软磁非晶电磁元件及其制作方法

专利名称：软磁非晶电磁元件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁元件；更具体而言涉及指定用于电动机器或电感 装置的电磁元件，以及该电磁元件的制造方法。
背景技术：
多极旋转的电动机械或电动机器，例如发动机、发电机、再生发 动机、交流发电机、制动器和磁性轴承通常采用一个或多个电磁元件， 该电磁元件可包括称为定子的静止元件和称为转子的旋转元件。通过 在电磁元件内产生旋转的磁场图案，该旋转的磁场图案致使转子跟随 该磁场图案的旋转，发动机由此旋转。当频率变化时，转子的速度变 化。为了增大发动机的轴速度，输入源的频率必须增大。对于特定应 用，例如电力或混合动力的汽车，特别期望可高速工作且还具有高效 率的电力发动机。
旋转电机内的转子和定子的邻近面被小的空气隙分隔，连接转子 和定子的磁通量通过该空气隙。本领域技术人员将理解，旋转电机可 包括多个机械连接的转子和多个定子。实际上所有旋转电机传统上可 以分类为径向或轴向空气隙类型。在径向空气隙类型中，转子和定子 径向分隔且通过的磁通量被引导为主要垂至于转子的旋转轴。在轴向 空气隙装置中，转子和定子轴向分隔且磁通量穿程主要平行于旋转轴。
除了特定的专用类型之外，发动机和发电机通常采用一种或多种 类型的软磁材料。"软磁材料，，是指容易且高效地磁化和退磁的材料。在磁性材料每个磁化周期中不可避免地耗散的能量称为磁滞损耗或铁
损(core loss)。磁滞损耗的幅值为激励幅值和频率二者的函数。软磁 材料还呈现高的磁导率和低的磁矫顽性。发动机和发电机还包括磁通 势源，该磁通势源可以由一个或多个永磁体来提供或者可以由被承载 电流的绕线包围的附加软磁材料来提供。"永磁体材料"也称为"硬磁 材料"，是指具有高的磁矫顽性、强烈保持其磁化且抵抗被退磁的材料。 视电机类型而定，永磁材料和软磁材料可以布置于转子上或者定子上。 目前为止，目前生产的电动电机使用各种级别的铁心硅钢或发动 机钢作为软磁材料，这些钢为Fe与一种或多种特别是包括Si、 P、 C 和A1的合金元素的合金。最通常的情况是，Si是主要的合金元素。尽 管 一般认为，具有由高级永磁体材料构成的转子和芯由例如非晶金属 的高级低损耗的软材料制成的定子的发动机和发电机，与传统径向空 气隙发动机和发电机相比具有能够提供显著更高的效率和功率密度的 潜能，但是在构建轴向或径向空气隙类型的这种电机方面，成功甚少。 将非晶材料结合到传统径向或轴向空气隙电机的先前努力大部分未在 商业上成功。
电磁元件还广泛用于例如变压器和电感器的静电感应装置，这些 静电感应装置是许多现代电学和电子设备的基本元件。大多数这些装 置采用包括软铁磁材料的芯和包围该芯的一条或多条电学绕线。电感 器通常采用具有两个端子的单一绕线，并用作滤波器和能量存储装置。 变压器通常具有两条以上绕线。变压器将电压从一个水平转变到至少 一个其他期望水平，并电隔离整体电路的不同部分。可以获得尺寸变
化大且功率容量相应变化的电感装置。不同类型的电感装置被优化， 用于工作于从DC到GHz的非常宽的频率。实际上每种已知类型的软 磁材料均被应用于电感装置的构造。特定软磁材料的选择依赖于所需 的性能、材料以能够有效地制造的形式的可获得性、以及供应特定市 场所需的体积及成本的组合。 一般而言，期望的软磁铁磁芯材料具有 高的饱和感应Bsat以使芯尺寸最小化，并具有低的矫顽性Hc、高的磁 导率H和低的铁损，以使效率最大化。
用于高频电子装置(包括静止装置和旋转装置)的电磁元件的构 造存在问题。采用铁或钢作为软磁材料来集中和定形磁通量的元件被 非常普遍地使用。然而，在高频，传统的铁或钢元件不再适用。铁或钢元件的铁损随激励频率的增大而增大，降低了整体装置效率。此外， 在非常高的激励频率，元件会变得极热，无法通过任何合理可接受的 手段来冷却，并会导致装置故障。许多目前的电动电机必须工作于高 的旋转速度并因此将受益于使用高的同步激励频率，其中高的同步激
励频率是指400Hz以上的频率。
静止装置的要求经常更高，因为功率调节电子系统现在普遍采用 开关模式电路布局，其中可工作于1至200kHz频率的变压器和电感器 是基本的。在一些电路中，期望工作于高达lMHz以上。因此，渴求 令人满意的元件及其制作方法。
例如电动机以及小尺寸到中等尺寸的电感器和变压器的用于电学 和电子装置的元件经常使用各种级别的磁性钢的印模或冲孔的分层来 构造，这些磁性钢是按照厚度小至100nm的片材来供应的。这些分层 通常被层叠和紧固，且随后使用通常包括高导电率的铜或铝引线的必 需的一条或多条电学绕线来缠绕。这些分层通常被应用于具有各种已 知形状的芯。电动装置元件通常形成有多个径向取向的齿和邻近的槽 以容纳包围该齿的相位绕线。
许多用于电感器和变压器的形状是由具有特定印刷体字母例如 "C"、 "U"、 "E，，和"T"的一般形式的组成元件装配而成，经常由此 特定印刷体字母来标识该元件。装配的形状还可以用反映组成元件的 字母来表示，例如，"E-I"形状是通过装配"E"元件与"I"元件而 形成。其他广泛使用的装配形状包括"E-E"、 "C-I"和"C-C"。这些 形状的现有技术芯的组成元件已经由印模的传统结晶铁磁金属的分层 片材以及加工的体软铁氧体块构成。
高级磁性材料包括已知的非晶和纳米晶体金属合金以及优化的Fe 基结晶材料。具体而言，这些材料容易磁化和退磁，这意味着用这些 材料制成的电磁元件具有低的功率损耗、高频下低的温升、极快的磁 化以及容易将电能转换为机械能。由这种金属制成的电磁元件将产生 更小的铁损，且能够工作于高得多的频率，使得装置具有出色的效率 和功率密度。
然而，这些高级材料的特定物理性能使得传统的制作技术变得困 难或不可能。非晶和纳米晶体金属合金通常被供应成具有均匀带宽度 的薄的连续带。然而，这些金属实际上比所有传统的金属性的软磁性合金更薄和更硬，使得传统的对分层的印模或冲孔导致制作工具和模 具的过量磨损，引起迅速失效。所导致的加工和制造成本的增加使得 使用传统技术来制作体磁性元件在商业上不实用。各种制造技术已经 被业界所尝试，包括引线电学放电加工、电化学蠕变研磨、传统电学 放电加工、切削、印模、酸蚀刻以及精密冲裁。由于包括成本有效、 制造可重复性、或者工艺周期时间的原因，没有一种制造技术证明是 令人满意的。非晶金属的薄也转变为形成给定截面和厚度的元件所需 的分层数目增加，进一步增加了非晶金属磁性元件的总成本。用于成 型铁氧体块的加工技术也一般不适用于处理非晶金属。
非晶和纳米晶体金属合金的性能经常通过退火处理来优化。然而， 退火通常使金属变得非常脆，进一步使传统制造工艺复杂。由于前述 困难，还未发现广泛且容易用于形成包括硅钢和其它类似金属性片材
形式的FeNi-和FeCo-基晶体合金的传统材料的成型分层的技术，适合 用于制造非晶和纳米晶体金属装置和元件。
无法由软的磁性带制作复杂的三维形状同时维持令人满意的磁性 性能，这已经成为需要高效率和低损耗元件的电动和静电应用的重要 阻碍。成本有效、最终用途功能以及高容量能力的、同时为最终用途 需要提供显著的设计灵活性的生产方法是极为期望的。非晶金属因此 还未在市场中被接受用于许多装置；因此，通过实用高感应、低损耗 的材料，在原则上可以实现尺寸、重量和能量效率改进的巨大潜能。
对于例如饱和电抗器和某些扼流器的电子应用，非晶和纳米晶体 金属合金已经以螺旋缠绕的圆的环形芯的形式被采用。这种形式的装 置可以购得，直径通常在几毫米至几厘米的范围内，且通常用于提供 高达几百伏特-安培(VA)的开关模式电源。这种芯配置提供了完全 闭合的磁路，具有可忽略的退磁因子。然而，为了获得期望的能量存 储能力，许多电感器包括具有离散空气隙的磁路。空气隙的存在导致 不可忽略的退磁因子和关联的形状各向异性，这些在剪切的磁化(B-H) 回路中体现。形状各向异性会比可能的感应磁性各向异性高得多，成 比例地增加了能量存储能力。具有离散空气隙和传统材料的环形芯已 被提出用于这种能量存储应用。然而，有隙的环形几何仅只能提供最 低的设计灵活性。通常装置用户难以或无法调整该隙以选择剪切和能 量存储的期望程度。此外，与用于分层芯的可比较的缠绕设备相比，将绕线应用到环形芯所需的设备更加复杂、昂贵、且难以操作。环形 几何的芯经常无法用于高电流应用，这是因为额定电流指定的重的规 范引线无法弯折到缠绕环形所需的程度。此外，环形设计仅具有单一 磁路。结果，这种环形设计不是很适于且难以用于多相变压器和电感 器，特别是包括常见的三相装置。其它配置更易于制造且因此得到应 用。
此外，条缠绕的环形芯中固有的应力引起特定问题。缠绕必然将 条的外表面置于张力状态且将条的内表面置于压力状态。为了保证平 滑缠绕所需的线性张力导致额外的应力。由于磁致伸缩，缠绕环形通 常呈现比在平坦条配置下测量的相同条的磁性能差的磁性能。退火一 般能够释放部分应力，因此仅消除一部分劣化。此外，在缠绕环形中 形成隙经常导致额外的问题。缠绕结构内任何残余的回路应力至少部 分在形成隙时被除去。实践中，净回路应力是无法预计的，可以是压 应力或张应力。因此，实际隙趋于在相应情形下闭合或断开无法预计 的量，以建立新的应力平衡。因此，最后的隙通常不同于所预定的隙， 缺乏矫正措施。由于芯的磁阻主要由隙决定，成品芯的磁性能在大量 生产过程中经常难以在一致的基础上再现。
非晶金属也已经用于更高功率装置的变压器，例如用于铭牌额定
值为10kVA至lMVA以上的电力电网的配电变压器。这些变压器的芯 经常形成为阶梯接缝(step-lap)缠绕的通常矩形的配置。在一个常见 构造方法中，首先形成矩形的芯并退火。该芯随后被解开带子以允许 预成型件的绕线在芯的长腿上滑动。在结合预成型件的绕线之后，各 层被再次系上带子并紧固。按照这种方式构造配电变压器的典型工艺 描述于Ballard等的美国专利4,734,975。这种工艺可以理解地需要大量 劳力以及涉及脆退火的非晶金属带的操作步骤。对于小于10kVA的芯， 这些步骤尤其緩慢且难以实施。此外，在这种配置中，芯不容易可控 地引入空气隙，而在许多电感器应用中需要该空气隙。阶梯接缝芯配 置也难以提供完全平衡的多相装置，即，在每个相的端子获得的电学 特性基本上相同的装置。
因此，本领域仍需要允许制造高度紧凑、有效和可靠的电动机器 的元件制作方法。尤其期望充分利用了与低损耗材料相关联的具体特 性，并因此消除了与传统元件相关的许多缺点的方法。理想地，优点包括下述之一或多种软磁材料的有效使用；改善的电学效率；以及 可靠、经济和快速的大规模生产。

发明内容
本发明提供了一种电磁元件及其制造方法。 一般而言，该方法包 括步骤(i)形成软磁性金属带，该软软磁性金属带基本上是由选自由 非晶和纳米晶体金属与优化的Fe基合金组成的组的材料组成；(ii)将 该预成型件容纳在诸如铣削组件的容纳装置内，该容纳装置从所有侧 面支撑该预成型件；以及(iii)将该预成型件铣削成电磁元件形状。可 选地，粘合剂应用到该预成型件并固化。该粘合剂(如果存在)与该 容纳装置提供了机械支撑和完整性，使得该预成型件可耐受例如通过 使用水平铣床、垂直铣床、计算机数值控制(CNC)机床或者任何其 它常用铣削设备进行铣削加工的机械应力。因此，可以形成复杂的三 维软磁金属形状。
形成三维软磁金属形状的能力使得软磁金属可以用于迄今为止软 磁金属带的机械特性所被排除的各种应用。
元件优选地由低损耗的高频材料制成。更优选地，元件是由非晶 金属、纳米晶体金属、以及优化的晶粒定向或无晶粒定向的Fe基材料 制成。这些材料引入电学装置可以使装置的频率增加高于400Hz，而 与传统电机中呈现的大的增加相比，铁损只有较小的增加，由此形成 一种能够提供增加的功率的高效电子装置。
电磁元件有益地应用于包括静态和动态装置的各种应用，例如电 感元件(电感器、变压器等)以及用于线性和旋转电动机械的转子和 定子。


参考对本发明的优选实施例以及附图的下述详细说明，可以更全 面地理解本发明，且另外的优点将变得显而易见，附图中相同的参考
数字在多个试图中总是表示相同的元件，附图中
图1为描述将软磁金属带缠绕在内环上的透视图； 图2为描述用于本发明的实践的内绕线的透视图； 图3为描述用于本发明的实践的外绕线的透视图；图4为描述本发明的铣削组件的透视图； 图5为描述依据本发明的铣削组件的铣削的透视图； 图6A和6B分别为本发明的电磁元件的俯视图和侧视图； 图7为用于制备具有两个共缠绕(co-wound)层的本发明的环形 预成型件的缠绕系统的示意图8A为本发明的矩形棱柱预成型件的透视图8B为由图8A的预成型件制成的本发明的E形电磁元件的透视
图9为本发明的电感装置的透视图IOA为依据本发明制造的图IOA的轴向空气隙定子的不完全透
视图10B为依据本发明制造的轴向空气隙定子的齿的不完全透视
图IIA依据本发明制造的径向空气隙定子的平面图；以及 图IIB为描述依据本发明图IIA的一部分径向空气隙定子的制造 的平面图。
具体实施例方式
参考图l,描述了本发明实施例，其中软磁金属带IO被缠绕围绕 内环14上的缠绕轴11。绕线机(winding machine )13包括进给辊(supply roll) 12，该进给辊12包括不确定长度的软磁金属带10。内环14置于 线圈支撑板(winding plate) 16上。软磁金属带10螺旋地缠绕在内环 14上，形成具有环形轴的软磁金属环形18。软磁金属环形18具有通 常由最内和最外带层的表面形成的内侧表面15和外侧表面17。环形 18还具有通常由带层的露出和对齐的边缘形成的顶部19和底部21。
软磁金属带IO可以使用各种水平和垂直轴机器及方法来缠绕。优 选地，与固有带密度相比，将用作预成型件的一致的结实的环形将具 有至少85%的缠绕密度。虽然图1示出了形成具有直圆柱体外壳的形 状的软磁金属环形18，不过可以理解，可以形成具有与圆柱体形状环 形18有显著差别的其它期望的三维形状。通过围绕合适配置的心轴等 缠绕形式进行缠绕，可以形成各种期望的形状。例如，带可以缠绕围 绕通常矩形的心轴，优选地具有四个圆角的心轴，以形成细长的类似跑道的环形配置。任一这些或其它类似形式可以提供用于后续工艺的 预成型件。
如此处所使用，术语"环形，，理解为具有多层的薄带、螺旋缠绕 的、层迭层的任意结构，其中邻近层的横向边缘基本上对齐。可以通
过缠绕单一延伸长度的带来形成这种结构；也可以顺序缠绕多个延伸 的长度。备选地，可以共缠绕多层的带。例如，图7通常在13，描述了 一种绕线机实施例，其中两层10，、 IO"取自独立的供片盘(su卯ly spool) 12，、 12"并共缠绕成环形18,但是可以理解，可以共缠绕其它数目的 层，例如，5层以上。供片盘12，、 12"和环形18的旋转以及馈送方向 在图7中用相应箭头表示。用于制备用于实践本方法的预成型件的该 缠绕系统可包括滚轮8，以及薄膜处理(web handling)工艺中公知的 其它驱动装置，诸如导向器、张力控制器等。
在缠绕之后，软磁金属环形18可选地从线圈支撑板16移除。在 一种实施方式中，内环14附着到内容纳帽20成为单一单元，而带IO 被缠绕围绕内环14。
粘合剂随后以渗透软磁金属环形18的方式应用到软磁带环形18 或其它合适的预成型件。优选地，环形18内每层的至少约一半的表面 积被覆盖以为结合的预成型件提供充分的完整性。内环14仍容纳在软 磁带环形18内。合适的粘合剂为3M生产的Scotch Cast粘合剂，该粘 合剂为通常与溶剂混合的环氧树脂粉末。按体积20%与丙酮混合被发 现是合适的。粘合剂通过环境气氛浸泡(soak)工艺被应用到软磁带环 形18。软磁带环形18浸在粘合剂内直到粘合剂浸透各层。选择粘合剂 的粘度和稀度以获得足够的结合。太高的粘度阻碍了充分的覆盖和渗 透，而过量的稀度成本昂贵且在固化工艺时需要除去更多的溶剂，潜 在地增加成本，且必需采取环境可接受的回收措施。
备选地，粘合剂可以通过真空浸渍工艺被应用，其中软磁带环形 18浸在容纳粘合剂的容器内。随后抽空容器内的空气，这增强了粘合 剂浸透软磁带环形18各层之间。还可以使用其它合适的应用工艺，例 如在缠绕工艺时，利用湿法喷补或干法电解沉积工艺将粘合剂应用到 软磁带。可以使用备选的树脂、环氧树脂或粘合剂。可以使用不同商 标以及不同类型的树脂、环氧树脂或粘合剂。例如，合适的粘合剂制 剂可包括由环氧树脂、清漆、厌氧粘合剂、氰丙烯酸酯以及室温疏化(RTV)硅酮材料组成的粘合剂制剂。需要各种升高加热固化温度的 加热固化环氧树脂以及在室温下固化的两级环氧树脂也是合适的。粘 合剂期望具有低粘度、低收缩、低弹性模量、高剥离强度、高工作温 度能力、以及高介电强度。
在软磁带环形18充分被粘合剂浸透之后，软磁带环形18被排水。 一旦干燥，软磁带环形18置于炉内进行固化。重要地，用于加热固化 该粘合剂的温度(如果需要)为用于热处理软磁金属带IO的温度的分 数。优选分数为1/2，不过约1/4至3/4范围内的分数也是令人满意的。
在本工艺的另一方面，例如通过对浸透的环形或其它形式的前述 固化而形成的结合的预成型件被铣削，同时支撑在容纳装置内，该容 纳装置在加工过程中提供机械支撑和容纳。
不受任何理论约束，认为在后续铣削或类似切削步骤中，通过在 带表面和带横向边缘上将带支撑在该结合的预成型件内，破裂和表面 损伤的数量以及其它有害效应被最小化。与无外部支撑或者使用摇动
件相比，结果是成品元件的外观和机械及磁性能有惊奇和出色的改进,
复杂形状的元件，现有技术方法将导致带层的无法接受水平的破裂、 切削或其它机械退化。在所有侧面上的支撑尤其有益于处理非晶和纳 米晶体金属合金，这些非晶和纳米晶体金属合金经常脆性大于包括也 可用于实践本发明的优化的Fe基合金的其它晶体合金。
如此处所使用，术语"在所有侧面上的支撑"是指至少基本上覆 盖靠近在铣削操作过程中材料被除去的一个或多个位置区域内的结合 的预成型件所有外表面的支撑。例如，在形成图6所描述的环形定子 60时，重要的是，环形结合的预成型件的顶部、内表面及外表面应被 诸如图4描述的铣削组件的容纳装置支撑。具体而言，这种配置下的 支撑从顶表面向下延伸到至少约最终槽深度的水平，且优选地基本上 在槽深度之下。更优选地，基本上所有顶表面、内表面及外表面被支 撑。更优选地，基本上所有顶表面、底表面、内表面和外表面被支撑， 如图4所示的铣削组件结构40所提供的。
在其它实施方式中，本方法采用具有其它形状的预成型件，该预 成型件在铣削过程中也必需被恰当地支撑。例如，图8A描述矩形棱柱预成型件卯，其包括配准堆叠的金属条的平坦层92。预成型件卯有 益地用于制备各种形状，包括如图8B所示的E形元件120。将理解， 为了从顶部94铣削堆叠的矩形棱柱预成型件90，支撑和约束必需至少 设于顶部94以及前表面和后表面96、 97，其中顶部94是由组成的堆 叠带92的一个侧面的整体边缘界定，且前表面和后表面96、 97是由 最外带层92的大的平坦表面定义。由带片的配准端部定义的棱柱端部 98、 99上的支撑和约束是可选但优选的，特别是如果预成型件的端部 分将被使用而不是作为废料抛弃。可选地，由带表面定义的矩形棱柱 卯的侧面96、 97上的支撑无需延伸过整个带宽度向下到底部95，如 果指定的铣削操作提供从顶部94仅延伸到中途的槽，例如图8B中E 形元件120的槽124。然而，在其它实施例中，铣削操作包括完全延伸 穿过预成型件的一个或多个切削。例如， 一个切削可以用于形成可用 作电感器芯的形成隙的环形。备选地， 一个或多个贯穿切削可用于从 预成型件分离一个或多个电磁元件。在任一情形下，需要支撑延伸过 基本上该预成型件的所有顶部、底部、内表面和外表面。覆盖基本上 所有所需的表面，这防止了未被除去且标称地保留作为部分最终电磁 元件的带的过度脱层及其它劣化。
适用于铣削环形结合的预成型件的容纳装置的一种形式描述于图 2至4，且包括内容纳帽20和外容纳帽30。图2示出内容纳帽20，其 为由从内容纳帽底座24向上延伸的多个柱22组成的圆柱体。指 (finger ) 26以近似直角从柱22沿径向向外延伸。指26在延伸远离柱 22时宽度增大。指26布置成圆，形成环面28。柱22和指26形成多个 内容纳帽沟槽29。内容纳帽20的柱22置于内环14内部。柱22的高 度约等于软磁金属环形18的高度。软磁金属环形18的直径约等于环 面28的直径。
在将内容纳帽置于软磁金属环形18内之后，图3所示的外容纳帽 30置为围绕软磁金属环形18。外容纳帽30通常是圆柱形的，具有底 座32。杆34从底座32向上延伸。在每条杆34的顶部上，凸片36向 内延伸。每条杆34的凸片36形成凸缘，用于将非晶金属环形18紧固 在外容纳帽30内。杆34和凸片36形成多个外容纳帽沟槽38。
图4所示的铣削组件40随后被组装。内容纳帽20连同仍容纳在 内环14内的软磁金属环形18被置于外容纳帽30内。凸片36和指26对齐。铣削组件40将软磁金属环形18容纳在环形几何内。备选地， 软磁金属环形18可以在使用粘合剂处理之前置于外容纳帽30和内容 纳帽20内。可选地，铣削组件40的元件使用保持器(未示出)与容 纳于其中的预成型件一起被紧固，该保持器可包括诸如一种或多种围 绕环、螺栓、铆钉、夹具、箍带等的元件的任意组合。
在应用粘合剂并置于内环14、内容纳帽20和外容纳帽30的机械 约束内之后，软磁金属环形18具有足够的结构完整性以承受铣削的应 力。在一些实施方式中，内环和外环之一或二者与容纳帽一体形成。 如此处所使用，术语"帽，，是指至少具有通常平面的端面以及垂直于 该端面的弯曲圆周面的结构，帽的表面通常配置成与期望的预成型件 相匹配并提供对预成型件的支撑和容纳。
铣削板44置于软磁金属环形18的底部上。铣削板44可以与线圈 支撑板16相同。
已用粘合剂处理的软磁金属环形18因此牢固地容纳在一结构内， 允许软磁金属环形18被三维地铣削和形成。因此可以由软磁带环形18 构造复杂的形状，允许由软磁金属环形18制作诸如电磁元件的结构。
尽管帽20和30示为单件，但可以理解，帽或在容纳装置中采用 的任何其它卡具可以设于通过合适保持器而一起被紧固的部位，以形 成合适的容纳。例如，用于形成通常圆柱形电磁元件的容纳装置可包 括多个最初分离的部件，这些部件被恰当地连接以对着完整的圆柱形 圆周。也可以使用其它形式的容纳装置和技术来紧固容纳装置。帽或 其它卡具在其最初用于铣削之前也可以设为基本上实心结构，且可以 牺牲地用于单一形成操作。优选地，出于成本原因而重复使用帽或类 似卡具。帽或其它卡具可以由与磁性带兼容且在所需使用温度下提供 足够机械强度的任何材料组成。此外，优选地，在加热工艺中使用的 卡具具有与磁性材料的热膨胀系数匹配足够好的热膨胀系数，以排除
产生有害的应力。优选的材料级别为300系列非磁性不锈钢。
在本方法的另一方面，在热处理周期的至少一部分，磁场施加在
元件上。该磁场或者通过诸如衫-钴或铝镍钴永磁合金磁体的高温永磁
体提供，或者由电磁体结构提供。这种磁场可选地通过使用容纳装置
中诸如软钢的磁性材料被导向。
如图5所示，铣削組件40置于铣床50内。铣床50可以是水平铣床、垂直铣床、CNC机床或者任意其它类型的铣床。然而，从图5看 出，为了铣削环形预成型件，铣床50内的铣削机具52的旋转轴优选 地基本上垂直于软磁金属环形18的环形轴。通过使铣削机具52的旋 转轴垂直软磁金属环形18的缠绕轴，机具垂直于带表面地冲击带，且 在软磁金属环形18内铣削的槽的深度和宽度可以被精细地控制。
铣床50在软磁金属环形18内切削槽或其它几何结构。仍容纳在 软磁金属环形18内的内环14作为软磁金属环形18内部边缘的正机械 停止器。内环14与环氧树脂粘合剂结合使得软磁金属带10的条在加 工过程不会分离，由此产生清洁和精确的切削。在环形18或其它元件 结构内切削的槽通常被用于容纳线圏绕线，或者使用螺杆、螺栓、铆 钉、圆周箍带等将该元件机械紧固在例如电动电机壳体或静态电感装 置内。
通过将旋转轴布置为排外地垂直于缠绕轴，如图5所示，在直圆 环形预成型件内形成的槽被径向地导向，如图6所描述。在一些实施 例中，旋转轴可以备选地在水平或垂直平面内倾斜，以形成或者偏离 确切径向取向或者具有偏离垂直性的侧壁的槽，这对于某些应用是期 望的。
在软磁金属环形18铣削成电磁元件形状之后，铣削组件40从铣 床50移除。铣削组件40随后依据软磁金属带IO制造商的建议按需要 被热处理。某些软磁带材料需要热处理以获得期望的磁性能，而其它
工艺而形成的应力。例如，如果非晶金属带IO为Metglas⑧非晶合金， 则热处理工艺可包括将铣床组件50置于真空炉内在695。F(370。C )约 60分钟。热处理可选地在施加磁场的情况下执行，以产生有益的感应 各向异性轴和最小化的损耗。通常还需要热处理以在纳米晶体材料内 引起重结晶，如下文所详述。可以想到，在铣削过程中给定的合适的 机械容纳，某些材料不需要进一步热处理以获得可接受的磁性能。
在任何热处理之后，通过除去外容纳帽30、内容纳帽20及内环 14，以及所使用的任何保持器，由此分解铣削组件40。软磁金属环形 18因此制成为软磁金属电磁元件60，如图6所示。
元件60特别可用作电动电机的定子芯，共同被转让的美国临时申 请No.60/444，271( "，271申请")和美国专利申请No.10/769，094( "，094申请")提供了一种使用该定子的轴向空气隙电动电机。每个前述申请 引用结合于此。
更具体而言，图6以俯视图(图6A)和侧视图(图6B)示出提 供整体结构的定子组件60的一部分，该整体结构包括从一般环形护铁 (backiron)部63轴向悬垂的整体定子齿部65。邻近齿部之间的槽空 间64被指定接收缠绕围绕齿部65的定子线圏(未示出)。优选地，一 个或多个定子是由例如非晶金属、纳米晶体金属或优化的Fe基合金的 低损耗材料形成。
本发明还提供一种结合一个或多个该电磁元件的电感装置。该电 感装置可具有至少一个空气隙，但也可涉及具有多个空气隙和多个磁 路的更复杂形状，其中通过改变所选择的芯配置内的空气隙，该磁路 的磁阻是可调整的。
例如，可以使用图9所描述的芯130形成多相电感器或变压器。 芯130包括整体结构132，该整体结构132包括护铁(backiron)部134 和多条腿136以及由带缠绕环形138提供的磁通闭合磁轭。所描述的 实施例包括三条腿，且适用于三相装置.可以使用与用于制作图6所 示定子60相同的方法来制备该整体结构132。 一个相位绕线(未示出) 置为包围每条腿136以形成多相电感器。变压器当然将在每条腿上采 用绕线对。也可以通过将图9所示类型的两个通常相同的元件132对 齐，将其相应腿的远端面按邻接面对的关系布置，由此也可以形成电 感器或变压器。在任一情形中，通过改变面对的腿之间的空气隙或者 腿端部与磁扼138的平面侧之间的空气隙140，芯磁导率和电感是可以 调整的。任一电感装置配置内的整体结构132的三条腿的对称性期望 地导致基本上平衡的电学阻抗特性。当然，腿的数目为相位的期望数 目的任意整数倍的其它配置也是合适的。
在另外其它实施方式中，本方法用于构造通常多面体形状的电磁 元件，该电磁元件可具有各种其它几何形状，包括但不限于矩形和方 形棱柱以及具有平面多边形面的其它多面体。此外，任一前述几何形 状可包括至少一个弓形表面，且优选地两个相对布置的弓形表面形成 通常弧形或弓形的电磁元件。在一些方面，本方法的铣削步骤包括至 少一次切入结合的预成型件，由此从该结合的预成型件形成并分离至 少一个电磁元件。本发明还提供这样的元件，其中多面体形状通常为圆柱形且可进 一步包括从通常圆形部沿径向向内或向外延伸的多个齿。用于特定类 型电动机的完成的定子和转子采用依据本发明的这种有齿的电磁元 件。这些定子和转子可具有整体构造或者可以由多个部件形成，该多 个部件共同形成成品元件。备选地，定子与/或转子可以是完全由本发
明电磁元件非晶金属部件或者由一个或多个本发明电磁元件与其它磁 性材料的组合组成的复合结构。
例如，使用三个通常弓形元件以仅仅形成腿136，也可以提供具 有与图9所描述相似配置的电感元件，由顶部和底部环形缠绕的类似 护铁段的磁轭138提供磁通闭合。与缠绕环形护铁部分配对的分别形 成的弓形齿部也可以用于制造与图6所示类似的轴向空气隙定子。该 布置更为有效地利用材料，因为被除去以形成图6或9配置内的槽的 材料在铣削过程中通常作为废料遗弃。另一方面，可以形成各个弓形 元件，而仅在窄的机具切口内损失少量的材料。结果，每个圆柱形预 成型件通常将提供额外的弧形齿。可以使用具有期望的内径和外径的 圆柱形环形预成型件来制成用于这些实施方式的齿。优选地，由内径 和外径基本上与护铁部分相同的环形预成型件来制造这些齿，不过也
:这些齿。:具有:量^，5每个齿仅对着小圆;角的二些配置中，多 面体楔可以替换成弓形齿。可以由例如图8A所示的开始的矩形棱柱预 成型件来制备该多面体楔形齿。
使用分别形成的齿也实现了附加的形状灵活性。例如，如图10A 所描述，使用离散的齿使得可以制造轴向空气隙定子160，其中槽164 在与护铁163的结附近的齿根部被加宽。楔形齿为绕线提供额外的空 间，将绕线移离工作空气隙以减小导体涡流损耗，并减小齿尖内的磁 通水平。在图IOB示出的实施方式中，可以交替地倾斜铣削机具用于 切削每个齿，由此可以从环形预成型件切削楔形齿161。也可以从矩形 预成型件切削这种齿。
前述配置中分离的齿和护铁部分通过任意恰当的装置紧固在一 起。例如，可以使用粘合剂、夹具、焊接或者本领域公知的其它方法 结合这些组成部件。包括由环氧树脂、清漆、厌氧粘合剂、氰丙烯酸 酯以及室温硫化(RTV)硅酮材料组成的粘合剂制剂，各种粘合剂制剂是合适的。粘合剂期望具有低粘度、低收缩、低弹性模量、高剥离 强度、高工作温度能力、以及高介电强度。
图11描述另一实施例，该实施例提供具有沿径向向内突出的齿
104的径向空气隙定子100。所描述的实施方式提供互补的半圆形定子 部分102，这些半圓形定子部分102被组装形成完整的定子100。通常 矩形预成型件110被提供，并通过一系列切削被铣削，该系列切削移 除材料以形成齿以及邻近的齿与外部圆周之间的槽。移除区域112内 的材料形成齿104。区域114被铣削以形成槽106。在所描述的实施例 中， 一半的槽是通过移除区域116内的材料来形成。仔细加工可以最 小化由于部分102结合处的寄生空气隙108所导致的退磁。在图11A 所描述的实施例中，区域117内的材料被完全除去以为每个定子半部 102提供半圆形外圆周119。可选地，区域117内部分或所有的材料不 被移除。在这种实施方式中，在护铁区域118内获得低的磁通密度。 在其它实施方式中，按类似的方式制备两个以上的定子部分，每个定 子部分提供完整圆周所必需的部件。
图1的环形预成型件容易且方便被缠绕，且有效利用材料。因此， 优选用于制造某些类型的电磁元件，例如前述的定子和电感器。然而， 其它预成型件形状也是可用的，包括图8A的矩形预成型件。另外其它 预成型件几何形状可包括弯折形成弧形形状、"C"形状等的多条带。
依据本发明构造的通常多面体形状电磁元件可具有各种几何形 状，包括矩形、方形、梯形棱柱等。此外，任意前述几何形状可包括 至少一个弓形表面，且优选地两个相对布置的弓形表面，以形成通常 弧形或弓形的电磁元件。
本发明的电感装置优选地由組成的多面体形状的元件组装而成， 该多面体形状的元件的整体形状优选地通常类似于，被标识的诸如 "C"、 "U"、 "E"和"I"的特定印刷体字母的形状。使用前述方法通 过加工矩形棱柱预成型件可方便地制备这些形状。图8B描述由矩形棱 柱预成型件生产的"E"元件。
通过使用紧固装置按邻近关系紧固这些元件，由此形成至少一个 磁路，如此组装该电感装置。该紧固装置可包括粘合剂附着、加紧、 箍紧、焊接或其它方法。在前述配置中，每个元件内的磁性金属条的 层基本上位于平行的平面内。每个元件具有至少两个配对面，该至少两个配对面设为接近并平行其它元件上的相同数目的互补配对面。例
如C、 U和E形状的某些形状终止于通常基本上共平面的配对面。I(或 矩形棱柱)形状在其对立端部具有两个平行的配对面或者在其长的侧 面上具有一个或多个配对面。优选地，配对面垂直于元件内组成的带 的平面以最小化铁损。本发明的某些实施例进一步包括体磁性元件， 其具有相对于元件特征的细长方向斜接的配对面。
本方法还可用于生产用于线性发动机或致动器的元件。优选的配 置包括从延伸的护铁部分通常垂直地悬垂的一系列齿。这种形式类似 于图8B的E元件120，且具有附加的齿122和槽124并可用类似技术 来制备。
低损耗磁性材料
该元件优选地包括选自由非晶和纳米晶体金属及优选的Fe基合 金组成的组的至少一种材料的带的层压层，该元件使得可以构造可工 作于比典型线频率高得多的频率的装置。例如，与传统电机中看到的 铁损的无法接受的大的增加相比，电动电机可工作于高达400Hz以上 的同步激励频率，铁损仅有较小的增加。在这些元件中(尤其是在定 子芯中)使用低损耗材料因此可以开发出高频、高极计数的电子装置， 其能够提供增加的功率密度和改善的效率而无过量的热学退化。优选 地，定子组件包括由选自非晶、纳米晶体或优化的Fe基合金组成的组 的至少一种材料组成的层压层。
非晶金属
非晶金属存在可适用于本元件的许多不同组分。金属性玻璃通常 由必需组分的合金熔体形成，其例如通过以至少106°C/s的速率冷却从 该熔体快速淬火。金属性玻璃不再呈现原子长程有序且具有仅显示漫 射晕的X射线衍射图案，类似于无机氧化物玻璃观察到的X射线衍射 图案。具有合适磁性能的许多组分描述于Chen等的美国专利No. RE32，925。非晶金属通常以宽度为20cm以上的拉伸长度薄带(例如， 厚度至多约50ym)的形式被供应。可用于形成不确定长度的金属性 玻璃条的工艺披露于Narasimhan的美国专利No.4，142，571。适用于本 发明的示例性非晶金属材料为由Metglas，Inc.，Conway，SC所售的 METGLAS 2605 SA1，其形式为长度不确定、宽最多约20cm且厚 20-25 p m 的 带 ( 见http:〃www.metglas.com/products/page5_l_2_4.htm )。 也可以使用具有
所需性能的其它非晶材料。
非晶材料的许多特性在制造和使用磁性元件时必需考虑。不像大 多数软磁材料，非晶金属(也称为金属性玻璃)硬且脆，特别是在通 常用于优化其软磁性能的热处理之后。结果，通常用于处理传统软磁 材料的许多机械操作在非晶金属上难以或无法实施。印模、冲孔、或 者切削原制(as-produced)材料通常导致无法接受的机具磨损且对于 脆的热处理过的材料实际上是不可能的。经常在传统的钢上进行的传 统钻孔和焊接也通常被排除。
非晶金属还呈现比特定传统材料高的磁致伸缩系数。具有较低磁 致伸缩系数的材料在磁场影响下经历更小的尺度变化，这反过来可能 减小来自电机的听觉噪声，并使该材料在加工制作或操作过程中更易 出现由于应力引起的其磁性能的退化。
尽管存在这些挑战，本发明的一方面提供了成功结合了高级软磁 材料并实现高频激励的装置工作的元件，该高频激励例如指高于约 400Hz的激励频率。还提供了用于制作该装置的构造技术。
非晶金属在高频呈现低得多的磁滞损耗，这导致低得多的铁损。 与Si-Fe合金相比，非晶金属具有低得多的电导率，且通常比经常厚 200Mm以上的常用Si-Fe合金薄很多。这两种特性都促进更低的涡流 铁损。本制作技术成功地提供了受益于一个或多个这些有益属性且由 此高效地工作于高频的元件，其使用了可以开发非晶金属的有利性质 例如更低铁损的配置，同时避免了使用高级材料的先前尝试中所面对 的挑战。
纳米晶体金属
纳米晶体材料为平均晶粒尺寸约100纳米以下的多晶材料。与传 统粗晶粒金属相比，纳米晶体金属的属性一般包括增加的强度和硬度、 增强的扩散性、改进的延展性和韧性、减小的密度、减小的模量、更 高的电学阻抗、增大的比热、更高的热膨胀系数、更低的热导率、以 及优异的软磁性能。纳米晶体金属还具有一般略高于大多数Fe基非晶 金属的饱和感应。
纳米晶体金属可以通过多种技术形成。 一种优选方法包括，最初璃带，以及将该带形成为例如缠绕形状的期望配置。随后，初始非晶 材料被热处理以在其中形成纳米晶体微结构。该微结构特征在于，存
在高密度的平均尺寸小于约100nm，优选小于约50nm，且更优选约 10-20nm的晶粒。这些晶粒优选地占据该铁基合金至少50%的体积。 这些优选材料具有低的铁损和低的磁致伸缩。后一种性能还使该材料 较不易由于包括该元件的装置的制作与/或操作所致应力引起的磁性能 退化。与设计成在其中保持基本上完全玻璃状微结构的热处理相比， 在给定合金内制作该纳米晶结构所需的热处理必需在更高温度执行或 者执行更长时间。优选地，该纳米晶体金属为铁基材料。然而，该纳 米晶体金属也可以是基于或者包括其它铁磁材料，例如钴或镍。此外， 纳米晶体材料通常甚至比退火的非晶金属更脆，使其更难以印模。
适用于构造用于本装置的磁性元件的代表性纳米晶体合金是已知 的，例如Yoshizawa的美国专利No.4，881，989和Suzuki等的美国专利 No.5，935，347中列出的合金。这些材料可以从Hitachi Metals, Vacuumschmelze GmbH和Alps Electric购得。具有低损耗性能的示例 性纳米晶体金属为Hitachi Finemet FT-3M。具有低损耗性能的另一示 例性纳米晶体金属为Vacuumschmelze Vitroperm 500 Z。
优化的Fe基合金
本元件还可以用优化的低损耗的Fe基晶体合金材料来构造。如此 处使用，术语"优化的Fe基合金"泛指晶粒定向和无晶粒定向的Fe 基材料，其铁损低于传统上用于电动电机的晶体Fe基发动机和电学钢 材料，且其经常具有比非晶或纳米晶体材料高的饱和感应。优选地， 这种材料呈厚度小于约125nm的条的形式，远薄于传统上用于电动电 机和其它电感装置的钢，这种钢厚度为200ym以上且有时高达400p m以上。如此处所使用，定向的材料是指组成的晶体晶粒的主要晶轴 不是随机取向的，而是主要与一个或多个优选方向相关联。前述微结 构的结果为，定向的条材料对沿不同方向的磁激励作出不同响应，而 无定向材料各向同性地响应，即，对于在条的平面内沿任意方向的激 励基本上作出相同的响应。晶粒定向材料优选地按照其易磁化方向基 本上与磁通量的主要方向一致的方式布置于本电机中。
如此处所使用，传统的Si-Fe是指硅重量含量约3.5%以下的硅-铁合金。硅的3.5重量％限制是由业界强加的，这是因为硅含量更高的Si-Fe合金的不良金属加工材料性能。由于工作于频率大于约400Hz的 磁场而得到的传统Si-Fe合金级别的铁损显著高于低损耗材料的铁损。 例如，在工作于此处所教导的频率和通量水平的电机中遇到的频率和 通量水平下，传统Si-Fe的损耗在某些情形下可高达IO倍于合适的非 晶金属的损耗。结果，在许多实施例中，在高频工作下的传统材料将 加热到传统装置无法通过任何可接受手段来冷却的温度。然而，某些 级别的硅-铁合金，这里称为优化的Si-Fe,可直接应用于生产高频装置。
可用于实践本发明的优化的Fe基合金包括包含按重量大于3.5% 的硅，且优选地大于4%的硅-铁合金级别。用于构造依据本发明装置 的无晶粒定向的Fe基材料优选地基本上由Fe与数量范围在约4至7.5 重量％ Si组成，这些优选的合金包含的Si多于传统Si-Fe合金。也可 以使用诸如Sendust的Fe-Si-Al合金。
更优选的无定向的优化合金具有基本上由Fe与约6.5±1重量。/。 Si 组成的组分。最优选地，具有约6.5% Si的合金呈现接近零的饱和磁 致伸缩，使其不易遭受由于在包含该材料的装置的构造或操作过程中 遇到的应力所致的有害磁性能退化。
优化的目的是获得具有改善的磁性能，包括减小的磁致伸缩且特 别是低铁损的合金。这些有益的性质可以在由合适制作方法制成的具 有增加硅含量的特定合金中获得。在某些情况下，这些优化的Si-Fe合 金级别特征在于与非晶金属相似的铁损和磁饱和。然而，包含多于约4 原子％ Si的合金由于其短程有序所致的脆性而难以通过传统手段来 生产。具体而言，用于制作传统Si-Fe的传统滚轧技术通常无法制作优 化的Si-Fe。然而，其它已知技术可用于制作优化的Si-Fe。
例如， 一种合适形式的Fe-6.5Si合金是由日本东京的JFE Steel Corporation, ( 另 见
http:〃www.jfe-steel.co.jp/en/products/electrical/supercore/iiidex.html ) 以50和100nm厚的磁条被供应。也可以使用通过如Das等的美国专利 No.4，865，657和Tsuya等的美国专利No.4，265，682所披露的快速固化加 工生产的Fe-6.5%Si。快速固化加工也已知被用于制备Sendust和相关 的Fe-Si-Al合金。
优选的软磁材料的损耗性能
对优选用于本元件材料内的改进损耗的主要贡献因素是源于显著减小的磁滞损耗。如本领域已知，磁滞损耗源于在所有软磁材料的磁 化过程中受阻碍的畴壁运动。传统使用的磁性材料，例如传统的晶粒
定向的Si-Fe合金和无定向的发电机和电学钢中的这些损耗通常高于 优选用于本元件的改进材料的损耗。高损耗反过来会导致芯的过热。 更具体而言，发现软磁材料的铁损一般可以使用下述修正的
Steinmetz方程来表达
丄="./.万6+0/「万6 (1)
其中-.
L为损耗，单位为W/kg， f为频率，单位为kHz,
B为峰值磁通量密度，单位为特斯拉(Tesla),以及 a、 b、 c、 d和e均为任一具体软磁材料所特有的经验损耗系数。 每个上述损耗系数a、 b、 c、 d和e—般可以从给定软磁材料的制 造商获得。特征为铁损小于"L"的低铁损磁性材料特别优选用于本发 明定子结构，L由方程(1)的形式给出，其中乙=12/.万15 +30./23.万23。 使用高得多的激励频率的能力使得由本发明元件构造的电动电机 可以设计成具有更宽范围的可能极计数。本发明装置内的极数目是基 于可允许的电机尺寸(物理约束)以及预期的性能范围的变量。受到 可允许的激励频率限制，极数目可被增加直至磁通泄漏增加到不期望 的值或者性能开始下降。
已经相当全面地描述了本发明，应当理解的是，这些细节无需严 格限制于此，各种变化和改进对于本领域技术人员是不言自明的。例 如，使用冠词"一"、"一个"、"该"或"所述，，的单数形式来引用元 件不应理解为将该元件限制于单数形式。因此，这些改进旨在被权利 要求所定义的本发明范围所涵盖。
权利要求
1.一种制造软磁金属电磁元件的方法，包括步骤将具有边缘的软磁金属带形成为包括该软磁金属带的多个堆叠或缠绕层的预成型件，该边缘配准且该软磁金属带基本上由选自由非晶和纳米晶体金属以及优化的Fe基合金组成的组的材料组成；将该预成型件容纳在容纳装置内，该容纳装置在所有侧面上支撑该预成型件；以及将容纳在该容纳装置内的该预成型件铣削成电磁元件形状。
2. 如权利要求l所述的方法，还包括热处理该预成型件的步骤。
3. 如权利要求2所述的方法，其中该热处理步骤在该铣削步骤后执行。
4. 如权利要求2所述的方法，其中该热处理步骤在施加磁场的情况 下执行。
5. 如权利要求l所述的方法，其中该软磁金属带基本上由选自由非 晶和纳米晶体金属组成的组的材料组成。
6. 如权利要求l所述的方法，其中该预成型件包括缠绕成环形的该 软磁带的层，该环形具有环形轴以及内侧面、外侧面、顶部和底部。
7. 如权利要求l所述的方法，其中该预成型件包括堆叠形成矩形棱 柱的该软磁带的层。
8. 如权利要求l所述的方法，其中该铣削步骤包括至少一次切入该 预成型件。
9. 如权利要求l所述的方法，其中将该预成型件容纳在容纳装置内 的步骤还包括步骤将粘合剂应用于该预成型件；以及 固化该粘合剂以形成结合的预成型件。
10. 如权利要求9所述的方法，其中固化该粘合剂的步骤是在热固 化温度下执行，且该方法还包括在热处理温度下将该电磁元件形状热处 理成电磁元件的步骤，该热固化温度低于该热处理温度。
11. 如权利要求10所述的方法，其中该热固化温度为该热处理温度 的约1/4至3/4的分数。
12. 如权利要求6所述的方法，其中该环形为具有圆柱形环形轴的 直圆柱体，且将该预成型件铣削成电磁元件形状的步骤包括使用绕基本上垂至于该圃柱形环形轴的轴旋转的切削工具来铣削该环形。
13. 如权利要求l所述的方法，其中该容纳装置包括铣削组件。
14. 一种依据权利要求1的方法制作的电磁元件，该电磁元件工作 于激励频率"f'到峰值电感水平"Bmax"时具有小于"L"的铁损，其中 L由式丄=12./』1 5 +30./23 ￡23给出，该铁损、激励频率和峰值电感水平分 别按瓦特每千克、千赫兹和特斯拉被测量。
15. —种制造软磁金属电磁元件的方法，包括步骤 将具有边缘的软磁金属带形成为包括该软磁金属带的多个堆叠或缠绕层的预成型件，该边缘配准；将该预成型件容纳在铣削组件内； 将粘合剂应用于该预成型件； 固化该粘合剂以形成结合的预成型件；以及热处理该结合的预成型件。
16. 如权利要求15所述的方法，其中该软磁带基本上由选自由非晶 和纳米晶体金属以及优化的Fe基合金组成的组的材料组成。
17. 如权利要求16所述的方法，其中该软磁带基本上由选自由非晶 和纳米晶体金属组成的组的材料组成。
18. 如权利要求15所述的方法，其中该热处理步骤在该铣削步骤后 执行。
19. 如权利要求15所述的方法，其中该热处理步骤在施加磁场的情 况下执行。
20. 如权利要求15所述的方法，其中该预成型件包括缠绕成具有环 形轴的环形形状的该软磁带的层。
21. 如权利要求20所述的方法，其中该环形具有直圆柱体的形状， 该直圆柱体具有内侧面、外侧面、顶部和底部。
22. 如权利要求21所述的方法，其中将该预成型件容纳在铣削组件 内的步骤包括放置内环，圆周围绕该内侧面的至少一部分。
23. 如权利要求21所述的方法，其中将该预成型件容纳在铣削组件 内的步骤包4舌放置外环，圆周围绕该外侧面的至少一部分。
24. 如权利要求21所述的方法，其中将该预成型件容纳在铣削组件内的步骤包括放置帽于该顶部的至少一部分上。
25. 如权利要求21所述的方法，其中将该预成型件容纳在铣削组件 内的步骤包括步骤放置内环，圆周围绕该内侧面的至少一部分； 放置外环，圆周围绕该外侧面的至少一部分；以及 放置至少一个帽于该顶部的至少一部分上。
26. 如权利要求22所述的方法，其中该内环置为基本上围绕所有该 内侧面。
27. 如权利要求23所述的方法，其中该外环置为基本上围绕所有该 夕卜侧面。
28. 如权利要求24所述的方法，其中该帽置为基本上位于所有该顶 部上。
29. 如权利要求25所述的方法，包括放置保持器以将该结合的预成 型件紧固在该铣削组件内的步骤。
30. 如权利要求15所述的方法，包括在该铣削组件内提供铣削凹槽 的步骤，且将该预成型件铣削成电磁元件形状的步骤包括铣削贯穿该铣 削凹槽。
31. 如权利要求20所述的方法，其中将该结合的预成型件铣削成电 磁元件形状的步骤包括，使用绕基本上垂至于该环形轴的轴旋转的切削 工具来铣削该结合的预成型件。
32. 如权利要求20所述的方法，其中将该预成型件铣削成电磁元件 形状的步骤包括，使用绕垂至于该环形轴的轴旋转的切削工具来铣削该 环形。
33. 如权利要求15所述的方法，其中该铣削组件由非磁性不锈钢组成。
34. 如权利要求15所述的方法，其中该铣削组件被牺牲。
35. 如权利要求15所述的方法，其中该铣削步骤包括在该电磁元件 中形成至少一个槽。
36. 如权利要求15所述的方法，其中该铣削步骤包括至少一次切入 该结合的预成型件。
37. 如权利要求36所述的方法，其中通过至少一次切入来从该结合 的预成型件分离该电磁元件。
38. —种依据权利要求15的方法制作的电磁元件，其中该电磁元件 工作于激励频率"f，到峰值电感水平"Bmax"时具有小于"L"的铁损， 其中L由式￡ = 12./^15 +30./23 ^23给出，该铁损、激励频率和峰值电感水 平分别按瓦特每千克、千赫兹和特斯拉被测量。
39. —种包括如权利要求38所述的电磁元件的电动电机。
40. —种包括如权利要求38所述的电磁元件的电感装置。
41. 一种制造软磁金属电磁元件的方法，包括步骤 将软磁金属带围绕缠绕轴缠绕成环形，该环形具有内侧面、外侧面、顶部和底部；放置内环于该内側面上；放置内容纳帽于该顶部和内侧面上；放置外容纳帽于该顶部和外侧面上；围绕该外容纳帽放置保持器；将粘合剂应用于该环形；固化该粘合剂；在该环形置于该内容纳帽和外容纳帽内时，将该环形铣削成电磁元 件形状；将磁场应用于该环形；以及 将该电磁元件形状热处理成电磁元件。
42. 如权利要求41所述的方法，其中该内容纳帽具有多个内容纳帽 槽且该外容纳帽具有多个外容纳帽槽，且将该环形铣削成电磁元件形状 的步骤包括铣削穿过该内容纳帽槽和该外容纳帽槽。
43. 如权利要求41所述的方法，其中使用绕基本上垂至于该缠绕轴 的轴旋转的切削工具来进行将该环形铣削成电磁元件形状的步骤。
44. 如权利要求41所述的方法，其中使用绕相对于该缠绕轴倾斜的 轴旋转的切削工具来进行将该环形铣削成电磁元件形状的步骤。
45. 如权利要求41所述的方法，其中该热处理步骤在该铣削步骤之 后执行。
46. —种依据权利要求41的方法制作的电磁元件，其中该电磁元件 工作于激励频率"r到峰值电感水平"Bmax"时具有小于"L"的铁损，其中L由式￡ = 12./万15 +30./23.523给出，该铁损、激励频率和峰值电感水 平分别按瓦特每千克、千赫兹和特斯拉被测量。
全文摘要
一种电磁元件由包括软磁金属带的层的预成型件形成。应用粘合剂以渗透该预成型件并随后被固化。该结合的预成型件置于铣削组件内，该铣削组件在用于将该预成型件加工成电磁元件形状的铣削操作中支撑和约束该软磁金属带层。可选地，该形状被热处理。得到的电磁元件具有包括低铁损的吸引人的软磁性能，这些软磁性能使得该电磁元件可用作能够工作于高的激励频率的电动机和发电机以及静电电感装置内的元件。
文档编号H01F41/02GK101288135SQ200680032103
公开日2008年10月15日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者A·D·希尔策尔, K·S·佩奇, T·J·伯沃尔德 申请人:莱特工程公司