[发明专利]电感器件、构造非晶态金属体磁元件的方法及生产工艺

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明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。