[发明专利]NiZn铁氧体材料的变压器或电感器烧结磁芯

说明书

本发明涉及NiZn铁氧体材料的变压器或电感器烧结磁芯。本发明还涉及分别装有这种电感和变压器磁芯的电感器和变压器。借助于一个变压器可以将一个电流源的电压和／或电流强度转变成另一所要的电压和／或电流强度。

上述的变压器磁芯其本身是已知的。例如，在菲利浦资料手册(Philips Data Handbook)MA-01，1993，PP．131和132中公开了一种被称为4Fl的NiZn磁芯。在所述的手册中记载的磁芯材料的组成对应的化学式为Ni_0．49Zn_0．49Co_0．02Fe_1．90O_3．85。这种变压器磁芯特别是用于所谓的“电源变压器”。这种类型的变压器能够适合于在MHz范围的频率和相对高的5mT或更高的磁感值下工作。

这种已知变压器或电感磁芯的缺点是如果将其作为“电源变压器”使用，则单位体积的总损耗(P)相对较高。所述的损耗使变压器发热。特别是，如果该变压器以MHz的频率使用，则发热可达相当高的温度。例如，第132页图7所示，在20℃、磁芯的磁感为10mT并且频率为3MHz时测到的单位体积总损耗为190mw／cm³。

本发明的目的是提供一种特别是当用作电源变压器时表现出相对低的总损耗的变压器或电感磁芯。本发明进一步的目的是提供一种分别装有这种电感和变压器磁芯的电感器及电源变压器。

根据本发明，采用上述的那种变压器或电感磁芯，可实现本发明的这些和其它目的，其特征在于铁氧体材料的大多数晶粒为单畴结构。

已经发现，主要为单畴晶粒的NiZn铁氧体材料的烧结磁芯显示出非常低的总损耗。如将在示范的具体实例中详细说明的，按照本发明的方法能使总损耗降低50％或更多。还没有得出对损耗的这种实质降低的确切解释。然而，本发明的发明人已通过实验确认，所述的低损耗与磁导率(μ)无关，并且在小晶粒尺寸的情况下，与晶粒的精确尺寸也无关。已经发现，达到本发明效果的必不可少的先决条件是烧结材料的大多数晶粒为单畴结构。“大多数晶粒”的说法在这里应理解为铁氧体材料中至少90％的晶粒为单畴结构。

本发明的一个优选实施例的特征在于，材料的平均晶粒尺寸小于2．8微米。本发明的发明人经一系列实验后确认，如果平均晶粒尺寸约为2．8微米，则单畴晶粒的数量约为90％。在较小的平均晶粒尺寸时，单畴晶粒的数量按比例增加。在平均晶粒尺寸低于约2．6微米时，单畴晶粒达到约100％的水平。然而，如果选用的单畴晶粒的平均尺寸小于1．1微米，一种还不了解的损耗机理造成总损耗增加。在优选的平均晶粒尺寸为1．3至2．6微米的优选范围内，总损耗基本上为常数并且与晶粒尺寸基本无关。烧结NiZn磁芯的晶粒尺寸是由所谓的“线性平均截距”方法确定的。

应该注意，已知的4F1材料的大多数晶粒不是单畴结构，晶粒的平均尺寸约为3．1微米。

按照本发明的烧结磁芯的另一个良好的实施例的特征在于，该磁芯的铁氧体材料包括42．8-55．9mol％Fe₂O₃，17．6-45．7mol％NiO和8．4-34．3mol％ZnO。组成在所述限度内的磁芯表现出相对高的自发磁感(Bs)。由于与具有相对低的饱和磁化的磁芯相比，这些损耗相对的低，因此对所述的磁芯具有有利的作用。

应该注意，该铁氧体材料最好包括较少量的Co，这种添加物的存在将导致相对平坦的μ-T曲线，特别是在电源变压器工作的温度范围内。然而，Co含量超过1．5at％是有害的。它不会使所述的曲线产生更高和平坦度。另外，Co昂贵并且有毒。按照本发明的铁氧体材料可以进一步包括少量的掺杂物，特别是例如助熔剂，如V₂O₅和Bi₂O₃。另外，可以含有MnO、SiO₂和CaO。但所述的各种掺杂物的最大含量要低于2wt％。

按照本发明的磁芯的另一个优选实例的特征是，磁芯的铁氧体材料包括42．8-50．0mol％Fe₂O₃、20．0-45．7mol％NiO和10．0-34．3mol％ZnO。不同于上述的组成范围，在本优选实例中描述的NiZn铁氧体中都缺Fe。缺Fe是有利的，因为由此可以防止铁氧体材料中出现Fe²⁺离子。这种离子的出现将导致涡流损耗变大。