一种用于由非晶态金属条原料切割出一定形状的选择性蚀刻工艺。该蚀刻工艺包括，将化学稳定性材料按照限定了所需形状的图案而沉积在这种金属条的一侧上，将金属条与载体条相配起来，将金属条的至少一侧暴露于蚀刻剂中，以便选择性地蚀刻出所需的形状，并将该形状与金属条原料分开。将该形状的多个层通过粘合剂层叠而装配在一起，以形成可用于高效率电驱动式电动机和电感器件中的大致多面体形状的非晶态金属体磁元件。该非晶态金属体磁元件可包括弧形表面，并且优选包括两个设置成彼此相对的弧形表面。这种磁元件可在大约５０Ｈｚ至大约２００００Ｈｚ的频率下工作。当这种元件在激励频率“ｆ”下工作至峰值感应水平Ｂ↓［ｍａｘ］时，该元件展示出小于约“Ｌ”的铁损，其中Ｌ由公式Ｌ＝０．００５ｆ（Ｂ↓［ｍａｘ］）↑［１．５］＋０．００００１２ｆ↑［１．５］（Ｂ↓［ｍａｘ］）↑［１．６］给出，所述铁损、激励频率和峰值感应水平的测量单位分别为瓦特／千克、赫兹和特斯拉。本发明专利技术的非晶态金属体磁元件的工作特性大大优于在相同频率范围内工作的硅－钢元件的工作特性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及用于产生非晶态金属的切割形状的工艺，更具体地说，涉及一种用于生产切割叠片的选择性蚀刻工艺，所述切割叠片相互结合在一起形成可用于电驱动式电动机和感应磁器件中的大致多面体形状的低铁损的非晶态金属体磁元件。2.现有技术的描述由片形磁性材料的多个叠片制成的磁元件广泛用于电驱动式电动机和电感器件，例如变压器、镇流器、电感器、饱和电抗器等。磁性材料的选择尤其要考虑所需要的器件性能及经济方面的因素。电驱动式电动机元件最常用的材料是无取向电工钢。在各种变磁阻电动机和涡流电动机中，定子是由叠片制成的。鼠笼式电动机、磁阻同步电动机和转辙磁阻电动机中的定子和转子均是由叠片制成的。各叠片尤其是通过冲压、冲孔或切割机械性能柔软的无取向电工钢至形成所需的形状而形成的。然后将形成的叠片重叠及结合在一起以形成具有所需几何形状的转子或定子，并且这些转子或定子具有足够的机械完整性以在电动机的生产和操作过程中保持它们的构造。在旋转的电驱动式机器中，定子和转子分隔开一段小间隙，该小间隙可以是(i)径向的，即大致垂直于转子的旋转轴，或(ii)轴向的，即大致平行于旋转轴而且相互之间保持一定距离。在电动机中，磁通线横穿这些间隙而将转子和定子连接起来。因此，大致上可将电磁型机器分为径向通量设计或轴向通量设计两类。电动机领域中还使用相应的术语，即径向间隙设计和轴向间隙设计。到目前为止，最为常见的还是径向通量机器。上述冲孔和层叠方法都广泛用于构造径向通量电动机所用的转子和定子。尽管非晶态金属相对无取向电工钢而言有良好的磁性能，但是很长一段时间它们都被视为不适用于诸如电驱动式电动机的转子和定子等体磁元件，原因是由于其某些物理性能以及对制造的后继阻碍，例如，非晶态金属比无取向钢更薄且更硬，因此使制造工具和模具磨损得更快。由于工具成本和制造成本的增加，所以使用例如冲孔和冲压这种传统的技术来制造非晶态金属体磁元件在经济角度上是不实际。由于非晶态金属较薄，因此会增加已装配元件中的叠片数量，从而进一步增加非晶态金属转子或定子组件的总成本。非晶态金属尤其以具有均匀带宽的连续薄带来供应。然而，非晶态金属是非常硬的材料，因此其不易切割或成形。一旦对其进行退火以获得峰值磁性，则非晶态金属带会变得很脆。这令使用传统的方法去构成非晶态金属体磁元件变得困难及昂贵。非晶态金属带的脆性还会带来应用于电驱动式电动机等体磁元件时的耐久性问题。磁定子受到极高的磁力，所述磁力根据高速的旋转速度而快速变化。这些磁力能在定子材料上施加相当大的应力，从而损坏非晶态金属的磁定子。而且，转子不论是因正常旋转，还在当机器启动、断开时及当负载变化尤其是出现突变时因加速旋转，都会受到机械力。有限量的非传统方法已经用于构成非晶态金属元件，例如，Frischmann的美国专利4,197,146公开了一种通过模制和压实的非晶态金属薄片而制成的定子。尽管这种方法可以形成复杂的定子形状，然而在这种结构中，非晶态金属的分散薄片粒之间有大量的气隙。这种结构大大地增加了磁路的磁阻及用以操作电动机的电流。德国专利文献DE 2805435和DE 2805438讲述了将定子分成绕线件和极靴。将一种非磁性材料插入绕线件和极靴之间的接缝中，增加有效间隙，从而增加了磁路的磁阻以及增加了用以操作电动机的电流。包括极靴片的材料层定向成使得其平面垂直于绕线护铁件层的平面。这种构造还增加了定子的磁阻，这是因为绕线件和极靴的邻接层只相交于接点，而不是沿着实线段而在它们的各自面的接点处。另外，这种方法讲述了绕线件的叠层通过焊接而相互连接。使用诸如焊接等热量集中式工艺来连接非晶态金属叠片，这会令非晶态金属在接点处或接点附近处再结晶。即使是小部分的再结晶非晶态金属，也能使定子中的磁损增大至无法接受的水平。另一关于使用铁磁非晶态金属的困难是由于磁致伸缩的现象。任何磁致伸缩材料的某些磁性变化都响应于施加在其上的机械应力。例如，当包含非晶态材料的元件受到应力时，其导磁率都明显减小，同时铁损增加。由于磁致伸缩现象而造成的非晶态金属器件退化也可以由以下因素中的任意组合产生的应力而导致的，这些因素包括(i)在操作电驱动式电动机过程中的磁力和机械力；(ii)由机械夹持或固定非晶态金属体磁元件就位时产生的机械应力；或(iii)由热膨胀和/或非晶态金属材料的磁饱和产生的膨胀而产生的内应力。由于非晶态金属磁定子受到应力，因此定子引导或聚焦磁通的效率就会降低，从而导致磁损升高，效率降低，发热量增加，并且功率减小。这种退化的程度可以相当大，这视特定的非晶态金属材料和实际的应力强度而定，如美国专利5731649(′649专利)所描述。铁损退化常常表达为破坏因子，即，由成品器件的实际铁损与在无应力条件下测得的构成材料的固有铁损之比的比值。而且，非晶态金属与传统的包括常见的电工钢在内的软磁材料相比，具有明显要低的各向异性能。这样，对这些传统金属的磁性不会有不良影响的应力水平会对电动机元件而言至关重要的磁性能产生重大影响，例如导磁率和铁损。例如，′649专利进一步公开了通过将非晶态金属卷成线圈，利用环氧树脂进行成叠来形成非晶态金属芯，这不利地限制了线圈材料的热膨胀和磁饱和膨胀，从而产生很高的内应力和磁致伸缩，这会降低结合有所述芯的电动机或发电机的效率。为了避免应力引起的磁性退化，′649专利公开了一种磁元件，该磁元件包括非晶态金属的多个层叠的或绕成线圈的部分，所述部分小心地安装或包含在介电封装中，而没有使用粘合剂结合。在目前技术的许多应用中，包括那些相差很远的领域，例如高速机床、航空和航天电动机和促动器，以及用于在计算机和其它微电子设备中存储数据的磁盘和光盘驱动器中的主轴驱动电机等，要求电驱动式电动机可在高速下操作，大多情况下要超过15,000-20,000转/分钟，有时甚至高达100,000转/分钟。使用现有材料制成磁元件的局限性造成大量的和非所需的设计妥协。在许多应用中，尤其电动机元件用的电工钢的铁损是严格禁止的。在这种情况下设计者只能被迫使用坡莫合金替代。然而，伴随的饱和感应的降低(例如，各种坡莫合金为0.6-0.9T或更少，而普通的电工钢为1.8-2.0T)使得必须增大由坡莫合金或其变型所构成的磁元件的尺寸。而且，理想的坡莫合金软磁性会受到不利且不可逆的塑性变形影响，这种情况可在应力水平相对较低时出现。这种应力可在制造或操作坡莫合金元件的过程中出现。电感器件是多种现代电力设备和电子设备的基本元件，最常用的有变压器和电感器。这些不旋转的器件大多采用包括软铁磁材料的芯以及一个或多个环绕该芯的电绕组。电感器通常采用带有两端子的单一绕组，并用作滤波器和储能器件。变压器通常有两个或多个绕组，并将电压从一个水平变到至少一个其它所需水平，并使整个电路的不同部分相互之间电绝缘。电感器件有各种不同的尺寸，从而相应地具有不同的功率容量。不同类型的电感器件在从DC到GHz极宽范围的频率内都处于操作的最佳状态。实际上，每一种已知类型的软磁材料都可用于构造电感器件。对特定软磁材料的选择取决于所需性能和易得性的组合，这种组合能保证制造的效率高，并且满足特定市场所需的体积和成本。一般来说，理想的软铁磁芯材料具有较高的饱和感应Bsat以将芯的尺寸减到最小，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于电驱动式电动机的低损耗的非晶态金属体磁元件，其包括多个形状基本相似的非晶态金属条的层，所述层通过粘合剂层压在一起而形成呈多面体形状的部分，当在激励频率“ｆ”下工作至峰值感应水平Ｂ↓［ｍａｘ］时，所述低损耗的非晶态金属体磁元件有小于约“Ｌ”的铁损，其中Ｌ由公式Ｌ＝０．００５ｆ（Ｂ↓［ｍａｘ］）↑［１．５］＋０．００００１２ｆ↑［１．５］（Ｂ↓［ｍａｘ］）↑［１．６］给出，所述铁损、激励频率和峰值感应水平的测量单位分别为瓦特／千克、赫兹和特斯拉。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：NJ德克里斯托法罗，GE费希，SM林奎斯特，CE克罗格尔，
申请(专利权)人：梅特格拉斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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