專利名稱：用于構(gòu)造低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及感應(yīng)裝置，且更具體而言，涉及具有包括一個(gè)或多個(gè)大塊非晶體金屬磁性部件的鐵芯的高效、低鐵芯損耗的感應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
感應(yīng)裝置是多種現(xiàn)代電氣設(shè)備和電子設(shè)備的主要部件，其在最通常情況下包括變壓器和感應(yīng)器。大部分這些裝置采用包括軟鐵磁性材料的鐵芯和一個(gè)或多個(gè)圍繞所述鐵芯的電繞組。感應(yīng)器通常采用具有兩個(gè)端子的單個(gè)繞組，且用作過濾器和能量?jī)?chǔ)存裝置。變壓器通常具有兩個(gè)或多個(gè)繞組。它們將電壓從一個(gè)級(jí)別變換到至少一個(gè)另外的所需級(jí)別， 并使整體電路的不同部分電絕緣。感應(yīng)裝置可具有廣泛變化的尺寸，所述廣泛變化的尺寸具有相應(yīng)變化的功率容量。不同類型的感應(yīng)裝置被最優(yōu)化用于在從直流(DC)到千兆赫茲 (GHz)的遍及非常寬的范圍內(nèi)的頻率下的操作。實(shí)際上，每個(gè)已公知類型的軟磁性材料都在感應(yīng)裝置的構(gòu)造中得到了應(yīng)用。具體軟磁性材料的選擇取決于需要的性質(zhì)、以使材料本身被有效的制造的形式存在的材料的可獲得性和服務(wù)于給定市場(chǎng)所需要的體積和成本的組合。通常情況下，所希望的軟鐵磁芯材料具有用以使鐵芯尺寸最小化的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 Bsat、和低矯頑力He、高磁導(dǎo)率μ、和低鐵芯損耗以使效率最大化。用于電氣和電子裝置的例如馬達(dá)和從小尺寸到中等尺寸的感應(yīng)器和變壓器的部件通常利用由各種級(jí)別的磁性鋼沖壓而成的層壓結(jié)構(gòu)被構(gòu)造，所述磁性鋼以具有低到 100 μ m厚度的板材被供應(yīng)。所述層壓結(jié)構(gòu)通常被層疊和緊固并隨后被所需要的一個(gè)或多個(gè)通常包括高傳導(dǎo)率的銅或鋁線的電繞組卷繞。這些層壓結(jié)構(gòu)通常以各種已公知的形狀被用于鐵芯中。用于感應(yīng)器和變壓器的許多形狀由大體上具有某些印刷體字母，例如“C”“U”“E” 和“I”，所述部件通過所述字母被識(shí)別，的形式的構(gòu)成部件組裝而成。所述組裝形狀可進(jìn)一步由反映所述構(gòu)成部件的字母表示，例如，“E-I”形狀通過將“E”部件與“I”部件組裝在一起被制成。其它廣泛使用的組裝形狀包括“E-E”“C-I”和“C-C”。用于具有這些形狀的現(xiàn)有技術(shù)鐵芯的構(gòu)成部件已經(jīng)既由常規(guī)晶體鐵磁金屬的層壓板又由已加工的大塊軟鐵氧體塊構(gòu)造而成。盡管與其它普通軟鐵磁性材料相比，許多非晶體金屬提供了優(yōu)良的磁性能，但某些它們的物理性質(zhì)使常規(guī)的制造技術(shù)是困難的或不可能的。非晶體金屬通常被供應(yīng)作為具有均勻條帶寬的薄的、連續(xù)的條帶材。然而，非晶體金屬實(shí)際上比所有常規(guī)金屬軟磁性合金更薄和更硬，因此常規(guī)的層壓結(jié)構(gòu)的沖軋或沖壓導(dǎo)致了制造工具和沖模的過度磨損，所述過度磨損導(dǎo)致快速損壞。由此引起的加工和制造成本的增加使得利用這種常規(guī)技術(shù)制造大塊非晶體金屬磁性部件在商業(yè)上不實(shí)用。非晶體金屬較薄的性質(zhì)也轉(zhuǎn)化為形成具有給定橫截面和厚度的部件所需要的層壓結(jié)構(gòu)數(shù)量的增加，這進(jìn)一步增加了非晶體金屬磁性部件的總成本。被用以使鐵氧體塊成形的加工技術(shù)通常也不適于加工非晶體金屬。非晶體金屬的性質(zhì)通常通過退火處理被最優(yōu)化。然而，所述退火通常使非晶體金屬變得非常脆，還使常規(guī)制造工藝復(fù)雜化。作為前面提到的困難的結(jié)果，被廣泛和容易地用以形成硅鋼和其它相似的金屬板材形式的!^eNi和i^eCo基的晶體材料的成形層壓結(jié)構(gòu)的技術(shù)還未發(fā)現(xiàn)適于制造非晶體金屬裝置和部件。非晶體金屬因此還未被市場(chǎng)接受用于許多裝置；盡管存在應(yīng)從高磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗材料的使用中原則上意識(shí)到的尺寸、重量和能量效率的改進(jìn)的巨大潛力，但是情況就是如此。對(duì)于電子應(yīng)用，例如飽和電抗器和一些扼流器而言，非晶體金屬已經(jīng)以螺旋形卷繞的圓環(huán)形鐵芯的形式被采用。以這種形式存在的裝置可在商業(yè)上得到，其直徑通常在幾個(gè)毫米到幾個(gè)厘米的范圍內(nèi)并通常被用在供應(yīng)達(dá)幾百伏安(VA)的開關(guān)模式的功率源中。 這種鐵芯構(gòu)型提供了完全閉合的磁路，且具有可忽略的退磁系數(shù)。然而，為了達(dá)到所需能量?jī)?chǔ)存能力，許多感應(yīng)器需要包括不連續(xù)的空氣間隙的磁路。間隙的存在導(dǎo)致了不可忽略的退磁系數(shù)和相關(guān)的形狀各向異性，所述退磁系數(shù)和形狀各向異性在剪切的磁化回線中是顯然的。所述形狀各向異性可比可能的感應(yīng)磁各向異性高得多，這成比例地增加了能量?jī)?chǔ)存容量。具有不連續(xù)空氣間隙的環(huán)形鐵芯和常規(guī)材料已經(jīng)被建議用于這種能量?jī)?chǔ)存應(yīng)用。然而，帶繞環(huán)形鐵芯中的內(nèi)在應(yīng)力引起了某些問題。繞組固有地使帶材的外表面處于拉伸狀態(tài)和內(nèi)表面處于壓縮狀態(tài)。為確保平滑的繞組所需要的線性張力促使產(chǎn)生了附加應(yīng)力。作為磁致伸縮的結(jié)果，卷繞的環(huán)形鐵芯通常呈現(xiàn)比相同的帶材在扁平帶材構(gòu)型情況下測(cè)量的磁性更差的磁性。退火處理通常僅能夠釋放一部分應(yīng)力，因此僅消除了一部分劣化。此外，使卷繞的環(huán)形鐵芯頻繁地造成間隙導(dǎo)致了附加的問題。卷繞結(jié)構(gòu)中的任何殘余的圓周應(yīng)力由于間隙的形成而至少部分地被除去。實(shí)際上，凈圓周應(yīng)力是不可預(yù)計(jì)的而且是或壓縮性或拉伸性的。因此實(shí)際間隙根據(jù)需要在分別的情況下傾向于閉合或打開不可預(yù)計(jì)的量以建立新的應(yīng)力平衡。因此，最終間隙通常與預(yù)期的間隙不同，缺乏矯正措施。由于鐵芯的磁阻很大程度上由間隙確定，完成的鐵芯的磁性通常很難在大量生產(chǎn)過程中在一致的基底上再現(xiàn)。此外，設(shè)計(jì)人員尋求靈活性，所述設(shè)計(jì)靈活性不能由有限選擇的標(biāo)準(zhǔn)的具有間隙的環(huán)形鐵芯結(jié)構(gòu)所提供。對(duì)于這些應(yīng)用來說，使用者所希望的是能夠調(diào)節(jié)所述間隙以便選擇所需的剪切程度和能量?jī)?chǔ)存。此外，將繞組施加到環(huán)形鐵芯上所需的設(shè)備比可比較的用于層壓鐵芯的繞組設(shè)備操作起來更復(fù)雜、昂貴和困難。具有環(huán)形幾何形狀的鐵芯通常不能用于高電流應(yīng)用中，這是因?yàn)橐?guī)定了額定電流的粗徑金屬絲不能彎曲到環(huán)形繞組所需的程度。此外，環(huán)形設(shè)計(jì)僅具有單條磁路。結(jié)果是，它們不能很好地適用于單向應(yīng)用。因此特別是要尋求用于多相(包括三相)應(yīng)用的更順應(yīng)容易的制造和應(yīng)用，同時(shí)仍提供有吸引力的磁性能和效率的其它構(gòu)型。非晶體金屬還已經(jīng)被用于功率高得多的裝置的變壓器中，例如用于電力網(wǎng)絡(luò)的具有IOkVA至IMVA或更多的銘牌額定值的分布式變壓器。用于這些變壓器的鐵芯通常被形成階梯接縫工藝卷繞的、大體上矩形的構(gòu)型。在一種通常的構(gòu)造方法中，矩形鐵芯被首先形成并進(jìn)行退火處理。所述鐵芯隨后被解開束縛以允許預(yù)形成的繞組在鐵芯的長(zhǎng)腿部上滑動(dòng)。在引入預(yù)形成的繞組后，所述層被再次束緊和緊固。在被授權(quán)給Ballard的美國(guó)專利4，734，975中闡述了用于以這種方式構(gòu)造分布式變壓器的典型工藝。這種工藝可理解地需要相當(dāng)大量的體力勞動(dòng)和處理步驟，所述處理步驟包括脆性退火的非晶體金屬條帶。對(duì)于小于IOkVA的鐵芯，完成這些步驟是尤其冗長(zhǎng)和困難的。此外，在這種構(gòu)型中，鐵芯不易受許多感應(yīng)器應(yīng)用所需要的可控制的空氣間隙引入的影響。與鐵磁非晶體金屬的使用相關(guān)的另一個(gè)困難起因于磁致伸縮現(xiàn)象。任何磁致伸縮材料的某些磁性響應(yīng)于施加的機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生變化。例如，當(dāng)包括非晶體材料的部件受到應(yīng)力作用時(shí)，其磁導(dǎo)率通常降低，且其鐵芯損耗增加。由于磁致伸縮現(xiàn)象的非晶體金屬裝置的軟磁性的劣化可歸因于應(yīng)力導(dǎo)致的磁致伸縮現(xiàn)象，所述應(yīng)力由包括在鐵芯制造過程中的變形、由于將非晶體金屬機(jī)械地夾緊或以另外的方式將其固定在適當(dāng)位置而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和熱膨脹和/或由于非晶體金屬材料的磁飽和所致的膨脹導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力的起源的任何組合導(dǎo)致產(chǎn)生。由于非晶體金屬磁性裝置受到應(yīng)力作用，其引導(dǎo)或聚集磁通量的地方的效率被降低，這導(dǎo)致了更高的磁損耗、降低的效率、增加的熱產(chǎn)生和降低的功率。這種劣化的程度通常是相當(dāng)大的。其取決于具體的非晶體材料和應(yīng)力的實(shí)際強(qiáng)度，如美國(guó)專利 5，731，649 所述。非晶體金屬具有比許多其它常規(guī)軟磁性材料，包括普通電工鋼，低得多的各向異性能。對(duì)這些常規(guī)金屬的磁性具有有害效應(yīng)的應(yīng)力級(jí)別對(duì)例如導(dǎo)率和鐵芯損耗的磁性，所述性質(zhì)對(duì)于感應(yīng)部件是重要的，具有嚴(yán)重的影響。例如，‘649專利教導(dǎo)了通過將非晶體金屬繞成線圈而形成非晶體金屬鐵芯，其具有利用環(huán)氧的層壓結(jié)構(gòu)，有害地限制了材料的線圈的熱和磁飽和膨脹。因此產(chǎn)生了高的內(nèi)應(yīng)力和磁致伸縮，其降低了包括這種鐵芯的馬達(dá)和發(fā)電機(jī)的效率。為了避免應(yīng)力引起的磁性劣化，‘649專利披露了一種包括多個(gè)非晶體金屬的層疊或盤繞部分的磁性部件，所述部分在不使用粘結(jié)劑連結(jié)的情況下被仔細(xì)謹(jǐn)慎地安裝或包括在電介質(zhì)套中。近來技術(shù)中的重要趨勢(shì)已經(jīng)是利用開關(guān)模式的電路拓?fù)涞墓β试?、轉(zhuǎn)換器和相關(guān)電路的設(shè)計(jì)?？傻玫降墓β拾雽?dǎo)體開關(guān)裝置的增加的能力已經(jīng)允許開關(guān)模式的裝置可在漸增的高頻率下操作。許多以前被設(shè)計(jì)具有線性調(diào)節(jié)和在行頻(通常在電網(wǎng)中為50-60HZ或在軍事應(yīng)用中為400Hz)下操作的裝置現(xiàn)在基于在通常為5-200kHz和有時(shí)多達(dá)IMHz的頻率下的開關(guān)模式調(diào)節(jié)。用于使頻率增加的主要驅(qū)功率是所需磁性部件的尺寸的伴隨降低。 然而，頻率的增加也顯著地增加了這些部件的磁損耗。因此存在降低這些損耗的重要的需要。磁性部件的限制使得利用現(xiàn)有材料承擔(dān)了相當(dāng)大和不希望的設(shè)計(jì)妥協(xié)。在許多應(yīng)用中，普通電工鋼的鐵芯損耗是禁止的。在這種情況下，設(shè)計(jì)者必須被迫使用坡莫合金或鐵氧體作為選擇。然而，伴隨的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的降低(例如，對(duì)于各種坡莫合金為0. 6-0. 9T 或更低和對(duì)于鐵氧體為0. 3-0. 4T，與對(duì)于普通電工鋼的1. 8-2. OT相對(duì))使得需要增加所得到的磁性部件的尺寸。此外，坡莫合金所希望的軟磁性受到可發(fā)生在相對(duì)較低的應(yīng)力級(jí)別下的塑性變形的不利和不可逆轉(zhuǎn)的影響。這種應(yīng)力可發(fā)生在坡莫合金部件的制造或操作過程中。盡管軟鐵氧體通常具有有吸引力的低損耗，但是它們的低磁感應(yīng)強(qiáng)度值導(dǎo)致用于許多將空間作為重要的考慮的應(yīng)用的不實(shí)用的大型裝置。此外，鐵芯的增加的尺寸不希望地使得需要較長(zhǎng)的電繞組，所以歐姆損耗增加。盡管上述披露示出了進(jìn)展，但本領(lǐng)域中仍存在改進(jìn)感應(yīng)裝置的需要，所述改進(jìn)的感應(yīng)裝置呈現(xiàn)出目前要求所需的優(yōu)良的磁和物理性質(zhì)的組合。有效的利用非晶體金屬且可被實(shí)施用于各種類型的裝置的大量生產(chǎn)的構(gòu)造方法也被尋求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種包括磁芯的高效率感應(yīng)裝置，所述磁芯具有包括至少一個(gè)空氣間隙的磁路。所述鐵芯包括至少一個(gè)低損耗大塊非晶體金屬磁性部件和一個(gè)或多個(gè)電繞組。部件具有多面體形狀且包括多個(gè)大體上形狀相似的非晶體金屬帶的平面層，所述層被層疊、對(duì)齊和通過粘結(jié)劑連結(jié)在一起。裝置有利地具有低鐵芯損耗，例如當(dāng)其在5kHz的勵(lì)磁頻率“f”下達(dá)到0. 3T的峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小“&ax”時(shí)，其具有小于約10W/kg的鐵芯損耗。另一方面，裝置具有小于“L”的鐵芯損耗，其中L由公式L = O. 005f (Bfflax) L5+0. 000012 fL5(Bfflax)1'6給出，所述鐵芯損耗、勵(lì)磁頻率和峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的測(cè)量單位分別為瓦特/ 千克、赫茲和特斯拉。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于構(gòu)造低鐵芯損耗的大塊非晶體金屬磁性部件的方法，包括步驟(i)切割非晶體金屬帶材以形成多個(gè)平面的層壓結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述層壓結(jié)構(gòu)具有大體上相同的預(yù)定形狀；( )層疊和對(duì)齊所述層壓結(jié)構(gòu)以形成具有三維形狀的層壓結(jié)構(gòu)疊片；(ii)對(duì)層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火以改進(jìn)部件的磁性能；和(iv)通過粘結(jié)劑粘結(jié)連結(jié)所述層壓結(jié)構(gòu)疊片。正如下文更詳細(xì)地討論地，可以以多種順序?qū)嵤┯糜跇?gòu)造部件的步驟。利用多種技術(shù)實(shí)施層壓結(jié)構(gòu)的切割。優(yōu)選使用包括使用高硬度成套模具和高應(yīng)變速率沖頭的沖軋操作。對(duì)于采用相對(duì)較小的層壓結(jié)構(gòu)尺寸的實(shí)施例，光刻浸蝕(photolithographic etching)優(yōu)選用于切割。優(yōu)選通過浸漬工藝實(shí)現(xiàn)部件的連結(jié)，在所述浸漬工藝中允許低粘度、熱活性的環(huán)氧滲透層壓結(jié)構(gòu)疊片的層之間的空間。本發(fā)明的感應(yīng)裝置的使用見于多種電子電路裝置應(yīng)用中。其可用作變壓器、自耦變壓器、飽和電抗器或感應(yīng)器。所述部件在采用各種開關(guān)模式電路拓?fù)涞墓β收{(diào)節(jié)電子電路裝置的構(gòu)造中尤其有用。本裝置在單相和多相應(yīng)用都是有用的，且尤其在三相應(yīng)用中是有用的。在一些實(shí)施例中，磁芯具有單個(gè)大塊磁性部件，而在其它實(shí)施例中，多個(gè)部件被組裝成并置關(guān)系以形成磁芯。多個(gè)部件通過緊固裝置被緊固在適當(dāng)位置。感應(yīng)裝置進(jìn)一步包括圍繞磁芯的至少一部分的至少一個(gè)電繞組。每個(gè)部件包括多個(gè)大體上形狀相似的非晶體金屬帶的平面層，所述層通過粘結(jié)劑被連結(jié)在一起以形成具有多個(gè)配合面的大體上多面形狀的部分。每個(gè)部件的厚度大體上相等。通過使每個(gè)部件中的非晶體金屬的層在大體上平行的平面中，且通過使每個(gè)配合面接近裝置的另一個(gè)部件的配合面，從而組裝部件。有利地實(shí)現(xiàn)了形成大塊非晶體金屬磁性部件和組裝磁芯的工藝，而未引入達(dá)到使軟磁性能例如磁導(dǎo)率和鐵芯損耗不可接受地劣化的應(yīng)力級(jí)別。 本發(fā)明的感應(yīng)裝置被用于多種電路應(yīng)用中，并且可用作變壓器、自耦變壓器、飽和電抗器或感應(yīng)器。所述部件在使用各種開關(guān)模式電路拓?fù)涞墓β收{(diào)節(jié)裝置的構(gòu)造中尤其有用。所述裝置在單相和多相應(yīng)用，尤其在三相應(yīng)用中是有用的。 大塊非晶體金屬磁性部件有利地易于進(jìn)行組裝以形成完成的感應(yīng)裝置的一個(gè)或多條磁路。在一些方面中，使所述部件的配合面實(shí)現(xiàn)緊密接觸以產(chǎn)生具有低磁阻和相對(duì)正方形的B-H回線的裝置。然而，通過使用被置于配合面之間的空氣間隙組裝所述裝置，增加了磁阻，這提供了具有增強(qiáng)的能量?jī)?chǔ)存容量的裝置，所述增強(qiáng)的能量?jī)?chǔ)存容量在許多感應(yīng)器的應(yīng)用中是有用的。所述空氣間隙選擇地被非磁性間隔件填充。還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，有限數(shù)量的部件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀可以以許多不同方式進(jìn)行組裝以為裝置提供廣泛范圍的電特征。用于構(gòu)造本裝置的部件優(yōu)選具有大體上與某些印刷體字母例如“C”“U”“E”和“I” 的形狀相似的形狀，所述部件通過所述字母形狀被識(shí)別。每個(gè)部件具有至少兩個(gè)配合面，所述配合面被使得與其它部件上的相似數(shù)量的互補(bǔ)配合面接近且平行。在本發(fā)明的一些方面中，具有斜接的配合面的部件被有利地采用。所述部件的尺寸和形狀的柔性允許設(shè)計(jì)者具有廣泛的自由以適當(dāng)?shù)厥拐麄€(gè)鐵芯和其中的一個(gè)或多個(gè)繞組窗口最優(yōu)化。結(jié)果是，裝置的整個(gè)尺寸被最小化，連同鐵芯和所需的繞組材料的體積一起被最小化。柔性裝置設(shè)計(jì)和鐵芯材料的高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的組合在設(shè)計(jì)具有緊湊尺寸和高效率的電子電路裝置中是有益的。與使用較低的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的鐵芯材料的現(xiàn)有技術(shù)感應(yīng)裝置相比，具有給定功率和能量?jī)?chǔ)存額定值的變壓器和感應(yīng)器通常更小和更有效。這些和其它所希望的屬性使本裝置易于進(jìn)行定制以用于專門的磁性應(yīng)用，例如用作采用開關(guān)模式的電路拓?fù)浜驮贗kHz到 200kHz或更高的范圍內(nèi)的開關(guān)頻率的功率調(diào)節(jié)電子電路中的變壓器或感應(yīng)器。作為其在周期性的勵(lì)磁情況下的非常低的鐵芯損耗的結(jié)果，本發(fā)明的磁性裝置可在DC到20，OOOHz或更高的范圍內(nèi)的頻率下進(jìn)行操作。與在相同的頻率范圍內(nèi)操作的常規(guī)硅鋼磁性部件相比，其呈現(xiàn)了改進(jìn)的性能特征。本裝置易于設(shè)有一個(gè)或更多電繞組。有利地，所述繞組可在獨(dú)立的操作中，在自支承組裝過程中或以線圈形式卷繞到繞線筒上，被形成，并在部件中的一個(gè)或多個(gè)上滑動(dòng)。所述繞組還可被直接卷繞到部件中的一個(gè)或多個(gè)上。在現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)形磁芯上設(shè)置繞組的困難和復(fù)雜性因此被消除了。


參考下列對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述和附圖，將更充分地理解本發(fā)明和易于理解進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，在所述附圖中相似的附圖標(biāo)記表示遍及幾個(gè)視圖中的相似元件，其中圖1是示出了利用具有“C”和“I”形狀的大塊非晶體金屬磁性部件進(jìn)行組裝的本發(fā)明的具有“C-I”形狀的感應(yīng)裝置的透視圖；圖2A是示出了具有“C-I”形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖，其中“C”和“I”形狀的大塊非晶體金屬磁性部件處于配合接觸狀態(tài)且所述“C”形狀的部件在其每個(gè)腿部上承載電繞組；圖2B是示出了具有“C-I”形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖，其中“C”和“I”形狀的大塊非晶體金屬磁性部件被間隔件隔開且“I”形狀部件承載電繞組；圖2C是示出了具有“C-I”形狀且包括具有斜接配合面的大塊非晶體金屬磁性部件的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖；圖3是示出了承載電繞組和適于被安放在本發(fā)明的感應(yīng)裝置中包括的大塊非晶體金屬磁性部件上的繞線筒的透視圖；圖4是示出了具有‘ -Ι”形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的透視圖，所述裝置利用具有“E”和“ I，，形狀的大塊非晶體金屬磁性部件和設(shè)置在“E”形狀部件的每個(gè)腿部上的繞組組裝而成；圖5是示出了圖4所示裝置的一部分的剖面圖；圖6是示出了包括‘ ”和“I”形狀的大塊非晶體金屬磁性部件的‘ -Ι”形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖，所述部件組裝帶有相應(yīng)部件的配合面之間的空氣間隙和間隔件；圖7是示出了 ‘ -Ι”形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖，其中大塊非晶體金屬磁性部件的每個(gè)配合面被斜接；圖8是示出了具有大體上“E-I，，形狀的本發(fā)明的裝置的平面圖，所述裝置由五個(gè) “I”形狀的大塊非晶體金屬磁性部件組裝而成，三個(gè)腿部件具有一個(gè)尺寸和兩個(gè)背部件具有另一個(gè)尺寸；圖9是示出了正方形的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖，所述裝置由四個(gè)大體上相同的“I”形狀的大塊非晶體金屬磁性部件組裝而成；圖10是示出了用于構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置的具有大體上矩形棱柱體形狀的大塊非晶體金屬磁性部件的透視圖；圖11是示出了用于構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置的弧形大塊非晶體金屬磁性部件的透視圖；圖12是形成用于本發(fā)明的部件的層壓結(jié)構(gòu)的方法的示意圖；圖13是示出了用于構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置的具有大體上矩形棱柱體形狀的大塊非晶體金屬磁性部件的透視圖；圖14是具有四邊形形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置的平面圖，所述裝置由四個(gè)梯形大塊非晶體金屬磁性部件組裝而成；圖15是形成用于本發(fā)明的部件的層壓結(jié)構(gòu)的方法的示意圖；和圖16是根據(jù)本發(fā)明的層壓結(jié)構(gòu)的透視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對(duì)高效率感應(yīng)裝置，例如感應(yīng)器和變壓器。所述裝置采用包括一個(gè)或多個(gè)低損耗大塊鐵磁非晶體金屬部件的磁芯，所述部件形成至少一條磁路。通常情況下，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的多面體形狀的大塊非晶體金屬部件可具有多種幾何形狀，包括矩形、正方形和梯形棱柱體以及類似形狀。此外，任何前面提到的幾何形狀可包括至少一個(gè)弧形表面，和優(yōu)選兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的弧形表面，以形成大體上成曲形的或弧形的大塊非晶體金屬部件。所述感應(yīng)裝置還包括至少一個(gè)導(dǎo)電繞組。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，裝置包括具有單個(gè)大塊非晶體金屬部件的磁芯，所述部件由多個(gè)平面的層組成，所述層從大塊金屬帶上切割下來且具有大體上相似的形狀。所述層被層疊、對(duì)齊且通過粘結(jié)劑連結(jié)。每個(gè)層具有空氣間隙，所述間隙在層壓部件中被置齊以形成整體空氣間隙。現(xiàn)在參見圖IA和圖1B，主要示出了用于構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置的一種形式的鐵芯500。鐵芯500包括具有環(huán)形形狀的單個(gè)大塊非晶體金屬磁性部件，所述環(huán)形形狀具有被包括的空氣間隙510。如圖IB最佳顯現(xiàn)的多個(gè)層502被切割成大體上環(huán)形的形狀，所述環(huán)形形狀具有外邊緣504和內(nèi)邊緣506。在每個(gè)層502中形成從外邊緣504延伸至內(nèi)邊緣506的狹槽507。狹槽507的寬度被選擇以便在完成的鐵芯500中獲得適當(dāng)?shù)耐舜畔禂?shù)。鐵芯500由多個(gè)層502形成，所述層被層疊和對(duì)齊以使得它們分別的內(nèi)邊緣506、外邊緣504以及狹槽507大體上置齊。置齊的狹槽集合形成了空氣間隙510，間隔件(未示出)選擇性地插入所述空氣間隙中。通過粘結(jié)劑，優(yōu)選通過浸漬低粘度環(huán)氧512連結(jié)所述層502。在所述的方面中，層是圓形環(huán)狀體，但其它非圓形形狀也是可能的，例如橢圓形、跑道形以及正方形畫框狀形狀和具有任意長(zhǎng)寬比的矩形畫框狀形狀。任一個(gè)實(shí)施例中的層的內(nèi)棱或外棱選擇性地形成圓角。盡管狹槽507示出作為徑向方向，但其還可形成從內(nèi)邊緣延伸至外邊緣的任何取向。此外，狹槽507可如所述形成大體上矩形的形狀，或者其可漸細(xì)或與輪廓相合以實(shí)現(xiàn)鐵芯的B-H回線上的其它所需效應(yīng)。本發(fā)明的感應(yīng)裝置的構(gòu)造進(jìn)一步包括在鐵芯上設(shè)置至少一個(gè)環(huán)形繞組(未示出)?？赏ㄟ^各種方法，所述方法包括，不排它地，非晶體金屬條帶或帶的光刻浸蝕或沖壓制造所需形狀的層502。光刻浸蝕工藝尤其優(yōu)選用于制造小的部分，這是因?yàn)槠湎鄬?duì)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且提供了對(duì)完成的層的嚴(yán)格的、可再生產(chǎn)的尺寸控制。這種控制進(jìn)一步允許大規(guī)模生產(chǎn)包括同一尺寸層壓結(jié)構(gòu)且由此具有充分限定且均勻的磁性能的鐵芯。本制造方法提供了超越帶繞鐵芯結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，所述優(yōu)點(diǎn)在于在平的層壓結(jié)構(gòu)中不存在由于使帶彎曲成螺旋結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的內(nèi)在壓縮和拉伸應(yīng)力。任何由于切割、沖壓、蝕刻或相似工藝產(chǎn)生的應(yīng)力將可能僅被限于單獨(dú)的層壓結(jié)構(gòu)的周邊處或其附近的小區(qū)域。在本發(fā)明的另一方面中，使用相類似的制造工藝以形成包含在大塊非晶體金屬磁性部件中的層，所述部件具有與某些印刷體字母例如“C”、“U”、“E”和“I”的形狀大體上相似的整體形狀，所述部件通過所述字母形狀被識(shí)別。每個(gè)部件進(jìn)一步包括多個(gè)具有大體上相似的形狀的非晶體金屬的平面層。所述層被疊置成大體上相同的高度和填充密度并被對(duì)齊、連結(jié)在一起以形成用于本發(fā)明的感應(yīng)裝置的所述部件。所述裝置通過利用緊固裝置將部件緊固成相鄰關(guān)系被組裝，從而形成至少一條磁路。在組裝構(gòu)型中，所有部件中的非晶體金屬帶的層位于大體上平行的平面中。每個(gè)部件具有至少兩個(gè)配合面，所述配合面與其它部件上的相似數(shù)量的互補(bǔ)配合面接近且平行。一些形狀，例如C、U、和E形狀，終止于通常大體上共面的配合面上。“I”(或矩形棱柱體)形狀可在其相對(duì)的端部處具有兩個(gè)平行的配合面或在其長(zhǎng)側(cè)，或兩側(cè)上具有一個(gè)或多個(gè)配合面。所述配合面優(yōu)選與部件中的構(gòu)成條帶的平面垂直以最小化鐵芯損耗。本發(fā)明的一些實(shí)施例還包括具有配合面的大塊磁性部件， 所述配合面相對(duì)于部件的特征的細(xì)長(zhǎng)方向是斜接的。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，當(dāng)形成具有單條磁路的感應(yīng)裝置時(shí)，使用分別具有兩個(gè)配合面的兩個(gè)磁性部件。在其它方面中，部件具有兩個(gè)以上的配合面或所述裝置具有兩個(gè)以上的部件；因此，這些實(shí)施例中的一些還提供了一條以上的磁路。正如此處使用的， 術(shù)語磁路表示通路，通過強(qiáng)加由圍繞至少一部分磁路的載流繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)導(dǎo)致連續(xù)的磁通線沿所述通路流動(dòng)。閉合磁路是一個(gè)通路，在所述通路中磁通量排他地位于磁性材料的鐵芯內(nèi)，而磁通量通路的開路部分位于鐵芯材料外，例如橫穿鐵芯的部分之間的空氣間隙或非磁性的間隔件。本發(fā)明的裝置的磁路優(yōu)選是相對(duì)閉合的，磁通量通路主要位于所述裝置的部件的磁性層內(nèi)，但也橫穿相應(yīng)部件的鄰近配合面之間的至少兩個(gè)空氣間隙?？赏ㄟ^由空氣間隙和可導(dǎo)磁的鐵芯材料所貢獻(xiàn)的總磁阻的分?jǐn)?shù)確定所述磁路的敞開量。本裝置的磁路優(yōu)選具有磁阻，間隙對(duì)所述磁阻的貢獻(xiàn)最多是可導(dǎo)磁的部件對(duì)磁阻的貢獻(xiàn)的十倍。詳細(xì)地參見圖1，圖中主要示出了包括“C”形狀的磁性部件2和“I”形狀的磁性部件3的具有“C-I”形狀的本發(fā)明的感應(yīng)裝置1的一種形式。所述“C”形狀部件2還包括第一側(cè)腿部10和第二側(cè)腿部14，每個(gè)所述腿部從背部4的共同側(cè)中垂直地延伸出來并分別遠(yuǎn)端終止于第一矩形配合面11和第二矩形配合面15處。所述配合面通常是大體上共面的。側(cè)腿部10、14從背部4 一側(cè)的相對(duì)端部懸出?！癐”部件3是具有第一矩形配合面12 和第二矩形配合面16的矩形棱柱體，所述兩個(gè)配合面都位于部件3的共同側(cè)上。所述配合面12和16具有一定尺寸和其間的間隔，所述間隔與在部件2的腿部10、14的端部處的相應(yīng)配合面11、15之間的間隔互補(bǔ)。每個(gè)側(cè)腿部10、14、所述側(cè)腿部之間的背部4和I部件 3均具有大體上矩形幾何形狀的橫截面，所有所述部分和部件優(yōu)選具有大體上相同的高度、 寬度和有效磁面積。就有效磁面積而言，其意味著被磁性材料占據(jù)的幾何形狀橫截面內(nèi)的面積，所述面積等于總幾何形狀面積與疊片因數(shù)之積。在圖2A中最佳示出的本發(fā)明的一個(gè)方面，在C-I裝置1的組裝過程中使分別互補(bǔ)的配合面11、12和15、16實(shí)現(xiàn)緊密接觸。這種布置為裝置1提供了低磁阻和伴隨的相對(duì)正方形的B-H磁化回線。在另一個(gè)方面中，參見圖2B，選擇性間隔件13、17被插入部件2、3 的相應(yīng)配合面之間以在磁路中的部件之間設(shè)置間隙，所述間隙已公知是空氣間隙。間隔件 13、17優(yōu)選由不傳導(dǎo)的、非磁性材料構(gòu)成，所述材料具有足夠的熱阻以阻止由于暴露于裝置 1的組裝和操作中遭遇的溫度所致的劣化或變形。適當(dāng)?shù)拈g隔件材料包括陶瓷和聚合材料和塑料材料例如聚酰亞胺膜和牛皮紙。間隙的寬度優(yōu)選由間隔件13、17的厚度設(shè)定且被選擇以達(dá)到所需磁阻和退磁系數(shù)，進(jìn)而確定了給定電路應(yīng)用中所需要的裝置1的B-H回線的相關(guān)剪切程度。“C-I”裝置1還包括至少一個(gè)電繞組。在圖1和圖2A所示的方面中，設(shè)置了圍繞相應(yīng)腿部10、14的第一電繞組25和第二電繞組27。沿正指向流過、在端子2 處進(jìn)入且在端子2 處流出的電流促使磁通量大體上沿通路22且具有根據(jù)右手法則的所示的指向 23。所述“C-I”裝置1可被操作作為感應(yīng)器，所述感應(yīng)器使用繞組25、27中的一個(gè)繞組或使用有助于增加電感的串聯(lián)連接的兩個(gè)繞組。另一種可選實(shí)施方式是，C-I裝置1可例如通過被連接作為初級(jí)繞組的繞組25和被連接作為次級(jí)繞組的繞組27，以電變壓器領(lǐng)域中已公知的方式被操作作為變壓器。每個(gè)繞組中的匝數(shù)根據(jù)變壓器或感應(yīng)器設(shè)計(jì)中已公知的原則進(jìn)行選擇。圖2B還示出了具有設(shè)置在I部件3上的單個(gè)繞組觀的另一種可選實(shí)施的感應(yīng)器構(gòu)型。裝置1的至少一個(gè)電繞組可位于部件2、3中的任一個(gè)部件上的任何位置處，盡管所述繞組優(yōu)選不影響任何的空氣間隙。設(shè)置所述繞組的一種便利的方式是將可傳導(dǎo)的金屬絲，通常是銅或鋁，的線匝卷繞在具有中空的內(nèi)部空間的繞線筒上，所述空間具有一定尺寸以允許其在腿部10、14的一個(gè)腿部上滑動(dòng)，或滑動(dòng)到I部件3上。圖3示出了繞線筒150 的一種形式，所述繞線筒具有本體部分152、端部凸緣IM和內(nèi)孔156，所述內(nèi)孔被形成一定尺寸以允許繞線筒150在需要的磁性部件上滑動(dòng)。一個(gè)或多個(gè)繞組158圍繞本體部分152。 在組裝感應(yīng)裝置之前，可在獨(dú)立的操作中利用簡(jiǎn)單的繞線設(shè)備將金屬絲有利地卷繞在繞線筒150上。優(yōu)選由不傳導(dǎo)塑料例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂組成的繞線筒150提供了繞組和鐵芯之間的附加電絕緣。此外，所述繞線筒在裝置的制造和使用過程中為鐵芯和繞組提供了機(jī)械保護(hù)。另一種可選實(shí)施方式是，金屬絲的線匝可被直接卷繞在部件2、3的一個(gè)部件的一部分上。可使用任何已公知形狀的金屬絲，包括圓形、矩形和窄帶形狀。
C-I裝置1的組件被緊固以為成品裝置提供機(jī)械完整性和保持構(gòu)成部件2、3、電繞組25、27、間隙間隔件13、17，如果其存在的話、和輔助硬件的相對(duì)定位。所述緊固可包括機(jī)械結(jié)合、夾固、粘結(jié)、罐封或類似方式的任何組合。裝置1還可包括在部件2、3的外表面的至少一部分上的絕緣涂層。這種涂層優(yōu)選在多個(gè)方面中不存在于任何配合表面11、12、15、 16上，其中部件的盡可能低的磁阻和緊密接觸是所需的。如果繞組被直接施加到部件2、3 上，那么所述涂層是特別有幫助的，這是由于磨損、變短或?qū)饘俳z繞組的絕緣的其它損害要不然可發(fā)生。所述涂層可包括環(huán)氧樹脂或紙或聚合物背襯的窄帶或在任一部件周圍卷繞的其它已公知的絕緣材料。圖2C示出了本發(fā)明的C-I鐵芯的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)方面中，鐵芯51包括C 形狀部件52和梯形部件53。C部件52的腿部10、14的遠(yuǎn)端呈向內(nèi)傾斜的角度，優(yōu)選45° 斜接，并終止于斜接配合面33、36。C部件52在其每個(gè)角處還具有呈圓角的外頂點(diǎn)42和內(nèi)頂點(diǎn)43。這種呈圓角的頂點(diǎn)可存在于用于本發(fā)明的所述實(shí)施例中的許多部件中。梯形部件 53終止于斜接配合面34、37。所述梯形部件53的斜接部呈與C部件52的斜接部互補(bǔ)的角度，優(yōu)選也是45°。通過這種斜接角度的布置，部件52、53可被并置以使得其相應(yīng)的配合面或者實(shí)現(xiàn)緊密接觸或如圖2C所示，被略微分開以形成空氣間隙，間隔件33、38可選擇性地插入所述空氣間隙中。圖4-圖6示出了提供了包括具有“E”和“I”形狀的構(gòu)成部件的“E-I”裝置100 的本發(fā)明的方面。E部件102包括多個(gè)由鐵磁金屬帶制備的層。每個(gè)層具有大體上相同的 E形狀。所述層被連結(jié)在一起以形成E部件102，所述E部件102具有大體上均勻的厚度且具有背部104和中間腿部106、第一側(cè)腿部110和第二側(cè)腿部114。中間腿部106和側(cè)腿部
110、114中的每個(gè)腿部從背部104的共同側(cè)垂直延伸出來并分別遠(yuǎn)端地終止于矩形面107、
111、114。所述中間腿部106從背部104的中間懸出，而側(cè)腿部110、114分別從背部104的相同側(cè)的相對(duì)端部懸出。中間腿部106和側(cè)腿部110、114的長(zhǎng)度通常大體上相同以使得相應(yīng)面107、111、114大體上共面。如圖5所示，中間腿部104和側(cè)腿部110、114中的任一個(gè)側(cè)腿部之間的背部104的剖面A-A大體上是矩形的，具有由疊置的層的高度所限定出的厚度和由每個(gè)所述層的寬度限定出的寬度。背部104的剖面A-A的寬度優(yōu)選被選擇以至少和面107、111、114中的任一個(gè)面一樣寬。I部件101具有矩形棱柱體形狀且包括多個(gè)利用與E部件102中的層相同的由鐵磁金屬帶制備的層。所述層被連結(jié)在一起以形成具有大體上均勻厚度的I部件101。I部件101具有與背部104的剖面A-A的厚度和寬度大體上相等的厚度和寬度，并具有與在側(cè)腿部110、114的外表面之間測(cè)量的E部件102的長(zhǎng)度大體上相同的長(zhǎng)度。在I部件101 的一側(cè)的中間設(shè)置了中間配合面108，而第一端配合面112和第二端配合面116位于部件 101的相對(duì)端部處。每個(gè)配合面107、111、115在尺寸上分別與互補(bǔ)面108、112、116大體上相同。如圖4和圖6還示出的，裝置100的組裝包括⑴設(shè)置一個(gè)或多個(gè)電繞組，例如繞組120、121、122，所述繞組圍繞部件102或101的一個(gè)或多個(gè)部分；(ii)使E部件102和I 部件101對(duì)準(zhǔn)并使其接近且其中的所有層在大體上平行的平面中；和(iii)將部件101和 102呈并置關(guān)系機(jī)械緊固。對(duì)準(zhǔn)部件102和101以使得面107和108、111和112，以及114 和115分別接近。所述相對(duì)應(yīng)的面之間的空間限定出三個(gè)具有大體上相同厚度的空氣間隙。間隔件109、113和117被選擇性的安放在這些間隙中以增加裝置100中的每條磁路的磁阻和能量?jī)?chǔ)存容量。另一種可選實(shí)施方式是，所述相對(duì)應(yīng)的面可實(shí)現(xiàn)緊密接觸以最小化空氣間隙和增加初始磁阻?！癊-I”裝置100可被包括在具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的單相變壓器中。在一個(gè)這種實(shí)施例中，繞組122用作初級(jí)繞組且被串連連接的繞組120和121用作次級(jí)繞組。在這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)側(cè)腿部151和152的寬度優(yōu)選至少是中間腿部140的寬度的一半。圖4-圖6中的實(shí)施例示意性地提供了三條磁路，所述磁路具有“E-I”裝置100中的通路130、131和132。結(jié)果是，裝置100可被用作三相感應(yīng)器，三個(gè)腿部分別承載繞組用于三相中的一相。在另一個(gè)實(shí)施例中，“E-I”裝置100可被用作三相變壓器，每個(gè)腿部既承載初級(jí)又承載次級(jí)繞組用于多相中的一相。在旨在用于三相電路的E-I裝置的大多數(shù)實(shí)施例中，腿部106、110、114優(yōu)選具有相等的寬度以更好地使所述三相平衡。在某些特定的設(shè)計(jì)中，不同的腿部可具有不同的橫截面、不同的間隙或不同的匝數(shù)。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將易于理解其它適于各種多相應(yīng)用的形式。圖7示出了另一個(gè)E-I實(shí)施例，其中E-I裝置180包括斜接的E部件182和斜接的I部件181。部件182的中間腿部106的遠(yuǎn)端以在部件的每個(gè)側(cè)面上的對(duì)稱斜度斜接以形成配合面140a和140b，且在外腿部110、114的遠(yuǎn)端處具有向內(nèi)傾斜的斜接面以形成斜接配合面144、147。I部件181在其端部呈與腿部110、114的斜接面互補(bǔ)的角度斜接以形成斜接端部配合面145、148，且在其中間斜接具有大體上V形狀的切口以形成與腿部106的斜接部互補(bǔ)的配合面141a和141b。每個(gè)所述面優(yōu)選相對(duì)于部件，所述面位于所述部件上， 的相應(yīng)部分的縱向呈45°角度斜接。腿部106、110、114的長(zhǎng)度被選擇以允許部件181、182 或通過緊密接觸或通過間隙間隔的相應(yīng)的配合面形成并置關(guān)系，選擇性間隔件142、146和 149被安放在所述間隙中。如圖2C和圖7所示的配合面的斜接有利地增加了配合面的面積并減少了漏磁通和局部的過度渦電流損耗。在具有多種構(gòu)型的磁性裝置可由幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I部件組裝而成的情況下，具有I形狀的部件對(duì)于本發(fā)明的實(shí)踐是尤其便利的。利用這種部件，設(shè)計(jì)者可易于定制構(gòu)型以產(chǎn)生具有給定的電路應(yīng)用所需要的電特征的裝置。例如，通常還可利用如圖8所示的具有五個(gè)矩形棱柱體磁性部件的布置的裝置200實(shí)現(xiàn)如圖4所示的E-I裝置100所適合的許多應(yīng)用。 所述部件包括具有大體上相同的尺寸的第一背部件210和第二背部件211 ；和具有大體上相同的尺寸的中間腿部件對(duì)0、第一端腿部件250和第二端腿部件251。所述五個(gè)部件210、 211,240,250和251中的每個(gè)部件包括鐵磁帶的層，所述層被層壓以產(chǎn)生具有大體上相同的疊層高度的部件，但是所述背部件和腿部件通常具有不同的相應(yīng)長(zhǎng)度和寬度。所述部件通過其中的所有非晶體金屬的層位于平行的平面上被設(shè)置。部件的尺寸的適當(dāng)選擇提供了窗口以容納利用本領(lǐng)域公認(rèn)的原則被最優(yōu)化的電繞組。所述繞組優(yōu)選以與裝置100中的構(gòu)型相似的方式被設(shè)置在腿部240、250和251上。另一種可選實(shí)施方式是或此外，所述繞組可被安放在腿部之間的背部件210、211中的任一個(gè)或二者上。間隔件被選擇性地安放在裝置200的部件之間的間隙中以通過與裝置100相關(guān)的在上文討論的方式調(diào)節(jié)裝置200的磁路的磁阻。與圖2C和圖7所示的斜面接合相似的斜面接合在一些實(shí)例中是有利的。在圖9中示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中四個(gè)大體上相同的矩形棱柱體部件 301被組裝成大體上正方形的構(gòu)造。因此形成的裝置300可被用于一些應(yīng)用中作為圖2所示的“C-I”裝置的可選實(shí)施方式。當(dāng)構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置時(shí)，其它采用具有一個(gè)或多個(gè)尺寸的矩形形狀部件的構(gòu)型是有用的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解這些用于構(gòu)造感應(yīng)裝置的構(gòu)型和方式，且所述構(gòu)造和方式在本發(fā)明的范圍內(nèi)。正如前面提到的，本發(fā)明的裝置使用了至少一個(gè)多面體形狀的部件。正如此處使用的，術(shù)語多面體意味著具有多面的或多側(cè)面的固體。其包括，但不限于，具有相互正交的側(cè)面的三維矩形、正方形和棱柱體形，和具有一些非正交側(cè)面的其它形狀，例如梯形棱柱體。此外，任何前面提到的幾何形狀可包括至少一個(gè)和優(yōu)選兩個(gè)弧形表面或側(cè)面，所述弧形表面或側(cè)面被彼此相對(duì)設(shè)置以形成大體上弧形形狀的部件?，F(xiàn)在參見圖10，示出了磁性部件56的一種形式，所述磁性部件被用于構(gòu)造本發(fā)明的裝置且具有矩形棱柱體的形狀。所述部件56包括多個(gè)具有大體上相似的形狀、通常為平面的非晶體金屬帶材的層57，所述層被連結(jié)在一起。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，對(duì)所述層進(jìn)行退火并隨后通過浸漬粘結(jié)劑58，優(yōu)選低粘度的環(huán)氧，對(duì)其進(jìn)行層壓。圖11示出了有助于構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置的部件80的另一種形式?；⌒尾考?0包括多個(gè)弧形形狀的層壓結(jié)構(gòu)層81，每個(gè)所述層優(yōu)選是所述環(huán)形物的一部分。層81被連結(jié)在一起，因此形成了具有外弧形表面83、內(nèi)弧形表面84和端部配合表面85和86的多面體形狀部件。部件80優(yōu)選浸漬粘結(jié)劑82，所述粘結(jié)劑被使得滲入相鄰層之間的間隔中。配合表面85和86優(yōu)選具有大體上相等的尺寸且與帶層81的平面垂直。“U”形狀的弧形部件80，其中表面85和86是共面的，是特別有用的?；⌒尾考?， 其中表面85、86相對(duì)于彼此呈120°或90°的角度，也是優(yōu)選的。兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)這種部件易于分別進(jìn)行組裝以形成環(huán)形鐵芯，所述環(huán)形鐵芯具有大體上閉合的磁路。另一種有用的部件形狀是梯形棱柱體。所述裝置的一個(gè)實(shí)施例包括兩對(duì)梯形部件，每對(duì)梯形部件中的構(gòu)件具有大體上相同的尺寸。每個(gè)部件具有相對(duì)于其細(xì)長(zhǎng)軸線呈 45°斜接以形成配合面的端部。所述兩對(duì)部件可如圖14所示通過使45°面配合以形成四邊矩形構(gòu)型99而進(jìn)行組裝，所述構(gòu)型具有斜角接合且設(shè)置在四邊形的相對(duì)側(cè)上每對(duì)部件的構(gòu)件。有利的是，所述斜面接合擴(kuò)大了相應(yīng)接合處的接觸面積并減少了漏磁通和鐵芯損耗增加的有害效應(yīng)。由根據(jù)本發(fā)明的大塊非晶體金屬磁性部件構(gòu)造而成的感應(yīng)裝置有利地呈現(xiàn)了低鐵芯損耗。正如磁性材料領(lǐng)域中已公知的，裝置的鐵芯損耗是勵(lì)磁頻率“f”和使所述裝置勵(lì)磁到的峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小“Bmax”的函數(shù)。在一個(gè)方面中，磁性裝置具有(i)當(dāng)其在近似60Hz的頻率和近似1. 4特斯拉(T)的磁通密度下操作時(shí)，低于或近似等于1瓦特/千克非晶體金屬材料的鐵芯損耗；(ii)當(dāng)其在近似1000Hz的頻率和近似1. 4特斯拉(T)的磁通密度下操作時(shí)，低于或近似等于20瓦特/千克非晶體金屬材料的鐵芯損耗；或(iii)當(dāng)其在近似20，OOOHz的頻率和近似0. 30特斯拉(T)的磁通密度下操作時(shí)，低于或近似等于 70瓦特每千克非晶體金屬材料的鐵芯損耗。根據(jù)另一個(gè)方面，在勵(lì)磁頻率“f”和峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小"Bmax”下勵(lì)磁的裝置可具有在室溫下低于“L”的鐵芯損耗，其中L由公式L = 0 .005f (Bmax)1 5+0. 000012fL5 (Bmax)16給出，所述鐵芯損耗、勵(lì)磁頻率和峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的測(cè)量單位分別為瓦特/千克、赫茲和特斯拉。當(dāng)所述部件或其任何部分大體上沿在所述部件中包括的非晶體金屬片的平面內(nèi)的任何方向被勵(lì)磁時(shí)，本發(fā)明的部件有利地呈現(xiàn)了低鐵芯損耗。本發(fā)明的感應(yīng)裝置的構(gòu)成磁性部件的低鐵芯損耗進(jìn)一步為本發(fā)明的感應(yīng)裝置提供了高效率。所得的裝置的低鐵芯損耗值使所述裝置尤其適于用作旨在用于高頻率操作，例如用于在至少約IkHz的頻率下勵(lì)磁的感應(yīng)器或變壓器。常規(guī)鋼在高頻率下的鐵芯損耗通常使它們不適于用于這種感應(yīng)裝置中。這些鐵芯損耗性能值適用于本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中，而不考慮用于構(gòu)造感應(yīng)裝置的大塊非晶體金屬部件的具體尺寸。還提供了一種構(gòu)造在本發(fā)明的裝置中使用的大塊非晶體金屬部件的方法。本發(fā)明還提供了一種構(gòu)造大塊非晶體金屬部件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，本方法包括以下步驟由鐵磁非晶體金屬帶原料沖軋出所需形狀的層壓結(jié)構(gòu)、層疊層壓結(jié)構(gòu)以形成三維物體、施加粘結(jié)裝置并使其活化以使層壓結(jié)構(gòu)彼此粘結(jié)且為部件提供充分的機(jī)械整體性以及對(duì)部件進(jìn)行最終加工以除去任何多余的粘結(jié)劑并為其提供適當(dāng)?shù)谋砻婀鉂嵍群妥罱K的部件尺寸。方法可進(jìn)一步包括選擇性退火步驟以改進(jìn)部件的磁性能?？梢砸远喾N順序且利用多種技術(shù)，包括下文闡述的技術(shù)和本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于理解的其它技術(shù)實(shí)施這些步驟。歷史上，三個(gè)因素已結(jié)合起來排除了使用沖軋作為形成非晶體金屬部分的可行方法。首先，非晶體金屬帶通常比常規(guī)磁性材料帶例如無取向電工鋼板更薄。更薄材料的使用要求構(gòu)建給定形狀的部分需要更多的層壓結(jié)構(gòu)。更薄材料的使用還需要沖軋工藝中更小的工具和模具間隙。第二，非晶體金屬傾向于大大硬于常規(guī)金屬?zèng)_頭和模具材料。鐵基非晶體金屬通常呈現(xiàn)超過1100kg/mm2的硬度。比較而言，空冷、油淬和水淬的工具鋼的硬度則限于 800-900kg/mm2范圍內(nèi)。因此，非晶體金屬，所述金屬的硬度得自其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，比常規(guī)金屬?zèng)_頭和模具材料更硬。第三，當(dāng)非晶體金屬在沖軋過程中被限制在沖頭和模具之間時(shí)，其可在斷裂前經(jīng)受相當(dāng)大的變形，而不是破裂。非晶體金屬由于高局部剪切流動(dòng)而變形。當(dāng)在拉伸情況下變形時(shí)，例如當(dāng)非晶體金屬帶被拉動(dòng)時(shí)，單個(gè)剪切帶的形成可導(dǎo)致在小的整體變形下發(fā)生斷裂。在拉伸情況下，斷裂可在或更小的伸長(zhǎng)率下發(fā)生。然而，當(dāng)以使得機(jī)械約束排除了塑性不穩(wěn)定性的方式，例如在沖軋過程中在工具和模具之間的彎曲情況下變形時(shí)，形成了多個(gè)剪切帶且可發(fā)生相當(dāng)大的局部變形。在這種變形模式中，斷裂伸長(zhǎng)率局部可超過 100%。這些后兩種因素，特殊的硬度加上相當(dāng)大的變形結(jié)合起來使得在使用常規(guī)沖軋?jiān)O(shè)備、工具和工藝的沖軋機(jī)的沖頭和模具部件上產(chǎn)生了非常大的磨損。由于在斷裂前的變形過程中，硬的非晶體金屬摩擦靠在較軟的沖頭和模具材料上，使得在沖頭和模具上發(fā)生了磨損。本發(fā)明提供了一種用于使沖軋工藝中沖頭和模具上的磨損最小化的方法。方法包括步驟由碳化物材料制造沖頭和模具、制造工具以使得沖頭和模具之間的間隙小且均勻、以及在高應(yīng)變速率下操作沖軋工藝。用于沖頭和模具工具的碳化物材料應(yīng)具有至少 1100kg/mm2和優(yōu)選大于1300kg/mm2的硬度。具有等于或大于非晶體金屬硬度的硬度的碳化物工具將抵抗沖軋工藝中來自非晶體金屬的直接磨損，由此使沖頭和模具上的磨損最小化。沖頭和模具之間的間隙應(yīng)小于0. 050mm(0. 002英寸)且優(yōu)選小于0. 025mm(0. 001英寸)。沖軋工藝中使用的應(yīng)變速率應(yīng)為由至少一個(gè)沖頭沖程/秒且優(yōu)選五個(gè)沖頭沖程/秒形成的應(yīng)變速率。對(duì)于0.025mm(0.001英寸)厚的非晶體金屬帶，這個(gè)沖程速度范圍近似等效于至少IO5/秒且優(yōu)選至少5 X IO5/秒的形變速率。沖頭和模具之間較小的間隙以及沖軋工藝中使用的高應(yīng)變速率結(jié)合起來限制了沖軋工藝中非晶體金屬在斷裂前的機(jī)械變形量。限制模腔中的非晶體金屬的機(jī)械變形限制了工藝中非晶體金屬和沖頭及模具之間的直接磨損，由此使沖頭和模具上的磨損最小化。沖壓用于本發(fā)明的部件的層壓結(jié)構(gòu)的方法的一種形式如圖14所示。鐵磁非晶體金屬帶材272的輥270使所述帶材連續(xù)進(jìn)料通過退火爐276，所述退火爐使所述帶材的溫度提高至一定級(jí)別達(dá)充分的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)帶272的磁性能的改進(jìn)。帶272隨后通過包括照相凹版輥四2的粘結(jié)劑施加裝置四0，低粘度熱活性的環(huán)氧從粘結(jié)劑貯存器294被施加到所述照相凹版輥上。環(huán)氧由此從輥292被傳送到帶272的下表面上。退火爐276和粘結(jié)劑施加裝置290之間的距離是充分的以允許帶272在帶272的通過時(shí)間中冷卻至至少低于環(huán)氧的熱活化溫度的溫度。另一種可選實(shí)施方式是，冷卻裝置(未示出)可被用以實(shí)現(xiàn)帶272在爐276和施加裝置280之間更快的冷卻。帶材272隨后進(jìn)入自動(dòng)高速?zèng)_壓機(jī)278內(nèi)以及沖頭280和底開式模具281之間。沖頭受驅(qū)動(dòng)進(jìn)入模具內(nèi)，導(dǎo)致形成了具有所需形狀的層壓結(jié)構(gòu)57。層壓結(jié)構(gòu)57隨后落入或被輸送入收集箱觀8內(nèi)且沖頭280被縮回。帶材272的骨架273保持且包含孔274，層壓結(jié)構(gòu)57已經(jīng)從所述孔中除去。骨架273被收集在卷取軸 271上。當(dāng)每次沖壓作用完成后，指示所述帶272使其為另一個(gè)沖壓循環(huán)做準(zhǔn)備。沖壓工藝?yán)^續(xù)且使多個(gè)層壓結(jié)構(gòu)57收集在箱觀8中處于充分置齊的對(duì)齊狀態(tài)。在所需數(shù)量的層壓結(jié)構(gòu)57被沖壓并沉積在箱觀8內(nèi)后，沖壓機(jī)278的操作被中斷。所述所需數(shù)量可以是預(yù)選擇的或可由箱觀8中接收的層壓結(jié)構(gòu)57的高度或重量確定。隨后從沖壓機(jī)278中除去箱 288用以進(jìn)行進(jìn)一步的加工?？稍试S附加的低粘度熱活性環(huán)氧(未示出)滲透層壓結(jié)構(gòu)57 之間的空間，通過箱觀8的壁部保持所述層壓結(jié)構(gòu)處于對(duì)齊狀態(tài)。隨后通過使整個(gè)箱288 和其中包含的層壓結(jié)構(gòu)57暴露于熱源達(dá)充分的時(shí)間以實(shí)現(xiàn)環(huán)氧的固化，而使環(huán)氧活化。層壓結(jié)構(gòu)57的現(xiàn)在的層壓疊層從箱中被除去且通過除去任何多余的環(huán)氧而選擇性地對(duì)疊層的表面進(jìn)行最終加工。尤其優(yōu)選用于切割小的、形狀復(fù)雜的層壓結(jié)構(gòu)的一種方法是通常被簡(jiǎn)稱為光刻的光刻浸蝕。一般說來，光刻浸蝕是用于形成被提供有相對(duì)較薄的板、帶或條帶的形式的材料的片的金屬加工工藝中的已公知的技術(shù)。光刻工藝可包括步驟(i)在板上施加光阻物質(zhì)的層，所述光阻物質(zhì)對(duì)其上的光沖擊有響應(yīng)；(ii)將包括限定出預(yù)選擇形狀的具有相對(duì)的透明性和不透明性的區(qū)域的照相掩模插入光阻物質(zhì)和光源之間，光阻物質(zhì)對(duì)所述光源有響應(yīng)；(iii)使光沖擊到掩模上以選擇性地使那些位于掩模的透明區(qū)域下面的光阻物質(zhì)的區(qū)域曝光；(iv)通過利用熱或化學(xué)試劑進(jìn)行的處理使光阻物質(zhì)顯影，導(dǎo)致光阻物質(zhì)層的曝光區(qū)域與未曝光區(qū)域區(qū)別開來；(V)選擇性地除去顯影光阻物質(zhì)層的曝光部分；和(Vi)將板安放在腐蝕劑浴中，所述腐蝕劑浴選擇性地從板的那些已經(jīng)從中除去了顯影光阻物質(zhì)的部分中蝕刻或侵蝕掉材料，而未蝕刻上面保持了光阻物質(zhì)的部分，由此形成了具有預(yù)選擇形狀的層壓結(jié)構(gòu)。最通常情況下，掩模將包括限定出小的保持區(qū)域的特征，所述保持區(qū)域保持每個(gè)層壓結(jié)構(gòu)弱連接到板上，以便在最終組裝前易于進(jìn)行處理。這些保持區(qū)域易于用以允許從主要的板上除去單獨(dú)的層壓結(jié)構(gòu)。通常還使用進(jìn)一步的化學(xué)步驟以在腐蝕蝕刻步驟之后從層壓結(jié)構(gòu)中除去剩余光阻材料。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到使用互補(bǔ)光阻材料的光刻浸蝕工藝，在所述工藝中，在上面的步驟(V)中選擇性地除去光阻材料的未曝光部分而不是曝光部分。這種變化還使得照相掩模中的不透明和透明區(qū)域的變換成為必要，從而形成相同的最終層壓結(jié)構(gòu)。不產(chǎn)生毛口或其它邊緣缺陷的方法是尤其優(yōu)選的。更具體而言，從層壓結(jié)構(gòu)的平面中突出出來的這些和其它缺陷在一些下面的工藝中且在某些條件下形成。層間電短路通常致使產(chǎn)生包括這種缺陷層壓結(jié)構(gòu)的磁性部件，這有害地增加了部件的鐵損。有利地，部分的光刻已普遍被發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了這個(gè)目的。通常情況下，光刻的部分呈現(xiàn)圓形邊緣和部分在緊鄰邊緣處厚度漸薄的性質(zhì)，由此使上面提到的這種部分的層壓結(jié)構(gòu)疊片中的層間斷路的可能性最小化。此外，通過增強(qiáng)漸薄邊緣附近的芯吸和毛細(xì)作用使得有利于這種疊層浸漬粘結(jié)劑。通過設(shè)置一個(gè)或多個(gè)貫通每個(gè)層壓結(jié)構(gòu)的小孔，可進(jìn)一步增強(qiáng)浸漬的功效。當(dāng)單獨(dú)的層壓結(jié)構(gòu)被層疊處于對(duì)齊狀態(tài)時(shí)，這種孔可被置齊以形成通道，浸漬劑可易于流動(dòng)通過所述通道，由此確保了浸漬劑在至少相當(dāng)大的表面區(qū)域上存在，每個(gè)層壓結(jié)構(gòu)在所述區(qū)域處與相鄰的層壓結(jié)構(gòu)配合。其它結(jié)構(gòu)，例如表面通道和狹槽也可被并入每個(gè)層壓結(jié)構(gòu)內(nèi)，所述表面通道和狹槽也可用作浸漬劑流動(dòng)增強(qiáng)裝置。上面提到的孔和流動(dòng)增強(qiáng)裝置易于且有效地在光刻層壓結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生。此外，各種間隔件可被插入層壓結(jié)構(gòu)疊片中以促進(jìn)流動(dòng)增強(qiáng)。形成本發(fā)明的大塊非晶體金屬磁性部件所需的層壓結(jié)構(gòu)也可通過沖軋工藝而形成。粘結(jié)劑裝置被在本發(fā)明的實(shí)踐中以使多個(gè)大塊金屬帶材的片或?qū)訅航Y(jié)構(gòu)彼此粘結(jié)處于適當(dāng)對(duì)齊的狀態(tài)，由此提供大塊的三維物體。這種連結(jié)提供了充分的結(jié)構(gòu)整體性，所述結(jié)構(gòu)整體性允許對(duì)本部件進(jìn)行處理且使其并入更大的結(jié)構(gòu)內(nèi)，而沒有伴隨產(chǎn)生的將致使產(chǎn)生高鐵芯損耗或其它不可接受的磁性能的劣化的過度應(yīng)力。多種粘結(jié)劑可以是適當(dāng)?shù)模?包括那些由環(huán)氧、清漆、厭氧粘結(jié)劑、氰基丙烯酸酯和室溫硫化(RTV)硅酮材料組成的粘結(jié)劑。粘結(jié)劑所希望地具有低粘度、低收縮率、低彈性模量、高剝離強(qiáng)度和高介電強(qiáng)度。粘結(jié)劑可充分覆蓋每個(gè)層壓結(jié)構(gòu)的表面區(qū)域的任何部份以實(shí)現(xiàn)相鄰的層壓結(jié)構(gòu)彼此之間的足夠連結(jié)，且由此提供充分的強(qiáng)度以為完成的部件提供機(jī)械整體性。粘結(jié)劑可覆蓋大體上達(dá)到所有的表面區(qū)域。環(huán)氧可以或者是多組分的，所述多組分環(huán)氧的固化是化學(xué)活性的，或單組分的，所述單組分環(huán)氧的固化是熱活性的或通過暴露于紫外線輻射而固化。粘結(jié)劑優(yōu)選具有低于lOOOcps的粘度和近似等于金屬的熱膨脹系數(shù)的或約IOppm的熱膨脹系數(shù)。用于施加粘結(jié)劑的適當(dāng)方法包括浸泡、噴射、刷涂和靜電沉積。以帶或條帶的形式存在的非晶體金屬還可通過使其在將粘結(jié)劑傳送到其上的桿或輥上面通過而進(jìn)行涂覆。具有織紋表面的輥或桿，例如照相凹版或金屬線卷繞的輥，對(duì)將均勻的粘結(jié)劑涂層傳遞到非晶體金屬上尤其有效。粘結(jié)劑可在某時(shí)被施加到單獨(dú)的非晶體金屬的層上，或在切割前施加到帶材上或在切割后施加到層壓結(jié)構(gòu)上。另一種可選實(shí)施方式是，粘結(jié)劑裝置可在層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行層疊后被集合施加到其上。優(yōu)選通過粘結(jié)劑在層壓結(jié)構(gòu)之間的毛細(xì)管流動(dòng)浸漬疊層?？稍谥車h(huán)境溫度和壓力下實(shí)現(xiàn)浸漬步驟。另一種可選實(shí)施方式是但優(yōu)選地，疊層可被安放在真空中或靜水壓力下以實(shí)現(xiàn)更完全的填充，而最小化了添加的粘結(jié)劑的總量。這個(gè)過程確保了高的疊層因數(shù)且因此是優(yōu)選的。優(yōu)選使用低粘度的粘結(jié)劑，例如環(huán)氧或氰基丙烯酸酯。還可使用適度加熱以降低粘結(jié)劑的粘度，由此增強(qiáng)其在層壓結(jié)構(gòu)層之間的滲透性能。粘結(jié)劑根據(jù)需要進(jìn)行活化以促進(jìn)其連結(jié)性能。在粘結(jié)劑已經(jīng)受到任何所需的活化和固化后，部件可進(jìn)行最終加工以除去任何過量的粘結(jié)劑和為部件提供適當(dāng)?shù)谋砻婀鉂嵍群妥罱K所需的部件尺寸。如果在至少約175°C的溫度下實(shí)現(xiàn)粘結(jié)劑的活化或固化，其還可用來影響磁性能，正如下文更詳細(xì)地討論地。一種優(yōu)選的粘結(jié)劑是由P. D. George公司出售的商品名稱為Epoxylite 8899的熱活性環(huán)氧。本發(fā)明的裝置優(yōu)選通過浸漬這種環(huán)氧進(jìn)行連結(jié)，以丙酮將所述環(huán)氧稀釋至 1 5的體積比以降低其粘度和增強(qiáng)其在條帶的層之間的滲透性能?？赏ㄟ^使環(huán)氧暴露在提高的溫度，例如在約170°C至180°C的范圍內(nèi)的溫度下，約2至3小時(shí)的范圍內(nèi)的時(shí)間而進(jìn)行活化和固化。另一種被發(fā)現(xiàn)是優(yōu)選的粘結(jié)劑是由National Starch and Chemistry公司出售的商品名稱為Permabond 910FS的氰基丙烯酸甲酯。本發(fā)明的裝置優(yōu)選通過施加這種粘結(jié)劑以使得其將通過毛細(xì)作用滲透在條帶的層之間而進(jìn)行連結(jié)。Permabond 910FS是單組分低粘度液體，所述液體將在濕氣存在的情況下，在室溫下5秒鐘內(nèi)固化。本發(fā)明還提供了一種組裝多個(gè)大塊非晶體金屬磁性部件以形成具有磁芯的感應(yīng)裝置的方法。所述方法包括步驟(i)利用電繞組圍繞至少一個(gè)部件；(ii)將所述部件放置成并置關(guān)系以形成鐵芯，所述鐵芯具有至少一條磁路，且其中每個(gè)部件的層位于大體上平行的平面中；和(iii)將所述部件緊固成并置關(guān)系。在本發(fā)明的裝置中組裝的部件的布置通過任何適當(dāng)?shù)木o固裝置被緊固。所述緊固裝置優(yōu)選不給構(gòu)成部件提供可導(dǎo)致磁性能例如磁導(dǎo)率和鐵芯損耗劣化的高應(yīng)力。所述部件優(yōu)選通過由金屬、聚合物或纖維制成的環(huán)繞的帶條、帶、窄帶、或板被綁扎結(jié)合。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，緊固裝置包括相對(duì)剛性的殼體或框，所述殼體或框優(yōu)選由塑性或聚合物材料制成，且具有一個(gè)或多個(gè)空腔，所述構(gòu)成部件被裝配到所述空腔內(nèi)。用于殼體的適當(dāng)材料包括尼龍和玻璃填充的尼龍。更優(yōu)選的材料包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二酯，所述材料在商業(yè)上可從杜邦(Dupont)公司得到，商品名稱為Rynite PET熱塑性聚酯?？涨坏男螤詈桶卜艑⒉考o固處于所需的置齊狀態(tài)。在又一個(gè)實(shí)施例中，緊固裝置包括剛性或半剛性的外部介電涂層或罐封。構(gòu)成部件被設(shè)置處于所需的對(duì)齊狀態(tài)。涂層或罐封隨后被施加到裝置的外表面的至少一部分上且進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕罨凸袒跃o固部件。在一些實(shí)施方式中，在施加涂層或罐封之前施加一個(gè)或多個(gè)繞組。各種涂層和方法是適當(dāng)?shù)?，包括環(huán)氧樹脂在內(nèi)。如果需要，最終加工操作可包括除去任何多余的涂層。外部涂層有利地保護(hù)了部件上的電繞組的絕緣使其避免在尖銳的金屬邊緣處磨損且用以俘獲任何可傾向于從部件上脫落或要不然被不適當(dāng)?shù)厝菁{在裝置或其它附近的結(jié)構(gòu)中的碎片或其它材料。最終加工選擇性地進(jìn)一步包括表面研磨、切割、拋光、化學(xué)蝕刻和電化學(xué)蝕刻中的至少一種或相似的操作以提供平面的配合表面。通常情況下，這種工藝用以精整每個(gè)組件的配合面并除去任何粗糙或非平面。各種緊固技術(shù)可組合實(shí)施以提供抵抗在操作中伴隨部件的勵(lì)磁產(chǎn)生的外部強(qiáng)加機(jī)械力和磁力的附加強(qiáng)度。包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的大塊非晶體金屬磁性部件的感應(yīng)裝置尤其適于作為用于多種電子電路裝置的感應(yīng)器和變壓器，所述電子電路裝置值得注意地包括功率調(diào)節(jié)電路裝置例如功率源、電壓轉(zhuǎn)換器、和相似的利用開關(guān)模式技術(shù)在IkHz或更高的開關(guān)頻率下操作的功率調(diào)節(jié)裝置。本感應(yīng)裝置的低損耗有利地提高了這種電子電路裝置的效率。簡(jiǎn)化了磁性部件的制造且減少了制造時(shí)間。使大塊非晶體金屬部件的構(gòu)造過程中遇到的其它應(yīng)力最小化。使成品裝置的磁性能最優(yōu)化?？衫迷S多非晶金屬合金制造在本發(fā)明的實(shí)踐中使用的大塊非晶體金屬磁性部件。通常情況下，適于用于構(gòu)造本發(fā)明的部件的合金由式m7。_85Y5_2。Z。_2。限定出，下標(biāo)為原子百分比，其中“M”是狗、Ni和Co中的至少一種，“Y”是B、C和P中的至少一種，和“Z”是 Si、Al和Ge中的至少一種；其附帶條件包括(i)高達(dá)十(10)個(gè)原子百分比的部件“M”可由金屬物質(zhì)Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta和W的至少一種替換，和(ii)高達(dá)十(10)個(gè)原子百分比的部件(Y+Z)可由非金屬物質(zhì)^uSruSb和1 中的至少一種替換。正如此處使用的，術(shù)語“非晶體金屬合金”意味著大體上缺乏任何長(zhǎng)程有序且具有與從液體或無機(jī)氧化物玻璃中觀測(cè)到的那些X射線衍射強(qiáng)度最大值相似的X射線衍射強(qiáng)度最大值的特征的金屬合金。適于作為本發(fā)明的實(shí)踐中的原料的非晶體金屬合金通常以寬度達(dá)20cm或更大且厚度約為20-25 μ m的連續(xù)薄帶或條帶的形式在商業(yè)上是可得到的。這些合金被形成具有大體上完全玻璃態(tài)的微結(jié)構(gòu)(例如，至少80%體積百分比的材料具有非晶體結(jié)構(gòu))。合金優(yōu)選被形成為大體上100%的具有非晶體結(jié)構(gòu)的材料。非晶體結(jié)構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)可通過本領(lǐng)域中已公知的方法，例如X射線、中子或電子衍射、透射電子顯微術(shù)或差示掃描量熱法，進(jìn)行確定。以低成本使合金實(shí)現(xiàn)了最高感應(yīng)值，其中“M”、“Y”和“Z”分別至少主要是鐵、硼和硅。因此，包含至少70個(gè)原子百分比的!^e、至少5個(gè)原子百分比的B和至少5個(gè)原子百分比的Si，其附帶條件為B和Si的總含量為至少15個(gè)原子百分比，的合金是優(yōu)選的。包含鐵-硼-硅的非晶體金屬帶也是優(yōu)選的。最優(yōu)選的是具有主要包括約11個(gè)原子百分比的硼和約9個(gè)原子百分比的硅的，余量為鐵和附帶雜質(zhì)的成分的非晶體金屬帶。這種具有約1. 56T的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和約137 μ Ω-cm的電阻率的帶由Honeywell International Inc.公司出售，其商品名稱為METGLAS 合金2605SA-1。另一種適當(dāng)?shù)姆蔷w金屬帶具有主要包括約13. 5個(gè)原子百分比的硼、約4. 5個(gè)原子百分比的硅和約2個(gè)原子百分比的碳，余量為鐵和附帶雜質(zhì)的成分。這種具有約1.59T的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和約137 μ Ω-cm的電阻率的帶由Honeywell International Inc.公司出售，其商品名稱為METGLAS 合金 ^K)5SC。對(duì)于需要甚至更高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的應(yīng)用而言，具有主要包括鐵、連同約18個(gè)原子百分比的Co、約16個(gè)原子百分比的硼和約1個(gè)原子百分比的硅一起的，余量為鐵和附帶雜質(zhì)的成分的帶是適當(dāng)?shù)?。這種帶由Honeywell International Inc.公司出售，其商品名稱為METGLAS 合金2605C0。然而，利用這種材料構(gòu)造的部件的損耗傾向于略高于那些利用METGLAS 2605SA-1構(gòu)造的部件的損耗。正如本領(lǐng)域中已公知的，鐵磁性材料可具有其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的特征或等效地， 具有其飽和磁通密度或磁化強(qiáng)度的特征。適用于本發(fā)明中的合金優(yōu)選具有至少約1. 2特斯拉(T)的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和更優(yōu)選地具有至少約1. 5T的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。所述合金還具有高電阻率，優(yōu)選至少為約100 μ Ω-cm和最優(yōu)選至少為約130 μ Ω-cm。被指定用于部件中的非晶體金屬帶的機(jī)械和磁性能可通過在足以提供需要的增強(qiáng)而不改變所述帶的大體上完全的玻璃態(tài)微結(jié)構(gòu)的溫度和時(shí)間下的熱處理得以增強(qiáng)。通常情況下，所述溫度被選擇約低于合金結(jié)晶溫度100-175°C且所述時(shí)間在約0. 25-8小時(shí)范圍內(nèi)。所述熱處理包括加熱部分、選擇性浸泡部分和冷卻部分。磁場(chǎng)可在熱處理的至少一個(gè)部分，例如至少在冷卻部分中被選擇性地施加到帶上。優(yōu)選大體上沿在部件的操作過程中磁通量所處的方向指向的所述場(chǎng)的施加在一些情況下可進(jìn)一步提高磁性能和降低部件的鐵芯損耗。熱處理選擇性地包括超過一個(gè)這種熱循環(huán)。此外，所述一個(gè)或多個(gè)熱處理循環(huán)可在部件制造的不同階段被實(shí)施。例如，可在粘結(jié)劑連結(jié)之前或之后對(duì)不連續(xù)的層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理或?qū)訅航Y(jié)構(gòu)的疊層進(jìn)行熱處理。由于許多其它有吸引力的粘結(jié)劑經(jīng)受不住需要的熱處理溫度，因此優(yōu)選在連結(jié)前實(shí)施所述熱處理。非晶體金屬的熱處理可采用任何加熱手段，所述加熱手段致使金屬經(jīng)歷了所需的熱曲線。適當(dāng)?shù)募訜崾侄伟t外熱源、烘箱、流化床、與保持在高溫下的散熱器的熱接觸、 通過使電流通過帶實(shí)現(xiàn)的電阻加熱和感應(yīng)(射頻(RF))加熱。加熱手段的選擇可取決于上面列舉的所需工藝步驟的順序。此外，可在加工本發(fā)明的部件和裝置的過程中的不同階段實(shí)施熱處理。在一些情況下，在形成不連續(xù)的層壓結(jié)構(gòu)之前優(yōu)選對(duì)原料帶材進(jìn)行熱處理。大塊的繞在卷軸上的材料可優(yōu)選在烘箱或流化床中進(jìn)行離線處理，或者進(jìn)行在線連續(xù)的卷軸到卷軸的處理，其中帶材從松卷卷軸通過加熱區(qū)傳送到卷取卷軸上。卷軸到卷軸的處理還可以與連續(xù)沖軋或光刻浸蝕工藝結(jié)合成一體。還可以在光刻浸蝕或沖軋步驟之后，但是在層疊之前在不連續(xù)的層壓結(jié)構(gòu)上實(shí)施熱處理。在該實(shí)施例中，優(yōu)選層壓結(jié)構(gòu)離開切割工藝并且直接放置在將其傳輸通過加熱區(qū)的移動(dòng)帶上，由此使層壓結(jié)構(gòu)經(jīng)受適當(dāng)?shù)臅r(shí)間-溫度曲線。在其它實(shí)施方式中，可在不連續(xù)的層壓結(jié)構(gòu)對(duì)齊疊置后實(shí)施熱處理。用于對(duì)這種疊片進(jìn)行退火的適當(dāng)?shù)募訜崾侄伟ê嫦?、流化床和感?yīng)加熱。在進(jìn)行沖軋前對(duì)帶材進(jìn)行熱處理可改變非晶體金屬的機(jī)械性能。具體而言，熱處理會(huì)降低非晶體金屬的延性，由此限制在沖軋工藝中發(fā)生斷裂前非晶體金屬的機(jī)械性變量。非晶體金屬的延性的降低還減少了通過使非晶體金屬產(chǎn)生形變而造成的沖頭和模具材料的直接磨耗和磨損。某些適于在本部件中使用的非晶體合金的磁性能可通過對(duì)合金進(jìn)行熱處理以形成納米晶微結(jié)構(gòu)得到顯著的改進(jìn)。所述微結(jié)構(gòu)具有出現(xiàn)了高密度晶粒的特征，所述晶粒具有小于約lOOnm、優(yōu)選小于50nm和更優(yōu)選約10-20nm的平均尺寸。所述晶粒優(yōu)選占鐵基合金體積的至少50%。這些優(yōu)選的材料具有低鐵芯損耗和低磁致伸縮。后一種性質(zhì)還使材料不易受到由包括部件的裝置的制造和/或操作引起的應(yīng)力所致的磁性的劣化。在給定合金中產(chǎn)生納米晶結(jié)構(gòu)所需的熱處理必須在比被設(shè)計(jì)以在其中保持大體上完全的玻璃態(tài)微結(jié)構(gòu)的熱處理所需的溫度和時(shí)間更高的溫度或更長(zhǎng)的時(shí)間條件下被實(shí)施。正如此處使用的， 術(shù)語非晶體金屬和非晶體合金還包括初始被形成具有大體上完全的玻璃體微結(jié)構(gòu)并隨后通過熱處理或其它工藝被轉(zhuǎn)變成具有納米晶微結(jié)構(gòu)的材料的材料?？蛇M(jìn)行熱處理以形成納米晶微結(jié)構(gòu)的非晶體合金通常還可被簡(jiǎn)單地稱為納米晶合金。本方法允許納米晶合金被形成成品大塊磁性部件需要的幾何形狀。在對(duì)合金進(jìn)行熱處理以形成納米晶結(jié)構(gòu)之前，所述納米晶結(jié)構(gòu)通常使其更脆且更難進(jìn)行處理，當(dāng)合金仍處于鑄態(tài)、可延展的、大體上非晶體的形式時(shí)，這種形成被有利地實(shí)現(xiàn)。通常情況下，納米結(jié)晶熱處理在從低于合金的結(jié)晶溫度約 50°C到高于其約50°C的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行實(shí)施。具有通過在合金中形成納米晶微結(jié)構(gòu)而得到顯著增強(qiáng)的磁性能的兩個(gè)優(yōu)選級(jí)別的合金由下式給出，在所述式中下標(biāo)為原子百分比。
第一優(yōu)選級(jí)別的納米晶合金是FeiQ(1_u_x_y_z_wRuTxQyBzSiw，其中R是Ni和Co中的至少一種，T是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W中的至少一種，Q是Cu、Ag、Au、Pd和Pt中的至少一種，u在從0至約10的范圍內(nèi)、χ在從約3至12的范圍內(nèi)、y在從0至約4的范圍內(nèi)、ζ在從約5至12的范圍內(nèi)和w在從0至小于約8的范圍內(nèi)。在對(duì)這種合金進(jìn)行熱處理以在其中形成納米晶微結(jié)構(gòu)之后，其具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(例如，至少約1.5T)、低鐵芯損耗和低飽和磁致伸縮(例如具有絕對(duì)值小于4X10—6的磁致伸縮)。這種合金尤其優(yōu)選用于其中需要具有最小尺寸的裝置的應(yīng)用。第二優(yōu)選級(jí)別的納米晶合金是FeiQ(1_u_x_y_z_wRuTxQyBzSiw，其中R是Ni和Co中的至少一種，T是Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo和W中的至少一種，Q是Cu、Ag、Au、Pd和Pt中的至少一種，u在從0至約10的范圍內(nèi)、χ在從約1至5的范圍內(nèi)、y在從0至約3的范圍內(nèi)、ζ在從約5至12的范圍內(nèi)和w在從約8至18的范圍內(nèi)。在對(duì)這種合金進(jìn)行熱處理以在其中形成納米晶微結(jié)構(gòu)之后，其具有至少約1. OT的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、特別低的鐵芯損耗和低飽和磁致伸縮(例如具有絕對(duì)值小于4X10—6的磁致伸縮)。這種合金尤其優(yōu)選用于需要在特別的勵(lì)磁頻率例如1000Hz或更高的頻率下操作的裝置中。大塊非晶體磁性部件將比由其它鐵基磁性金屬制成的部件更有效地進(jìn)行磁化和退磁。當(dāng)大塊非晶體金屬部件被并入感應(yīng)裝置中時(shí)，與由另一種鐵基磁性金屬制成的可比較的部件相比，當(dāng)兩個(gè)部件在相同的磁感應(yīng)強(qiáng)度和頻率下進(jìn)行磁化時(shí)，所述大塊非晶體金屬部件將產(chǎn)生更少的熱。使用大塊非晶體金屬部件的感應(yīng)裝置可因此被設(shè)計(jì)以(i)在更低的操作溫度下操作；(ii)在更高的磁感應(yīng)強(qiáng)度下操作以實(shí)現(xiàn)減少的尺寸和重量和增加的能量?jī)?chǔ)存或傳遞；或(iii)當(dāng)與包括由其它鐵基磁性金屬制成的部件的感應(yīng)裝置相比時(shí)， 在更高的頻率下操作以實(shí)現(xiàn)減少的尺寸和重量。正如本領(lǐng)域中已公知的，鐵芯損耗是當(dāng)鐵磁性材料的磁化強(qiáng)度隨時(shí)間變化時(shí)發(fā)生在鐵磁性材料內(nèi)的能量耗散。通常通過對(duì)所述部件進(jìn)行循環(huán)勵(lì)磁確定給定的磁性部件的鐵芯損耗。隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)被施加到部件上以在其中產(chǎn)生相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通密度隨時(shí)間的變化。為了測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化起見，勵(lì)磁通常被選擇以使得磁感應(yīng)強(qiáng)度在樣品中是均勻的且在頻率“f”下隨時(shí)間發(fā)生正弦變化并具有峰值振幅Bmax。鐵芯損耗隨后通過已公知的電測(cè)量?jī)x表和技術(shù)被確定。損耗常規(guī)地被報(bào)告作為每單位質(zhì)量或體積的被勵(lì)磁的磁性材料的瓦特?cái)?shù)。在本領(lǐng)域中已公知，損耗隨f和Bmax單調(diào)增加。用于檢測(cè)在感應(yīng)裝置中使用的軟磁材料的鐵芯損耗的最標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)程{例如，ASTM標(biāo)準(zhǔn)A912-93和A927 (A927M-94)}需要位于大體上閉合的磁路內(nèi)的這種材料的樣品，即，一種構(gòu)型，在所述構(gòu)型中閉合磁通線大體上被包含在樣品體積內(nèi)且磁性材料的剖面在遍及磁路的范圍內(nèi)大體上是相同的。另一方面， 通過磁通線必須橫穿的高磁阻間隙的存在可使得實(shí)際感應(yīng)裝置，尤其是回掃變壓器或能量?jī)?chǔ)存感應(yīng)器，中的磁路相對(duì)敞開。由于邊緣場(chǎng)效應(yīng)和場(chǎng)的不均勻性，在開路中測(cè)試的給定材料通常呈現(xiàn)比其在閉路測(cè)量中具有的鐵芯損耗更高的鐵芯損耗，即更高的每單位質(zhì)量或體積的瓦特值。本發(fā)明的大塊磁性部件即使在相對(duì)開路的構(gòu)型中仍有利地呈現(xiàn)遍及廣泛范圍的磁通密度和頻率內(nèi)的低鐵芯損耗。本發(fā)明的低損耗大塊非晶體金屬裝置的總鐵芯損耗被認(rèn)為包括來自磁滯損耗和渦電流損耗的貢獻(xiàn)，而未被任何理論所約束。這兩個(gè)貢獻(xiàn)中的每個(gè)都是峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax 和勵(lì)磁頻率f的函數(shù)。對(duì)非晶體金屬中的鐵芯損耗的現(xiàn)有技術(shù)分析(參見，例如，G. E.Fish,J. Appl. Phys. 57,3569(1985)和 G.E.Fish 等，J. Appl. Phys. 64 5370 (1988)) 一般已經(jīng)被限制于從閉合磁路中的材料中獲得的數(shù)據(jù)。對(duì)本發(fā)明的裝置的每單位質(zhì)量的總鐵芯損耗L(Bmax，f)的分析在具有單條磁路和大體上相同的有效磁性材料橫截面面積的構(gòu)型中是最簡(jiǎn)單的。在那種情況中，所述損耗通?？捎删哂幸韵滦问降暮瘮?shù)所限定L (Bfflax, f) = Clf (Bfflax) η+ο2Γ (Bmax)m其中，系數(shù)C1和C2和指數(shù)n、m和q都必須經(jīng)驗(yàn)性地進(jìn)行確定，而沒有精確地確定它們的值的已公知的理論。使用這個(gè)公式允許在任何需要的操作磁感應(yīng)強(qiáng)度和勵(lì)磁頻率下確定本發(fā)明的裝置的總鐵芯損耗。有時(shí)發(fā)現(xiàn)在感應(yīng)裝置的具體幾何形狀中，其中的磁場(chǎng)在空間上是不均勻的，尤其在具有多條磁路和材料橫截面的實(shí)施例，例如通常被用于三相裝置的實(shí)施例中。例如有限元模型的技術(shù)在本領(lǐng)域中是已公知的以提供對(duì)峰值磁通密度的空間和時(shí)間變化的估算，所述估算接近近似于實(shí)際裝置中測(cè)量的磁通密度分布。使用給出了給定材料在空間上均勻的磁通密度下的磁芯損耗的適當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)性公式作為輸入，這些技術(shù)通過遍及裝置體積的數(shù)值積分使得給定部件在其操作構(gòu)型中相應(yīng)的實(shí)際鐵芯損耗在具有合理準(zhǔn)確度的情況下被預(yù)測(cè)?？衫酶鞣N本領(lǐng)域中已公知的各種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)本發(fā)明的磁性裝置的鐵芯損耗的測(cè)量。在裝置具有單條磁路和大體上恒定的橫截面的情況中，損耗的確定尤其簡(jiǎn)單。適當(dāng)?shù)姆椒òㄌ峁┚哂谐跫?jí)和次級(jí)電繞組的裝置，每個(gè)電繞組圍繞一個(gè)或多個(gè)裝置的部件。通過使電流通過初級(jí)繞組施加磁動(dòng)勢(shì)。通過法拉第定律從次級(jí)繞組中感應(yīng)的電壓中確定出所得的磁通密度。通過安培定律從磁動(dòng)勢(shì)中確定出被施加的磁場(chǎng)。隨后采用常規(guī)方法從被施加的磁場(chǎng)和所得的磁通密度中計(jì)算出鐵芯損耗。下列實(shí)例被呈現(xiàn)以提供對(duì)本發(fā)明更完全的理解。被列出以示例說明本發(fā)明的原理和實(shí)踐的具體技術(shù)、條件、材料、比例和報(bào)告數(shù)據(jù)是示例性的且不應(yīng)被解釋為對(duì)本發(fā)明范圍的限制。實(shí)例1包括沖軋的非晶體金屬弧形部件的感應(yīng)裝置的制備和電磁試驗(yàn)約60mm寬和0. 022mm厚的!^e8tlB11Si9鐵磁非晶體金屬條帶進(jìn)行沖軋以形成單獨(dú)的層壓結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述層壓結(jié)構(gòu)具有90°圓環(huán)扇形形狀，所述圓環(huán)扇形形狀具有IOOmm的外徑和75mm的內(nèi)徑。約500個(gè)單獨(dú)的層壓結(jié)構(gòu)被層疊和對(duì)齊以形成直圓柱體的90°弧形扇形，所述弧形扇形具有12. 5mm的高度、IOOmm的外徑和75mm的內(nèi)徑，大體上如圖12所示。 圓柱形扇形組件被安放在固定裝置中并在氮?dú)夥罩羞M(jìn)行退火。所述退火包括1)將所述組件加熱至365°C ；2)將溫度保持在約365°C約2小時(shí)；和幻將所述組件冷卻至周圍環(huán)境溫度。圓柱形扇形組件被安放在第二固定裝置中、真空浸漬環(huán)氧樹脂溶液并在120°C下固化約 4. 5小時(shí)。當(dāng)完全固化時(shí)，將圓柱形扇形組件從第二固定裝置中除去。所得的環(huán)氧連結(jié)的非晶體金屬圓柱形扇形組件的重量約為70g。重復(fù)所述工藝以形成總計(jì)四個(gè)這種組件。四個(gè)組件被安放成配合關(guān)系且進(jìn)行綁扎結(jié)合以形成大體上圓柱形的試驗(yàn)鐵芯，所述試驗(yàn)鐵芯具有四個(gè)相等的間隔一定距離的間隙。初級(jí)和次級(jí)電繞組被固定到圓柱形試驗(yàn)鐵芯上用以進(jìn)行電試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)組件在約60Hz的頻率和約1.4特斯拉(T)的磁通密度下操作時(shí)，其呈現(xiàn)小于1瓦特/千克非晶體金屬材料的鐵芯損耗值；當(dāng)在約1000Hz的頻率和約1. OT的磁通密度下操作時(shí)，小于12瓦特/千克非晶體金屬材料的鐵芯損耗；以及當(dāng)在約20，OOOHz的頻率和約0. 30T的磁通密度下操作時(shí)，小于70瓦特/千克非晶體金屬材料的鐵芯損耗。試驗(yàn)鐵芯的低鐵芯損耗使其適于用于本發(fā)明的感應(yīng)裝置。實(shí)例2包括沖軋的非晶體金屬弧形部件的感應(yīng)裝置的高頻電磁試驗(yàn)如實(shí)例1所述制備包括四個(gè)沖軋的非晶體金屬弧形部件的圓柱形試驗(yàn)鐵芯。初級(jí)和次級(jí)電繞組被固定到試驗(yàn)組件上。在60、1000、5000和20，OOOHz和各種磁通密度下進(jìn)行電試驗(yàn)。測(cè)量鐵芯損耗值并與其它鐵磁材料在相似的試驗(yàn)配置中(National-Arnold Magnetics, 17030Muskrat Avenue, Adelanto, CA 92301(1995))的目錄值進(jìn)行比較。試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯集在下面的表1、2、3和4中。如表3和表4中的數(shù)據(jù)最佳所示，鐵芯損耗在5000Hz 或更高的勵(lì)磁頻率下特別低。這種低鐵芯損耗使得本發(fā)明的磁性部件尤其充分適于用于構(gòu)造本發(fā)明的感應(yīng)裝置。根據(jù)本實(shí)例構(gòu)造的圓柱形試驗(yàn)鐵芯適于用于感應(yīng)裝置中，例如用于在開關(guān)模式功率源中使用的感應(yīng)器中。表1在60Hz下的鐵芯損耗(W/kg)
權(quán)利要求
1.一種用于構(gòu)造低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件的方法，包括切割非晶體金屬帶材以形成多個(gè)平面層壓結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述平面層壓結(jié)構(gòu)具有相同的預(yù)定形狀；層疊和對(duì)齊所述層壓結(jié)構(gòu)以形成具有三維形狀的層壓結(jié)構(gòu)疊片； 對(duì)所述層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火以改進(jìn)所述部件的磁性能；和利用粘結(jié)劑粘結(jié)連結(jié)所述層壓結(jié)構(gòu)疊片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘結(jié)連結(jié)包括浸漬所述層壓結(jié)構(gòu)疊片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘結(jié)劑包括從包含單組分和雙組分環(huán)氧、清漆、厭氧粘結(jié)劑、氰基丙烯酸酯和室溫硫化(RTV)硅酮材料的組中選擇出來的至少一個(gè)成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粘結(jié)劑包括低粘度環(huán)氧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述粘結(jié)連結(jié)之后實(shí)施所述退火。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，在所述粘結(jié)連結(jié)之前實(shí)施所述退火。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用絕緣涂層劑涂覆所述部件的表面的至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)所述層壓結(jié)構(gòu)疊片進(jìn)行最終加工以實(shí)現(xiàn)除去多余的粘結(jié)劑、為所述部件提供適當(dāng)表面光潔度和為所述部件提供其最終部件尺寸中的至少一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切割包括沖軋和光刻浸蝕中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切割包括對(duì)所述非晶體金屬帶材進(jìn)行光刻浸蝕以形成所述層壓結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述切割包括對(duì)所述非晶體金屬帶材進(jìn)行沖軋以形成所述層壓結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在所述部件上制備至少兩個(gè)配合面，所述面是平面且垂直于所述層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述制備包括所述配合面的表面研磨、切割、拋光、化學(xué)蝕刻和電化學(xué)蝕刻中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述部件具有小于“L”的鐵芯損耗，其中L由公 SL = O. 005f (Bfflax) L5+0. 000012f15(Bmax)16給出，所述鐵芯損耗、所述勵(lì)磁頻率和所述峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的測(cè)量單位分別為瓦特/千克、赫茲和特斯拉。
15.一種使用一種工藝構(gòu)造的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，所述工藝包括 切割非晶體金屬帶材以形成多個(gè)平面層壓結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述平面層壓結(jié)構(gòu)具有相同的預(yù)定形狀；層疊和對(duì)齊所述層壓結(jié)構(gòu)以形成具有三維形狀的層壓結(jié)構(gòu)疊片； 對(duì)所述層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火以改進(jìn)所述部件的磁性能；和利用粘結(jié)劑粘結(jié)連結(jié)所述層壓結(jié)構(gòu)疊片。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，其中所述切割包括光刻浸蝕。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，其中所述切割包括由非晶體金屬帶沖軋出所述層壓結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，其中當(dāng)所述部件在勵(lì)磁頻率“f”下運(yùn)行至峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小Bmax時(shí)，其具有小于“L”的鐵芯損耗，其中L由公式L = O. 005f (Bfflax) L5+0. 000012f15(Bmax)16給出，所述鐵芯損耗、所述勵(lì)磁頻率和所述峰值磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的測(cè)量單位分別為瓦特/千克、赫茲和特斯拉。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，其中每條所述鐵磁非晶體金屬帶具有基本上由式Μ7。_85γ5_2。ζ。_2。限定出的成分，下標(biāo)為原子百分比，其中“M”是 Fe,Ni和Co中的至少一種，“Y”是B、C和P中的至少一種，以及“Z”是Si、Al和Ge中的至少一種；附帶條件包括⑴達(dá)10個(gè)原子百分比的組分“M”由金屬物質(zhì)Ti、V、Cr、Mn、Cu、 Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、Ag、Au、Pd、Pt和W中的至少一種選擇性地替換；(ii)達(dá)10個(gè)原子百分比的組分(Y+Z)由非金屬物質(zhì)h、Sn、Sb和1 中的至少一種選擇性地替換；和(iii)達(dá)約一 (1)個(gè)原子百分比的組分(M+Y+Z)為附帶雜質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，其中每條所述鐵磁非晶體金屬帶具有包含至少70個(gè)原子百分比的狗、至少5個(gè)原子百分比的B以及至少5個(gè)原子百分比的Si的成分，附帶條件為B和Si的總含量為至少15個(gè)原子百分比。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件，其中每個(gè)所述鐵磁非晶體金屬帶具有由式!^e8tlB11Si9限定出的成分。
22.—種感應(yīng)裝置，包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法構(gòu)造的大塊非晶體金屬磁性部件。
23.一種用于構(gòu)造感應(yīng)裝置的方法，包括設(shè)置具有至少一個(gè)鐵磁大塊非晶體金屬磁性部件的鐵芯，所述磁性部件具有多個(gè)非晶體金屬帶的平面層，所述層通過粘結(jié)劑被連結(jié)在一起以形成具有包括至少一個(gè)空氣間隙的磁路的多面體的部分；和利用至少一個(gè)電繞組圍繞所述磁性部件的至少一部分。
24.—種用于構(gòu)造感應(yīng)裝置的方法，包括設(shè)置具有多個(gè)鐵磁大塊非晶體金屬磁性部件的鐵芯，每個(gè)部件具有多個(gè)非晶體金屬的層，所述層被切割、層疊處于對(duì)齊狀態(tài)并利用粘結(jié)劑連結(jié)在一起以形成具有一定厚度和多個(gè)配合面的多面體的部分；利用電繞組圍繞至少一個(gè)所述磁性部件；將所述部件放置成并置關(guān)系以形成具有至少一條磁路的所述鐵芯，所述至少一條磁路具有至少一個(gè)空氣間隙，每個(gè)部件的層位于平行的平面中；和將所述部件緊固成所述并置關(guān)系。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，進(jìn)一步包括將間隔件插入所述空氣間隙中。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述緊固包括使用粘結(jié)劑以粘結(jié)所述部件。
27.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述緊固包括利用帶條綁扎結(jié)合所述部件。
28.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述緊固包括將所述部件安放在殼體內(nèi)。
29.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，進(jìn)一步包括最終加工，其中所述多個(gè)配合面進(jìn)行最終加工以在其上設(shè)置多個(gè)平面配合表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求四所述的方法，其中所述最終加工包括表面研磨、切割、拋光、電蝕刻和化學(xué)蝕刻中的至少一種。
31.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述電繞組被卷繞在具有中空內(nèi)部空間的繞線筒上且所述繞線筒被安放在所述鐵芯的一部分上。
全文摘要
一種用于構(gòu)造低鐵芯損耗大塊非晶體金屬磁性部件的方法，包括切割非晶體金屬帶材以形成多個(gè)平面層壓結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述平面層壓結(jié)構(gòu)具有相同的預(yù)定形狀；層疊和對(duì)齊所述層壓結(jié)構(gòu)以形成具有三維形狀的層壓結(jié)構(gòu)疊片；對(duì)所述層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火以改進(jìn)所述部件的磁性能；和利用粘結(jié)劑粘結(jié)連結(jié)所述層壓結(jié)構(gòu)疊片。
文檔編號(hào)H01F41/02GK102290204SQ20111009457
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2003年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者C·E·克羅格, G·E·菲什, N·J·德克里斯托法羅, R·哈斯伽瓦, S·M·林奎斯特, S·V·塔提科拉 申請(qǐng)人:梅特格拉斯公司