ausführungsform 19:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 18, wobei das zweite Material ein Verbundwerkstoff aus nanoskaligen Partikeln ist, die eine maximale Größendimension aus einem Bereich von 5 nm bis 50 nm haben. Ausführungsform 20:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 19, wobei die nanoskaligen Partikel ein Ferritmaterial oder Metallmaterial aufweisen.
Ausführungsform 21 : Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 18 bis 20, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität μΓ mit 1 < μΓ < 3 oder 1 < μΓ < 2, oder 1 < μΓ < 1 ,6 oder 1 < μΓ < 1 ,3 aufweist Ausführungsform 22:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 18, wobei das zweite Material das zweite Ferritmaterial umfasst und das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten aufweisen. Ausführungsform 23:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 22, wobei das erste Ferritmaterial und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Stoffmengenanteile an Zn und/oder Cu aufweisen.
Ausführungsform 24:
Magnetischer Kern nach Ausführungsform 22 oder 23, wobei das erste Ferritmaterial oder das zweite Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Molprozent bis 60 Molprozent und/oder von Fe203 in einem Bereich von 20 Molprozent bis 80 Molprozent und/oder von MnO oder NiO in einem Bereich von 5 Molprozent bis 60 Molprozent aufweist. Ausführungsform 25:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 22 bis 24, wobei das zweite Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von -cO 'C oder von O 'C bis l OO 'C oder von 0°C bis 50 'C oder von l ö'C bis 35^ aufweist und das erste Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von 100°C bis 700 <C oder von 100°C bis 500 <C oder von 200 °C bis 350 <C aufweist.
Ausführungsform 26:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 25, wobei mindestens ein Bereich mit dem zweiten Material höchstens genauso groß ist wie der kleinste der direkt benachbarten Bereiche mit dem ersten Material.
Ausführungsform 27:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 oder 26, wobei Bereiche mit dem zweiten Material von einer Mitte des magnetischen Kerns ab in Längsrichtung des Kerns zu einem Rand des magnetischen Kerns hin kleiner werden. Ausführungsform 28:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 27, wobei mindestens ein Bereich mit dem zweiten Material höchstens genauso groß ist wie der kleinste Bereich mit dem ersten Material.
Ausführungsform 29:
Magnetischer Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 28, wobei ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil des Ferritmaterials von mehr als 90 Massenprozent oder mehr als 95 Massenprozent auf weniger als 30 Massenprozent oder weniger als 10 Massenprozent oder weniger als 5 Massenprozent oder weniger als 1 Massenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1 % umfasst.
Ausführungsform 30:
Mehrteilige Kernanordnung, umfassend:
mindestens einen magnetischen Kern nach einer der Ausführungsformen 12 bis 29; und mindestens eine Wicklung, die über dem mindestens einen magnetischen Kern bereitgestellt ist.
Zusammenfassend werden magnetische Kerne und Verfahren zu deren Herstellung bereitgestellt, wobei die magnetischen Kerne mindestens zwei Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen, wobei die Materialien aus einem Ferritmaterial, einem Oxidkeramikmaterial und einem superparamagnetischen Material ausgewählt werden und entlang des magnetischen Kerns abwechselnd in einzelnen Bereichen ausgebildet sind.

Claims

Patentansprüche für PCT-Nachanmeldung
1 . Magnetischer Kern, umfassend: wenigstens zwei Bereiche, welche miteinander verbunden und entlang einer Längsrich- tung des magnetischen Kerns abwechselnd angeordnet sind, wenigstens ein erstes Material und ein zweites Material, welche voneinander verschieden sind und unterschiedliche magnetische Permeabilitäten aufweisen, wobei jeweils ein Bereich ein Material von dem wenigstens ersten und zweiten Material aufweist; wobei Bereiche mit dem zweiten Material von einer Mitte des magnetischen Kerns ab in Längsrichtung des Kerns zu einem Rand des magnetischen Kerns hin kleiner werden.
2. Magnetischer Kern nach Anspruch 1 , wobei mindestens ein Bereich mit dem zweiten Material höchstens genauso groß ist wie der kleinste der direkt benachbarten Bereiche mit dem ersten Material.
3. Magnetischer Kern nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens ein Bereich mit dem zweiten Material höchstens genauso groß ist wie der kleinste Bereich mit dem ersten
Material.
4. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein superparamagnetisches Material umfasst.
5. Magnetischer Kern nach Anspruch 4, wobei das zweite Material ein Verbundwerkstoff aus nanoskaligen Partikeln ist, die eine maximale Größendimension aus einem Bereich von 5 nm bis 50 nm haben.
6. Magnetischer Kern nach Anspruch 5, wobei die nanoskaligen Partikel ein Ferritmaterial oder Metallmaterial aufweisen.
7. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens ein Bereich als eine sich über die gesamte Querschnittsfläche des magnetischen Kerns erstreckende
Schicht ausgebildet ist. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität kleiner 10 und das erste Material eine relative Permeabilität größer 10 aufweist.
Magnetischer Kern nach Anspruch 8, wobei das zweite Material eine relative Permeabilität μΓ mit 1 < μΓ < 3 oder 1 < μΓ < 2, oder 1 < μΓ < 1 ,6 oder 1 < μΓ < 1 ,3 aufweist.
Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei sich die Längenausdehnungskoeffizienten der mindestens zwei Materialien um weniger als 10% oder um weniger als 5% oder um weniger als 1 % oder um weniger als 0,5% voneinander unterscheiden.
Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Ferritmaterial ein Additiv aufweist, welches mindestens eines der aus Ti, AI, Cr, Mg, Cu, Ni, Sn, Ge, Sr, K, Nb, Zr, Ca, Si, V, Co, Hf, W und Bi bestehenden Gruppe, ein Oxid eines dieser Elemente und/oder einem Karbonat eines dieser Elemente und/oder eine beliebige Verbindung dieser Elemente umfasst.
Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das zweite Material das zweite Ferritmaterial umfasst und das erste und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Curie-Temperaturen und/oder unterschiedliche Sättigungsflussdichten aufweisen.
Magnetischer Kern nach Anspruch 12, wobei das erste Ferritmaterial und das zweite Ferritmaterial unterschiedliche Stoffmengenanteile an Zn und/oder Cu aufweisen.
Magnetischer Kern nach Anspruch 12 oder 13, wobei das erste Ferritmaterial oder das zweite Ferritmaterial einen Stoffmengenanteil von ZnO in einem Bereich von 0 Molprozent bis 60 Molprozent und/oder von Fe203 in einem Bereich von 20 Molprozent bis 80 Molprozent und/oder von MnO oder NiO in einem Bereich von 5 Molprozent bis 60 Molprozent aufweist.
Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das zweite Ferritmaterial eine Curie-Temperatur aus einem Bereich von -cO 'C oder von O 'C bis 100°C oder von O'C bis öO 'C oder von 15°C bis 35°C aufweist und das erste Ferritmaterial eine Curie- Temperatur aus einem Bereich von 100°C bis 700 °C oder von 100 <C bis 500 <C oder von 200 °C bis 350 <C aufweist.
16. Magnetischer Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei ein Anteil eines Teilvolumens eines ein Ferritmaterial aufweisenden Bereichs, in dem der Massenanteil des Fer- ritmaterials von mehr als 90 Massenprozent oder mehr als 95 Massenprozent auf weniger als 30 Massenprozent oder weniger als 10 Massenprozent oder weniger als 5 Massenprozent oder weniger als 1 Massenprozent abnimmt, zu einem Gesamtvolumen des Bereichs weniger als 30% oder weniger als 10% oder weniger als 5% oder weniger als 1 % umfasst.
17. Mehrteilige Kernanordnung, umfassend: mindestens einen magnetischen Kern nach einem der Ansprüche 1 bis 16; und mindestens eine Wicklung, die über dem mindestens einen magnetischen Kern bereitgestellt ist.
18. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Kerns, umfassend:
Bereitstellen von mindestens einem ersten Material und einem zweiten Material, welche unterschiedliche magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei das erste Material ein erstes Ferritmaterial und das zweite Material ein zweites Ferritmaterial und/oder ein Oxidkeramikmaterial umfasst;
Bilden wenigstens eines ersten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten ersten Materials;
Bilden wenigstens eines zweiten Materialvolumenteils durch Pressen wenigstens eines Teils des bereitgestellten zweiten Materials;
Aufbringen einer Flüssigkeit zum Bilden eines Flüssigkeitsfilms wenigstens auf einer freiliegenden Oberfläche des ersten Materialvolumenteils und/oder des zweiten Materialvolumenteils; und
Anordnen eines Materialvolumenteils direkt auf dem Flüssigkeitsfilm eines anderen Materialvolumenteils.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Flüssigkeit eine wässrige oder alkoholische Lösung aus Polyethylenglycol oder Polyvenylalkohol oder Acrylat oder eine Mischungen davon ist.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Anordnen eines Materialvolumenteils ein während des Anordnens durchgeführtes Drehen des Materialvolumenteils umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Verfahren ferner ein Sintern der angeordneten Materialvolumenteile umfasst.
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