DE4323279C1

DE4323279C1 - Verwendung von hochpermeablen MnZn-Ferriten für mit isolierendem Material umhüllte Ferritkerne induktiver Bauelemente

Info

Publication number: DE4323279C1
Application number: DE4323279A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schaner; August Beer; Armin Schweiger
Original assignee: Siemens Matsushita Components GmbH and Co KG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2013-07-13
Also published as: JPH08511657A; EP0708971A1; JP2805693B2; US5738949A; FI960114A; FI960114A0; WO1995002887A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von hochpermeablen MnZn-Ferriten (Mangan-Zink-Ferriten) für mit isolierendem Material umhüllte Ferritkerne induktiver Bauelemente.

Hoch- und höchstpermeable MnZn-Ferritkerne werden in induktiven Bauelementen häufig mit einem isolierenden Material umhüllt bzw. vergossen, um eine ausreichend hohe elektrische Isolationsfestigkeit zu erreichen. Als isolie rende Materialien werden üblicherweise Kunststoffe, z. B. Epoxidharze, verwendet. Beim Aushärten der Umhüllungs- bzw. Vergußmasse setzt jedoch ein Schrumpfvorgang ein, so daß die umhüllten Kerne allseitig einem mechanischen Druck ausgesetzt werden. Unter dem Einfluß dieser Druckbeanspru chung wird die Induktivität der Ferritkerne und damit der induktiven Bauelemente undefiniert bis zu 20 bis 30% ver ringert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Realisierung einer weitgehenden druckunabhängigen Induktivität von Ferritkernen und damit von diese enthaltenden induktiven Bauelementen bei Verguß mit isolierendem Material anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hochpermeable MnZn-Ferrite, die ein sekundäres Permeabi litätsmaximum bei einer Temperatur < 0°C aufweisen, für mit elektrisch isolierendem Material, insbesondere Kunststoff, umhüllte Ferritkerne induktiver Bauelemente Verwendung finden.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran sprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbei spielen gemäß den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm der Abhängigkeit der Anfangspermea bilität µi von der Temperatur T in °C eines MnZn-Ferrits vorgegebener Zusammensetzung mit einem sekundären Permeabilitätsmaximum bei einer Temperatur < 0°C gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 eine dem Diagramm nach Fig. 1 entsprechendes Diagramm für einen MnZn-Ferrit mit einem sekun dären Permeabilitätsmaximum bei einer Temperatur < 0°C.

Der Zusammenhang zwischen der Anfangspermeabilität µi und der Temperatur T ist an sich bekannt, wozu beispielsweise auf das Buch Ferritkerne Grundlagen, Dimensionierung, Anwendungen in der Nachrichtentechnik von Kampczyk und Röß, Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 1978, Seiten 99 bis 103, insbesondere Seite 101, hingewiesen wird. Der Zusammenhang ist dabei generell so beschaffen, daß die Anfangspermeabilität ausgehend von kleinen Werten bei tiefen Temperaturen stetig ansteigt und kurz vor der Curie-Temperatur ein Maximum erreicht und dann stark abfällt. Bei eisenreichen MnZn-Ferriten tritt bei einem Nulldurchgang der Kristallanisotropie bei tiefen Tempera turen ein sekundäres Maximum der Permeabilität auf. Dieser Nulldurchgang der Kristallanisotropie und das sekundäre Permeabilitätsmaximum verschieben sich mit zunehmendem Eisengehalt zu tieferen Temperaturen. Es ist an sich bekannt, daß das sekundäre Permeabilitätsmaximum in der Celsius-Skala auch bei negativen Temperaturen liegen kann.

Der Erfindung zugrunde liegende Untersuchungen haben nun überraschenderweise gezeigt, daß bei Lage des sekundären Permeabilitätsmaximums bei Temperaturen T < 0°C die Induk tivitätsänderungen bei Einwirkung von mechanischem Druck erheblich verringert werden. Die Erfindung sieht daher die Verwendung von hochpermeablen MnZn-Ferriten mit einem sol chen sekundären Permeabilitätsmaximum bei einer Temperatur <0°C für mit elektrisch isolierendem Material umhüllte bzw. umgossene Ferritkerne induktiver Bauelement vor. Das sekundäre Permeabilitätsmaximum läßt sich dabei in für den Fachmann ersichtlicher Weise durch eine geeignete Wahl des molaren Verhältnisses von Fe₂O₃ (Eisenoxid), MnO (Manganoxid) und ZnO (Zinkoxid) festlegen.

Bisher ist bei den meisten MnZn-Ferritwerkstoffen das sekundäre Permeabilitätsmaximum lediglich im Temperaturbe reich T von < 0°C in Betracht gezogen worden, um möglichst hohe Permeabilitäten von etwa 5000 bis 15 000 im Raumtem peraturbereich zu erreichen. Bei Übertragerwerkstoffen liegt das Minimum der Verluste etwa bei der Temperatur, bei der das sekundäre Permeabilitätsmaximum liegt. Da die Betriebstemperaturen bei Übertragern mit Ferritkernen etwa im Bereich von 400 bis 120°C liegen, besitzen diese Werkstoffe sekundäre Permeabilitätsmaxima im gleichen Tem peraturbereich.

Zwar besitzen MnZn-Ferrite mit einem sekundären Permeabi litätsmaximum bei einer Temperatur T < 0°C bei Raumtempe ratur relativ niedrige Permeabilitäten von etwa nur 25% im Vergleich zu Ferriten, deren sekundäres Permeabilitätsma ximum bei einer Temperatur T = +25°C liegt. Dies ist zwar eine Einschränkung, die jedoch weitestgehend durch das Erreichen einer praktisch druckunabhängigen Induktivität kompensiert wird. Die Induktivitätsänderungen betragen dann nach Umhüllen bzw. Vergießen mit Kunststoff nur noch etwa 3 bis 4%. Die bei Raumtemperatur erreichbaren Permea bilitätswerte liegen dann je nach Reinheitsgrad der Roh stoffe bei etwa 3000 bis 7000.

Ein Vergleich der Diagramme nach den Fig. 1 und 2, wel che jeweils den Verlauf der Anfangspermeabilität µi in Abhängigkeit von der Temperatur T in °C zeigen, ist ersichtlich, daß bei einem MnZn-Ferrit mit einem sekundä ren Permeabilitätsmaximum (abgekürzt mit SPM bezeichnet) bei einer Temperatur < 0°C gegenüber einem solchen Ferrit mit einem sekundären Permeabilitätsmaximum bei einer Tem peratur < 0°C bei Einwirkung von mechanischem Druck in einem anwendungstechnisch interessantem Temperaturbereich von etwa Raumtemperatur bis 130°C bei Einwirkung von mechanischem Druck durch Vergießen bzw. Umhüllen mit Kunststoff praktisch unveränderte Induktivitätswerte erhalten bleiben. In den Fig. 1 und 2 ist der Verlauf der Anfangspermeabilität µi vor und nach einem Umhüllen bzw. Vergießen mit 10 bzw. 11 (Fig. 1) sowie 20 bzw. 21 (Fig. 2) bezeichnet. Die verwendeten Ferrite besitzen dabei hinsichtlich des Fe₂O₃-, MnO- und ZnO-Anteils prak tisch gleiche Mengenanteile in Mol-%. Für einen erfindungs gemäß verwendeten Ferrit nach Fig. 1 liegt der Anteil von Fe₂O₃ in einem Bereich von 50 bis 55% Mol-%, speziell bei 53,20 Mol-%, der Anteil von MnO in einem Bereich von 15 bis 35%, speziell bei 24,80 Mol-% und der Anteil von ZnO in einem Bereich von 15 bis 35%, speziell bei 22,0%, während die entsprechenden Anteile für einen Ferrit mit einer sekundären Permeabilität bei einer Temperatur <0°C 52,60, 25,40 und 22,00 Mol-% betragen.

Claims

1. Verwendung von hochpermeablen MnZn-Ferriten, die ein sekundäres Permeabilitätsmaximum bei einer Temperatur <0°C aufweisen, für mit elektrisch isolierendem Material, insbeson dere Kunststoff, umhüllte Ferritkerne induktiver Bauele mente.

2. Verwendung von MnZn-Ferriten nach Anspruch 1 mit einem Fe₂O₃-Gehalt im Bereich von 50 bis 55 Mol-%, einem MnO- Gehalt von 15 bis 35 Mol-% und einem ZnO-Gehalt von 15 bis 35 Mol-%.

3. Verwendung von MnZn-Ferriten nach Anspruch 1 und 2 mit einem Fe₂O₃-Gehalt von 53,20 Mol-%, einem MnO-Gehalt von 24,80 Mol-% und einem ZnO-Gehalt von 22,00 Mol-%.