铁氧体和变压器及其驱动方法技术

本发明专利技术提供：一种Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体，在高温下，该铁氧体中的磁心损耗低，Ｂｓ高；一种能够小型化并适合于在高温下使用的变压器；一种有效驱动所述变压器的方法。同时提供一种能够小型化并适合于包括高温的宽温度范围内使用的变压器。还提供一种能够小型化的高效率变压器，其中，在驱动变压器的温度下，铁氧体磁心中的磁心损耗低，饱和磁通量密度高；和一种用于所述变压器的高效率驱动方法。所述变压器磁心使用其组成如说明书所述的Ｍｎ－Ｚｎ铁氧体制成。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于变压器磁心的Mn-Zn铁氧体，其中，在高温下磁心损耗低并且饱和磁通量密度高，本专利技术还涉及具有一种Mn-Zn铁氧体磁心的变压器，用于切换转换器和显示器的电源，本专利技术还涉及一种驱动所述的变压器的方法。本专利技术还涉及一种具有Mn-Zn铁氧体磁心的变压器，其中，当其驱动温度范围在50～70℃左右之间时，磁心损耗低，饱和磁通量密度高，本专利技术还涉及一种驱动所述变压器的方法。Mn-Zn铁氧体广泛用作各种通讯设备、家用或工业设备等的变压器用材料。传统的切换电源中的变压器使用在60～100℃之间的温度，电源的切换频率在10～100kHz之间。变压器中的最小磁心损耗在实用温度范围内，到目前为止已经进行了添加剂的加入、元素取代、烧成条件改变等各种研究，以便降低在实用温度范围内的变压器的磁心损耗(见日本专利申请公开(JP-A)Hei-8-169756等)。随着最近的趋势向着小型化轻量化的切换电源方向发展，高频已经用作切换频率。已经开发了频率在500kHz～1MHz左右之间的低磁心损耗材料(见JP-AHei-8-148323等)。然而，由于变压器本身产生热量并用在高温条件下，所以，实际驱动变压器磁心的温度常常较高，在80～110℃范围内。在JP-A Hei-3-141612和Hei-7-297020中已经提出了用于该类型电源的铁氧体。其中提出的Mn-Zn铁氧体含有不小于10mol％的ZnO的基本组分，并且在前者(Hei-3-141612)中含有Nb2O5添加剂，或者在后者(Hei-7-297020)中含有与ZrO2结合使用的Nb2O5，另外，SnO2和TiO2的添加量不小于300ppm，从而在那些铁氧体中降低了磁心损耗。但是，仍然希望磁性氧化物材料不仅满足低磁心损耗的要求，而且满足高饱和磁通量密度的要求，以实现在上述的实用温度范围内的小型高效的变压器。ZnO含量不小于10mol％的Mn-Zn铁氧体可以实现降低其磁心损耗的要求，但是在上述的实用温度范围内，尤其是在100～110℃之间的温度下不能实现增大饱和磁通量密度的要求。在这方面，通过向Mn-Zn铁氧体中添加SnO2和TiO2进行元素取代可以实现在所述铁氧体中的磁心损耗的降低。但是，没有已知的磁性氧化物材料能够实现在上述的实用温度范围内增大饱和磁通量密度。另一方面，在磁性氧化物材料的实用温度范围宽时，例如，在20～120℃之间，不可缺少地要求该材料满足其低磁心损耗的要求。然而，如果在材料中的饱和磁通量密度随使用含有该材料的电源的温度而变化，结果，如果改变材料的磁导率，即使材料周围的磁场不变，材料的感应系数也将随周围温度发生变化。因此，由于这些原因，在材料用于功率滤波时，输出功率的脉动将会变化，从而产生含有所述材料的电源的功率输出特性变化的问题。ZnO含量不小于10mol％的Mn-Zn铁氧体可以实现降低其磁心损耗，但是，在上述的实用温度范围内，其中的饱和磁通量密度的温度依赖特性变化范围大。由于上述原因，希望开发适用于在高温下使用并且在包括高温的宽温度范围内使用的铁氧体和变压器。另一方面，希望的是在其本身产生少量热量的条件下，在其驱动温度下的磁心损耗低的变压器。对于在该情况下的这样的变压器，仍然希望降低其高频磁心损耗来满足小型轻量化切换电源的要求。变压器的驱动温度一般在50～70℃。但是，随着在变压器中产生热量的知识的进展，可以设计用于变压器的铁氧体使得含有所述的铁氧体的变压器的磁心损耗可以在80～100℃的温度范围内为最低(见JP-A Hei-3-141612、Hei-7-297020、Hei-8-169756等)。在这些专利公开中，JP-A Hei-8-169756公开了一种低磁心损耗的Mn-Zn铁氧体磁心，基本由25～40mol％的MnO、6～25mol％的ZnO和余量为Fe2O3组成，并含有作为副组分的0.002～0.040wt％的SiO2和0.02～0.20wt％的CaO，其中，副组分元素偏析在晶界上使其浓度分布的半宽不大于10nm。在JP-A Hei-8-169756中提出副组分还可以包括Nb2O5、Ta2O5、ZrO2和V2O5。设计了在其实施例中实际演示的试样的组成使得其中的磁心损耗可以在90℃最低。简言之，那些试样中的基本组分由53.5mol％的Fe2O3、34.5mol％的MnO和12.0mol％的ZnO组成。在JP-A Hei-8-169756中，设计了铁氧体使得其中的磁心损耗可以在高于其驱动温度的温度下为最低。但是，在变压器本身可以产生少量热量的条件下，在驱动变压器的50～70℃的温度范围内在变压器内的磁心损耗较低是必要的。为了满足要求，JP-A Hei-8-191011公开了一种Mn-Zn-Co铁氧体，其中，在上述的驱动温度范围内降低了磁心损耗。可以存在于该铁氧体中的添加剂氧化物包括SiO2、CaO、ZrO2和Ta2O5。然而，在JP-A Hei-8-191011中的Mn-Zn-Co铁氧体仍然是有问题的，其中，在50～70℃的驱动温度范围内其中的磁心损耗不能降低到令人满意的水平，所以要求对其进一步研究。本专利技术的第一个目的是提供一种在高温下磁心损耗低并且饱和磁通量密度高的铁氧体。第二个目的是提供一种能够小型化并且适合于在高温下使用的变压器。第三个目的是提供一种能够小型化并且适合于在包括高温的宽温度范围内使用的变压器。第四个目的是提供一种在高温下有效驱动小型变压器的方法。第五个目的是提供一种能够小型化的高效变压器，其中的磁心用一种铁氧体制造，该铁氧体使得在变压器的驱动温度范围(50～70℃)内，其中的磁心损耗低且饱和磁通量密度高。第六个目的是提供一种有效驱动变压器的方法。通过提供下列内容的本专利技术达到了上述的目的(1)一种基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为6.5～9.5mol％的氧化锌和氧化锰组成的铁氧体，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含量为80～150ppm的氧化硅、按CaCO3计算的含量为600～1000ppm的氧化钙、按Nb2O5计算的含量为150～400ppm的氧化铌、按ZrO2计算的含量为40～300ppm的氧化锆。(2)一种变压器，其磁心用一种铁氧体制造，该铁氧体基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为4.0～9.5mol％的氧化锌和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含量为60～200ppm的氧化硅、按CaCO3计算的含量为300～1200ppm的氧化钙、按Nb2O5计算的含量为50～500ppm的氧化铌、按ZrO2计算的含量为10～450ppm的氧化锆，其中，在100～120℃之间的温度下，在所述铁氧体中的饱和磁通量密度(直流)不小于410mT。(3)在(2)中的变压器，其中，在铁氧体中的最小磁心损耗在100～110℃之间的温度范围内，最小磁心损耗(在100kHz的频率下)不大于300kW/m3。(4)在(2)或(3)中的变压器，其中，所述的铁氧体基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为6.5～9.5mol％的氧化锌和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁氧体，基本由按Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］计算的含量为５３～５５ｍｏｌ％的氧化铁、按ＺｎＯ计算的含量为６．５～９．５ｍｏｌ％的氧化锌、和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按ＳｉＯ↓［２］计算的含量为８０～１５０ｐｐｍ的氧化硅、按ＣａＣＯ↓［３］计算的含量为６００～１０００ｐｐｍ的氧化钙、按Ｎｂ↓［２］Ｏ↓［５］计算的含量为１５０～４００ｐｐｍ的氧化铌和按ＺｒＯ↓［２］计算的含量为４０～３００ｐｐｍ的氧化锆。

【技术特征摘要】
JP 1998-1-23 26545/981.一种铁氧体，基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为6.5～9.5mol％的氧化锌、和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含量为80～150ppm的氧化硅、按CaCO3计算的含量为600～1000ppm的氧化钙、按Nb2O5计算的含量为150～400ppm的氧化铌和按ZrO2计算的含量为40～300ppm的氧化锆。2.一种变压器，其磁心用一种铁氧体制造，所述的铁氧体基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为4.0～9.5mol％的氧化锌、和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含量为60～200ppm的氧化硅、按CaCO3计算的含量为300～1200ppm的氧化钙、按Nb2O5计算的含量为50～500ppm的氧化铌和按ZrO2计算的含量为10～450ppm的氧化锆，其中，在100～120℃之间的温度下所述的铁氧体中的饱和磁通量密度(直流)不小于410mT。3.根据权利要求2的变压器，其中，在所述的铁氧体中的最小磁心损耗在100～110℃的温度范围内，所述的最小磁心损耗(在100kHz的频率下)不大于300kW/m3。4.根据权利要求2或3的变压器，其中，所述的铁氧体基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为6.5～9.5mol％的氧化锌、和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含量为80～150ppm的氧化硅、按CaCO3计算的含量为600～1000ppm的氧化钙、按Nb2O5计算的含量为150～400ppm的氧化铌和按ZrO2计算的含量为40～300ppm的氧化锆。5.一种变压器，其磁心用一种铁氧体制造，所述的铁氧体基本由按Fe2O3计算的含量为53～55mol％的氧化铁、按ZnO计算的含量为2.0～8.0mol％的氧化锌、和氧化锰组成，并且含有作为副组分的按SiO2计算的含量为60～200ppm的氧化硅、按CaCO3计算的含量为300～1200ppm的氧化钙、按Nb2O5计算的含量为50～500ppm的氧化铌和按ZrO2计算的含量为10～450ppm的氧化锆，其中，在20～120℃之间的温度下在所述的铁氧体中的饱和磁通量密度(直流)...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐田仁，冈本重夫，黑田朋史，佐藤直义，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]