(57)【要約】【課題】バルク非晶質金属の磁気構成要素は、仕上げられた誘導デバイスの１つ以上の磁気回路を形成するために容易に組み立てられる。構成要素のかみ合い面は、低い磁気抵抗および比較的方形のＢ−Ｈループを有するデバイスを生成するために密な接触をもたらす。【解決手段】少なくとも１つの空隙を含む磁気回路を有し、かつ少なくとも１つの低損失バルク強磁性非晶質金属の磁気構成要素を含む磁気コアと、前記磁気コアの少なくとも一部を囲む少なくとも１つの電気巻線とを備え、前記構成要素は、多面体に成形された部品を形成するために、積み重ねられ、位置合わせされ、かつ接着剤でともに結合された、複数の実質的に類似して成形された平坦な非晶質金属ストリップの層を備え、前記誘導デバイスは、０．３Ｔのピーク誘導レベル「Ｂｍａｘ」に対して５ｋＨｚの励起周波数「ｆ」で動作するとき、約１２Ｗ／ｋｇ未満のコア損失を有する、誘導デバイス。【選択図】図９
2010212708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの空隙を含む磁気回路を有し、かつ少なくとも１つの低損失バルク強磁性非晶質金属の磁気構成要素を含む磁気コアと、
前記磁気コアの少なくとも一部を囲む少なくとも１つの電気巻線とを備え、
前記構成要素は、多面体に成形された部品を形成するために、積み重ねられ、位置合わせされ、かつ接着剤でともに結合された、複数の実質的に類似して成形された平坦な非晶質金属ストリップの層を備え、
前記誘導デバイスは、０．３Ｔのピーク誘導レベル「Ｂｍａｘ」に対して５ｋＨｚの励起周波数「ｆ」で動作するとき、約１２Ｗ／ｋｇ未満のコア損失を有する、
誘導デバイス。
【請求項２】
前記デバイスは、変圧器、単巻変圧器、飽和可能なリアクトル、および誘導子からなるグループから選択される部材である、請求項１に記載の誘導デバイス。
【請求項３】
前記磁気コアは、少なくとも２つのかみ合い面をそれぞれ有する複数の前記低損失バルク強磁性非晶質金属の磁気構成要素を備え、かつ前記構成要素は、それぞれ前記かみ合い面が、前記構成要素の他方のかみ合い面の１つに近接しかつ実質的に平行であるように、並置される関係で組み立てられる、請求項１に記載の誘導デバイス。
【請求項４】
前記構成要素それぞれは、Ｃ、Ｅ、Ｉ、Ｕ、台形、および弓形形状からなるグループから選択された形状を有する、請求項１に記載の誘導デバイス。
【請求項５】
Ｅ−Ｉ、Ｅ−Ｅ、Ｃ−Ｉ、Ｃ−Ｃ、およびＣ−Ｉ−Ｃ形状からなるグループから選択された形状を有する、請求項１に記載の誘導デバイス。
【請求項６】
前記デバイスは、ピーク誘導レベルＢｍａｘに対して励起周波数「ｆ」で動作されるとき、約「Ｌ」より低いコア損失を有し、ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．００５ｆ（Ｂｍａｘ）１．５＋０．００００１２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）１．６で与えられ、前記コア損失、前記励起周波数、および前記ピーク誘導レベルは、キログラム当たりのワット、ヘルツ、およびテスラでそれぞれ測定される、請求項１に記載の誘導デバイス。
【請求項７】
第１の表面および第２の表面を有する非晶質金属シートを提供するステップと、
前記第１の表面上に前記事前に選択された形状を画定するパターンで化学的抵抗材料を印刷するステップと、
前記第２の表面を保護層で被覆するステップと、
前記第１の表面外側の領域から非晶質金属を前記事前に選択された形状に選択的にエッチングするために、前記非晶質金属シートを腐食剤に露出するステップと、
前記非晶質金属シートから前記形状を分離するステップと、
を含む事前に選択された形状を有する切断された非晶質金属部品を製造する方法。
【請求項８】
前記印刷するステップは、リソグラフィ、レリーフ、グラビア、スクリーン、ゼログラフィ、およびインクジェット付着の印刷方法からなるグループから選択された少なくとも１つの印刷方法を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記印刷するステップは、前記非晶質金属シートの連続する移動の間に前記化学的抵抗材料を付着する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記事前に選択された形状および前記保護層を画定する前記パターンは、実質的に同一の化学的抵抗材料を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記保護層は、キャリアストリップを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記キャリアストリップは、ステンレス鋼、ニッケルベースの合金、チタン、タンタル、およびアルミニウムからなるグループから選択された少なくとも１つの金属からなる、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記キャリアストリップは、ポリマー材料からなる、請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記露出するステップは、前記シートに対する前記形状の接続を実質的に弱めるのに十分な時間だけ連続される、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記露出するステップは、前記シートを貫通するために十分な時間だけ連続され、それによって、前記形状は、前記シートから分離される、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１６】
前記形状は、前記シートの残りに前記形状を接続する少なくとも１つのタブを含む、請求項７に記載のプロセス。
【請求項１７】
前記分離するステップは、前記形状を前記非晶質金属シートから切断するスタンピング操作を含む、請求項７に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非晶質（アモルファス）金属の切断された形状を作るためのプロセスに関し、より詳細には、電気モータおよび誘導磁気デバイスに有用な一般的に多面体で成形され、低いコア損失のバルク非晶質磁気構成要素を形成するために、ともに結合される切断された積層体を作るための選択的エッチングプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
シート形態の磁気材料の複数の積重ね積層体から作られた磁気構成要素は、電気モータ、および変圧器、安定器、誘導子、可飽和リアクトルなどの誘導デバイスで幅広く使用される。磁気材料は、一般に、必要なデバイス特性および経済的な考慮の両方に基づき選択される。
【０００３】
非方向性電気鋼は、電気モータ構成要素のために最も頻繁に選択される。可変リラクタンスモータおよび渦電流モータにおいて、固定子は、積重ね積層体から作られる。固定子および回転子の両方が、かご型モータ、リラクタンス同期モータ、および切換ドリラクタンスモータにおいて積重ね積層体から作られる。各積層体は、一般に、機械的に柔軟で非方向性電気鋼をスタンピング、パンチング、または切断によって所望の形状に形成することによって形成される。形成された積層体は、次に、回転子または固定子を形成するために積み重ねられかつ結合され、これらの回転子または固定子は、モータの製造および動作の間にそれらの構成を維持するように、十分な機械的な保全性とともに所望の幾何形状を有する。
【０００４】
回転電気機械における固定子および回転子は、わずかな間隔で分離され、この間隔は、（ｉ）半径方向であり、すなわち回転子の回転軸に概して垂直であるか、または（ｉｉ）軸方向であり、すなわち回転子の回転軸に対して概して平行であり、かつある距離だけ分離されるかのいずれかである。ダイナモエレクトリック機械において、磁束線は、空隙を横切ることによって回転子および固定子を連係する。したがって、電磁機械は、それぞれ半径方向または軸方向の磁束設計として広く分類されることができる。対応する用語である半径方向および軸方向の空隙設計は、モータ技術においても使用される。半径方向磁束の機械は、はるかに最も一般的である。前述のパンチングおよび積重ね方法は、半径方向磁束のモータのための回転子および固定子を構成するために広く使用される。
【０００５】
非晶質金属は、非方向性電気鋼と比較されたとき優れた磁気性能を提供するが、それら非晶質金属は、所定の物理特性および製造に対する確実な障害のために、電気モータの回転子および固定子などのバルク磁気構成要素にける使用に適していないと長い間考えられていた。例えば、非晶質金属は、非方向性鋼より薄くかつより硬く、したがって製造工具およびダイをより速く磨耗させる。道具による加工および製造コストにおける結果としての増大は、パンチングおよびスタンピングなどのそのような従来の技術を使用するバルク非晶質金属の磁気構成要素の製造を、商業的に実施できなくする。非晶質金属の薄さは、組立てられる構成要素における積層体の数の増加に転換し、さらに非晶質金属回転子または固定子磁石組立体の全体のコストの増大に転換する。
【０００６】
非晶質金属は、一般に均一なリボン幅を有する薄い連続するリボンの形態で供給される。しかしながら、非晶質金属は、非常に硬い材料であり、容易に切断または形成することを非常に困難にする。ピーク磁気特性を達成するためにアニーリングされると、非晶質金属リボンは非常に脆くなる。これは、バルク非晶質金属の磁気構成要素を構成するために、従来のアプローチを使用することを困難にかつ高価にする。非晶質金属リボンの脆性は、電気モータなどの適用におけるバルク磁気構成要素の耐久性に関して懸念させることもある。
【０００７】
磁気固定子は、高い回転速度に必要な周波数で迅速に変わる非常に高い磁気力を受ける。これらの磁気力は、固定子材料にかなりの応力を加えることができ、非晶質金属磁気固定子を損傷することがある。回転子は、さらに通常の回転のため、かつ機械の通電するときまたは通電を停止するとき、および恐らく突然に負荷が変化するときの回転加速のための両方で、機械力を受ける。
【０００８】
限定された数の従来的ではないアプローチが、非晶質金属の構成要素を構成するために提案されている。例えば、Ｆｒｉｓｃｈｍａｎｎへの米国特許第４，１９７，１４６号は、成形されかつ圧縮される非晶質金属フレークから製造される固定子を開示する。この方法は、複雑な固定子形状の製造を可能にするが、構造は、非晶質金属の分離したフレーク粒子間に多数の空隙を含む。そのような構造は、磁気回路の磁気抵抗を非常に増大し、それによってモータを動作するために必要な電流を増大する。
【０００９】
ドイツ特許第ＤＥ２８０５４３５号およびＤＥ２８０５４３８号によって教示されるアプローチは、固定子を巻線部品と磁極部品とに分割する。非磁性材料は、巻線部品と磁極部品との間の接合部に挿入され、有効ギャップを増大し、したがって磁気回路の磁気抵抗およびモータの動作に必要な電流を増大する。磁極部品を構成する材料の層は、巻線バック鉄部品における層の平面に垂直なそれらの平面に配向される。この構成は、さらに固定子の磁気抵抗を増大する。なぜなら、巻線部品および磁極部品の連続する層が、線分全体に沿ってではなく、それらのそれぞれの面間の接合点である点でだけ交わる。さらに、このアプローチは、巻線部品における積層体が、溶接によって互いに取り付けられることを教示する。非晶質金属の積層体を取り付けるために溶接などの熱集中プロセスの使用は、接合部でおよび接合部の周囲で非晶質金属を再結晶化する。再結晶化された非晶質金属の小さな部分でも、通常、固定子における磁気損失を許容されないレベルまで増大させる。
【００１０】
強磁性非晶質金属の使用に関連するさらなる困難性は、磁歪現象から生じる。任意の磁歪材料の所定の磁気特性は、課された機械応力に応じて変化する。例えば、構成要素が応力を受けたときに、非晶質材料を含む構成要素の透磁率は、一般に低減され、かつコア損失が増大する。磁歪現象による非晶質金属デバイスの軟磁性特性の劣化は、以下を含む原因の任意の組み合わせの結果としての応力によって引き起こされることがある。すなわち、（ｉ）電気モータの動作中の磁気および機械力、（ｉｉ）バルク非晶質金属の磁気構成要素を所定の場所に、機械的なクランプまたは他の方法の固定の結果として生じる機械応力、または（ｉｉｉ）熱膨張および／または非晶質金属材料の磁気飽和のための膨張によって生じる内部応力である。非晶質金属の磁気固定子が応力を受けたとき、その磁気固定子が磁束を向けるまたは集束する効率は、低減され、結果としてより高い磁気損失、低減された効率、増大された熱生成、および低減されたパワーを生じる。この劣化の程度は、米国特許第５，７３１，６４９号（「‘６４９特許」）に示されるように、特定の非晶質金属材料および応力の実際の強度に応じて考慮されることができる。コア損失の劣化は、例えば仕上げられたデバイスによって示される実際のコア損失と、実験室の状態で応力がかからない下で試験された構成材料の固有のコア損失との比などの、破壊係数としてしばしば表現される。
【００１１】
さらに、非晶質金属は、一般の電気鋼を含む他の従来の軟磁性材料よりはるかに低い異方性エネルギーを有する。結果として、これら従来の金属の磁気特性に対する有害な作用を有さない応力レベルは、モータ構成要素に関する重要な磁気特性、例えば透磁率およびコア損失に著しい影響を有する。例えばエポキシを使用する積層体で、非晶質金属をコイルに巻くことによって非晶質金属コアを形成することは、材料のコイルの熱および磁気飽和膨張を有害に制限し、結果としてそのようなコアを組み込むモータまたは発電機の効率を低減する高い内部応力および磁歪を生じることを、‘６４９特許はさらに開示する。磁気特性の応力によって生じる劣化を避けるために、‘６４９特許は、接着結合を使用することなく、誘電体エンクロージャに注意深く搭載されまたは含まれる複数の非晶質金属の積重ねまたはコイルにされた部分を備える磁気構成要素を開示する。
【００１２】
高速機械工具、航空モータおよびアクチュエータ、ならびにコンピュータおよび他のマイクロ電子デバイスにおいてデータ格納のために使用される磁気および光学ディスク駆動のためのスピンドル駆動モータなどそのような幅広い様々な領域を含む現在の技術における多数の適用は、多くの場合に１５，０００ｒｐｍ〜２０，０００ｒｐｍを超え、ある場合には１００，０００ｒｐｍまでの高速で動作可能な電気モータを必要とする。既存の材料を使用して作られた磁気構成要素の制限は、実質的にかつ望ましくない設計の妥協を伴う。多くの適用において、モータ構成要素で一般に使用される電気鋼のコア損失は許されない。そのような場合、設計者は、代わりにパーマロイ合金を使用することを強いられることがある。しかしながら、飽和誘導（例えば、通常の電気鋼に関して１．８〜２．０Ｔに対して、様々なパーマロイ合金に関して０．６〜０．９Ｔ未満）における付随する低減は、パーマロイまたはそれらの誘導体からなる磁気構成要素のサイズにおける増加を必要とする。さらに、パーマロイの所望の軟磁性特性は、比較的低い応力レベルで生じることがある塑性変形によって不利にかつ不可逆に影響される。そのような応力は、パーマロイ構成要素の製造または動作のいずれかの間に発生することがある。
【００１３】
誘導デバイスは、最も一般的には変圧器と誘導子とを含む、幅広い様々な現代の電気および電子機器の欠くことができない構成要素である。これらの非回転デバイスの多くは、軟強磁性材料からなるコアと、コアを囲む１つ以上の電気巻線とを用いる。誘導子は、一般に、２つの端子を有する単一の巻線を用い、フィルタおよびエネルギー貯蔵デバイスとして作用する。変圧器は、一般に２つ以上の巻線を有する。それら変圧器は、電圧を、あるレベルから少なくとも１つの所望の他のレベルへ変換し、電子回路全体の異なる部分を電気的に絶縁する。誘導デバイスは、対応する様々な電源容量とともに幅広く様々な寸法で利用可能である。異なるタイプの誘導デバイスは、直流からＧＨｚまで非常に幅広い範囲にわたる周波数での動作に関して最適化される。ほぼ全ての知られているタイプの軟磁性材料は、誘導デバイスの構成で適用することができる。特定の軟磁性材料の選択は、必要な特性の組み合わせ、効率的な製造に役に立つ形態での材料の入手可能性、および所定の市場で作用するために必要な容積および価格に応じる。一般に、望ましい軟強磁性コア材料は、効率を最大にするために低い保磁力Ｈｃ、高い透磁率μ、および低いコア損失とともに、コア寸法を最小化するために高い飽和誘導Ｂｓａｔを有する。
【００１４】
電気および電子デバイスのための小さな寸法から中間の寸法の誘導子および変圧器の構成要素は、また、１００μｍほど薄い厚みを有するシートで供給される様々なグレードの磁気鋼からパンチングされた積層体を使用してしばしば構成される。積層体は、一般に、積み重ねられかつ固定され、その後、一般に高導電率の銅またはアルミニウムワイヤからなる必要な１つ以上の電気巻線で巻かれる。これらの積層体は、一般に知られている様々な形状を有するコアに用いられる。
【００１５】
誘導子および変圧器コアに使用される多くの形状は、要素構成要素から組み立てられ、要素構成要素は、「Ｃ」、「Ｕ」、「Ｅ」、および「Ｉ」などの所定のブロック文字の一般的な形態を有し、それによって構成要素はしばしば識別される。組み立てられた形状は、さらに、要素構成要素を反映する文字によって表示されることができる。例えば、「Ｅ−Ｉ」形状は、「Ｅ」構成要素を「Ｉ」構成要素に組み立てることによって作られる。他の広く使用される組立てられた形状は、「Ｅ−Ｅ」、「Ｃ−Ｉ」、および「Ｃ−Ｃ」を含む。これら形状の従来技術のコアに関する要素構成要素は、従来の結晶強磁性金属の積層されたシート、および機械加工されたバルク軟磁性ブロックの両方で構成される。
【００１６】
現在の電子技術における重要な傾向は、スイッチモード回路トポロジーを使用する、電源、変圧器、および関連する回路の設計にある。利用可能なパワー半導体スイッチングデバイスの増大された性能は、増大された高周波数で動作するスイッチモードのデバイスを可能にする。以前は、線形調整およびライン周波数（一般に、パワーグリッドで５０〜６０Ｈｚ、または軍事適用で４００Ｈｚ）での動作で設計された多くのデバイスは、今や、しばしば５〜２００ｋＨｚ、および時には１ＭＨｚほどの周波数のスイッチモード調整に基づく。周波数における増大のための原理的な駆動力は、変圧器および誘導子などの必要な磁気構成要素の寸法における付随する低減である。しかしながら、周波数における増大は、これら構成要素の磁気損失も著しく増大する。したがって、これら損失を低下する著しい必要性が存在する。
【００１７】
既存の材料を使用して作られた磁気構成要素の制限は、実質的にかつ望ましくない設計の妥協を伴う。多くの適用において、一般的な電気鋼のコア損失は禁止される。そのような場合、設計者は、代替としてパーマロイ合金またはフェライトを使用することを強いられることがある。しかしながら、飽和誘導（例えば、従来の電気鋼に関する１．８〜２．０Ｔに対して、様々なパーマロイ合金に関して０．６〜０．９Ｔ以下、およびフェライトに関して０．３〜０．４Ｔ）に伴う低減は、結果としての磁気構成要素の寸法における増大を必要とする。さらに、パーマロイの望ましい軟磁性特性は、比較的低い応力レベルで発生することがある可塑性変形によって不利にかつ不可逆に影響される。そのような応力は、パーマロイ構成要素の製造または動作のいずれかの間に発生することがある。軟フェライトは、しばしば魅力的な低い損失を有するが、それらの低い誘導値は、空間が重要に考えられる多くの適用に関して現実的ではない大きなデバイスを結果として生じる。さらにコアの増大された寸法は、より長い電気巻線を望ましくなく必要とし、それによってオーミック損失が増大する。
【００１８】
飽和可能なリアクトルおよびいくつかのチョークなどの電子適用に関して、非晶質金属は、らせんに巻かれた円形のトロイダル状のコアの形態で用いられた。この形態のデバイスは、数ミリメートルから数センチメートルの一般的な範囲の直径で市販で入手可能であり、数百ボルトアンペア（ＶＡ）まで供給するスイッチモード電源で一般に使用される。このコア構成は、無視できる減磁係数を有する、完全に閉じた磁気回路をもたらす。しかしながら、所望のエネルギー蓄積能力を達成するために、多くの誘導子は、不連続な空隙を有する磁気回路を含む。間隔の存在は、せん断された磁化（Ｂ−Ｈ）ループで明らかに示される、無視できない減磁係数および関連する形状異方性を結果として生じる。形状異方性は、可能性がある磁気的に誘導された異方性より非常に高いことがあり、エネルギー蓄積能力に比例して増大する。
【００１９】
不連続な空隙および従来の材料で作られたトロイダルコアは、そのようなエネルギー蓄積適用に関して提供される。しかしながら、ギャップが設けられたトロイダル幾何形状は、最小の設計柔軟性だけをもたらす。せん断およびエネルギー蓄積の所望の程度を選択するように、デバイス使用者がギャップを調整することが、一般に困難または不可能である。さらに、トロイダルコアに巻線を付けるために必要な機器は、積層されたコアに関する比較可能な巻線機器より、動作することがより複雑であり、高価であり、かつ困難である。しばしば、トロイダル幾何形状のコアは、定格電流によって課される重いゲージワイヤが、トロイドの巻線で必要な程度まで曲げられることができないので、高い電流適用に使用されることができない。さらに、トロイダル設計は、単一の磁気回路しか有さない。結果として、それらトロイダル設計は、良好には適せず、特に一般的な三相デバイスを含む、多相変圧器および誘導子に用いることが困難である。容易な製造および適用が可能な他の構成が、このように求められる。
【００２０】
さらに、ストリップで巻かれたトロイダルコアにおける固有の応力は、所定の問題を生じる。巻線は、固有にストリップの外側表面を引っ張りおよび内側を圧縮させる。さらなる応力は、なめらかな巻線を確実にするために必要な線形の引張りによって寄与される。磁歪の結果として、巻かれたトロイダルは、平坦なストリップ構成で測定された同一のストリップの磁気特性より劣る磁気特性を一般に示す。アニーリングは、一般に、応力の部分だけを緩和することができ、それで劣化の部分だけが取り除かれる。さらに、巻かれたトロイドにギャップを設けることは、しばしばさらなる問題を引き起こす。巻かれた構造における任意の残留フープ応力は、ギャップで少なくとも部分的に取り除かれる。実際に、正味のフープ応力は、予想可能ではなく、圧縮または引張りのいずれかであり得る。したがって、実際の間隔は、新たな応力平衡を確立するために必要な予測可能ではない量によって、それぞれの場合に閉じるまたは開く傾向がある。したがって、最終的なギャップは、訂正測定なしに意図されたギャップとは一般に異なる。コアの磁気抵抗は、ギャップによってほとんど決定されるので、仕上げられたコアの磁気特性は、しばしば、大量生産の間に一貫した基礎に基づき再現することが難しい。
【００２１】
非晶質金属は、１０ｋＶＡから１ＭＶＡ以上の公称定格を有する電力グリッドのための配電変圧器などの、はるかに高パワーのデバイスのための変圧器にも使用された。これらの変圧器のためのコアは、ステップラップで巻かれた全体的に矩形構成でしばしば形成される。ある一般的な構成方法において、矩形コアは、第１に形成されかつアニールされる。コアは、次に、事前に形成された巻線がコアの長い脚部にわたって滑動されることを可能にするように解かれる。事前に形成された巻線の組み込みに続いて、層は再び結ばれかつ固定される。この態様で配電変圧器を構成する典型的なプロセスは、Ｂａｌｌａｒｄらの米国特許第４，７３４，９７５号に示されている。そのようなプロセスは、理解されることができるように、脆いアニールされた非晶質金属リボンを含む、かなりの手作業および操作ステップを伴う。これらのステップは、１０ｋＶＡより小さいコアで達成することが特に退屈で困難である。さらに、この構成において、コアは、多くの誘導子適用に必要である空隙の制御可能な導入を容易には受けることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述の開示で示された進歩にもかかわらず、高速、高効率回転電気機械、ならびに他の回転しない誘導デバイスに必要な優れた磁気および物理特性の組み合わせを示す、改善された非晶質金属の磁気構成要素の従来技術における必要性が残されている。また、非晶質金属を効率的に使用し、かつ様々なタイプのモータおよび磁気構成要素の大量生産のために実施されることができる構成方法が求められる。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、多面体の形状を有し、かつ接着剤でともに積層にされた複数の実質的に類似する形状に形成された非晶質金属ストリップの層からなる、低損失のバルク非晶質金属の磁気構成要素を提供する。本発明の一態様において、１つ以上のそのような構成要素は、高効率の電気モータおよび誘導磁気デバイスの構成に有用である。
【００２４】
また、低コア損失のバルク非晶質金属の磁気構成要素の構成で有用な形状を形成するために、非晶質金属のストリップ供給材料を選択的にエッチングするための方法が、本発明によって提供される。用語「非晶質金属のストリップ」は、細長い非晶質金属のリボン材料、すなわちその厚みより実質的に大きな長さおよび幅を有するリボン形態を示すために、本明細書で使用される。長さおよび幅方向は、ストリップの頂部表面および底部表面を画定する。
【００２５】
より詳細には、本発明の一実施形態により構成され、かつピーク誘導レベル「Ｂｍａｘ」に対して励起周波数「ｆ」で励起される磁気構成要素は、「Ｌ」より低い室温でのコア損失を有し、ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．００５ｆ（Ｂｍａｘ）１．５＋０．００００１２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）１．６で与えられ、コア損失、励起周波数、およびピーク誘導レベルは、キログラム当たりのワット、ヘルツ、およびテスラでそれぞれ測定される。好ましくは、磁気構成要素は、（ｉ）ほぼ４００Ｈｚの周波数およびほぼ１．３テスラ（Ｔ）の磁束密度で動作されるとき、非晶質金属材料のほぼ２．８Ｗ／ｋｇ以下のコア損失、（ｉｉ）ほぼ８００Ｈｚの周波数およびほぼ１．３Ｔの磁束密度で動作されるとき、非晶質金属材料のほぼ５．７Ｗ／ｋｇ以下のコア損失、または（ｉｉｉ）ほぼ２，０００Ｈｚの周波数およびほぼ１．０Ｔの磁束密度で動作されるとき、非晶質金属材料のほぼ９．５Ｗ／ｋｇ以下のコア損失を有する。
【００２６】
周期的な磁気的な励起の下でその非常に低いコア損失の結果として、本発明の磁気構成要素は、直流から２０，０００Ｈｚ以上までの範囲の周波数で動作可能である。それは、同一の周波数範囲にわたって動作する従来の珪素鋼の磁気構成要素に比較したとき、改善された性能特徴を示す。例えば、高周波数での構成要素の動作可能性は、従来の材料で作られた構成要素を使用して可能であるより速い速度でかつより高い効率で有利に動作可能であるモータの製造で、それが使用されることを可能にする。
【００２７】
特に、本発明により構成されたバルク非晶質金属の磁気構成要素は、高い効率で可変のリラクタンスモータおよび渦電流モータにおける、非晶質金属の固定子および固定子構成要素として使用するために特に適している。同様に、バルク非晶質金属の磁気構成要素は、かご型モータ、磁気抵抗同期モータ、および切換リラクタンスモータにおける回転子および固定子の少なくとも１つとして使用されることができる。そのようなモータが、１つ以上の回転子および１つ以上の固定子を備えることができることは、当業者には理解されよう。したがって、モータを参照して本明細書で使用される用語「回転子」および「固定子」は、１つから３つ以上に及ぶ多数の回転子および固定子を意味する。半径方向磁束モータは、（ｉ）固定子内に配置され、かつ固定子より一般に小さな直径を有する回転子、または（ｉｉ）回転子および固定子の相対位置および寸法が交換される、表裏逆またはカップ構成で構成され得ることは、回転電気機械に精通している当業者にはさらに理解されよう。本発明の回転子または固定子は、一体の構造として、または副構造が本明細書に教示されるように作られる、知られている手段によってともに保持される複数の副構造のアセンブリとして構成されることができる。
【００２８】
本明細書で使用される用語「電気モータ」は、発電機をさらに備える様々な回転ダイナモエレクトリック機械、ならびに発電機として任意に動作することができる回生モータを一般的に参照することも、当業者には認識されよう。本発明の磁気構成要素は、任意のこれらのデバイスの構成に用いられることができる。本発明の使用の間に有意な利点が得られる。これらの利点は、単純化された製造および低減された製造時間、バルク非晶質金属の構成要素の製造中に受ける低減された応力（すなわち磁気歪み）、仕上げられた非晶質金属の磁気構成要素の最適化された性能、および本明細書に開示される回転子または固定子を備える電気モータの改善された効率を含む。
【００２９】
１つ以上の本発明のバルク磁気構成要素は、また有利には誘導デバイスに組み込まれることができ、誘導デバイスは、（ｉ）少なくとも１つの空隙を有する磁気回路を有し、かつ少なくとも１つの低損失のバルク強磁性非晶質金属の磁気構成要素を含む磁気コアと、（ｉｉ）磁気コアの少なくとも一部を囲む少なくとも１つの電気巻線と、（ｉｉｉ）多面体形状部分を形成するために、積み重ねられ、合わせされ、かつ接着剤でともに結合された複数の実質的に同様に成形された平坦な非晶質金属ストリップの層からなる構成要素とを備える。誘導デバイスは、０．３Ｔのピーク誘導レベル「Ｂｍａｘ」に対して５ｋＨｚの励起周波数「ｆ」で動作するとき、約１２Ｗ／ｋｇより小さいコア損失を有する。例えば変圧器、単巻変圧器、飽和可能なリアクトル、または誘導子として作用する様々な回路適用での使用が見出される。構成要素は、様々なスイッチモード回路トポロジーを用いる電力調整電子デバイスの構成において特に有用である。本発明のデバイスは、単相および多相の両方において、および特に三相適用において有用である。
【００３０】
有利には、バルク非晶質金属の磁気構成要素は、仕上げられた誘導デバイスの１つ以上の磁気回路を形成するために容易に組み立てられる。ある態様において、構成要素のかみ合い面は、低い磁気抵抗および比較的方形のＢ−Ｈループを有するデバイスを生成するために密な接触をもたらす。しかしながら、デバイスにかみ合い面間に介挿された空隙を組み込むことによって、磁気抵抗が増大され、デバイスに、多くの誘導子適用において有用な強化されたエネルギー貯蔵能力を与える。空隙は、任意に非磁性スペーサで充填される。
【００３１】
本発明の構成要素の寸法および形状の柔軟性は、設計者が、コア全体と、その中の１つ以上の巻線窓との両方の寸法および構成の選択を含む、誘導構成要素の適切な最適化における幅広い範囲を可能にする。選択的なエッチングは、任意の所望な寸法および形状の構成要素の準備において特に有用である。結果として、デバイスの全体寸法は、必要なコアおよび巻線材料の両方の容積とともに容易に最小化される。コア材料の柔軟なデバイス設計および高い飽和誘導の組み合わせは、小型寸法および高い効率を有する電気回路デバイスの設計において有用である。より低い飽和誘導のコア材料を使用する従来の誘導デバイスに比較して、所定の電力およびエネルギー貯蔵定格の変圧器および誘導子は、一般により小さくかつより有効である。周期的な磁気励起の下のその非常に低いコア損失の結果として、本発明の誘導デバイスは、直流から２００ｋＨｚ以上の範囲の周波数で動作可能である。それは、同一の周波数範囲にわたって動作する従来の珪素鋼の磁気デバイスと比較したとき、改善された性能特徴を示す。これらおよび他の所望の寄与は、本デバイスを、特定化された磁気適用に関して、例えばスイッチモードの回路トポロジーおよび１〜２００ｋＨｚ以上の範囲のスイッチング周波数を用いる電力調整電子回路における変圧器または誘導子として使用に関して容易にカスタマイズさせる。
【００３２】
本発明は、さらに、バルク非晶質金属の磁気構成要素を構成する方法を提供する。方法の実施は、（ｉ）それぞれ実質的に同一の事前決定された形状を有する複数の積層体を形成するために、非晶質金属ストリップ材料を選択的にエッチングするステップと、（ｉｉ）積層体スタックを形成するためにレジストリで積層体を積み重ねるステップと、（ｉｉｉ）積層体スタックを接着剤で接着結合するステップとを含む。方法は、構成要素の磁気特性を改善するための任意の熱処理またはアニーリング、または、絶縁被覆が構成要素の表面に少なくとも一部に付けられる任意の被覆ステップをさらに含むことがある。これらのステップは、様々な順番で、以降に示される技術を含む様々な技術を使用して実行されることができる。例えば、接着結合ステップは、アニーリングステップの前またはアニーリングステップの後で実行されることができる。方法の実施で好ましくは使用される好ましい非晶質金属材料は、本質的に式Ｆｅ８０Ｂ１１Ｓｉ９からなる組成を有する。
【００３３】
任意に、プロセスは、（ｉ）構成要素から過剰な接着剤を取り除くステップと、（ｉｉ）構成要素に適切な表面仕上げを与えるステップと、（ｉｉｉ）構成要素にその最終構成要素寸法を与えるために材料を取り除くステップとの少なくとも１つを達成するために、構成要素を仕上げるステップも含む。プロセスは、また構成要素の磁気特性を改善するために積層体をアニーリングするステップを含むことがある。
【００３４】
有利には、巻き付けの間のストリップを曲げることからの固有の結果である圧縮および引張り応力は、個別に形成された積層体を用いる製造方法に存在しない。積層体の形成の結果として生じる任意の応力は、その周辺でのわずかな領域またはその周辺の近くにだけ制限される傾向がある。任意に、積層体スタックは、次に任意の過剰な接着剤を取り除き、かつそれに適切な表面仕上げおよび最終的な構成要素寸法を与えるために仕上げられる。
【００３５】
本構成要素に関する必要な形状における積層体の形成は、機械的な研削、ダイアモンドワイヤ、水平方向または垂直方向のいずれかで実施される高速ミリング、研磨水ジェットミリング、ワイヤまたはプランジによる放電機械加工、電気化学的な研削、電気化学的な機械加工、スタンピング、レーザ切断、または関連する技術における当業者に知られている他の手段による切断を非排他的に含む、多数の方法で実行されることができる。
【００３６】
本バルク磁気構成要素は、好ましくは選択的エッチングプロセスによる積層体切断を組み込む。一般的に述べて、プロセスは、（ｉ）第１の表面および第２の表面を有する非晶質金属シートを提供するステップと、（ｉｉ）前記事前に選択された形状を画定するパターンで、前記第１の表面上に化学的抵抗性材料を印刷するステップと、（ｉｉｉ）前記第２の表面を保護層で被覆するステップと、（ｉｖ）前記事前に選択された形状の外側の前記第１の表面の領域から選択的に非晶質金属をエッチングするために、前記非晶質金属シートを腐食剤に露出するステップと、（ｖ）前記非晶質金属シートから前記形状を分離するステップとを含む。本選択的なエッチングプロセスは、バルク非晶質金属の磁気構成要素に組み立てるために、個別の非晶質金属片の層を切断するために好ましくは使用されるが、プロセスは、ろう付け充填剤の金属予成形品などの他の適用のための形状を準備するために使用されることもできる。
【００３７】
本選択的なエッチングプロセスは、積層体の寸法および形状を、高価な再設計または精密なダイ設定の再加工を必要とするスタンピングプロセスよりはるかに容易に選択されまたは変更されることを有利に可能にする。さらに、複雑な形状は容易に適応される。
【００３８】
本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な記載、および同様の参照符号がいくつかの図面にわたって同様の要素を示す添付の図面を参照するとき、本発明はより完全に理解され、かつさらなる利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本発明によるバルク非晶質金属の磁気構成要素の構成に使用される非晶質金属の環状片を画定するために、選択的にエッチングされる非晶質金属供給材料の層の平面図である。
【図１Ｂ】本発明によるバルク非晶質金属の磁気構成要素の構成に使用される非晶質金属の環状片を画定するために、選択的にエッチングされる図１Ａに示される非晶質金属供給材料の層のＩＢ-ＩＢレベルで取られた断面図である。
【図２Ａ】本発明によるバルク非晶質金属の磁気構成要素の構成に使用される非晶質金属の環状片を画定するために、選択的にエッチングされる非晶質金属供給材料の層の平面図である。
【図２Ｂ】本発明によるバルク非晶質金属の磁気構成要素の構成に使用される非晶質金属の環状片を画定するために、選択的にエッチングされる図２Ａに示される非晶質金属供給材料の層のＩＩＢ-ＩＩＢレベルで取られた断面図である。
【図３】本発明により構成された三次元矩形状のバルク非晶質金属の磁気構成要素の斜視図である。
【図４Ａ】プリズムの形状を有しかつ本発明により構成されたバルク非晶質金属の磁気構成要素の斜視図である。
【図４Ｂ】対向して配置された弓形表面を有しかつ本発明により構成されたバルク非晶質金属の磁気構成要素の斜視図である。
【図４Ｃ】６個の図４Ａに示されるようなプリズムに成形された構成要素と、６個の図４Ｂに示されるような弓形構成要素とから構成された電気モータのための固定子の上面図である。
【図５Ａ】本発明により構成された電気モータのためのバルク非晶質金属の磁気固定子の斜視図である。
【図５Ｂ】本発明により構成された電気モータのためのバルク非晶質金属の磁気回転子の斜視図である。
【図５Ｃ】図５Ａの固定子および図５Ｂの回転子から構成された電気モータのための固定子および回転子の上面図である。
【図５Ｄ】本発明により構成された表裏が逆の半径方向間隔電気モータのためのバルク非晶質金属の磁気固定子の上面図である。
【図６】それぞれ対向して配置された弓形表面を有する多面体の形状を有し、かつほぼ正円形の環状円筒を形成するように組み立てられた４つの構成要素を備える、バルク非晶質金属の磁気構成要素を検査するためのアセンブリの斜視図である。
【図７Ａ】本発明の誘導デバイスを構成するために使用される間隔を設けたトロイダルコアの形態のバルク磁気構成要素を示す斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示される構成要素に組み込むための非晶質金属ストリップ材料から選択的にエッチングされた積層体を示す平面図である。
【図８】「Ｃ」および「Ｉ」形状を有するバルク非晶質金属の磁気構成要素を使用して組み立てられた「Ｃ−Ｉ」形状を有する本発明の誘導デバイスを示す斜視図である。
【図９】「Ｅ」および「Ｉ」形状を有するバルク非晶質金属の磁気構成要素、および「Ｅ」形状の各脚部に配置された巻線を使用して組み立てられた「Ｅ−Ｉ」形状を有する本発明の誘導デバイスを示す斜視図である。
【図１０】図９に示されるデバイスの一部を示す断面図である。
【図１１】それぞれの構成要素のかみ合い面間の空隙およびスペーサとともに組み立てられた、「Ｅ」および「Ｉ」に成形されたバルク非晶質金属の磁気構成要素を有する、「Ｅ−Ｉ」に成形された本発明の誘導デバイスを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明は、一態様において、非晶質金属リボンまたはシートから、そのようなワークピースなどを組み込む低損失のバルク非晶質金属構成要素へワークピースを切断するためのプロセスに向けられる。構成要素は、次に、高効率の誘導デバイスおよびダイナモエレクトリックモータを含む非常に様々なデバイスの構成に有用である。
【００４１】
本発明により構成されるほぼ多面体に成形されたバルク非晶質金属の構成要素は、矩形および方形プリズムを含むが、これらに限定されない様々な幾何形状を有する。さらに、任意の前述された幾何形状は、少なくとも１つの弓形表面、およびほぼ湾曲されたまたは弓形のバルク非晶質金属の構成要素を形成するために、好ましくは２つの対向して配置された弓形表面を含むことができる。本発明は、また、多面体形状がほぼ円筒形であり、かつほぼ環状の部分から半径方向に内側または外側に延びる複数の歯をさらに備えることができる構成要素を提供する。所定のタイプの電気モータのための完全な固定子および回転子は、有利には本発明によるそのような歯が形成されたバルク非晶質金属の構成要素を用いる。これらの固定子および回転子は、一体の構成を有するか、またはそれらは、完成した構成要素を集合的に形成する複数の片から形成されることができる。代わりに、固定子および／または回転子は、完全に非晶質金属部品からなる複合構造、または他の磁気材料を有する非晶質金属部品の組み合わせであることができる。本発明のバルク磁気構成要素は、好ましくは半径方向磁束変化の電気モータに組み込まれることができる。
【００４２】
本発明は、さらに、本方法により切断された非晶質金属の層で組み立てられた１つ以上のバルク磁気構成要素を組み込む誘導デバイスを提供する。誘導デバイスは、少なくとも１つの空隙を有するが、複数の空隙および複数の磁気回路を有するより複雑な形状を含むこともでき、回路の磁気抵抗は、選択されたコア構成における空隙を変化させることによって調整可能である。
【００４３】
図面の図１Ａ〜１Ｂに参照すると、非晶質金属材料の切断形状を作るための本発明の選択的エッチングプロセスの１つの実施が示される。拡張されたリボン３５０の形態の非晶質金属供給材料は、自由側面３５１を有する。化学的抵抗材料３５８が、環形３５２を画定するパターンでリボンの反対側面３５３に付けられる。抵抗材料３５８は、狭い同心の外側環状境界領域３５４および内側環状境界領域３５６を除いて表面３５３にほぼ付けられる。自由側面３５１は、保護層によって覆われ、リボンは、次に必要な時間に腐食剤に晒される。一実施形態において、保護層は、側面３５３の形状を画定するために使用される同一の化学的抵抗材料からなる。代わりに、自由側面３５１は、腐食剤によって著しく腐食されない材料からなるキャリア層（図示せず）にかみ合わされる。キャリアストリップは、好ましくは、ステンレス鋼、インコネル、チタン、タンタル、またはアルミニウムなどのニッケルベースの合金、などの腐食抵抗金属、あるいはポリマー材料からなる。好ましくは、接着剤は、非晶質金属ストリップに対してキャリアストリップを弱く接着するために使用される。キャリアストリップは、磁気または静電力によって付着されることもできる。いくつかの実施形態において、キャリアストリップは、少なくともいくつかの必要な製造ステップを達成するための装置によって、半連続または連続するリールからリールへのプロセスでリボンを輸送するために使用される。好ましくは、キャリアストリップは、いくつかの実施において再使用される。保護層は、実質的に自由側面３５１を腐食から保護するが、材料３５８によって保護されていない側面３５３上の非晶質金属は、化学的に腐食され、任意にリボン３５０の厚みを完全には貫通しない領域３５４および３５６に溝を形成する。溝は、環形３５２がリボン３５０のウエブの残りから容易に分離されることを可能にするようにリボンを弱める。いくつかの実施形態において、腐食剤に対するより長い露出は、溝を完全に腐食し、環形３５２に完全に分離する。短すぎる露出は、妥当な力で分離を可能にするようにリボンを十分には弱めない。
【００４４】
本発明の選択的なエッチングプロセスの関連する実施は、図２Ａ〜２Ｂに示される。この実施において、外側境界領域３５４’は、完全な３６０°よりわずかに小さく範囲を定める円弧である。化学的抵抗材料３５８は、円の残りを覆う。結果として、エッチングプロセスは、エッチング剤に対するリボン３５０の露出時間が、リボン厚みを通じて領域３５４’および３５６’における溝を完全に腐食かつ貫通するのに十分であってもなくても、小さなタブ３６１を残し、このタブ３６１によって、環形３５２’は、エッチング後のリボンウエブに取り付けられたままである。他の実施形態において、複数のそのようなタブは、ワークピースの周囲に設けられることができる。
【００４５】
好ましくは、図１〜２に示される方法は、非晶質金属のストリップ供給材料の長さに沿って規則的な間隔で配置された環形３５２などの一連の部品を形成するために繰り返し実行される。選択的なエッチングの後で、部品は、供給材料に取り付けられたままであり、かつさらに処理されることができる。より好ましくは、供給材料は、それに取り付けられた多数のエッチングされた部品を有するリボンの延ばされた長さを支持するスプール上に、エッチング後に巻かれる。任意に、キャリア層は、リボンに取り付けられたままであるが、キャリアは、エッチング動作の後であるが材料が再びスプールされる前に取り除かれることもできる。さらに、図１〜図２のプロセスなどのプロセスは、半連続または連続するリールからリールへのプロセスで容易に実施されることができる。図１〜２の実施形態で示される部品は、比較的簡単な形状の環形を有する例示的な目的のために選択されるが、本プロセスは、より複雑な形状を製造するように容易に構成される。有利には、プロセスは、準備の費用を伴いかつ従来のスタンピングに必要な複雑なダイパンチセットを維持することなく、多数の歯が付けられたモータ積層体などの複数の特徴を有する形状を形成するために使用されることができる。結果として、本プロセスは、そのような部品の迅速な試作、または効率的な大量生産に特に適している。
【００４６】
多数のプロセスが、エッチング操作の準備において本ワークピースの事前に選択された形状を画定するために、１つのリボン表面の一部に化学的抵抗材料を付けるために適している。好ましくは、所望の形状に対応する供給材料表面のいくつかの領域は、保護材料で被覆され、一方、所望の形状の外側のこれら領域は、被覆されないままである。化学的抵抗材料は、被覆された領域をエッチング剤による腐食から保護し、一方保護されない領域は腐食される。
【００４７】
印刷プロセスが、化学的抵抗材料を付けるために好ましい。印刷は、供給材料の表面に事前に選択された抵抗材料のパターンの複数の複製を迅速に付ける任意のプロセスを意味する。リソグラフィ、レリーフ、グラビア、およびスクリーン印刷方法を含む多くの知られている印刷プロセスは、本発明の実施に適している。さらに、ゼログラフィおよびインクジェット付着方法は適している。これらのプロセスの多くにおいて、付着は、連続的に供給された供給材料で行われることができ、供給材料の部分が、連続して所定の位置に置かれ、かつ領域を覆う抵抗材料を付着するために停止されるインデックスが付けられた運動の必要性を取り除く。必要なインデックスが付けられた運動は、材料の開始および停止、プロセスの複雑な自動化、ならびに手動の操作者の介在を必要とする頻繁な供給誤差、破断、および他の事故を導くことを伴う。金属ストリップ材料の従来の両側フォトエッチングプロセスは、一般に、そのようなインデックス付け処置も必要とする。
【００４８】
前述の片側の選択的なエッチングプロセスは、金属ストリップ材料に適する以前のフォトリソグラフィエッチング方法に対する著しい利点を与える。以前のリソグラフィエッチング方法は、一般に、供給材料の両側でレジストリに形成されるパターンを必要とし、特に、寸法の要件はあまり厳しくなく、例えばストリップの両側上のフォトリソグラフィマスクの十分に正確なレジストレーションを条件として、約１μｍ以内への制御はあまり厳しくない部品を製造する。しかしながら、磁気構成要素で使用される多くの部品は、１０μｍほどの高い公差が許容可能であるそのような密な寸法制御を必要としない。結果として、片側に成形された保護層および形成するプロセスの残りの付着は、リボン供給原料の反対側のエッチングパターンを正確に位置合わせする必要なく、より効率的にかつ迅速に実行されることができ、それによって、個々の部品の製造の複雑性および価格を低減する。
【００４９】
本発明の個々の部品は、腐食剤にパターン形成された抵抗剤を支承する供給材料の一方の側面を露出することによって選択的にエッチングされ、腐食剤は、ガス状であることができるが、所望のエッチングの深さを達成するために十分な時間に対して、強酸などの好ましくは液体である。いくつかの実施形態において、露出は、所望の部品が供給材料ウエブの残りから切断されるように、供給材料の完全な深さに対するワークピース間の境界領域における材料および残りのウエブを取り除くために、エッチングに対する十分な時間に連続する。他の実施形態において、エッチング剤が、完全な深さを貫通しないが、所望の部品と残りのウエブとの間の境界を画定する弱められた部分を残すように、露出がより短い持続期間である。任意に、化学的抵抗材料は、エッチングステップが完了した後、リボン表面から取り除かれる。適切な溶剤への材料の溶解、分解、または機械的なこすり、摩滅などを含む様々な技術が使用されることができる。
【００５０】
有利には、図１〜図２に示されるプロセスの実施形態は、バルク磁気構成要素における選択的にエッチングされた部品の以降の取り扱いおよび組み込みを容易にする。好ましくは、関心のワークピース間の境界および非晶質金属リボン供給材料の残るウエブは、ワークピースが製造プロセスの所望の段階で容易に分離されることを可能にするように、エッチング操作によって十分に弱められる。前述の議論のように、エッチングは、境界領域における厚みの実質的な部分の取り除き、好ましくは少なくとも約５０％、より好ましくは少なくとも約８０％の取り除きを伴うことがある。代わりに、周辺境界層のいくつかの部分は、実質的に完全に貫通されることができるが、他の部分は貫通されず、それによってワークピースは、わずかな数のタブ、例えば図２Ａ〜２Ｂに示される１つのタブほど少ないタブによって、リボンウエブに取り付けられたままである。任意のこれらのアプローチにおいて、機械的操作、例えば手動の分離、または単純な手動あるいは自動化されたスタンピング操作は、その後、バルク構成要素に組み立てるために必要な数のワークピースを取り除きかつ収集するために使用されることができる。そのようなスタンピング操作は、任意の所定の弱められた領域なしにワークピースを正確に切断しなければならない従来のスタンピング技術より、はるかに容易にかつ少ない操作を要求する。連続して、供給リールからリボン供給材料の供給、ワークピースおよびウエブの前述された選択的なエッチング、ワークピースを分離しかつ個々のワークピースの蓄積するためのスタンピングステップ、および巻き取りリールに残るウエブの収集を含む自動化されたインラインプロセスは、好ましい。なぜなら、それらは、効率的で価格に有効な製造を与えるからである。
【００５１】
前述のプロセスは、有利に、全体的に多面体に成形されたバルク非晶質金属のモータ構成要素に組み込むための非晶質金属の積層体層を製造するために使用される。本明細書で使用されるとき、多面体という用語は、複数面または複数側面の固体を参照する。これは、三次元の矩形、方形、台形、およびプリズムを含むが、これらに限定されない。さらに、前述の任意の幾何形状は、全体的に弓形に成形された構成要素を形成するために互いに対向して配置された、少なくとも１つ、好ましくは２つの弓形表面または側面を含むことができる。本発明の構成要素は、全体的に円筒形形状を有することもできる。図３に示された磁気構成要素１０は、ともに積層されかつアニーリングされた複数の実質的に類似する形状に形成された非晶質金属ストリップ材料２０の層からなる。本発明により構成されかつピーク誘導レベル「Ｂｍａｘ」に対して励起周波数「ｆ」で励起される三次元磁気構成要素１０は、約「Ｌ」より低い室温でのコア損失を有し、ここで、Ｌは、式Ｌ＝０．００５ｆ（Ｂｍａｘ）１．５＋０．００００１２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）１．６で与えられ、コア損失、励起周波数、およびピーク誘導レベルは、キログラム当たりのワット、ヘルツ、およびテスラでそれぞれ測定される。特定の好ましい実施形態において、磁気構成要素は、（ｉ）ほぼ４００Ｈｚの周波数およびほぼ１．３テスラ（Ｔ）の磁束密度で動作するとき、非晶質金属材料のキログラム当たりのほぼ２．８ワット以下のコア損失、（ｉｉ）ほぼ８００Ｈｚの周波数およびほぼ１．３Ｔの磁束密度で動作するとき、非晶質金属材料のキログラム当たりのほぼ５．７ワット以下のコア損失、または（ｉｉｉ）ほぼ２，０００Ｈｚの周波数およびほぼ１．０Ｔの磁束密度で動作するとき、非晶質金属材料のキログラム当たりほぼ９．５ワット以下のコア損失を有する。
【００５２】
本発明の構成要素は、有利には、構成要素または任意のそれらの部分が、その内に構成された非晶質金属片の実質的に平面内の任意の方向に沿って磁気的に励起されたときに低いコア損失を示す。次に、本発明の構成要素の低減されたコア損失は、それを含むモータまたは誘導デバイスの効率を改善する。コア損失の低い値は、本発明のバルク磁気構成要素を、高い磁極数または高い回転速度が、高周波数の磁気励起、例えば約１００ｋＨｚでの励起に必要であるモータでの使用に特に適させる。高い周波数で従来の鋼の固有の高いコア損失は、一般に、高い周波数励起を必要とするモータでの使用にそれらを適さなくする。これらのコア損失性能値は、バルク非晶質の金属構成要素の特定の幾何形状に関わらず、本発明の様々な実施形態に適用される。
【００５３】
図４Ａに示される磁気構成要素１００は、全体的にプリズム形状であり、好ましくは５つの側面１１０または表面を含む。六角形に成形された多面体構成要素１００は、それぞれ実質的に同一の寸法および形状である複数の非晶質金属ストリップ材料２０の層からなる。ストリップ材料２０は、積み重ねられ、ともに積層され、次にアニーリングされる。
【００５４】
図４Ｂに示される磁気構成要素２００は、少なくとも１つ、好ましくは２つの反対側に配置された弓形表面２１０を含む。弓形に成形された構成要素２００は、複数の非晶質金属ストリップ材料２０の層からなり、これらの層は、それぞれ実質的に同一の寸法および形状であり、かつ積み重ねられ、ともに積層され、次にアニーリングされる。
【００５５】
図４Ｃに示されるバルク非晶質金属の磁気構成要素３００は、径方向間隔の電気モータのための固定子として使用されることができ、６片の磁気構成要素１００と６片の磁気構成要素２００からなる。
【００５６】
図５Ａに示されるバルク非晶質金属の磁気構成要素４００は、全体的に円形であり、円形構成要素４００の中心に向かって内側に半径方向に延びる、複数の全体的に矩形の歯４１０を含む。構成要素４００は、複数の非晶質金属ストリップ材料２０の層からなり、これらの層は、それぞれ実質的に同一の寸法および形状であり、かつ積み重ねられ、ともに積層され、次にアニーリングされる。図５Ａの実施形態により構成されたバルク非晶質金属の構成要素は、径方向空隙の電気モータにおける固定子として使用されることができる。
【００５７】
図５Ｂに示されるバルク非晶質金属の磁気構成要素５００は、全体的に円板に成形され、半径方向に外側に延びる複数の全体的に矩形の歯５１０を含む。構成要素５００は、複数の非晶質金属ストリップ材料２０の層からなり、これらの層は、それぞれ実質的に同一の寸法および形状であり、かつ積み重ねられ、ともに積層され、アニーリングされる。図５Ｂの実施形態により構成されたバルク非晶質金属の構成要素は、半径方向空隙の電気モータにおける固定子として使用されることができる。
【００５８】
次に図５Ｃを参照し、固定子４００および回転子５００は、本発明によるバルク非晶質金属の構成要素として構成され、かつ高効率の径方向空隙の電気モータ６００の一部として使用される。モータは、モータ技術の当業者によって認識されるように、巻線と、固定子４００と位置合わせされた回転子５００を回転可能に支持する軸受けとをさらに備える。
【００５９】
図５Ｄに示されるバルク非晶質の構成要素８００は、高効率の表裏が逆の半径方向空隙の電気モータにおける固定子として使用されることができる。構成要素８００は、形状が実質的に同一である複数の積層体２０を備える。各積層体２０は、全体的に環状の寸法および形状を有する中央部分８１０と、中央部分８１０から半径方向外側に延びる複数の歯部分８２０とを含む。歯部分８２０は、しばしば単に歯と呼ばれる。積層体２０は、選択的エッチング方法が好ましい、任意の適切なプロセスによって必要な形状に切断される。切断された積層体は、構成要素８００を形成するように、次にレジストリで積み重ねられかつ接着含浸によってともに結合される。含浸は、積層体間に接着剤を分散しかつ浸透するように作用し、各積層体の表面に少なくとも一部は、接着剤で覆われる。電気モータの固定子としての構成要素８００の動作は、中央部分８１０は、バックアイアン、すなわち歯８２０を通って固定子に入りかつ出る磁束線のための磁束帰路として機能する。各歯８２０は、外側、すなわち構成要素８００の周囲外周で末端に向かって広がる部分８３０を有することができる。中央部分８１０に近接する各歯８２０の部分８４０は、しばしば歯の根元部と呼ばれる。巻きスロット８５０は、各隣接する歯８２０の対間の間隔によって形成される。構成要素８００が、モータに使用される固定子として構成されるとき、電気巻線（図示せず）は、その歯を除いて巻きスロット８５０を通過する各歯８２０を囲む。モータ動作の間に、巻線は、起磁力を提供するために電流によってエネルギー供給される。個別の歯の巻線は、モータ技術において知られている様々な方法で相互接続されかつ電気的にエネルギーを供給される。
【００６０】
本発明は、低損失バルク構成要素を構成する方法を提供する。一態様において、必要な形状の個別の積層体は、非晶質金属ストリップから準備され、その後、三次元積層体の積み重ねを形成するために積み重ねられ、結合される。積層体は、任意の適切な方法で切断されることができるが、選択的エッチングが好ましい。結合は、好ましくは、互いに積層体を接着するための接着剤塗布および活性化手段を備え、それによって、積層体の積み重ねに、仕上げられたデバイスにおいて取り扱われかつ作動されるべき構成要素に関して十分な機械的および構造的な一貫性を与える。任意に、構成要素は、（ｉ）過剰な接着剤を取り除くステップと、（ｉｉ）構成要素に適切な表面仕上げを与えるステップと、（ｉｉｉ）材料を取り除き、それによって積み重ねが、その最終的な構成要素寸法を与えられるステップとの少なくとも１つを達成するために仕上げられる。方法は、構成要素の磁気特性を改善するために任意のアニーリングステップをさらに含む。方法のステップは、本明細書に示される技術および当業者には明らかな他の技術を含む様々な技術を使用して、様々な順番で実行されることができる。
【００６１】
ばりまたは他の縁部欠陥を生成しない積層体を形成する方法は、特に好ましい。より詳細に、積層体の平面から突出するこれらおよび他の欠陥は、所定の条件の下であるプロセスにおいて形成される。欠陥は、しばしば層間の短絡を作り、次に有害に構成要素の鉄損を増大する。
【００６２】
有利には、部品の選択的エッチングは、一般に、そのような縁部欠陥の発生を多いに最小化しかつ取り除くことが見出される。一般に、選択的にエッチングされた部品は、縁部のすぐ近くの部品の厚みのテーパ形状の丸められた縁部を示し、それによって、そのような部品の積層体の積み重ねにおける前述の層間の短絡の可能性を低減する。さらに、そのような積み重ねへの接着剤の含浸は、テーパ形状にされた縁部の近くで運ぶ毛管作用の強化によって容易にされる。各積層体を通る１つ以上の孔を設けることにより、含浸の効率をさらに改善することができる。個々の積層体がレジストリで積み重ねられるとき、孔は、含浸剤が容易に流れることができるチャネルを形成するために位置合わせされることができ、それによって各積層体が、隣接する積層体とかみ合わされる表面の少なくとも実質的な領域に覆うより良好な含浸剤の分散を確実にする。表面チャネルおよびスロットなどの他の構造は、各積層体に組み込まれることもでき、含浸剤流れ強化手段として作用することもできる。前述の孔および流れ強化手段は、フォトエッチングされた積層体に容易にかつ効果的に作られる。さらに、様々なスペーサが、流れ強化を促進するように積層体の積み重ねに挿入されることができる。
【００６３】
多くの場合にリボンウエブから個々のワークピースを取り除くためにスタンピング操作などを用いる実施形態は、非晶質金属の機械特性を有利に変更するスタンピング前に、ストリップ材料の任意の穏やかな熱処理から利益を得る。特に、熱処理は、非晶質金属の延性をいくらか低減し、それによってスタンピングプロセス間の破断の前に非晶質金属における機械的変形の量、したがって必要な機械的なダイの力を制限する。非晶質金属の低減された延性は、非晶質金属の変形によるパンチおよびダイ材料の直接の摩損および磨耗も低減する。
【００６４】
接着剤手段は、非晶質金属ストリップ材料の複数の片または積層体を互いに適切なレジストリで接着するために、本発明の実施において使用され、それによってバルクの三次元対象物を提供する。この結合は、本発明の構成物がより大きな構造に取り扱われおよび使用されまたは組み込まれることを可能にする十分な構造の一貫性を与える。エポキシ、ワニス、嫌気性の接着剤、シアノアクリレート、および室温硬化（ＲＴＶ）シリコン材料からなる接着剤を含む様々な接着剤が、適切であり得る。接着剤は、低い粘性、低い収縮、低い弾性率、高い剥離強度、高い動作温度性能、および高い誘電強度を有することが望ましい。接着剤は、互いに隣接する積層体の適切な結合を実行するために十分に、各積層体の表面領域の任意の一部を覆うことができ、それによって仕上げられた構成要素の機械的な一貫性を与えるために十分な強度を与える。接着剤は、実質的に全ての表面領域まで覆うことができる。エポキシは、その硬化が、化学的に活性化される複数成分である、またはその硬化が、熱によってあるいは紫外線放射への露光によって活性化される単成分であることができる。好ましくは、接着剤は、１０００ｃｐｓより低い粘性、および金属の熱膨張率にほぼ等しい熱膨張率すなわち約１０ｐｐｍを有する。１つの好ましい接着剤は、Ｐ．Ｄ．Ｇｅｏｒｇｅ  Ｃｏ．によって商標Ｅｐｏｘｙｌｉｔｅ８８９９の下で販売されている熱により活性化されるエポキシである。本発明のデバイスは、その粘性を低減しかつリボンの層間のその含浸を強化するために、アセトンを用いて体積で１：５に希釈されたこのエポキシで含浸することによって好ましくは結合される。好ましいことが見出された他の接着剤は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｔａｒｃｈ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙによって商標Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ９１０ＦＳの下で販売されるメチルシアノアクリレートである。本発明のデバイスは、好ましくはこの接着剤を塗布することによって結合され、それは、毛管作用によってリボンの層間に含浸する。Ｐｅｒｍａｂｏｎｄ９１０ＦＳは、５秒間、湿気の存在で、室温で硬化する単成分の低粘性液体である。
【００６５】
接着剤の塗布の適切な方法は、浸漬、噴霧、ブラシング、および静電付着を含む。ストリップまたはリボン形態において、非晶質金属は、非晶質金属に接着剤を転写するロッドまたはローラにそれを通過することによって被覆されることもできる。グラビアまたはワイヤが巻かれたローラなどの組織化された表面を有するローラまたはロッドは、非晶質金属に均一な接着剤の被覆の転写に特に有効である。接着剤は、切断後または切断前にストリップ材料に、または切断後の個々の積層体に、同時に非晶質金属の個々の層に塗布されることができる。代わりに、接着剤手段は、積層体が積重ね後で、集合的に積層体に塗布されることができる。好ましくは、積み重ねは、積層体間で接着剤の毛管流れによって含浸される。含浸ステップは、周囲温度および圧力で実行されることができる。代わりに好ましくは、積み重ねは、真空にまたはより完全な充填を行うための静水圧の下に配置されることができ、まだ追加される接着剤の総量を最小化し、したがって高い積み重ね率を確実にする。エポキシまたはシアノアクリレートなどの低粘性の接着剤は、好ましく使用される。穏やかな加熱は、接着剤の粘性を低減するために使用されることもでき、それによって積層体層間のその含浸を強化する。接着剤は、その結合を促進するために必要に応じて活性化される。接着剤は、任意の必要な活性化および硬化を受けた後、構成要素は、任意の過剰な接着剤を取り除き、かつ適切な表面仕上げおよび最終的に必要な構成要素寸法を構成要素に与えるために仕上げられることができる。少なくとも約１７５℃の温度で実行されるなら、接着剤の活性化または硬化は、以降により詳細に議論されるように磁気特性に影響を及ぼすように作用することもできる。
【００６６】
本発明の構成要素の仕上げは、さらにその外側表面の少なくとも一部に外側被覆を塗布することをさらに含むことができる。適切な被覆は、塗料、ラッカー、ワニス、または樹脂を含む。被覆は、噴霧、および浴または流動化された床への浸漬を含む様々な方法によって塗布されることができる。溶剤キャリアとともに、または溶剤キャリアなしの簡単な噴霧技術は、使用されることができる。代わりに、静電または電気泳動付着技術が適している。必要であれば、仕上げ操作は、任意の過剰な被覆の取り除きを含むこともできる。そのようなプロセスは、過剰な材料が、相互に回転する部品間の狭い間隔の領域に存在することがあるモータ構成要素に特に有用である。外側被覆は、有利に構成要素上の電気巻線の絶縁を、鋭い金属縁部での磨耗から保護し、かつ構成要素から剥がれ永久磁石に当たり、そうでなければモータまたは他の近くの構造に不適切に溜まる傾向がある、任意の薄片または他の材料を捕らえるように作用する。
【００６７】
本明細書に開示される方法での構造は、電気モータ固定子および回転子、ならびに回転しない誘導デバイスなどの磁気構成要素に非常に適している。磁気構成要素製造は単純化され、製造時間は低減される。バルク非晶質金属の構成要素の構成に間にそうでなければ受ける応力は最小化される。仕上げられた構成要素の磁気性能は最適化される。本明細書に記載される様々なプロセスステップは、列挙された順番で実行され、または当業者には明らかである他の順番で実行されることができる。
【００６８】
本発明のバルク非晶質金属の磁気構成要素は、多数の非晶質金属合金を使用して製造されることができる。一般的に、本発明の構成要素の構成に使用するのに適した合金は、下付きが原子パーセントである式Ｍ７０−８５Ｙ５−２０Ｚ０−２０によって規定され、ここで、「Ｍ」は、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏの少なくとも１つであり、「Ｙ」は、Ｂ、Ｃ、およびＰの少なくとも１つであり、かつ「Ｚ」は、Ｓｉ、Ａｌ、およびＧｅの少なくとも１つであり、（ｉ）構成要素「Ｍ」の１０原子パーセントまでが、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、およびＷの少なくとも１つの金属種で置き換えられることができ、および（ｉｉ）構成要素「Ｙ＋Ｚ」の１０原子パーセントまでが、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、およびＰｂの少なくとも１つの非金属種で置き換えられることができることを条件にする。本明細書で使用される用語「非晶質金属合金」は、実質的に任意の長距離秩序を欠如し、かつ液体または非有機酸化物ガラスに見られるＸ線回折強度最大値に質的に類似する、Ｘ線回折強度最大値によって特徴付けられる金属合金を意味する。
【００６９】
本発明の実行における供給材料として適切な非晶質金属合金は、全体的に、幅が最大２０ｃｍ以上、および厚みが約２０〜２５μｍの連続する薄いストリップまたはリボンの形態で市販で入手可能である。これら合金は、実質的に完全なガラス状の微細構造（例えば、非結晶構造を有する材料の少なくとも約８０％の体積）で形成される。好ましくは、合金は、非結晶構造を有する材料の本質的に１００％で形成される。非結晶構造の体積割合は、Ｘ線、中性子、電子回折、透過電子顕微鏡、または回折走査熱量計などの当技術で知られている方法によって決定されることができる。低い価格での最も高い誘導値は、「Ｍ」、「Ｙ」、および「Ｚ」が、それぞれ主に少なくとも鉄、ボロン、およびシリコンである合金で達成される。したがって、合金は、ＢおよびＳｉの全含有量が少なくとも１５原子パーセントであることを条件として、少なくとも７０原子パーセントのＦｅ、少なくとも５原子パーセントのＢ、および少なくとも１５原子パーセントのＳｉを含むことが好ましい。鉄ボロンシリコン合金からなる非晶質金属ストリップも好ましい。本質的に約１１原子パーセントのボロンおよび約９原子パーセントのシリコンからなり、平衡は鉄と付随的な不純物である組成を有する非晶質金属ストリップが、最も好ましい。約１．５６Ｔの飽和誘導および約１３７μΩｃｍの抵抗率を有するこのストリップは、登録設計ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標）合金２６０５ＳＡ−１の下でＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．によって販売される。他の適切な非晶質金属ストリップは、本質的に約１３．５原子パーセントのボロン、約４．５原子パーセントのシリコン、および約２原子パーセントの炭素からなり、平衡は鉄と付随的な不純物である組成を有する。約１．５９Ｔの飽和誘導および約１３７μΩｃｍの抵抗率を有するこのストリップは、登録設計ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標）合金２６０５ＳＣの下でＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．によって販売される。より高い飽和誘導が所望である適用に関しては、約１８原子パーセントのＣｏ、約１６原子パーセントのボロン、および約１原子パーセントのシリコンからなり、平衡は鉄と付随的な不純物である組成を有するストリップが適している。そのようなストリップは、登録設計ＭＥＴＧＬＡＳ（登録商標）合金２６０５ＣＯの下でＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｃ．によって販売される。しかしながら、この材料で構成される構成要素の損失は、ＭＥＴＧＬＡＳ  ２６０５ＳＡ−１を使用する構成要素よりわずかに高い傾向がある。
【００７０】
当技術で知られているように、強磁性材料は、その飽和誘導または等価物によって、その飽和磁束密度または磁化によって特徴付けられることができる。本発明での使用に適する合金は、好ましくは、少なくとも約１．２テスラ（Ｔ）の飽和誘導、より好ましくは少なくとも約１．５Ｔの飽和誘導を有する。合金は、また高い電気抵抗率、好ましくは少なくとも約１００μΩｃｍ、および最も好ましくは少なくとも約１３０μΩｃｍの電気抵抗率を有する。
【００７１】
構成要素での使用に指定された非晶質金属ストリップの機械および磁気特性は、一般的に、ストリップの実質的に完全なガラス状の微細構造を変更することなく必要な強化を提供するために十分に、時間に関してある温度で熱処理によって強化されることができる。熱処理は、加熱部分、任意の浸透部分、および冷却部分を含む。磁界は、熱処理の少なくとも冷却部分の間など少なくともある部分の間に、ストリップに任意に加えられることができる。所定の磁気構成要素の操作の間に、磁束が好ましくは実質的に沿って位置する方向への磁界の印加は、いくつかの場合において、さらに構成要素の磁気特性を改善しかつそのコア損失を低減することができる。任意に、熱処理は、１つ以上のそのような熱サイクルを含む。さらに、１つ以上の熱処理サイクルは、構成要素製造の異なる段階で実行されることができる。例えば、別々の積層体が処理されることができ、または積層体積み重ねは、接着剤結合の前または接着剤結合の後のいずれかで熱処理されることができる。好ましくは、熱処理は結合前に実行される、なぜなら、多くの他の引き付ける接着剤は、必要な熱処理温度に耐えないからである。
【００７２】
非晶質金属の熱処理は、結果として金属が必要な熱プロファイルを受ける任意の加熱手段を用いることができる。適切な加熱手段は、赤外線熱源、オーブン、流動化された床、上昇された温度に維持された熱シンクとの熱接触、ストリップを通る電流の通過により実行される抵抗加熱、および誘導（ＲＦ）加熱を含む。加熱手段の選択は、上記で列挙された必要な処理ステップの順番に応じることがある。
【００７３】
構成要素での使用に適切な所定の非晶質合金の磁気特性は、ナノ結晶微細構造を形成するために、合金を熱処理することによって著しく改善されることができる。この微細構造は、約１００ｎｍより小さい、好ましくは５０ｎｍより小さい、より好ましくは１０〜２０ｎｍより小さい平均寸法を有する、高い密度の粒子の存在によって特徴付けられる。粒子は、好ましくは鉄ベースの合金の体積の少なくとも５０％を占める。これら好ましい材料は、低いコア損失および低い磁歪を有する。低い磁歪の特性は、また、材料を、モータまたは誘導デバイスの製造および／または操作の結果として生じる応力による磁気特性の劣化により被りにくくする。所定の合金におけるナノ結晶構造を製造するために必要な熱処理は、その内に実質的に完全なガラス状の微細構造を保存するように設計された熱処理に必要なより長い時間に関して、より高い温度で実行されなければならない。本明細書で使用される用語の非晶質金属および非晶質合金は、さらに、初期的に実質的に完全にガラス状の微細構造で形成され、その後ナノ結晶微細構造を有する材料に、熱処理または他のプロセス処理によって変換される材料を含む。ナノ結晶微細構造を形成するために熱処理されることができる非晶質合金は、しばしば単にナノ結晶合金とも呼ばれる。本方法は、ナノ結晶合金を、仕上げられたバルク磁気構成要素の必要な幾何形状に形成されることを可能にする。そのような形成は、有利に達成され、一方、合金が、一般的に合金をより脆くかつ取り扱いをより困難にするナノ結晶構造を形成するために熱処理される前に、合金は、まだ鋳造され延性の実質的に非結晶形態にある。
【００７４】
その内のナノ結晶微細構造の形成により著しく強化された磁気特性を有する合金の２つの好ましい分類は、下付きが原子パーセントである以下の式によって与えられる。
【００７５】
ナノ結晶合金の第１の好ましい分類は、Ｆｅ１００−ｕ−ｘ−ｙ−ｚ―ｗＲｕＴｘＱｙＢｚＳｉｗであり、ここで、Ｒは、ＮｉおよびＣｏの少なくとも１つであり、Ｔは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、およびＷの少なくとも１つであり、Ｑは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、およびＰｔの少なくとも１つであり、ｕは、０から約１０の範囲であり、ｘは、約３から１２の範囲であり、ｙは、０から約４の範囲であり、ｚは、約５から１２の範囲であり、かつｗは、０から約８未満の範囲である。この合金が、その内にナノ結晶微細構造を形成するように熱処理された後、それは、高い飽和誘導（例えば、約１．５Ｔ）、低いコア損失、および低い飽和磁歪（例えば、少なくとも４×１０−６より小さい絶対値を有する磁歪）を有する。そのような合金は、必要な電力定格に関する最小寸法のデバイスが要求される適用に関して特に好ましい。
【００７６】
ナノ結晶合金の第２の好ましい分類は、Ｆｅ１００−ｕ−ｘ−ｙ−ｚ―ｗＲｕＴｘＱｙＢｚＳｉｗであり、ここで、Ｒは、ＮｉおよびＣｏの少なくとも１つであり、Ｔは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、およびＷの少なくとも１つであり、Ｑは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、およびＰｔの少なくとも１つであり、ｕは、０から約１０の範囲であり、ｘは、約１から５の範囲であり、ｙは、０から約３の範囲であり、ｚは、約５から１２の範囲であり、かつｗは、約８から１８の範囲である。この合金が、その内にナノ結晶微細構造を形成するように熱処理された後、それは、少なくとも約１．０Ｔの飽和誘導、特定の低いコア損失、および低い飽和磁歪（例えば、少なくとも４×１０−６より小さい絶対値を有する磁歪）を有する。そのような合金は、非常に高速のモータ、または高い周波数の誘導子または変圧器など、高い励起周波数（例えば、１０００Ｈｚ以上）で動作することが必要な構成要素での使用に特に好ましい。
【００７７】
バルク非晶質の磁気構成要素は、他の鉄ベースの磁性金属から作られた構成要素よりより効率的に磁化しかつ減磁される。動作において、バルク非晶質の磁気構成要素は、２つの構成要素が、同一の誘導および周波数で磁化されたとき、他の鉄ベースの磁性金属から作られた匹敵する構成要素よりわずかな熱を生成する。したがって、バルク非晶質の金属構成要素を使用する電気モータは、（ｉ）より低い動作温度で、（ｉｉ）低減された寸法および重量を達成するためのより高い誘導で、または（ｉｉｉ）他の鉄ベースの磁性金属から作られた構成要素を使用する電気モータに比較したとき、低減された寸法および重量を達成するために、またはより優れた運動制御を達成するためにより高い周波数で動作するように設計されることができる。
【００７８】
本発明のバルク非晶質の金属構成要素を組み込むモータは、高い磁極数で設計されることができることはさらに有利である。モータの回転速度は、電気励起周波数および磁極数の比に比例する。本明細書に開示される低コア損失の構成要素の使用は、それらのより高いコア損失を仮定すれば、他の知られている柔磁性材料を使用する従来のモータで可能であるより非常に高い周波数での電気励起を可能にする。結果として、設計者に、所定の速度に関する磁極数および励起周波数の選択におけるより大きな自由度を与える。最高速度で許容可能なコア損失で動作するが、励起周波数（したがって回転速度）の広い範囲にわたって許容可能な電力およびトルク性能も保持する高い磁極数のモータが、選択されることができる。いくつかの適用において、この柔軟性は、負荷が、その付随する複雑性、サービスの必要性、および効率の劣化を有するギアボックスの必要性なしに、直接駆動されることができることを意味する。
【００７９】
従来技術で知られているように、コア損失は、その磁化として強磁性材料内に生じるエネルギー散逸が、時間とともに変化する。所定の磁気構成要素のコア損失は、一般的に構成要素を周期的に励起することによって決定される。時間で変化する磁界が、構成要素に印加され、その磁気要素内に、磁気誘導または磁束密度の対応する時間変化を作る。測定の標準化のために、磁気誘導が、サンプルにおいて均一であり、周波数「ｆ」で時間とともに正弦的にかつピーク強度Ｂｍａｘを有して変化するように、励起は、一般に選択される。コア損失は、次に、知られている電気測定機器および技術によって決定される。損失は、従来、励起される磁気材料の単位質量または体積当たりのワットとして報告される。損失は、単調にｆおよびＢｍａｘとともに増大することは、当技術において知られている。モータの構成要素において使用される軟磁性材料のコア損失を検査するための最も標準的なプロトコル（ＡＳＴＭ標準Ａ９１２−９３およびＡ９２７（Ａ９２７Ｍ−９４））は、実質的に閉磁気回路に配置されるそのような材料の試料、すなわち閉磁束線が、試料の容積内に完全に含まれる構成を必要とする。他方、回転子または固定子などのモータ構成要素において用いられる磁気材料は、磁気的な開回路に配置され、すなわち磁束線が空隙を横切らなければならない構成である。縁磁界効果および磁界の不均一性のために、開回路において試験される所定の材料は、一般的により高いコア損失、すなわち閉回路測定で有するより高い質量または体積当たりのワットの値を示す。本発明のバルク磁気構成要素は、有利には、開回路構成においてでも幅広い範囲の磁束密度および周波数にわたる低いコア損失を示す。
【００８０】
任意の理論に結び付けられることなく、本発明の低損失バルク非晶質金属の構成要素の全体的なコア損失は、ヒステリシス損失および渦電流損失からの寄与からなることが信じられる。各これら２つの寄与は、ピーク磁気強度Ｂｍａｘおよび励起周波数ｆの関数である。非晶質金属におけるコア損失の従来技術の解析（例えば、Ｇ．Ｅ．Ｆｉｓｈ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５７、３５６９（１９８５年）、およびＧ．Ｅ．Ｆｉｓｈら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６４、５３７０（１９８８年）を参照されたい）は、閉磁気回路における材料に関して得られたデータに対して全体的に制限される。
【００８１】
本発明のバルク磁気構成要素の単位質量当たりの全体的なコア損失Ｌ（Ｂｍａｘ，ｆ）は、以下の形態を有する関数によって本質的に規定されることができる。
【００８２】
Ｌ（Ｂｍａｘ，ｆ）＝ｃ１ｆ（Ｂｍａｘ）ｎ＋ｃ２ｆｑ（Ｂｍａｘ）ｍ
ここで、係数ｃ１およびｃ２、ならびに指数ｎ、ｍ、およびｑは、全て実験的に決定されなければならず、それらの値を正確に決定する、知られている理論は存在しない。この式の使用により、本発明のバルク磁気構成要素の全体のコア損失が、任意の必要な動作誘導および励起周波数で決定されることを可能にする。特定の多くの磁気デバイス、特にモータ回転子および固定子の幾何形状において、その内の磁界は、空間的に均一ではないことが一般的に見出される。有限要素モデリングなどの技術が、当技術において知られ、実際のモータまたは発電機で測定される磁束密度分布を密に近似する、ピーク磁束密度の空間的および時間的変化の推定値を提供する。空間的に均一な磁束密度の下で所定の材料の磁気コア損失を与える適切な実験的な式の入力として使用することは、その動作構成における所定の構成要素の対応する実際のコア損失が、構成要素体積にわたる数値積分によって妥当な正確性で予測されることを可能にする。
【００８３】
本発明の磁気構成要素のコア損失の測定は、当技術分野で知られている様々な方法を使用して実行されることができる。本構成要素を測定するのに特に適した方法は、以下のように記載されることができる。方法は、本発明の磁気構成要素および閉路磁束構造手段を有する磁気回路を形成することを含む。任意に、磁気回路は、本発明の複数の磁気構成要素および閉路磁束構造手段を備えることができる。閉路磁束構造手段は、好ましくは、高い透磁率、および構成要素が試験される磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度を有する軟磁性材料を含む。好ましくは、軟磁性材料は、構成要素の飽和磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度を有する。構成要素が、沿って試験される磁束方法は、全体的に、構成要素の第１および第２の対向する面を規定する。磁束線は、第１の対向する面の平面に全体的に垂直な方向に、構成要素に入る。磁束線は、一般的に、非晶質金属ストリップの平面に従い、第２の対向する面から出る。閉路磁束構造手段は、閉路磁束磁気構成要素を備え、その閉路磁束磁気構成要素は、本発明により好ましくは構成されるが、当技術で知られている他の方法および材料で作られることもできる。閉路磁束磁気構成要素は、それを通って磁束線が入りかつ出る第１および第２の対向する面も有し、全体的にそのそれぞれの平面に対して垂直である。閉路磁束構成要素の対向する面は、磁気構成要素のそれぞれの面と実質的に同一の寸法および形状であり、その磁気構成要素のそれぞれの面に対して、閉路磁束構成要素は、実際の試験の間にかみ合う。閉路磁束磁気構成要素は、その第１および第２の面が密に近接し、それぞれ本発明の磁気構成要素の第１および第２の面に実質的に近接してかみ合う関係で配置される。起磁力は、本発明の磁気構成要素、または閉路磁束磁気構成要素のいずれかを囲む第１の巻線を通る電流によって印加される。結果としての磁束密度は、試験されるべき磁気構成要素を囲む第２の巻線に誘導される電圧からファラデーの法則によって決定される。供給される磁界は、起磁力からアンペアの法則によって決定される。コア損失は、次に、従来の方法によって、供給された磁界および結果としての磁束密度から計算される。
【００８４】
図６を参照すると、閉路磁束構造手段を必要としない上述の試験方法の１つの形態を実行するアセンブリ６０が示される。アセンブリ６０は、本発明の４つの弓形のバルク非晶質金属の磁気構成要素２００を備える。各構成要素２００は、図４Ｂにおいて示される形態の弓形の表面２１０を有する、９０°の弓形に対する実質的に同一の正円形で環状の円筒形のセグメントである。各構成要素は、第１の対向する面６６ａおよび第２の対向する面６６ｂを有する。構成要素２００は、全体的に正円形の円筒形の形状を有するアセンブリ６０を形成するために、かみ合う関係で配置される。各構成要素２００の第１の対向する面６６ａは、それに隣接する対応する構成要素２００の第１の対向する面６６ａに近接し、かつ全体的に平行に位置合わせされて配置される。構成要素２００の隣接する面の４つの組は、したがって、アセンブリ６０の周辺の周りで等しく離間される４つのギャップ６４を規定する。構成要素２００のかみ合う関係は、バンド６２によって固定されることができる。アセンブリ６０は、４つの透磁性セグメント（それぞれ１つの構成要素２００を備える）および４つのギャップ６４を有する磁気回路を形成する。２つの銅ワイヤ巻線（図示せず）は、アセンブリ６０を通ってトロイダル状にねじ切られる。適切な強度の交流電流は、必要な周波数およびピーク磁束密度でアセンブリ６０を励起する起磁力を提供するために、第１の巻線を通過する。結果としての磁束線は、全体的にストリップ２０の平面内にあり、周辺に向けられる。各構成要素２００内の時間で変化する磁束密度を表す電圧は、第２の巻線に誘導される。全体のコア損失は、４つの構成要素２００の間に等しく配分される、測定された電圧および電流値から従来の電気的手段によって決定される。
【００８５】
本発明の他の態様において、低損失バルク非晶質金属の磁気構成要素は、誘導デバイスに有利に組み込まれる。図７Ａを詳細に参照すると、含まれる空隙６６０を有するトロイダル状の形状で単一のバルク非晶質金属の構成要素を含む、磁気コア６５０を備える、本発明の誘導デバイスが示される。図７Ｂに最も良く見られるように、実質的に類似する形状を有する複数の平坦な層６５２は、非晶質金属ストリップから切断される。層は、次に積み重ねられ、合わせされ、かつ接着剤で結合される。すなわち、層６５２は、それらのそれぞれ内側および外側縁部６５６、６５４、およびスロット６５７が、なだらかで全体的に円筒形の内側および外側表面を形成するために全体的に位置を調整される。そのようなレジスターは、各層６５２が、順次積み重ね体に追加されるように実行されることができる。代わりに、層は、積み重ねが完了した後で、グループとして調整されることができる。調整されたスロットは、スペーサ（図示せず）が任意に面６５８と６５８’との間に挿入される空隙６６０を集合的に形成する。
【００８６】
各層は、外側縁部６５４および内側縁部６５６を有する全体的に環状形を有する。外側縁部６５４から内側縁部６５６へ延びるスロット６５７は、各層６５２に形成される。スロット６５７の幅は、適切な減磁要因が仕上げられたコア６５０で得られるように選択される。層６５２は、接着剤によって、好ましくは低粘度のエポキシに含浸することによって結合される。示された態様において、層は、円形の環状体であるが、他の円形ではない形状は、例えば長円、競走場、および方形、ならびに任意のアスペクト比の矩形の絵画フレーム状の形状も可能である。任意の実施形態における層の内側または外側頂点は、任意に丸められる。スロット６５７は、半径方向に向けられて示されているが、内側縁部６５６から外側縁部６５４へ延びる任意の向きに形成されることもできる。さらに、スロット６５７は、示されるように全体的に矩形形状で形成されることができ、またはコアのＢ−Ｈループに他の所望の効果を達成するためにテーパ形状にされまたは輪郭形状にされることができる。本発明の誘導デバイスの構造は、さらに、コア上の少なくとも１つの円環状の巻線（図示せず）の準備を含む。
【００８７】
本発明の選択的エッチングプロセスは、小さな部品を製造するのに特に好ましい。なぜなら、それは、比較的容易に自動化され、仕上げられた層の密で再現可能な寸法制御を与えるからである。そのような制御は、次に、均一な寸法にされた積層体を備えるコアの大量生産を可能にし、それによって良好に規定されかつ均一な磁気特性を有する。本製造方法は、テープに巻かれたコア構造にさらに有利であり、ストリップをらせん構造に曲げることに固有の結果である圧縮および引張り応力が、平坦な積層体に存在しない。切断、パンチング、エッチングなどの結果の任意の応力は、個々の積層体の周辺の小さな領域または周辺近くの小さな領域にだけ閉じ込められる可能性がある。
【００８８】
本発明の他の態様において、類似する製造プロセスは、同一である「Ｃ」、「Ｕ」、「Ｅ」、および「Ｉ」などの所定ブロックの文字の全体形状に全体的に類似する全体形状を有することができる、バルク非晶質金属の磁気構成要素に組み込まれる層を形成するために使用される。各構成要素は、非晶質金属の複数の平坦な層を備える。層は、本発明の誘導デバイスのための構成要素を形成するために、実質的に同一の高さおよびパッキング密度で積み重ねられ、位置合わせされ、かつともに結合される。本デバイスの複数構成要素の実施形態は、固定手段で隣接する関係で構成要素を固定することによって組み立てられ、それによって、少なくとも１つの磁気回路を形成する。組み立てられた構成において、全ての構成要素における非晶質金属ストリップの層は、実質的に平行な面にある。各構成要素は、他の構成要素に同じ数の相補的かみ合い面に近接してかつ相補的かみ合い面に平行にされる、少なくとも２つのかみ合い面を有する。例えば、Ｃ、Ｕ、およびＥ形状などのいくつかの形状は、全体的に実質的な共面であるかみ合う面で終端する。Ｉ（または矩形プリズム）形状は、その反対側縁部に２つの平行なかみ合い面を有し、またはその長い側面に１つ以上のかみ合い面を有し、またはその両方を有することができる。好ましくは、コア損失を最小化するために構成要素における要素リボンの平面に実質的に垂直である。本発明のいくつかの実施形態は、構成要素の特徴の延長された方向に対して留め継ぎされた、かみ合い面を有するバルク磁気構成要素をさらに備える。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態において、それぞれ２つのかみ合い面を有する２つの磁気構成要素は、単一の磁気回路で誘導デバイスを形成するとき使用される。他の態様において、構成要素は、２つ以上のかみ合い面を有し、またはデバイスは、２つ以上の構成要素を有し、したがって、これら実施形態のいくつかは、１つ以上の磁気回路も提供する。本明細書で使用される用語の磁気回路は、経路を示し、その経路に沿って、連続する磁束線が、磁気回路の少なくとも一部を囲む電流を流す巻線によって生成される起磁力を課すことによって流れさせる。閉磁気回路は、磁束が、磁気材料のコア内にある回路であり、一方、開磁気回路において、磁束経路の一部は、例えばコア部分間の空隙または非磁性スペーサを横切るコア材料の外側にある。本発明のデバイスの磁気回路は、好ましくは比較的閉じられ、磁束経路は、デバイスの構成要素の磁気層内に主にあるが、それぞれの構成要素の近接するかみ合い面間に少なくとも２つの空隙も横切る。回路の開放性は、空隙によって寄与される総磁気抵抗の一部によって、および磁気的に透過可能なコア材料によって特定されることができる。好ましくは、本デバイスの磁気回路は、ギャップ寄与が、透磁性の構成要素のギャップ寄与の多くとも１０倍である磁気抵抗を有する。
【００９０】
任意に、構成要素の製造は、実質的に平坦で要素層に垂直なかみ合い面を、構成要素に準備するステップを含む。必要であれば、かみ合い面の準備は、かみ合い面を改善し、かつ任意の凹凸または非平坦性を取り除くための平坦化動作を含むことができる。平坦化は、好ましくは、平坦なかみ合い表面を提供するために、切削、表面研磨、切断、研磨、化学エッチング、および電気化学エッチング、または類似する操作の少なくとも１つを含む。平坦化ステップは、非晶質金属層の不完全な位置合わせの任意の効果に対抗するために、構成要素の側面に配置されるかみ合い面に特に好ましい。
【００９１】
図８を詳細に参照すると、「Ｃ」に成形された磁気構成要素３２、および「Ｉ」に成形された磁気構成要素３３を備える、本発明の「Ｃ−Ｉ」に成形された誘導デバイス３０の全体的な１つの形状が示される。「Ｃ」構成要素３２は、第１の側方脚部２９および第２の側方脚部４４をさらに含み、それぞれ後部部分３４の共通側部から垂直に延び、それぞれ第１の矩形のかみ合い面４３および第２の矩形のかみ合い面４５において遠位で終端する。かみ合い面は、全体的に実質的な共面である。側方脚部２９、４４は、後部部分３４の側面の反対側の縁部から下がる。「Ｉ」構成要素３３は、両方とも構成要素３３の共通側面に配置される、第１の矩形のかみ合い面４２および第２の矩形のかみ合い面４６を有する矩形プリズムである。かみ合い面４２、４６は、構成要素３２の脚部２９、４４の端部で、それぞれのかみ合い面４３、４５の寸法および間隔と相補的である、その間の寸法および間隔を有する。各側方脚部２９、４４、側方脚部間の後方部分３４、およびＩ構成要素３３は、全て好ましくは実質的に同一の高さ、幅、および有効磁気面積を有する、全体的に矩形の幾何形状断面を有する。有効磁気面積によって、積層体部分倍の全体の幾何形状面積に等しい磁気材料によって占められる幾何形状断面内の面積を意味する。当技術で知られているように、１つ以上の巻線は、Ｃ構成要素３２のそれぞれの脚部２９、４４上の巻線４７および４８などのデバイス３０の構成要素に加えられることができる。代わりに、巻線は、示されていない実施形態におけるＩ構成要素３３上に配置されることができる。
【００９２】
図９〜１１を参照すると、「Ｅ」および「Ｉ」の形状を有する要素構成要素を含む、「Ｅ−Ｉ」デバイス８０を提供する本発明の態様を示す。Ｅ構成要素８２は、強磁性金属ストリップから準備された複数の層を備える。各層は、実質的に同一のＥ形状を有する。実質的に均一な厚みで、かつ後方部分８４および中央脚部８６、第１の側方脚部９０、および第２の側方脚部９４を有するＥ構成要素８２を形成するためにともに結合される。各中央脚部８６および側方脚部９０、９４は、後方部分８４の共通側部から垂直に延び、それぞれ矩形面８７、９１、９５において遠位で終端する。中央脚部８６は、後方部分８４の中央から下がり、一方、側方脚部９０、９４は、後方部分８４の同一の側面の反対側端部からそれぞれ下がる。中央脚部８６および側方脚部９０、９４の長さは、全体的に、実質的に同一であり、それぞれの面８７、９１、９５は、実質的に共面である。図１０に示されるように、中央脚部８６と側方脚部９０、９４のいずれかとの間の後方部分８４の断面Ａ−Ａは、積重ね層の高さによって規定される厚み、および各層の幅によって規定される幅を有する実質的に矩形である。好ましくは、断面Ａ−Ａにおける後方部分８４の幅は、任意の面８７、９１、９５と少なくとも同じ幅であるように選択される。
【００９３】
Ｉ構成要素８１は、矩形プリズム形状を有し、かつＥ構成要素８２における層と同一の強磁性金属ストリップを使用して準備された複数の層を備える。層は、実質的に均一な厚みを有するＩ構成要素８１を形成するためにともに結合される。Ｉ構成要素８１は、断面Ａ−Ａで後方部分８４の厚みおよび幅に実質的に等しい厚みおよび幅、ならびに側方脚部９０、９４の外側表面間で測定されたＥ構成要素８２に実質的に等しい長さを有する。中央かみ合い面８８が、Ｉ構成要素８１の一方側面でその中央に設けられ、一方、第１の端部かみ合い面９２および第２の端部かみ合い面９６は、構成要素８１の同じ側面の反対側端部に配置される。各かみ合い面８７、９１、９５は、それぞれ相補的な面８８、９２、９６に実質的に同一の寸法である。
【００９４】
図９および図１１にさらに示されるように、デバイス８０の組立体は、（ｉ）構成要素８２または８１の１つ以上の部分を囲む巻線７７、７８、７９などの１つ以上の電気巻線を提供することと、（ｉｉ）実質的に平行な平面にあるその内の全ての層に密に近接してかつ全ての層とともに、Ｅ構成要素８２およびＩ構成要素８１を合わせすることと、（ｉｉｉ）構成要素８１および８２を並置された関係で機械的に固定することとを含む。構成要素８２および８１は、それぞれ面８７および８８、９１および９２、ならびに９５および９６が近接するように、合わされる。それぞれの面間の空間は、実質的に同一の厚みの３つの空隙を画定する。スペーサ８９、９３、および９７は、デバイス８０における各磁気回路の磁気抵抗およびエネルギー蓄積性能を増大するためにこれら間隔に任意に配置される。代わりに、それぞれの面は、空隙を最小化しかつ初期インダクタンスを増大するように、初期かみ合い接触にされる。
【００９５】
「Ｅ−Ｉ」デバイス８０は、一次巻線および二次巻線を有する単相変圧器に組み込まれることができる。そのような１つの実施において、巻線７９は、一次巻線として作用し、直列で促進して接続された巻線７７および７８は、二次巻線として作用する。この実施において、各側方脚部９０および９４の幅は、中央脚部８６の幅の少なくとも半分であることが好ましい。
【００９６】
図９〜図１１における実施は、「Ｅ−Ｉ」デバイス８０における点線５１、５２、および５３として示される経路を概略的に有する３つの磁気回路を提供する。結果として、デバイス８０は、３相誘導子として使用されることができ、各３つの脚部は、３相の１つのための巻線を支持する。さらに他の実施において、「Ｅ−Ｉ」デバイス８０は、３相変圧器として使用されることができ、各脚部は、３相の１つのための一次および二次巻線の両方を支持する。３相回路において使用することを目的とするＥ−Ｉデバイスの最も良い実装は、脚部８６、９０、および９４は、より良好に３相を平衡するために等しい幅であることが好ましい。所定の特定化された設計において、異なる脚部は、異なる断面、異なるギャップ、または異なる数の巻きを有することができる。様々な多相適用に適した他の形態は、当業者には明らかである。
【００９７】
以下の例は、本発明のより完全な理解を提供するために示される。本発明の原理および実施を示すために示された、特定の技術、条件、材料、比率、および報告されたデータは、例示であり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【実施例１】
【００９８】
非晶質金属の固定子の準備および試験
表裏が逆のスピンドル駆動電気モータのための非晶質金属の固定子のための積層体は、Ｆｅ８０Ｂ１１Ｓｉ９非晶質金属リボンから、約２２μｍの厚みに選択的エッチングプロセスによって切断される。各積層体は、全体的に円環状の形状を有する中央環状領域と、図５Ｄによって全体的に示されるような中央環状領域から半径方向外側に延びる複数の歯とを備える。環状領域は、それぞれ約９ｍｍおよび１１ｍｍの近接する内側直径および外側直径を有する。歯の周辺で測定された構成要素の外側直径は、約２５ｍｍである。積層体は、それらの軟磁性特性を強化するために、０．５時間〜３時間にわたる３５０℃〜４００℃の温度で熱処理される。約１２０の積層体が、次に約４．２ｍｍの高さを有する全体的に円筒状の構造を形成するために積み重ねられる。積み重ねは、隣接する積層体間の間隔が含浸しかつ浸透することを可能にする、低粘性の熱活性化されるエポキシに浸漬される。使用されるエポキシは、適切な粘性を達成するために、アセトンを用いて容積で、１：５で希釈されたＥｐｏｘｙｌｉｔｅ（登録商標）８８９９である。積み重ねは、定着物においてレジストリで保持され、積み重ねのパッキング密度を強化するために約４ｍｍの高さにわずかに圧縮される。含浸された積み重ねは、次に、エポキシ樹脂溶液を活性化しかつ硬化するために、約２．５時間にわたって約１７７℃の温度に晒される。積み重ねを冷却した後、定着物から取り除かれ、表裏が逆のモータで使用するのに適した固定子を形成するために、３Ｍ  ＳｃｏｔｃｈＣａｓｔ（登録商標）  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｒｅｓｉｎ  ５１３３で、電気泳動で被覆される。
【００９９】
固定子の磁気特性は、中央環状領域を囲む一次および二次電気巻線を固定することによって試験される。一次巻線は、必要な周波数および強度の交流電流の源によって励起される。達成される最大磁束密度は、磁束が中央環状領域に完全に運ばれることを仮定して、二次巻線を横切って現れる誘導された電圧から計算され、それらの根元部の近くの歯で運ばれる任意の磁束を効果的に無視する。励起は、規定された周波数および磁束密度の一連の試験点を提供するように調整される。コア損失は、Ｙｏｋｏｇａｗａ  ２５３２電力計で決定される。
【０１００】
この実施形態における固定子コアは、直流から少なくとも２ｋＨｚまで広がる周波数の範囲にわたる低コア損失を有利に示す。特に、５０Ｈｚ（０．０５ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約０．２１Ｗ／ｋｇであり、４００Ｈｚ（０．４ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約１．６Ｗ／ｋｇおよび１．３Ｔで約２．８Ｗ／ｋｇであり、８００Ｈｚ（０．８ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約３．３Ｗ／ｋｇおよび１．３Ｔで約５．７Ｗ／ｋｇであり、かつ２０００Ｈｚ（２ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約９．５Ｗ／ｋｇおよび１．３Ｔで約１４．８Ｗ／ｋｇである。
【０１０１】
固定子コアの損失特性は、関数式Ｌ（Ｂｍａｘ，ｆ）＝ｃ１ｆ（Ｂｍａｘ）ｎ＋ｃ２ｆｑ（Ｂｍａｘ）ｍを使用して記載されることができることにさらに留意されたい。特に、固定子の損失は、関数Ｌ＝０．００５ｆ（Ｂｍａｘ）１．５＋０．００００１２ｆ１．５（Ｂｍａｘ）１．６を使用して予測される値より小さい。
【０１０２】
達成されるコア損失の低い値は、固定子コアを、電気周波数が１〜２ｋＨｚ以上ほど高いことがある高速回転速度モータでの使用に特に適させる。
【実施例２】
【０１０３】
ナノ結晶合金の矩形プリズムの準備
表裏が逆のスピンドル駆動電気モータの固定子のための積層体は、Ｆｅ７３．５Ｃｕ１Ｎｂ３Ｂ９Ｓｉ１３．５非晶質金属リボンを、約３０ｍｍの幅で０．０１８ｍｍの厚みにフォトエッチングによって準備される。各積層体は、全体的に円環状の形状を有する中央環状領域と、図５Ｄによって全体的に示されるような中央環状領域から半径方向外側に延びる複数の歯とを備える。環状領域は、それぞれ約９ｍｍおよび１１ｍｍの近接する内側直径および外側直径を有する。歯の周辺で測定された構成要素の外側直径は、約２５ｍｍである。積層体は、非晶質金属におけるナノ結晶微細構造を形成するために熱処理される。アニールは、以下のステップを実施することによって実行される。すなわち、１）５８０℃まで部品を加熱するステップと、２）約１時間にわたって約５８０℃で温度を保持するステップと、３）部品を周囲温度に冷却するステップとである。約１６０の熱処理された積層体が、次に約４．２ｍｍの高さを有する全体的に円筒状の構造を形成するために積み重ねられ、隣接する積層体間の間隔が含浸しかつ浸透することを可能にする、低粘性の熱活性化されるエポキシに浸漬される。使用されるエポキシは、適切な粘性を達成するために、アセトンを用いて容積で、１：５で希釈されたＥｐｏｘｙｌｉｔｅ（登録商標）８８９９である。積み重ねは、定着物においてレジストリで保持され、積み重ねのパッキング密度を強化するために約４ｍｍの高さにわずかに圧縮される。含浸された積み重ねは、次に、エポキシ樹脂溶液を活性化しかつ硬化するために、約２．５時間にわたって約１７７℃の温度に晒される。積み重ねを冷却した後、定着物から取り除かれ、表裏が逆のモータで使用するのに適した固定子を形成するために、３Ｍ  ＳｃｏｔｃｈＣａｓｔ（登録商標）  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｒｅｓｉｎ  ５１３３で、電気泳動で被覆される。
【０１０４】
固定子の磁気特性は、中央環状領域を囲む一次および二次電気巻線を固定することによって試験される。一次巻線は、必要な周波数および強度の交流電流の源によって励起される。達成される最大磁束密度は、磁束が中央環状領域に完全に運ばれることを仮定して、二次巻線を横切って現れる誘導された電圧から計算され、それらの根元部の近くの歯で運ばれる任意の磁束を効果的に無視する。励起は、前述の近似により決定された、規定された周波数および磁束密度の必要な試験点を提供するように調整される。コア損失は、Ｙｏｋｏｇａｗａ  ２５３２電力計で決定される。
【０１０５】
ナノ結晶合金の固定子は、低コア損失を示す。特に、５０Ｈｚ（０．０５ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約０．２１Ｗ／ｋｇであり、４００Ｈｚ（０．４ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約１．６Ｗ／ｋｇおよび１．３Ｔで約２．８Ｗ／ｋｇであり、８００Ｈｚ（０．８ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約３．３Ｗ／ｋｇおよび１．３Ｔで約５．７Ｗ／ｋｇであり、かつ２０００Ｈｚ（２ｋＨｚ）での損失は、１．０Ｔで約９．５Ｗ／ｋｇおよび１．３Ｔで約１４．８Ｗ／ｋｇである。結果として、固定子は、高速で高効率の電気モータでの使用にそれを適させる。
【０１０６】
このように、完全に詳細に本発明が記載され、そのような詳細は、様々な変更および修正に厳密に結び付けられる必要はないが、様々な変更および修正は、当業者にそれら自体を示唆することができ、それら全ては、特許請求項によって規定される本発明の範囲内にある。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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