专利名称：软金属电动机械部件及其制造方法
背景技术：
例如马达、发电机、再生式马达、交流发电机、制动器和磁性轴承的多极电动机械装置包括转子和电动机械部件。AC马达通过在电动机械部件中产生转动磁场图案来转动，该磁场造成转子跟随磁场图案的转动。由于频率变化，转子速度变化。为了增加马达速度，输入来源的频率必须增加。
由适当材料制成的高频马达可以非常有效。对于例如电动或混合汽车的某些应用来说，高效电马达是需要的。
用于高频电马达和发电机中的电动机械部件的构造存在问题。铁或钢部件在电马达和发电机中非常常用。但是，在高频下，例如高于400Hz，传统铁或钢部件不再实用。AC源的高频增加铁或钢部件的铁心损失，减小马达的总体效率。另外，在非常高的频率下，部件可以变得极热，不能通过任何可以接受的装置冷却，并且可以造成马达失效。
对于用于高频电马达中的电动机械部件的构造来说，由软磁性材料制成的条带提供明显的优点。软磁性条带材料的实例可以是(1)传统材料，通常限定为0.008”和更厚，并且非晶粒取向，其Si含量为3％±1/2％，或者(2)交替的软材料，0.007”或更薄，Si含量为3％-7％，非晶态或纳米晶状体合金和其它晶粒取向或非晶粒取向的合金。某些软磁性条带材料显示出使其非常适用于高频电动机械转动装置的固有特性。某些软磁性条带容易磁化并且退磁，这意味着由这种金属制成的电动机械部件具有功率损失较低、在高频下上升温度较低、极快磁化以及电能容易转换成机械能的性能。由这种金属制成的电动机械部件产生较少的铁心损失，并且能够在更高的频率下操作，造成马达和发电机出色的效率和功率密度。
软磁性材料通常在商业上制成条带。软磁性金属条带的优选实例是Metglas，该材料是非晶态材料，由Honeywell，Inc.制造。软磁性金属条带非常薄，并且具有变化的宽度。制造软磁性金属条带的部件需要将软磁性条带卷绕成一定形状并且接着对该形状进行热加工。可由软磁性金属条带制成例如环形件的简单的三维形状。
但是电动机械部件通常不是简单的三维形状。电动机械部件可具有多个细槽以便在总体环形的结构中容纳马达线圈。
使用由软磁性金属条带形成复杂的三维构造在商业上未取得成功。本领域尝试了多种制造技术，例如(但不局限于)线材放电加工、电化学蠕变磨削、传统放电加工、切削、冲压、酸蚀刻和细模冲。由于例如成本有效、制造重复性和加工周期时间的原因，没有一种技术证明是令人满意的。
不能由软磁性条带制成复杂三维形状显著妨碍了制造高效率轴向磁通马达和发电机。非常需要一种以成本有效、最终实用以及能够大批量生产的方式由软磁性条带制造电动机械部件的方法，该方法还提供最终使用需要的高度灵活性。
发明内容
用于成形适用于铣削的三维软磁性金属块体的方法包括如下步骤将软磁性金属条带卷绕成三维形状，接着在三维形状上施加粘合剂。粘合剂接着固化并且固化的结构机械地限制其三维尺寸。该方法形成软磁性材料块体，该块体可以经受加工的机械应力。三维软磁性金属结构可以使用卧式铣床、立式铣床、计算机数控机床(CNC)或其它常用铣削设备铣削。因此可以形成复杂的三维软磁性金属形状。
通过软磁性金属条带的机械性能，形成三维软磁性金属形状的能力允许软磁性金属用于多种以前不能使用的应用中。
为了制造软磁性电动机械部件，软磁性金属条带卷绕成环形件。该环形件接着放置在铣削组件中。粘合剂施加在环形件上，并且接着固化。环形件接着铣削成电动机械部件的形状，并且接着热加工成电动机械部件。
通过参考附图的详细描述，本发明的这些和其它目的、优点和特征将更加容易理解和明白。
图1表示卷绕在内环上的软磁性金属条带；图2表示内部保持帽；图3表示外部保持帽；图4表示铣削组件；
图5表示正在磨削的磨削组件；以及图6表示软磁性金属电动机械部件。
具体实施例方式
图1表示围绕卷绕轴线11卷绕在内环14上的软磁性金属条带10。卷绕机器13包括软磁性金属条带卷筒12。内环13放置在卷绕板16上。软磁性金属条带10卷绕在内环14上，形成软磁性金属环18。软磁性金属环18具有内侧表面15、外侧表面17、顶部19和底部21。
虽然图1表示软磁性金属环18的成形，将理解到三维形状可以形成与软磁性金属环18不同的几何形状。例如，通过围绕四个拐角卷绕，以便形成矩形棱体。
软磁性金属条带10可使用多种机器和方法卷绕。最好是，与固有的条带密度相比，一致性、牢固的环形件将具有至少85％的卷绕密度。软磁性金属环18接着从加热板16上取下。软磁性金属条带10可围绕内环14卷绕，同时作为单个单元连接到内部保持帽20上。
粘合剂接着以透过软磁性金属环18的方式施加在软磁性条带环18上。内环14始终限制在软磁性条带环18内。适当的粘合剂是3M的Scotch Cast粘合剂，粘合剂通过丙酮稀释，以便实现大约20容积百分比的混合物。粘合剂通过环境大气浸透过程施加在软磁性条带环18上。软磁性条带环18浸入粘合剂中，直到粘合剂渗入该层为止。
作为选择，粘合剂可通过将软磁性条带环18浸入排空空气的容器内的粘合剂中来施加。所形成的真空有助于粘合剂渗入软磁性条带环18的层中。粘合剂还可在卷绕过程中采用湿式喷射和干式电解沉积过程施加在软磁性条带上。作为选择，可以使用树脂、环氧树脂或粘合剂。可以使用不同牌号的树脂、环氧树脂或粘合剂。需要特别温度的热固环氧树脂以及在室温下固化的两级环氧树脂同样是适当的。
在软磁性条带环18充分渗入粘合剂之后，软磁性拉条带环18进行干燥。一旦干燥，软磁性条带环18放置在炉子中固化。重要的是，热处理粘合剂的温度是热加工软磁性金属条带10的温度的分数。优选的分数是1/2，虽然分数1/4或3/4同样也可令人满意。
图2表示内部保持帽20。内部保持帽20是包括从内部保持帽底部24向上延伸的多个柱子22的圆筒。指形件26从柱子22大致以直角向外延伸。指形件26的宽度在其从柱子22进一步延伸时增加。指形件26布置成圆形，形成圆环28。柱子22和指形件26形成多个内部保持帽凹槽29。内部保持帽20的柱子22放置在内环14内。
柱子22的高度大致等于软磁性金属环18的高度。软磁性金属环18的直径大致等于圆环28的直径。
在将内部保持帽放置在软磁性金属环18内之后，图3所示的外部保持帽20围绕软磁性金属环18放置。
外部保持帽30是具有底部32的圆筒形。杆34从底部32向上延伸。在每个杆34的顶部是向内延伸的突耳36。用于每个杆34的突耳36形成将非晶态金属环18固定在外部保持帽30内的凸缘。杆36形成多个外部保持帽凹槽38。
接着形成图4所示的铣削组件40。始终保持内环14的软磁性金属环18以及内部保持帽20放置在外部保持帽30内。突耳36和指形件26对准。铣削组件40将软磁性金属环18容纳在环形件几何形状内。作为选择，软磁性金属环18可在用粘合剂处理之前放置在外部保持帽30和内部保持帽20内。
在施加粘合剂以及放置在内环14、内部保持帽20和外部保持帽30的机械限制内之后，软磁性金属环18具有足够的结构整体性，以便经受铣削应力。
铣削板44放置在软磁性金属环18的底部上。铣削板44可以与卷绕板16相同。
已经用粘合剂处理的软磁性金属环18因此牢固地容纳在结构中，使得软磁性金属环18进行铣削并且形成三维尺寸。因此可以由金属带环18构成复杂的形状，使得例如电动机械部件的结构可以由软磁性金属环18来制成。
如图5所示，铣削组件40放置在铣床50内。铣床50可以是卧式铣床、立式铣床、CNC机床或其它任何类型的铣床。但是，铣床50最好具有垂直于软磁性金属环18的轴线的铣削工具52的转动轴线。通过具有垂直于软磁性金属环18的轴线的铣削工具52的转动轴线，可以细微地控制铣削到软磁性金属环18内的细槽的深度和宽度。
铣床50在软磁性金属环18内切削细槽或其它几何形状。始终容纳在软磁性金属环18内的内环14用作软磁性金属环18的内侧边缘的可靠机械止挡。结合环氧树脂的内环14不使得软磁性金属条带10的条带在加工期间分开，由此进行清洁和准确的切削。
在软磁性金属环18铣削成电动机械部件形状之后，铣削组件40从铣床50上取下。铣削组件50接着按照软磁性金属条带10所需的制造商的建议进行热加工。如果非晶态金属条带是Metglas，那么热加工包括将铣削组件50在695下放置在真空炉子中长达大约60分钟。某些软磁性条带材料需要进行热加工，以便适当释放铣削的电动机械部件形状中的铣削过程中造成的应力。可以设想到在铣削中适当地进行机械保持，某些不需要进行用于磁性的热加工材料将不进行热加工。
在热加工之后，铣削组件40通过拆卸保持件42、外部保持帽30、内部保持帽20和内环14来拆卸。软磁性金属环18因此制成软磁性金属电动机械部件60，如图6所示。
所述的方法使得可以由软磁性金属条带形成三维结构。用于这种三维结构的应用可以是用于多种机器中的电动机械部件。
以上说明描述了优选实施例。按照包括等同原理的专利法理论进行解释，可以进行多种变型和改型而不偏离所附权利要求限定的精神和较宽方面。在权利要求中，使用例如冠词“一个”、“该”或“所述”的单数元件不应该认为将该元件限制成单数。
权利要求
1.一种成形适用于铣削的三维软磁性金属块体的方法，包括如下步骤将软磁性金属条带卷绕成三维形状；接着在三维形状上施加粘合剂以便使得粘合剂渗入三维形状中；以及固化粘合剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将粘合剂施加在三维形状上的步骤包括环境大气浸渍过程。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加粘合剂的步骤包括在卷绕期间施加的湿式喷射过程。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加粘合剂的步骤包括在卷绕期间进行电解沉积过程。
5.如权利要求1所述的方法，将粘合剂施加在三维形状上的步骤包括提供容纳粘合剂的容器；将三维形状浸入粘合剂中；以及使得容器排气。
6.如权利要求2或5所述的方法，其特征在于，固化粘合剂的步骤包括热处理三维形状的步骤。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，软磁性金属条带具有热加工温度，并且热处理三维形状的步骤出现在热处理温度上，并且热处理温度是热加工温度的分数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该分数是大约1/2。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该分数是大约3/4。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该分数是大约1/4。
11.一种按照权利要求1制造的适用于铣削的三维软磁性金属块体。
12.一种用于成形适用于铣削的软磁性金属环的方法；包括如下步骤将软磁性金属条带卷绕成环形件；接着在环形件上施加粘合剂；以及固化粘合剂。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将粘合剂施加在软磁性金属环上的步骤包括环境大气浸渍过程。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，将粘合剂施加在软磁性金属环上的步骤包括提供容纳粘合剂的容器；将软磁性金属环浸入粘合剂中；以及使得容器排气。
15.如权利要求13或14所述的方法，固化粘合剂的步骤包括热处理环形件的步骤。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，软磁性金属条带具有热加工温度，并且热处理环形件的步骤出现在热处理温度上，并且热处理温度是热加工温度的分数。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该分数是大约1/2。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该分数是大约3/4。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，该分数是大约1/4。
20.一种制造软磁性金属电动机械部件的方法，包括如下步骤将软磁性金属条带卷绕成环形件；将环形件容纳在环形件几何形状中；将环形件铣削成电动机械部件形状；以及将电动机械部件形状热加工成电动机械部件。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，将环形件包括在环形件几何形状中的步骤包括在环形件上施加粘合剂；以及固化粘合剂。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，将粘合剂施加在环形件上的步骤包括环境大气浸渍过程。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，将粘合剂施加在环形件上的步骤包括提供容纳粘合剂的容器；将软磁性环形件浸入粘合剂中；以及使得容器排气。
24.如权利要求22或23所述的方法，其特征在于，包括固化粘合剂的步骤。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，在热处理温度下固化粘合剂的步骤，并且热加工电动机械部件形状的步骤出现在热加工温度下，其中热处理温度是热加工温度的分数。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该分数是大约1/2。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该分数是大约3/4。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该分数是大约1/4。
29.如权利要求25所述的方法，其特征在于，该环形件具有条带卷绕轴线，并且将该环形件铣削成电动机械部件形状的步骤包括通过围绕垂直于卷绕轴线的轴线转动的切削工具铣削该环形件。
30.如权利要求20所述的方法，其特征在于，该环形件具有条带卷绕轴线，并且将该环形件铣削成电动机械部件形状的步骤包括通过只围绕垂直于条带卷绕轴线的轴线转动的切削工具铣削该环形件。
31.一种如权利要求20所述的方法制造的电动机械部件。
32.一种装置软磁性金属电动机械部件的方法，包括如下步骤将软磁性金属条带卷绕成环形件；将环形件容纳在铣削组件内；将粘合剂施加在环形件上；固化粘合剂；将环形件铣削成电动机械部件形状；以及将电动机械部件形状热加工成电动机械部件。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，包括如下步骤从铣削组件上拆卸环形件。
34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，环形件具有内侧表面、外侧表面、顶部和底部。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，将环形件容纳在铣削组件内的步骤包括围绕内侧表面的至少一部分周向放置内环。
36.如权利要求34所述的方法，其特征在于，将环形件容纳在铣削组件内的步骤包括围绕外侧表面的至少一部分周向放置外环。
37.如权利要求34所述的方法，其特征在于，将环形件容纳在铣削组件内的步骤包括在顶部的至少一部分上放置帽。
38.如权利要求34所述的方法，其特征在于，将环形件容纳在铣削组件内的步骤包括在底部的至少一部分上放置底座。
39.如权利要求34所述的方法，其特征在于，将环形件容纳在铣削组件内的步骤包括如下步骤围绕内侧表面的至少一部分周向放置内环；围绕外侧表面的至少一部分周向放置外环；以及在顶部的至少一部分上放置帽。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，内环围绕大致所有的内侧表面放置。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，外环围绕大致所有的外侧表面放置。
42.如权利要求39所述的方法，其特征在于，帽围绕大致所有的顶部放置。
43.如权利要求39所述的方法，其特征在于，铣削板围绕大致所有的底部放置。
44.如权利要求39所述的方法，其特征在于，帽和外环是整体的。
45.如权利要求39所述的方法，其特征在于，帽、外环和内环是整体的。
46.如权利要求39所述的方法，其特征在于，包括围绕外环放置保持件以便将环形件固定在铣削组件内的步骤。
47.如权利要求40所述的方法，其特征在于，包括在铣削组件内提供铣削凹槽的步骤。
48.如权利要求32所述的方法，其特征在于，环形件具有条带卷绕轴线，并且将环形件铣削成环形件形状的步骤包括主要在垂直于卷绕轴线的轴线上铣削环形件。
49.如权利要求32所述的方法，其特征在于，环形件具有卷绕轴线，并且将环形件铣削成环形件形状的步骤包括只在垂直于卷绕轴线的轴线上铣削环形件。
50.如权利要求45所述的方法，其特征在于，环形件具有卷绕轴线，并且将环形件铣削成环形件形状的步骤包括主要在垂直于卷绕轴线的轴线上铣削环形件。
51.如权利要求45所述的方法，其特征在于，帽和外环具有细槽，并且将环形件铣削成电动机械部件形状的步骤包括通过细槽铣削。
52.如权利要求45所述的方法，其特征在于，环形件具有卷绕轴线，并且将环形件铣削成电动机械部件形状的步骤包括通过只围绕垂直于卷绕轴线的轴线转动的切削工具铣削环形件。
53.如权利要求50所述的方法，其特征在于，帽和外环具有细槽，并且将环形件铣削成电动机械部件形状的步骤包括通过细槽铣削。
54.一种由权利要求32的方法制造的软磁性金属电动机械部件。
55.一种制造软磁性软磁性金属电动机械部件的方法，包括如下步骤围绕卷绕轴线将软磁性金属条带卷绕成环形件，该环形件具有内侧、外侧、顶部和底部；将内环放置在内侧上；将内部保持帽放置在顶部和内侧上；将外部保持帽放置在顶部和外侧上；围绕外部保持帽放置保持件；将粘合剂施加在环形件上；固化粘合剂；将环形件铣削成电动机械部件形状；以及将电动机械部件形状热加工成电动机械部件。
56.如权利要求55所述的方法，其特征在于，内部保持帽具有多个内部保持帽细槽，并且外部保持帽具有多个外部保持帽细槽，将环形件铣削成电动机械部件形状的步骤包括通过内部保持帽细槽和外部保持帽细槽铣削。
57.如权利要求56所述的方法，其特征在于，包括内部保持帽细槽和外部保持帽细槽对准的步骤。
58.如权利要求55所述的方法，其特征在于，将环形件铣削成电动机机械部件形状的步骤通过主要围绕垂直于卷绕轴线的轴线转动的切削工具来实现。
59.如权利要求55所述的方法，其特征在于，将环形件铣削成电动机机械部件形状的步骤通过只围绕垂直于卷绕轴线的轴线转动的切削工具来实现。
全文摘要
一种适用于铣削的三维软磁性金属块体通过将软磁性金属条带(10)卷绕成三维形状并且将粘合剂施加在三维形状上来形成。粘合剂渗入三维形状。粘合剂接着固化。如果软磁性金属块体制成环形件(18)，那么它将加工成电动机械部件(60)。电动机械部件接着适用于非常高频率的电马达中。
文档编号H02K1/02GK1839451SQ200480023218
公开日2006年9月27日 申请日期2004年6月2日 优先权日2003年6月11日
发明者T·J·伯瓦德, S·K·帕格 申请人:莱特工程公司