WO2020015962A1 - Kernanordnung mit magnetischen eigenschaften für eine elektrische vorrichtung und drossel mit einer derartigen kernanordnung - Google Patents

Kernanordnung mit magnetischen eigenschaften für eine elektrische vorrichtung und drossel mit einer derartigen kernanordnung Download PDF

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WO2020015962A1
WO2020015962A1 PCT/EP2019/066946 EP2019066946W WO2020015962A1 WO 2020015962 A1 WO2020015962 A1 WO 2020015962A1 EP 2019066946 W EP2019066946 W EP 2019066946W WO 2020015962 A1 WO2020015962 A1 WO 2020015962A1
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ferrite
core arrangement
stack
disks
magnetic
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PCT/EP2019/066946
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Marcin Kacki
Marek Rylko
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Sma Solar Technology Ag
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    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H01F17/06—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core with core substantially closed in itself, e.g. toroid
    • H01F17/062—Toroidal core with turns of coil around it
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    • H01F2003/106—Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials

Definitions

  • the invention relates to a core arrangement with magnetic properties for an electrical device, the core arrangement comprising ferrite material and being designed and set up to conduct a magnetic flux during operation of the electrical device.
  • the invention also relates to a choke with such a core arrangement and at least one electrically conductive coil, the at least one electrically conductive coil wrapping the core arrangement at least in sections.
  • the invention further relates to an electrical device with such a device
  • Core arrangements are for example as part of chokes in electronic
  • the chokes can be, for example, chokes for smoothing a sinusoidal
  • EMC filter chokes are used for filtering
  • Interference signals that can spread in the electrical device and should not get into the environment.
  • the lowest possible losses and the highest possible magnetic conductivity A of the magnetic material are aimed for guiding the magnetic flux.
  • the simplified relationship L is for a closed circumferential core arrangement with a constant cross section A and a length l given, where m 0 is the magnetic field constant and m G is a relative permeability of the material.
  • Iron as the core material is inexpensive and has advantageously high values for m G , but also has high losses due to eddy currents due to its good electrical conductivity.
  • Ferrite as the core material also has high values for m G , but is a poor conductor compared to iron. Ferrite is a ferrimagnetic material. If core assemblies are to conduct rapidly changing magnetic fields, soft magnetic materials are used, for example, which have a narrower hysteresis curve compared to hard magnetic materials and therefore lower ones
  • Core assemblies with a correspondingly large cross-section can be designed to conduct high magnetic fluxes. This increases both the material costs and the weight of such components.
  • Inverters are chokes with a core arrangement after the
  • Inverter bridges are known, which are arranged in the power path of the systems and exposed to high magnetic fluxes. These chokes can hold a weight in
  • the invention has for its object to provide a core arrangement of the type mentioned and a choke of the type mentioned and to provide an electrical device of the type mentioned, with which a particularly low-loss conduction of a magnetic flux is made possible in at least one frequency range.
  • the object is achieved according to the invention in a core arrangement of the type mentioned at the outset in that the core arrangement comprises at least one stack with at least two ferrite disks made of ferrite material,
  • the ferrite discs each have a front and a back as sides and
  • the core arrangement being designed and set up to conduct a magnetic flux in at least one operating state of the electrical device which is parallel or essentially parallel to the ones in the region of the stack Pages runs.
  • Ferrite material can be saved in the core assembly, thereby reducing the weight of the core assembly.
  • significant results could be achieved in this way
  • Weight reductions compared to conventional EMC filter chokes with a one-piece ferrite core can be achieved. These lossy effects are not taken into account in the manufacturer's information for ferrite cores, since they are generally either not known or are generally regarded as negligible. Surprisingly, suppression or reduction of these lossy effects in ferrite material, which are either considered negligible or generally little known, leads to a significant improvement in the performance of ferrite cores by means of the inventive core arrangement.
  • Dimension of a one-piece ferrite core is greater than half the wavelength of an electromagnetic wave crossing the ferrite core. Since ferrite has a high dielectric constant and a high permeability, the
  • Wave propagation velocity in the material is lower than, for example, in air or in empty space, so that the difference in wavelength leads to a phase difference of the wave on the surface of the magnetic material.
  • the dimension effect affects the impedance of the ferrite core, which changes from inductive at low frequencies to resistive at high frequencies when the resonance is present.
  • the resonance dimension D R is a function of frequency and others
  • s r is a relative permittivity of the ferrite material, / a frequency of an electromagnetic wave, w is a product of 2p times the frequency /, m G is a relative permeability (permeability number) of the ferrite material and p is a specific electrical resistance of the ferrite material.
  • the resonance dimension D R for manganese-zinc ferrite (MnZn ferrite) and nickel-zinc ferrite (NiZn ferrite) as a function of frequency / is shown in FIG.
  • the smallest spatial dimension of the ferrite core or the ferrite disks must be less than or equal to half of D R at this frequency.
  • each one-piece ferrite core which is cut into at least two ferrite disks in the intended direction of the magnetic flux to reduce the dimensional resonance, has lower losses than the one-piece ferrite core, even if the dimensions of the ferrite disks are transverse magnetic flux are substantially greater than half of D R in the frequency range under consideration.
  • the sides of the ferrite disks of the stack which correspond to the cut surfaces in the example, lie against one another or can be arranged at a distance from one another.
  • magnetic material is defined by a permeability number greater than 1, non-magnetic material by a permeability number of 1, and diamagnetic material by a permeability number less than 1.
  • air is referred to as diamagnetic in the context of this invention, even if it is referred to as paramagnetic in the literature to some extent becomes.
  • the filling material can be used to cushion these mechanical forces.
  • an elastic filling material can be arranged between at least two of the ferrite disks of the core arrangement.
  • the second lossy effect in ferrite cores is a core skin effect (core skin effect), which is also referred to as a magnetic skin effect (flux skin effect).
  • core skin effect also referred to as a magnetic skin effect (flux skin effect).
  • the core size and frequency range of the range of application of the core arrangement have a strong influence on the distribution of the magnetic flux in the core. Due to the core skin effect, there is an uneven distribution of the magnetic flux in the core, although losses due to circulating currents in ferrite material are considered negligible.
  • the magnetic skin depth d [m] is a function of the frequency / [Hz] and depends on the specific conductivity s [S / m] of the material, the absolute permeability m 0
  • the losses caused by the magnetic skin effect in the ferrite core can be reduced by cutting the ferrite core into at least two ferrite disks in the intended direction of the magnetic flux, so that a
  • optionally existing inner area of the ferrite disks is reduced with weakened magnetic flux and circulating currents and displacement currents in the interior of the ferrite material are reduced.
  • the ferrite cores according to the invention can also be produced in another way, for example by producing the ferrite disks separately and then assembling them.
  • the core arrangement comprises at least one stack with at least two disks made of ferrite material.
  • the core arrangement can also comprise further stacks with at least two disks made of ferrite material.
  • the stack can comprise, for example, at least three or at least four disks made of ferrite material.
  • the ferrite disks can consist of different ferrite material or of the same ferrite material.
  • the same ferrite material can include different types of ferrite material.
  • Ferrite material can be soft magnetic ferrite material.
  • Advantageous embodiments of the invention are specified in the following description and the subclaims, the features of which can be used individually and in any combination with one another.
  • the stack comprises at least two ferrite disks made of the same or essentially the same ferrite material.
  • This embodiment of the invention is intended to make it clear once again that the idea according to the invention lies in the division of a ferrite core into ferrite disks. Since ferrite is a poor conductor, laminated cores can only be found in the prior art for conductive magnetic materials.
  • the at least two ferrite disks made of the same ferrite material can, for example, consist of one type of ferrite material or, for example, comprise areas with different types of ferrite material.
  • Ferrite disks of the stack are arranged spaced apart from one another, the at least one intermediate space between directly adjacent ferrite disks of the stack being filled or essentially filled
  • the at least one space between directly adjacent ferrite disks of the stack can prevent mutual damage to the two directly adjacent ferrite disks when the core arrangement is subjected to a mechanical load, for example during a winding process of electrically conductive coils around the core arrangement.
  • the choice of words "directly adjacent ferrite disks" refers to the fact that the two ferrite disks are the next successive ferrite disk in the stack.
  • at least one further disk made of a non-magnetic or diamagnetic material can be arranged between the two directly adjacent ferrite disks.
  • non-magnetic or diamagnetic material is arranged in the intermediate space.
  • the non-magnetic or diamagnetic material can fill the entire space.
  • the non-magnetic or diamagnetic material can, for example, be arranged as a disk-shaped grid between the two ferrite disks, the openings in the grid being filled with air or oil, for example.
  • the non-magnetic or diamagnetic material has the advantage that it is not Magnetic flux losses in the core assembly causes.
  • the magnetic flux is conducted in the area of the stack in the ferrite disks.
  • the non-magnetic or diamagnetic material can be, for example, cardboard, plastic, copper, polyurethane, plastic film, rubber, rubber-PET film, silicone rubber or natural rubber.
  • the space can also include combinations of these materials, for example.
  • At least two, in particular all, ferrite disks of the stack are arranged at a distance from one another, at least one of the at least one intermediate space between directly adjacent ferrite disks of the stack being subdivided into at least one central auxiliary region and on both sides
  • the magnetic material can be, for example, ferromagnetic or paramagnetic material, for example magnetic amorphous metallic alloys or magnetic nanocrystalline material or magnetic iron-nickel alloys.
  • the at least one disk made of magnetic material arranged in the auxiliary region can have a reduced thickness and, in the case of an auxiliary stack, corresponding filler material can be arranged between the disks, which has a loss-reducing effect in accordance with the properties of the magnetic material.
  • elastic material in particular polyurethane, in particular foamed polyurethane or polyurethane elastomer, is arranged.
  • This embodiment of the invention reduces the mechanical stress acting on the ferrite disks, which arises in a winding process of an electrically conductive coil around the core arrangement.
  • the mechanical stress can be reduced
  • the elastic material can be, for example, polyurethane, foamed polyurethane, polyurethane elastomer, rubber-PET film,
  • the elastic material can fill the entire space, for example.
  • exactly one spacer, in particular a disk-shaped spacer, can be formed between the at least two, in particular all, directly adjacent ferrite disks of the stack
  • the elastic material can be loosely joined to the ferrite disks and the stack by means of a casing
  • At least two, in particular all, directly adjacent ferrite disks of the stack are arranged at a distance from one another.
  • At least one spacer can be included in the core arrangement.
  • the at least one spacer can be connected to the edges of at least two ferrite disks arranged directly adjacent to one another and in particular be elastic.
  • the space between the two directly adjacent ferrite disks can be filled with a non-magnetic gaseous or liquid substance.
  • this construction cannot completely rule out contact with the ferrite disks when subjected to mechanical pressure and is less stable, it is preferable for the at least one spacer between the two ferrite disks to keep the two directly adjacent ferrite disks at a distance is arranged.
  • a further advantageous embodiment of the invention can provide that between directly adjacent ferrite disks of the stack at least one spacer is arranged which keeps the two ferrite disks at a distance and which consists of or essentially of a non-magnetic or of a diamagnetic material and in particular is elastic. It can also be considered advantageous that exactly one spacer is arranged between directly adjacent ferrite disks of the stack, the spacer in particular being disc-shaped.
  • the spacer can, for example, have a layered structure made of several materials or be made of a single material.
  • the spacer can be disc-shaped and have the same or substantially the same diameter as the ferrite disks of the stack.
  • the thickness of the spacer can be, for example, in the millimeter range and can be, for example, 0.5 mm to 4 mm.
  • the spacer can consist of an elastic material. If the ferrite disks are annular, the spacer can likewise have an annular shape, so that at least one electrically conductive coil can be wound around the stack at least in sections without being impeded by the spacers. If the stack comprises at least one intermediate space between directly adjacent ferrite disks, which has an auxiliary area with magnetic material, exactly one spacer can be arranged on both sides of the auxiliary area, which can be designed in accordance with the above statements regarding this embodiment of the invention.
  • An advantageous embodiment of the invention can provide that the ferrite disks and the spacers of the stack are arranged loosely against one another.
  • the configuration of the invention enables a subsequent insertion of further ferrite disks or spacers.
  • a fastening device is included which holds the stack together, the fastening device in particular comprising or consisting of at least one non-magnetic or diamagnetic material, the fastening device in particular encasing the
  • the core arrangement is, in particular an elastic sheathing of the core arrangement, in particular a sheathing made of polyurethane.
  • the stack comprises exactly 2 to 15 ferrite disks, in particular exactly 4 to 7 ferrite disks.
  • the core arrangement according to the invention does not require a large number of ferrite disks as in the case of laminated laminated cores. In tests, very good results in the weight reduction of the ferrite material in the core arrangement could already be achieved with 4 ferrite disks of the stack. It can also be considered advantageous that the ferrite material is ceramic ferrite material and in particular comprises manganese-zinc ferrite (Mn-Zn ferrite) and / or nickel-zinc ferrite (Ni-Zn ferrite).
  • Ceramic ferrite material is made of iron oxide (Fe 2 0 3) combined with oxides or
  • the starting material is pressed and then sintered at temperatures of 1000 - 1500 ° C. Due to the manufacturing process, ferrite cores are in a wide variety
  • the ferrite material is inexpensive compared to magnetic nanocrystalline material. Usually ferrite material is ceramic ferrite material. Ferrite material is ferrimagnetic material.
  • a further advantageous embodiment of the invention can provide that the stack comprises at least two ferrite disks made of different ferrite material.
  • the stack can comprise at least three ferrite disks made of three different ferrite materials.
  • Mn-Zn ferrite and Ni-Zn ferrite are available in different compositions, the magnetic properties of which differ among others. differ in terms of relative permeability as a function of frequency and temperature. Trade names for different ferrite materials are, for example, Mn-Zn ferrite 3E10, Mn-Zn ferrite R15K, Ni-Zn ferrite 4560.
  • the configuration of the core arrangement according to the invention enables the magnetic properties of the core arrangement to be specifically matched to the intended area of application.
  • the ferrite disks of the stack are designed and set up so that the windings of at least one electrically conductive coil can be wrapped together at least in sections.
  • the geometric shape of the ferrite disks of the stack can be, for example, rectangular, U-shaped or ring-shaped, so that the individual windings of the electrically conductive coil each lead around the stack and through
  • Applying an alternating voltage to the electrically conductive coil causes magnetic flux in the area of the stack within the ferrite disks and runs parallel or essentially parallel to the sides of the ferrite disks.
  • the shape of any spacers that may be present between the ferrite disks is such that wrapping of the stack at least in sections is made possible.
  • the core arrangement is an annular core arrangement with an axis of rotation
  • the ferrite disks of the stack are annular, with the front sides and the rear sides of the ferrite discs in the direction of the Have axis of rotation and the thicknesses of the ferrite disks extend parallel to the axis of rotation or the front and rear sides of the ferrite disks are coaxial to the axis of rotation and the thicknesses of the ferrite disks are normal to the axis of rotation.
  • the stacking of the ferrite disks in the direction of the axis of rotation also has the advantage that all components and, if appropriate, spacers can have the same geometric shape, and such a core arrangement is thus easier to manufacture.
  • the core arrangement can also comprise a plurality of stacks, so that both alternative embodiments of the invention are implemented jointly, in that stacks according to the second alternative are arranged in a stack sequence according to the first alternative.
  • the core arrangement is designed and set up to be able to be wrapped around at least in sections by at least one electrically conductive coil.
  • the core arrangement can have a sheathing over which the at least one electrically conductive coil is wound at least in sections.
  • Another object of the invention is to provide a choke of the type mentioned at the outset, with which a particularly low-loss conduction of a magnetic flux is made possible in at least one frequency range.
  • the object of the invention is achieved in a choke with a core arrangement with magnetic properties and at least one electrically conductive coil, the at least one electrically conductive coil wrapping the core arrangement at least in sections, in that the core arrangement is designed according to one of claims 1 to 16.
  • An advantageous embodiment of the choke according to the invention can provide that the choke is an EMC filter choke for an electrical device.
  • EMC filter chokes are used to suppress or reduce interference signals that spread during operation of electrical devices and can radiate to the environment.
  • Another object of the invention is to provide an electrical device of the type mentioned at the outset with which a particularly low-loss conduction of a magnetic flux is made possible in at least one frequency range.
  • the object of the invention is achieved in an electrical device with a
  • the electrical device can be an inverter with one or more
  • FIG. 1 schematically shows a choke with core arrangement and coil according to the prior art in a perspective view
  • FIG. 2 schematically shows a core arrangement according to a first exemplary embodiment of the invention in an exploded view
  • FIG. 3 schematically shows a core arrangement according to a second exemplary embodiment of the invention in a cross-sectional view
  • Fig. 4 is a diagram of the frequency response of the resonance dimension for different ferrite materials.
  • Fig. 5 is a diagram of the frequency response of the impedance of a known
  • FIG. 1 schematically shows a choke 2 designed as an EMC filter choke 1 with a core arrangement 3 and three electrically conductive coils 4, 5, 6 according to the prior art in a perspective view.
  • the core arrangement 3 consists of a one-piece, ring-shaped core 7 made of ferrite material, which is partially wound by the windings of the electrically conductive coils 4, 5, 6.
  • the EMC filter choke 1 is used for filtering high frequency components in the electrical currents flowing through the coils 4, 5, 6.
  • the coils 4, 5, 6 consist of a copper wire that is insulated.
  • the inductive resistance of the EMC filter choke 1 is frequency dependent and can be simplified as a product of
  • the EMC filter choke 1 attenuates the high frequency components of the current flowing through the coils 4, 5, 6 more strongly and acts as a filter for the lower frequency components.
  • the core 7 increases the inductance L of the choke 2 and conducts in its interior a magnetic flux 8 generated by the coils 4, 5, 6 and amplified by the core 7 in accordance with the respective current direction in the direction indicated by the double arrow.
  • FIG. 2 schematically shows a core arrangement 10 according to a first
  • the core arrangement 10 comprises a stack 11 of five ring-shaped ferrite disks 12 to 16, which are all made of the same ferrite material.
  • the ferrite disks each have a front side 18 and a rear side 19 and an edge 20 connecting the front side 18 with the rear side 19 and a thickness 21 and are arranged with mutually facing sides.
  • the ferrite disks 12 to 16 are with the
  • Spacers 22 lie loosely against one another in the stacking sequence shown
  • the core arrangement 10 is in the assembled state Can be wrapped at least in sections by an electrically conductive coil (not shown), so that when an electrical voltage is applied to the electrically conductive coil (not shown), a magnetic flux 26 is generated inside the ferrite disks 12 to 16, which is parallel to the Pages runs. Due to the construction of the core arrangement 10 according to the invention, it has low losses and a high inductance with low weight.
  • FIG. 3 schematically shows a core arrangement 30 according to a second one
  • the core assembly 30 includes a stack 32 with four annular ferrite disks 34, 35, 36, 37 made of the same ferrite material, the gaps 40, 41 between the directly adjacent ferrite disks 34 and 35 or 36 and 37 with exactly one annular spacer 42 made of polyurethane are filled out.
  • the space between the directly adjacent ferrite disks 35 and 36 is divided into an auxiliary area 43a and two sub-spaces 43b and 43c.
  • the auxiliary area 43a is filled with an annular auxiliary stack 44 which comprises annular disks 46 made of ferromagnetic material which are insulated from one another.
  • the two subspaces 43b and 43c are also filled with an annular spacer 42 made of polyurethane.
  • the ferrite disks 34 to 37, the auxiliary stack 44 and the spacers 42 are loosely placed against one another and are held together by a fastening device 48, which is a casing 50 made of polyurethane. Due to the division of the ferrite core into four ferrite disks, the core arrangement 30 has low losses, by means of the insertion of the disks 46 into the stack 32, combining the magnetic properties of the ferrite material with the ferromagnetic properties of the material of the disks 46, the savings being made by the Splitting of the ferrite core cannot be compensated by the losses in the auxiliary stack 44, since the disks 46, which are thin relative to the ferrite disks 34 to 37, are insulated from one another.
  • FIG. 4 shows a diagram that shows the dependence of the resonance dimension D R on the frequency for three different ceramic ferrite materials, namely NiZn ferrite m 250, MnZn ferrite m 1000 and MnZn ferrite m 6000.
  • the frequency from 0 MHz to 3.5 MHz is plotted on the x-axis and the resonance dimension D R in mm on the y-axis.
  • FIG. 5 shows a diagram which shows the measured course of the impedance in [W] for five different core arrangements over a high-frequency range from 0.01 MHz to 11 MHz.
  • the legend at the top of the diagram assigns the corresponding line characteristics in the figure to the different core arrangements.
  • the experiment compared the course of a core arrangement with a one-piece ferrite core of dimensions 80/45/30 according to the prior art, the course of core arrangements according to the invention with the same dimensions and a respective division of the core into 2, 5 or 6 ferrite disks of the same ferrite material and the course in a core arrangement according to the invention with ferrite disks made of partially different ferrite material.
  • the core arrangements according to the invention show improved performance due to the reduced losses. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernanordnung (10, 30) mit magnetischen Eigenschaften für eine elektrische Vorrichtung. Die erfindungsgemäße Kernanordnung ermöglicht in mindestens einem Frequenzbereich eine besonders verlustarme Leitung eines magnetischen Flusses. Hierzu umfasst die Kernanordnung (10, 30) mindestens einen Stapel (11, 32) mit mindestens zwei Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) aus Ferritmaterial, wobei die Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) jeweils eine Vorderseite (18) und eine Rückseite (19) als Seiten und mindestens einen die Vorderseite (18) und Rückseite (19) verbindenden Rand (20) aufweisen und mit einander zugewandten Seiten angeordnet sind, wobei die Kernanordnung (10, 30) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in mindestens einem Betriebszustand der elektrischen Vorrichtung einen magnetischen Fluss (8, 26) zu leiten, der im Bereich des Stapels (11, 32) parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Seiten verläuft.

Description

Kernanordnung mit magnetischen Eigenschaften für eine elektrische Vorrichtung und Drossel mit einer derartigen Kernanordnung
Die Erfindung betrifft eine Kernanordnung mit magnetischen Eigenschaften für eine elektrische Vorrichtung, wobei die Kernanordnung Ferritmaterial umfasst und dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in einem Betrieb der elektrischen Vorrichtung einen magnetischen Fluss zu leiten.
Die Erfindung betrifft auch eine Drossel mit einer derartigen Kernanordnung und mindestens einer elektrisch leitenden Spule, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Spule die Kernanordnung mindestens abschnittsweise umwickelt.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Vorrichtung mit einer derartigen
Kernanordnung
Kernanordnungen sind beispielsweise als Bestandteil von Drosseln in elektronischen
Vorrichtungen anzutreffen oder bilden beispielsweise Transformatorkerne in
Transformatoren aus. Sie dienen der Leitung eines von einer Spule oder mehreren Spulen induzierten magnetischen Flusses F in diesen elektrischen Vorrichtungen. Bei den Drosseln kann es sich beispielsweise um Drosseln zur Glättung einer sinusförmigen
Wechselspannung mit hochfrequenten Anteilen handeln, wie sie beispielsweise im
Leistungspfad eines Wechselrichters im Nachgang der Wechselrichterbrücken anzutreffen sind. Derartige Drosseln können Teil eines Sinusfilters sein, so dass diese auch die Funktion einer EMV-Filterdrossel aufweisen. EMV-Filterdrosseln dienen der Filterung von
Störsignalen, die sich in der elektrischen Vorrichtung ausbreiten können und nicht in die Umgebung gelangen sollen.
In Kernanordnungen werden zur Leitung des magnetischen Flusses möglichst geringe Verluste und einen möglichst hohen magnetischen Leitwert A des magnetischen Materials angestrebt. Zur Verdeutlichung sei für eine geschlossene umlaufende Kernanordnung mit konstantem Querschnitt A und einer Länge l der vereinfachte Zusammenhang L =
Figure imgf000003_0001
gegeben, wobei m0 die magnetische Feldkonstante und mG eine relative Permeabilität des Materials ist. Eisen als Kernmaterial ist kostengünstig und verfügt über vorteilhaft hohe Werte für mG , weist aber aufgrund seiner guten elektrischen Leitfähigkeit auch hohe Verluste durch Wirbelströme auf. Ferrit als Kernmaterial weist ebenfalls hohe Werte für mG auf, ist aber im Vergleich zu Eisen ein schlechter Leiter. Ferrit ist ein ferrimagnetisches Material. Sollen Kernanordnungen schnell veränderliche Magnetfelder leiten, kommen beispielsweise weichmagnetische Materialen zum Einsatz, die im Vergleich zu hartmagnetischen Materialen eine schmalere Hysterese-Kurve aufweisen und dadurch geringere
Ummagnetisierungsverluste in den Kernanordnungen hervorrufen.
Zur Leitung hoher magnetischer Flüsse können Kernanordnungen mit einem entsprechend großen Querschnitt ausgestaltet werden. Dies erhöht sowohl die Materialkosten als auch das Gewicht derartiger Bauteile. Bei Energieerzeugungsanlagen mit mindestens einem
Wechselrichter sind Drosseln mit einer Kernanordnung im Nachgang der
Wechselrichterbrücken bekannt, die im Leistungspfad der Anlagen angeordnet und hohen magnetischen Flüssen ausgesetzt sind. Diese Drosseln können ein Gewicht im
Tonnenbereich aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernanordnung der eingangs genannten Art und eine Drossel der eingangs genannten Art anzugeben sowie eine elektrische Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher in mindestens einem Frequenzbereich eine besonders verlustarme Leitung eines magnetischen Flusses ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Kernanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kernanordnung mindestens einen Stapel mit mindestens zwei Ferrit-Scheiben aus Ferritmaterial umfasst,
-wobei die Ferrit-Scheiben jeweils eine Vorder- und eine Rückseite als Seiten und
mindestens einen die Vorder- und Rückseite verbindenden Rand aufweisen und mit einander zugewandten Seiten, wobei die Kernanordnung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, in mindestens einem Betriebszustand der elektrischen Vorrichtung einen magnetischen Fluss zu leiten, der im Bereich des Stapels parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Seiten verläuft.
Mit der erfindungsgemäßen Kernanordnung können mehrere zu Verlusten führende Effekte in Ferritmaterial in mindestens einem Frequenzbereich reduziert oder unterdrückt werden, wobei diese Effekte besonders im MHz-Bereich verstärkt zu Verlusten führen. Aufgrund dieser verlustärmeren Leitung des magnetischen Flusses im Ferritmaterial kann
Ferritmaterial in der Kernanordnung eingespart werden, wodurch sich das Gewicht der Kernanordnung verringert. Bei erfindungsgemäßen Prototypen für EMV-Filterdrosseln mit einem auf Ferritmaterial basierenden Kern konnten in dieser Weise signifikante
Gewichtsreduktionen gegenüber herkömmlichen EMV-Filterdrosseln mit einstückigem Ferritkern erreicht werden. Diese verlustbehafteten Effekte werden in den Herstellerangaben von Ferritkernen nicht berücksichtigt, da sie im Allgemeinen entweder nicht bekannt sind oder allgemein als vernachlässigbar betrachtet werden. Erstaunlicherweise führt eine Unterdrückung oder Reduzierung dieser entweder als vernachlässigbar betrachteten oder allgemein wenig bekannten verlustbehafteten Effekte in Ferritmaterial mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kernanordnung aber in Summe zu einer signifikanten Verbesserung der Performance von Ferritkernen.
Der erste hier angesprochene verlustbehaftete Effekt wird als Volumen-Effekt (Volume Effect) oder Dimensions-Effekt (Dimensional Effect) oder Dimensions-Resonanz
(Dimensional Resonance) bezeichnet. Die drei Begriffe seien im Rahmen dieser Erfindung synonym verwendet. Die Dimensions-Resonanz ist vorhanden, wenn die räumliche
Dimension eines einstückigen Ferrit-Kerns größer ist als die Hälfte der Wellenlänge einer den Ferrit-Kern durchquerenden elektromagnetischen Welle. Da Ferrit eine hohe dielektrische Konstante und eine hohe Permeabilität ausweist, ist die
Wellenausbreitungsgeschwindigkeit im Material geringer als beispielsweise in Luft oder im leeren Raum, so dass die Wellenlängendifferenz zu einer Phasendifferenz der Welle an der Oberfläche des magnetischen Materials führt. Der Dimensions-Effekt beeinflusst die Impedanz des Ferritkerns, die von induktiv bei geringen Frequenzen zu resistiv bei hohen Frequenzen wechselt, wenn die Resonanz präsent ist. Durch Reduzierung der räumlichen Ausdehnung des Ferrit-Kerns in mindestens einer Dimension mittels Aufteilung in Ferrit- Scheiben lässt sich für hohe Frequenzen die Dimensions-Resonanz reduzieren oder verhindern.
Die Resonanz-Dimension DR ist eine Funktion der Frequenz und weiterer
materialabhängiger Größen wie folgt:
Figure imgf000005_0001
wobei c die Lichtgeschwindigkeit in Vakuum, e0 eine absolute Permittivität des
Ferritmaterials, sr eine relative Permittivität des Ferritmaterials, / eine Frequenz einer elektromagnetischen Welle, w ein Produkt aus 2p mal der Frequenz /, mG eine relative Permeabilität (Permeabilitätszahl) des Ferritmaterials und p eine spezifischer elektrischer Widerstand des Ferritmaterials ist.
Die Resonanz-Dimension DR für Mangan-Zink Ferrit (MnZn Ferrit) und Nickel-Zink Ferrit (NiZn Ferrit) als Funktion der Frequenz / ist in der Figur 4 dargestellt. Um bei einer gegebenen Frequenz / die Dimensions-Resonanz und damit die hierdurch verursachten Verluste vollständig zu verhindern, muss die kleinste räumliche Abmessung des Ferritkerns bzw. der Ferrit-Scheiben geringer oder gleich der Hälfte von DR bei dieser Frequenz sein.
Die Verluste, die durch die Dimensions-Resonanz verursacht werden, lassen sich aber auch schon für größere Abmessungen reduzieren, indem in mindestens einer Richtung die räumliche Abmessung des Ferritkerns bzw. der Ferrit-Scheibe reduziert wird. Somit weist beispielsweise jeder einstückige Ferrit-Kern, der zur Reduzierung der Dimensions-Resonanz in mindestens zwei Ferrit-Scheiben in vorgesehener Richtung des magnetischen Flusses zerschnitten wird, geringere Verluste auf als der einstückige Ferrit-Kern, auch wenn die Abmessungen der Ferrit-Scheiben quer zum magnetischen Fluss wesentlich größer sind als die Hälfte von DR im betrachteten Frequenzbereich. Die Ferrit-Scheiben des Stapels können mit ihren Seiten, die in dem Beispiel den Schnittflächen entsprechen, aneinander an liegen oder voneinander beabstandet angeordnet sein. Um die Dimensions-Resonanz im
Ferritmaterial zu reduzieren bedarf es keines speziellen Materials, insbesondere keines elektrisch isolierenden Materials, zwischen den Ferrit-Scheiben des Stapels. Sofern zwischen den Ferrit-Scheiben des Stapels magnetisches Material - also paramagnetisches, ferromagnetisches, ferrimagnetisches oder antiferromagnetisches Material - eingefügt wird, ist allerdings zu beachten, dass dieses wiederum eigene Verluste im magnetischen Fluss erzeugen kann. Wird zwischen den Ferrit-Scheiben unmagnetisches Material oder diamagnetisches Material eingefügt, können durch das Füllmaterial hervorgerufene Verluste vermieden werden. Da jedes Material auf atomarer Ebene diamagnetisch ist, sei im Rahmen dieser Erfindung mit diamagnetischem oder rein diamagnetischem Material solches gemeint, das nicht zusätzlich in dominierender Weise paramagnetisch, ferromagnetisch,
ferrimagnetisch oder antiferromagnetisch auf ein äußeres Magnetfeld reagiert. Alternativ sei magnetisches Material definiert durch eine Permeabilitätszahl größer 1 , unmagnetisches Material durch eine Permeabilitätszahl von 1 und diamagnetisches Material durch eine Permeabilitätszahl kleiner 1. Insbesondere sei im Rahmen dieser Erfindung Luft als diamagnetisch bezeichnet, auch wenn es in der Literatur teilweise hiervon abweichend als paramagnetisch bezeichnet wird. Als Beispiel für ein unmagnetisches Material sei
Polyethylen angegeben, dessen Permeabilitätszahl ~1 entspricht.
Da Ferrit ein sprödes Material ist, welches bei Kernanordnungen aufgrund eines
Wicklungsprozesses einer um die Kernanordnung herum angeordneten elektrisch leitenden Spule mechanischem Stress ausgesetzt ist, kann das Füllmaterial zu einem Abfedern dieser mechanischen Kräfte verwendet werden. Beispielsweise kann hierfür zwischen mindestens zwei der Ferrit-Scheiben der Kernanordnung ein elastisches Füllmaterial angeordnet sein. Als zweiter verlustbehafteter Effekt in Ferrit-Kernen sei ein Kern-Skineffekt (core skin effect) genannt, der auch mit magnetischem Skineffekt (flux skin effect) bezeichnet wird. Die Kerngröße und der Frequenzbereich des Anwendungsbereichs der Kernanordnung haben einen starken Einfluss auf die Verteilung des magnetischen Flusses im Kern. Aufgrund des Kern-Skineffekts (core skin effect) kommt es zu einer ungleichmäßigen Verteilung des magnetischen Flusses im Kern, obgleich Verluste durch Kreisströme in Ferritmaterial als vernachlässigbar gelten. Bei hohen Frequenzen wird der magnetische Fluss aufgrund von Kreisströmen und Verschiebungsströmen aus dem Inneren des Ferrit-Kerns gedrängt, so dass ein magnetischer Skineffekt (flux skin efffect) analog dem Skineffekt des elektrischen Stroms (electric current skin effect) in elektrischen Leitungen auftritt. Der magnetische Fluss ist dann höher im Bereich der inneren Oberfläche des Kerns und geschwächt im zentralen Bereich des Kerns. Die ungleichförmige Verteilung des magnetischen Flusses kann zu lokaler magnetischer Sättigung, reduzierter Permeabilität und substantiellen Verlusten führen. Die magnetische Skintiefe d [m] ist eine Funktion der Frequenz / [Hz] und hängt von der spezifischen Leitfähigkeit s [S/m] des Materials, der absoluten Permeabilität m0
[4TT107H/GTI] und der relativen Permeabilität mG des Materials wie folgt ab:
Figure imgf000007_0001
Die Verluste, die durch den magnetischen Skineffekt im Ferrit-Kern verursacht werden, lassen sich reduzieren, indem der Ferrit-Kern in mindestens zwei Ferrit-Scheiben in vorgesehener Richtung des magnetischen Flusses zerschnitten wird, so dass ein
gegebenenfalls vorhandener innerer Bereich der Ferrit-Scheiben mit geschwächtem magnetischem Fluss verkleinert wird und Kreisströme und Verschiebungsströme im Inneren des Ferritmaterials reduziert sind.
Selbstverständlich können bei den angeführten Beispielen die erfindungsgemäßen Ferrit- Kerne anstelle eines Zerschneidens in mindestens zwei Ferrit-Scheiben auch anderweitig hergestellt werden, beispielsweise durch separates Herstellen der Ferrit-Scheiben und anschließendes Zusammensetzen.
Erfindungsgemäß umfasst die Kernanordnung mindestens einen Stapel mit mindestens zwei Scheiben aus Ferritmaterial. Die Kernanordnung kann auch weitere Stapel mit mindestens zwei Scheiben aus Ferritmaterial umfassen. Der Stapel kann beispielsweise mindestens drei oder mindestens vier Scheiben aus Ferritmaterial umfassen. Die Ferrit-Scheiben können aus unterschiedlichem Ferritmaterial bestehen oder aus dem gleichen Ferritmaterial. Das gleiche Ferritmaterial kann unterschiedliche Arten von Ferritmaterial umfassen. Bei dem
Ferritmaterial kann es sich um weichmagnetisches Ferritmaterial handeln. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Stapel mindestens zwei Ferrit-Scheiben aus dem gleichen oder im Wesentlichen aus dem gleichen Ferritmaterial umfasst.
Diese Ausgestaltung der Erfindung soll nochmals verdeutlichen, dass der erfindungsgemäße Gedanke in der Aufteilung eines Ferritkerns in Ferrit-Scheiben liegt. Da Ferrit ein schlechter Leiter ist, finden sich laminierte Kerne im Stand der Technik nur für leitende magnetische Materialien. Die mindestens zwei Ferrit-Scheiben aus dem gleichen Ferritmaterial können beispielsweise aus einer Sorte Ferritmaterial bestehen oder beispielsweise Bereiche mit unterschiedlichen Sorten Ferritmaterials umfassen.
Es kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens zwei, insbesondere alle,
Ferrit-Scheiben des Stapels voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der mindestens eine Zwischenraum zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels ausgefüllt oder im Wesentlichen ausgefüllt ist
-mit nicht-magnetischem oder diamagnetischem Material und/oder
einem nicht-magnetischen oder diamagnetischen gasförmigen oder flüssigen Stoffs.
Der mindestens eine Zwischenraum zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels kann eine gegenseitige Beschädigung der beiden direkt benachbarten Ferrit- Scheiben bei einer mechanischen Belastung der Kernanordnung verhindern, beispielsweise während eines Wicklungsprozesses von elektrisch leitenden Spulen um die Kernanordnung herum. Die Wortwahl„direkt benachbarte Ferrit-Scheiben“ bezieht sich auf den Umstand, dass es sich bei den beiden Ferrit-Scheiben um eine nächstfolgende Ferrit-Scheibe im Stapel handelt. Unabhängig hiervon, kann gemäß der Ausgestaltung der Erfindung zwischen den beiden direkt benachbarten Ferrit-Scheiben mindestens eine weitere Scheibe aus einem nicht-magnetischen oder diamagnetischen Material angeordnet sein. Um die an den mindestens einen Zwischenraum angrenzenden Ferrit-Scheiben auf Abstand zu halten, ist in dem Zwischenraum nicht-magnetisches oder diamagnetisches Material angeordnet. Das nicht-magnetische oder diamagnetische Material kann den ganzen Zwischenraum ausfüllen. Um die beiden an den Zwischenraum angrenzenden Ferrit-Scheiben auf Abstand zu halten, ist es aber nicht unbedingt nötig, dass das nicht-magnetische oder diamagnetische Material den ganzen Zwischenraum ausfüllt. Das nicht-magnetische oder diamagnetische Material kann beispielsweise als scheibenförmiges Gitter zwischen den beiden Ferrit-Scheiben angeordnet sein, wobei die Durchbrüche des Gitters beispielsweise mit Luft oder Öl gefüllt sind. Das nicht-magnetische oder diamagnetische Material hat den Vorteil, dass es keine Verluste des magnetischen Flusses in der Kernanordnung bewirkt. Der magnetische Fluss wird gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung im Bereich des Stapels in den Ferrit- Scheiben geleitet. Bei dem nicht-magnetischen oder diamagnetischen Material kann es sich beispielsweise um Pappe, Plastik, Kupfer, Polyurethan, Plastikfolie, Gummi, Gummi-PET- Folie, Silikongummi oder Naturkautschuk handeln. Der Zwischenraum kann beispielsweise auch Kombinationen aus diesen Materialien umfassen.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass mindestens zwei, insbesondere alle, Ferrit-Scheiben des Stapels voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei mindestens einer des mindestens einen Zwischenraums zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels unterteilt ist in mindestens einen mittleren Hilfsbereich und beidseitig
angrenzende Unterzwischenräume, wobei der Hilfsbereich ausgefüllt ist oder im
Wesentlichen ausgefüllt ist mit mindestens einer Scheibe aus magnetischem Material oder einem Hilfsstapel mit mindestens zwei Scheiben aus magnetischem Material, wobei die Unterzwischenräume und die restlichen Zwischenräume zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels, die frei von einem derartigen Hilfsbereich sind, ausgefüllt sind oder im Wesentlichen ausgefüllt sind
-mit nicht-magnetischem oder diamagnetischem Material und/oder
einem nicht-magnetischen oder diamagnetischen gasförmigen oder flüssigen Stoffs.
Diese Ausgestaltung der Erfindung eignet sich für eine Kernanordnung, die die
magnetischen Eigenschaften des Ferritmaterials zusätzlich mit den magnetischen
Eigenschaften eines anderen magnetischen Materials kombiniert. Bei dem magnetischen Material kann es sich beispielsweise um ferromagnetisches oder paramagnetisches Material handeln, beispielsweise um magnetische amorphe metallische Legierungen oder magnetisches nanokristallines Material oder magnetische Eisen-Nickel-Legierungen.
Zur Reduzierung der Verluste in der Kernanordnung kann die im Hilfsbereich angeordnete mindestens eine Scheibe aus magnetischem Material eine reduzierte Dicke aufweisen und im Falle eines Hilfsstapel entsprechendes Füllmaterial zwischen den Scheiben angeordnet sein, das entsprechend den Eigenschaften des magnetischen Materials verlustmindernd wirkt.
Bezüglich der Unterzwischenräume und der restlichen Zwischenräume, die frei sind von zusätzlichem magnetischem Material in einem Hilfsbereich, gelten die gleichen
Ausführungen wie zu den Zwischenräumen unter Anspruch 3.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass zwischen mindestens zwei, insbesondere allen, direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels elastisches Material, insbesondere Polyurethan, insbesondere geschäumtes Polyurethan oder Polyurethan- Elastomer, angeordnet ist.
Diese Ausgestaltung der Erfindung reduziert auf die Ferrit-Scheiben einwirkenden mechanischen Stress, der bei einem Wicklungsprozess einer elektrisch leitenden Spule um die Kernanordnung entsteht. Der mechanische Stress kann zu einer reduzierten
Performance der Kernanordnung führen und im schlimmsten Fall zu einem Bruch von Ferrit- Scheiben führen. Ist zwischen allen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben elastisches Material angeordnet, können sich die Ferrit-Scheiben bei einem derartigen Wicklungsprozess gegenseitig nicht beschädigen. Bei dem elastischen Material kann es sich beispielsweise um Polyurethan, geschäumtes Polyurethan, Polyurethan-Elastomer, Gummi-PET-Folie,
Silikongummi, Naturkautschuk oder Gummi handeln. Das elastische Material kann beispielsweise den gesamten Zwischenraum ausfüllen. Insbesondere kann zwischen den mindestens zwei, insbesondere allen, direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels genau ein Abstandshalter, insbesondere ein scheibenförmiger Abstandhalter aus
elastischem Material angeordnet sein. Das elastische Material kann lose mit den Ferrit- Scheiben zusammengefügt sein und der Stapel mittels einer Ummantelung
zusammengehalten werden. Dies reduziert die Herstellungskosten der Kernanordnung.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass mindestens zwei, insbesondere alle, direkt benachbarte Ferrit-Scheiben des Stapels voneinander beabstandet angeordnet sind.
Um die mindestens zwei direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels voneinander beabstandet zu halten, kann mindestens ein Abstandshalter von der Kernanordnung umfasst sein. Der mindestens eine Abstandshalter kann mit den Rändern von mindestens zwei direkt benachbart angeordneten Ferrit-Scheiben verbunden und insbesondere elastisch sein. Der Zwischenraum zwischen den beiden direkt benachbarten Ferrit-Scheiben kann mit einem nicht-magnetischen gasförmigen oder flüssigen Stoff gefüllt sein. Da diese Konstruktion aber bei einer Einwirkung von mechanischem Druck ein Berühren der Ferrit-Scheiben nicht gänzlich ausschließen kann und weniger stabil ist, ist es vorzuziehen, wenn der mindestens eine die beiden direkt benachbarten Ferrit-Scheiben auf Abstand haltende Abstandshalter zwischen den beiden Ferrit-Scheiben angeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels mindestens ein die beiden Ferrit-Scheiben auf Abstand haltender Abstandshalter angeordnet ist, der aus oder im Wesentlichen aus einem nicht-magnetischen oder aus einem diamagnetischen Material besteht und insbesondere elastisch ist. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass genau ein Abstandhalter zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels angeordnet ist, wobei insbesondere der Abstandshalter scheibenförmig ausgebildet ist.
Der Abstandshalter kann beispielsweise einen schichtförmigen Aufbau aus mehreren Materialien aufweisen oder aus einem einzigen Material gefertigt sein. Der Abstandshalter kann scheibenförmig ausgebildet sein und den gleichen oder im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Ferrit-Scheiben des Stapels aufweisen. Die Dicke des Abstandshalters kann beispielsweise im Millimeter-Bereich liegen und beispielsweise 0,5 mm bis 4 mm betragen. Insbesondere kann der Abstandshalter aus einem elastischen Material bestehen. Sofern die Ferrit-Scheiben ringförmig ausgebildet sind, kann der Abstandshalter ebenfalls eine ringförmige Form aufweisen, so dass mindestens eine elektrisch leitende Spule mindestens abschnittsweise ohne eine Behinderung durch die Abstandshalter um den Stapel wickelbar ist. Umfasst der Stapel mindestens einen Zwischenraum zwischen direkt benachbart angeordneten Ferrit-Scheiben, der einen Hilfsbereich mit magnetischem Material aufweist, kann genau ein Abstandshalter beidseitig des Hilfsbereichs angeordnet sein, der entsprechend den obigen Ausführungen zu dieser Ausgestaltung der Erfindung ausgebildet sein kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass die Ferrit-Scheiben und die Abstandshalter des Stapels lose gegeneinander angeordnet sind.
Dies ermöglicht eine flexible Zusammenstellung der Kernanordnung aus Standardbauteilen und erleichtert die Herstellung der Kernanordnung. Zudem ermöglicht die Ausgestaltung der Erfindung ein nachträgliches Einfügen weiterer Ferrit-Scheiben oder Abstandshalter.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass eine Befestigungsvorrichtung umfasst ist, welche den Stapel zusammenhält, wobei die Befestigungsvorrichtung insbesondere mindestens ein nicht-magnetisches oder diamagnetisches Material umfasst oder aus diesem besteht, wobei die Befestigungsvorrichtung insbesondere eine Ummantelung der
Kernanordnung ist, insbesondere eine elastische Ummantelung der Kernanordnung, insbesondere eine Ummantelung aus Polyurethan.
Vorteilhafterweise kann weiter vorgesehen sein, dass der Stapel genau 2 bis 15 Ferrit- Scheiben, insbesondere genau 4 bis 7 Ferrit-Scheiben, umfasst.
Die erfindungsgemäße Kernanordnung benötigt nicht wie bei laminierten Blechpaketen eine hohe Anzahl an Ferrit-Scheiben. Bei Tests konnten bereits mit 4 Ferrit-Scheiben des Stapels sehr gute Ergebnisse bei der Gewichtsreduktion des Ferritmaterials in der Kernanordnung erreicht werden. Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass das Ferritmaterial keramisches Ferritmaterial ist, und insbesondere Mangan-Zink Ferrit (Mn-Zn Ferrit) und/oder Nickel-Zink Ferrit (Ni-Zn Ferrit) umfasst.
Keramisches Ferritmaterial wird aus Eisenoxid (Fe203) kombiniert mit Oxiden oder
Carbonaten von Mangan und Zink (MnZn) oder Nickel und Zink (NiZn) hergestellt. Das Ausgangsmaterial wird gepresst und dann bei Temperaturen von 1000 - 1500 °C gesintert. Aufgrund des Herstellungsverfahrens sind Ferritkerne in den unterschiedlichsten
geometrischen Formen verfügbar. Das Ferritmaterial ist im Vergleich zu magnetischem nanokristallinen Material kostengünstig. Für gewöhnlich handelt es sich bei Ferritmaterial um keramisches Ferritmaterial. Ferritmaterial ist ferrimagnetisches Material.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, dass der Stapel mindestens zwei Ferrit-Scheiben aus unterschiedlichem Ferritmaterial umfasst.
Insbesondere kann der Stapel mindestens drei Ferrit-Scheiben aus drei unterschiedlichen Ferritmaterialien umfassen.
Mn-Zn Ferrit und Ni-Zn Ferrit gibt es in unterschiedlichen Zusammensetzungen, deren magnetischen Eigenschaften sich u.a. hinsichtlich der relativen Permeabilität in Abhängigkeit der Frequenz und der Temperatur unterscheiden. Handelsnamen für unterschiedliche Ferritmaterialien sind beispielsweise Mn-Zn Ferrit 3E10, Mn-Zn Ferrit R15K, Ni-Zn Ferrit 4560. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kernanordnung ermöglicht eine spezielle Abstimmung der magnetischen Eigenschaften der Kernanordnung auf den jeweils vorgesehenen Anwendungsbereich.
Es kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Ferrit-Scheiben des Stapels dazu ausgebildet und eingerichtet sind, mindestens abschnittsweise von den Wicklungen mindestens einer elektrisch leitenden Spule gemeinsam umwickelbar zu sein.
Dies ermöglicht den Einsatz der Kernanordnung als Kern einer Drossel oder als
Transformatorkern. Die geometrische Formgestaltung der Ferrit-Scheiben des Stapels kann beispielsweise rechteckig, u-förmig oder ringförmig sein, so dass die einzelnen Wicklungen der elektrisch leitenden Spule jeweils um den Stapel herum führen und ein durch
Beaufschlagung der elektrisch leitende Spule mit einer Wechselspannung hervorgerufene magnetische Fluss im Bereich des Stapels innerhalb der Ferrit-Scheiben und parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Seiten der Ferrit-Scheiben verläuft. Die Formgebung von gegebenenfalls vorhandenen Abstandshaltern zwischen den Ferrit-Scheiben ist hierbei derart, dass eine mindestens abschnittsweise Umwicklung des Stapels ermöglicht ist.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Kernanordnung eine ringförmige Kernanordnung ist mit einer Rotationsachse, und die Ferrit-Scheiben des Stapels ringförmig sind, wobei die Vorderseiten und die Rückseiten der Ferrit-Scheiben in Richtung der Rotationsachse weisen und die Dicken der Ferrit-Scheiben sich parallel zur Rotationsachse erstrecken oder die Vorder- und Rückseiten der Ferrit-Scheiben koaxial zur Rotationsachse verlaufen und die Dicken der Ferrit-Scheiben normal zur Rotationsachse weisen.
Beide alternativen Ausgestaltungen der Erfindung eignen sich gleichermaßen zur
Reduzierung der Verluste in der ringförmigen Kernanordnung. Die Stapelung der Ferrit- Scheiben in Richtung der Rotationsachse weist zudem den Vorteil auf, dass alle Bauteile und gegebenenfalls Abstandshalter die gleiche geometrische Form aufweisen können und eine derartige Kernanordnung somit einfacher in der Herstellung ist. Die Kernanordnung kann auch mehrere Stapel umfassen, so dass beide alternative Ausgestaltungen der Erfindung gemeinsam verwirklicht sind, indem Stapel gemäß der zweiten Alternative in einer Stapelfolge gemäß der ersten Alternative angeordnet sind.
Es kann auch als vorteilhaft angesehen werden, dass die Kernanordnung dazu ausgebildet und eingerichtet ist, mindestens abschnittsweise von mindestens einer elektrisch leitenden Spule umwickelbar zu sein.
Dies ermöglicht den Einsatz der Kernanordnung als Kern einer Drossel oder als
Transformatorkern. Die Kernanordnung kann eine Ummantelung aufweisen, über welche mindestens abschnittsweise die mindestens eine elektrisch leitende Spule gewickelt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drossel der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher in mindestens einem Frequenzbereich eine besonders verlustarme Leitung eines magnetischen Flusses ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer Drossel mit einer Kernanordnung mit magnetischen Eigenschaften und mindestens einer elektrisch leitenden Spule, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Spule die Kernanordnung mindestens abschnittsweise umwickelt, dadurch gelöst, dass die Kernanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist.
Bezüglich der Vorteile, Definitionen, Ausführungsbeispiele und Anmerkungen der erfindungsgemäßen Kernanordnung der Drossel sei auf die Abschnitte zu den jeweiligen Ansprüchen 1 bis 16 verwiesen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drossel kann vorsehen, dass die Drossel eine EMV-Filterdrossel für eine elektrische Vorrichtung ist.
EMV-Filterdrosseln dienen der Unterdrückung oder Reduzierung von Störsignalen, die sich im Betrieb elektrischer Vorrichtungen in diesen ausbreiten und auf die Umgebung abstrahlen können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der mit welcher in mindestens einem Frequenzbereich eine besonders verlustarme Leitung eines magnetischen Flusses ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer elektrischen Vorrichtung mit einer
Kernanordnung dadurch gelöst, dass die Kernanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist.
Die elektrische Vorrichtung kann ein Wechselrichter mit einer oder mehreren
Kernanordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 16 sein.
Bezüglich der Vorteile, Definitionen, Ausführungsbeispiele und Anmerkungen der erfindungsgemäßen Kernanordnung der elektrischen Vorrichtung sei auf die Abschnitte zu den jeweiligen Ansprüchen 1 bis 16 verwiesen.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleich wirkende Bauteile verweisen.
Dabei zeigt die
Fig. 1 schematisch eine Drossel mit Kernanordnung und Spule nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 2 schematisch eine Kernanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Explosionsdarstellung,
Fig. 3 schematisch eine Kernanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Querschnittsansicht,
Fig. 4 ein Diagramm des Frequenzverlaufes der Resonanz-Dimension für unterschiedliche Ferritmaterialien, und
Fig. 5 ein Diagramm des Frequenzverlaufes der Impedanz einer bekannten
Kernanordnung im Vergleich zu vier unterschiedlichen erfindungsgemäßen
Kernanordnungen
Die Figur 1 zeigt schematisch eine als EMV-Filterdrossel 1 ausgebildete Drossel 2 mit einer Kernanordnung 3 und drei elektrisch leitenden Spulen 4, 5, 6 nach dem Stand der Technik in einer perspektivischen Ansicht. Die Kernanordnung 3 besteht aus einem einstückigen, ringförmigen Kern 7 aus Ferritmaterial, der abschnittsweise von den Wicklungen der elektrisch leitenden Spulen 4, 5, 6 umwickelt ist. Die EMV-Filterdrossel 1 dient der Filterung hoher Frequenzanteile in den elektrischen Strömen, die die Spulen 4, 5, 6 durchfließen. Die Spulen 4, 5, 6 bestehen aus einem Kupferdraht, der isoliert ist. Der induktive Widerstand der EMV-Filterdrossel 1 ist frequenzabhängig und lässt sich vereinfacht als Produkt der
Frequenz / und der Induktivität L der Drossel 2 angeben. Dadurch dämpft die EMV- Filterdrossel 1 die hohe Frequenzanteile des die Spulen 4, 5, 6 durchströmenden Stroms stärker und wirkt als Filter für die niedrigeren Frequenzanteile. Der Kern 7 erhöht die Induktivität L der Drossel 2 und leitet in seinem Inneren einen durch die Spulen 4, 5, 6 erzeugten und durch den Kern 7 verstärkten magnetischen Fluss 8 entsprechend der jeweiligen Stromrichtung in der als Doppelpfeil gekennzeichneten Richtung.
Die Figur 2 zeigt schematisch eine Kernanordnung 10 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Explosionsdarstellung. Die Kernanordnung 10 umfasst einen Stapel 11 aus fünf ringförmigen Ferrit-Scheiben 12 bis 16, die alle aus dem gleichen Ferritmaterial bestehen. Die Ferrit-Scheiben weisen jeweils eine Vorderseite 18 und eine Rückseite 19 sowie einen die Vorderseite 18 mit der Rückseite 19 verbindenden Rand 20 und eine Dicke 21 auf und sind mit einander zugewandten Seiten angeordnet. Zwischen den direkt benachbart angeordneten Ferrit-Scheiben (Paare 12 und 13, 13 und 14, 14 und 15, 15 und 16) ist jeweils genau ein scheiben- und ringförmiger Abstandshalter 22 aus elastischem Polyurethan angeordnet, dessen Durchmesser im Wesentlichen den Ferrit- Scheiben 12 bis 16 entspricht. Die Ferrit-Scheiben 12 bis 16 werden mit den
Abstandshaltern 22 in der gezeigten Stapelfolge lose aneinander anliegend
zusammengesetzt, so dass die Zwischenräume 23 zwischen direkt benachbarten Ferrit- Scheiben 12 und 13, 13 und 14, 14 und 15, 15 und 16 von den Abstandshaltern 22 im Wesentlichen vollständig ausgefüllt sind. Um den Stapel 1 1 zusammenzuhalten, wird dieser von einer Ummantelung (nicht dargestellt) zusammengehalten, so dass sich eine ringförmige Kernanordnung 10 ergibt, die eine Rotationsachse 24 aufweist. Die Ränder 20 der Ferrit- Scheiben sind somit koaxial zur Rotationsachse 24 ausgebildet, die Vorderseiten 18 der Ferrit-Scheiben weisen in Richtung der Rotationsachse 24 und die Dicken 21 der Ferrit- Scheiben erstrecken sich parallel zur Rotationsachse 24. Die Kernanordnung 10 ist im zusammengesetzten Zustand mindestens abschnittsweise von einer elektrisch leitenden Spule (nicht dargestellt) umwickelbar, so dass bei einer Beaufschlagung der elektrisch leitenden Spule (nicht dargestellt) mit einer elektrischen Spannung ein magnetischer Fluss 26 im Inneren der Ferrit-Scheiben 12 bis 16 erzeugt wird, der parallel zu den Seiten verläuft. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der Kernanordnung 10 weist diese geringe Verluste und eine hohe Induktivität bei geringem Gewicht auf.
Die Figur 3 zeigt schematisch eine Kernanordnung 30 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Querschnitt. Die Kernanordnung 30 umfasst einen Stapel 32 mit vier ringförmigen Ferrit-Scheiben 34, 35, 36, 37 aus dem gleichen Ferritmaterial, wobei die Zwischenräume 40, 41 zwischen den direkt benachbarten Ferrit- Scheiben 34 und 35 bzw. 36 und 37 mit genau einem ringförmigen Abstandhalter 42 aus Polyurethan ausgefüllt sind. Der Zwischenraum zwischen den direkt benachbarten Ferrit- Scheiben 35 und 36 ist in einen Hilfsbereich 43a und zwei Unterzwischenräume 43b und 43c unterteilt. Der Hilfsbereich 43a ist mit einem ringförmigen Hilfsstapel 44 ausgefüllt, der gegeneinander isolierte ringförmige Scheiben 46 aus ferromagnetischem Material umfasst. Die beiden Unterzwischenräume 43b und 43c sind ebenfalls mit jeweils einem ringförmigen Abstandhalter 42 aus Polyurethan ausgefüllt. Die Ferrit-Scheiben 34 bis 37, der Hilfsstapel 44 sowie die Abstandshalter 42 sind lose aneinander angelegt und werden von einer Befestigungsvorrichtung 48 zusammengehalten, die eine Ummantelung 50 aus Polyurethan ist. Die Kernanordnung 30 weist aufgrund der Unterteilung des Ferritkerns in vier Ferrit- Scheiben geringe Verluste auf kombiniert mittels der Einfügung der Scheiben 46 in den Stapel 32 die magnetischen Eigenschaften des Ferritmaterials mit den ferromagnetischen Eigenschaften des Materials der Scheiben 46, wobei die Einsparung der Verluste durch die Aufspaltung des Ferritkerns durch die Verluste im Hilfsstapel 44 nicht kompensiert werden, da die relativ zu den Ferrit-Scheiben 34 bis 37 dünnen Scheiben 46 gegeneinander isoliert sind.
Die Figur 4 zeigt ein Diagramm, dass für drei unterschiedliche keramische Ferritmaterialien, nämlich NiZn-Ferrit m 250 , MnZn-Ferrit m 1000 und MnZn-Ferrit m 6000, die Abhängigkeit der Resonanz-Dimension DR von der Frequenz zeigt. Auf der x-Achse ist die Frequenz von 0 MHz bis 3,5 MHz aufgetragen und auf der y-Achse die Resonanz-Dimension DR in mm.
Die Figur 5 zeigt ein Diagramm, das den gemessenen Verlauf der Impedanz in [W] für fünf unterschiedliche Kernanordnungen über einem Hochfrequenzbereich von 0,01 MHz bis 1 1 MHz zeigt. Die Legende am oberen Rand des Diagramms ordnet den unterschiedlichen Kernanordnungen die zugehörige Strichcharakteristik in der Figur zu. Verglichen wurden in dem Experiment der Verlauf bei einer Kernanordnung mit einstückigem Ferritkern der Abmessungen 80/45/30 gemäß dem Stand der Technik, der Verlauf erfindungsgemäßer Kernanordnungen mit den gleichen Abmessungen und einer jeweiligen Unterteilung des Kerns in 2, 5 oder 6 Ferrit-Scheiben des gleichen Ferritmaterials sowie der Verlauf bei einer erfindungsgemäßen Kernanordnung mit Ferrit-Scheiben aus teilweise unterschiedlichem Ferritmaterial. Die erfindungsgemäßen Kernanordnungen zeigen aufgrund der reduzierten Verluste eine verbesserte Performance. Bezugszeichenliste
1 EMV-Filterdrossel
2 Drossel
3 Kernanordnung
4, 5, 6 Spule
7 Kern
8 Magnetischer Fluss
10 Kernanordnung
1 1 Stapel
12, 13, 14, 15, Ferrit-Scheibe
16
18 Vorderseite
19 Rückseite
20 Rand
21 Dicke
22 Abstandshalter
23 Zwischenraum
24 Rotationsachse 26 Magnetischer Fluss 30 Kernanordnung 32 Stapel
34, 35, 36, 37 Ferrit-Scheibe
40, 41 Zwischenraum
42 Abstandshalter 43a Hilfsbereich
43b, 43c Unterzwischenraum
44 Hilfsstapel
46 Scheibe
48 Befestigungsvorrichtung
50 Ummantelung

Claims

Patentansprüche
1. Kernanordnung (10, 30) mit magnetischen Eigenschaften für eine elektrische
Vorrichtung, wobei die Kernanordnung (10, 30) mindestens einen Stapel (11 , 32) mit mindestens zwei Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) aus Ferritmaterial umfasst, wobei die Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) jeweils eine Vorderseite (18) und eine Rückseite (19) als Seiten und mindestens einen die Vorderseite (18) und Rückseite (19) verbindenden Rand (20) aufweisen und mit einander zugewandten Seiten angeordnet sind, wobei die Kernanordnung (10, 30) dazu ausgebildet und
eingerichtet ist, in mindestens einem Betriebszustand der elektrischen Vorrichtung einen magnetischen Fluss (8, 26) zu leiten, der im Bereich des Stapels (1 1 , 32) parallel oder im Wesentlichen parallel zu den Seiten verläuft.
2. Kernanordnung (10, 30) nach Anspruch 1 , wobei der Stapel (11 , 32) mindestens zwei Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) aus dem gleichen oder im Wesentlichen aus dem gleichen Ferritmaterial umfasst.
3. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32) voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei der mindestens eine Zwischenraum (23, 40, 41 ) zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32) ausgefüllt ist oder im Wesentlichen ausgefüllt ist
-mit nicht-magnetischem oder diamagnetischem Material und/oder
-mit einem nicht-magnetischen oder diamagnetischen gasförmigen oder flüssigen
Stoff.
4. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32) voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei mindestens einer des mindestens einen Zwischenraums (23, 40, 41 ) zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (1 1 , 32) unterteilt ist in mindestens einen mittleren Hilfsbereich (43a) und beidseitig angrenzende Unterzwischenräume (43b, 43c), wobei der Hilfsbereich (43a) ausgefüllt ist oder im Wesentlichen ausgefüllt ist mit mindestens einer Scheibe (46) aus magnetischem Material oder einem Hilfsstapel (44) mit mindestens zwei Scheiben (46) aus magnetischem Material, wobei die Unterzwischenräume (43b, 43c) und die restlichen Zwischenräume (23, 40, 41 ) zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32), die frei von einem derartigen Hilfsbereich (43a) sind, ausgefüllt sind oder im Wesentlichen ausgefüllt sind
-mit nicht-magnetischem oder diamagnetischem Material und/oder -mit einem nicht-magnetischem oder diamagnetischem gasförmigen oder flüssigen Stoff.
5. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen
mindestens zwei, insbesondere allen, direkt benachbarten Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (1 1 , 32) elastisches Material, insbesondere Polyurethan, insbesondere geschäumtes Polyurethan oder Polyurethan-Elastomer, angeordnet ist.
6. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei mindestens zwei, insbesondere alle, direkt benachbarte Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32) voneinander beabstandet angeordnet sind.
7. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32) mindestens ein die beiden Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) auf Abstand haltender
Abstandshalter (22, 42) angeordnet ist, der aus oder im Wesentlichen aus einem nicht-magnetischen oder aus einem diamagnetischen Material besteht und insbesondere elastisch ist.
8. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 , 2, 3, 5, 6, 7, wobei genau ein Abstandhalter (22, 42) zwischen direkt benachbarten Ferrit-Scheiben des Stapels angeordnet ist, wobei insbesondere der Abstandshalter (22, 42) scheibenförmig ausgebildet ist.
9. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Ferrit- Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) und die Abstandshalter (22, 42) des Stapels (1 1 , 32) lose gegeneinander angeordnet sind.
10. Kernanordnung (10, 30) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Befestigungsvorrichtung (48) umfasst ist, welche den Stapel (11 , 32) zusammenhält, wobei die Befestigungsvorrichtung (48) insbesondere mindestens nicht-magnetisches oder diamagnetisches Material umfasst oder aus diesem besteht, wobei die
Befestigungsvorrichtung (48) insbesondere eine Ummantelung (50) der
Kernanordnung (10, 30) ist, insbesondere eine elastische Ummantelung (50) der Kernanordnung, insbesondere eine Ummantelung (50) aus Polyurethan.
11. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Stapel (11 , 32) genau 2 bis 15 Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37), insbesondere genau 4 bis 7 Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37), umfasst.
12. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das Ferritmaterial keramisches Ferritmaterial ist, und insbesondere Mangan-Zink Ferrit (Mn-Zn Ferrit) und/oder Nickel-Zink Ferrit (Ni-Zn Ferrit) umfasst.
13. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Stapel (11 , 32) mindestens zwei Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) aus unterschiedlichem Ferritmaterial umfasst, insbesondere mindestens drei Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) aus drei unterschiedlichen Ferritmaterialien umfasst.
14. Kernanordnung (10, 30) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (1 1 , 32) dazu ausgebildet und eingerichtet sind, mindestens abschnittsweise von den Wicklungen mindestens einer elektrisch leitenden Spule (4, 5, 6) gemeinsam umwickelbar zu sein.
15. Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die
Kernanordnung (10, 30) eine ringförmige Kernanordnung (10, 30) ist mit einer Rotationsachse (24), und die Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) des Stapels (11 , 32) ringförmig sind, wobei die Vorderseiten (18) und Rückseiten (19) der Ferrit- Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) in Richtung der Rotationsachse (24) weisen und die Dicken (21 ) der Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) sich parallel zur Rotationsachse (24) erstrecken oder die Vorderseiten (18) und Rückseiten (19) der Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) koaxial zur Rotationsachse (24) verlaufen und die Dicken (21 ) der Ferrit-Scheiben (12 bis 16, 34 bis 37) normal zur Rotationsachse (24) weisen.
16. Kernanordnung (10, 30) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Kernanordnung (10, 30) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, mindestens abschnittsweise von mindestens einer elektrisch leitenden Spule (4, 5, 6)
umwickelbar zu sein.
17. Drossel (2) mit einer Kernanordnung (10, 30) mit magnetischen Eigenschaften und mindestens einer elektrisch leitenden Spule (4, 5, 6), wobei die mindestens eine elektrisch leitende Spule (4, 5, 6) die Kernanordnung (10, 30) mindestens
abschnittsweise umwickelt, wobei die Kernanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist.
18. Drossel (2) nach Anspruch 17, wobei die Drossel (2) eine EMV-Filterdrossel (1 ) für eine elektrische Vorrichtung ist.
19. Elektrische Vorrichtung mit einer Kernanordnung (10, 30), wobei die Kernanordnung (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3961660A1 (de) * 2020-08-28 2022-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Induktives bauelement für einen wechselrichter und wechselrichter

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005003002A1 (de) * 2004-02-10 2005-08-25 Schaffner Emv Ag Magnetischer Ringkern und Verfahren zur Herstellung von magnetischen Ringkernen
JP2006238310A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Tdk Corp Ｌｃ複合部品及びこれを用いたノイズ抑制回路
KR20100009381A (ko) * 2008-07-18 2010-01-27 주식회사 에이엠오 소음제거구조를 갖는 인덕터
JP2014096538A (ja) * 2012-11-12 2014-05-22 Kitagawa Ind Co Ltd 複合フェライトコア及び雑音電流吸収具
JP2016136592A (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 Ｊｆｅケミカル株式会社 チョークコイル用コアおよびチョークコイル
JP2016152257A (ja) * 2015-02-16 2016-08-22 Ｎｅｃトーキン株式会社 インダクタンス素子
CN106887299A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 莱尔德电子材料(深圳)有限公司 包括锰锌铁氧体和镍锌铁氧体的共模扼流圈
JP2018056511A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 スミダコーポレーション株式会社 リアクトルの製造方法及びリアクトル

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005003002A1 (de) * 2004-02-10 2005-08-25 Schaffner Emv Ag Magnetischer Ringkern und Verfahren zur Herstellung von magnetischen Ringkernen
JP2006238310A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Tdk Corp Ｌｃ複合部品及びこれを用いたノイズ抑制回路
KR20100009381A (ko) * 2008-07-18 2010-01-27 주식회사 에이엠오 소음제거구조를 갖는 인덕터
JP2014096538A (ja) * 2012-11-12 2014-05-22 Kitagawa Ind Co Ltd 複合フェライトコア及び雑音電流吸収具
JP2016136592A (ja) * 2015-01-23 2016-07-28 Ｊｆｅケミカル株式会社 チョークコイル用コアおよびチョークコイル
JP2016152257A (ja) * 2015-02-16 2016-08-22 Ｎｅｃトーキン株式会社 インダクタンス素子
CN106887299A (zh) * 2015-12-16 2017-06-23 莱尔德电子材料(深圳)有限公司 包括锰锌铁氧体和镍锌铁氧体的共模扼流圈
JP2018056511A (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 スミダコーポレーション株式会社 リアクトルの製造方法及びリアクトル

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