[发明专利]用于构造低铁芯损耗大块非晶体金属磁性部件的方法

说明书

本发明是申请号为200380108179.2、国际申请日为2003年10月22日的名称为“大块层压非晶体金属感应装置”的专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及感应装置，且更具体而言，涉及具有包括一个或多个大块非晶体金属磁性部件的铁芯的高效、低铁芯损耗的感应装置。 

背景技术

感应装置是多种现代电气设备和电子设备的主要部件，其在最通常情况下包括变压器和感应器。大部分这些装置采用包括软铁磁性材料的铁芯和一个或多个围绕所述铁芯的电绕组。感应器通常采用具有两个端子的单个绕组，且用作过滤器和能量储存装置。变压器通常具有两个或多个绕组。它们将电压从一个级别变换到至少一个另外的所需级别，并使整体电路的不同部分电绝缘。感应装置可具有广泛变化的尺寸，所述广泛变化的尺寸具有相应变化的功率容量。不同类型的感应装置被最优化用于在从直流(DC)到千兆赫兹(GHz)的遍及非常宽的范围内的频率下的操作。实际上，每个已公知类型的软磁性材料都在感应装置的构造中得到了应用。具体软磁性材料的选择取决于需要的性质、以使材料本身被有效的制造的形式存在的材料的可获得性和服务于给定市场所需要的体积和成本的组合。通常情况下，所希望的软铁磁芯材料具有用以使铁芯尺寸最小化的高饱和磁感应强度B_sat、和低矫顽力H_e、高磁导率μ、和低铁芯损耗以使效率最大化。 

用于电气和电子装置的例如马达和从小尺寸到中等尺寸的感应器和变压器的部件通常利用由各种级别的磁性钢冲压而成的层压结构被构造，所述磁性钢以具有低到100μm厚度的板材被供应。所述层压结构通常被层叠和紧固并随后被所需要的一个或多个通常包括高传导率的铜或铝线的电绕组卷绕。这些层压结构通常以各种已公知的形状被用于 铁芯中。 

用于感应器和变压器的许多形状由大体上具有某些印刷体字母，例如“C”“U”“E”和“I”，所述部件通过所述字母被识别，的形式的构成部件组装而成。所述组装形状可进一步由反映所述构成部件的字母表示，例如，“E-I”形状通过将“E”部件与“I”部件组装在一起被制成。其它广泛使用的组装形状包括“E-E”“C-I”和“C-C”。用于具有这些形状的现有技术铁芯的构成部件已经既由常规晶体铁磁金属的层压板又由已加工的大块软铁氧体块构造而成。 

尽管与其它普通软铁磁性材料相比，许多非晶体金属提供了优良的磁性能，但某些它们的物理性质使常规的制造技术是困难的或不可能的。非晶体金属通常被供应作为具有均匀条带宽的薄的、连续的条带材。然而，非晶体金属实际上比所有常规金属软磁性合金更薄和更硬，因此常规的层压结构的冲轧或冲压导致了制造工具和冲模的过度磨损，所述过度磨损导致快速损坏。由此引起的加工和制造成本的增加使得利用这种常规技术制造大块非晶体金属磁性部件在商业上不实用。非晶体金属较薄的性质也转化为形成具有给定横截面和厚度的部件所需要的层压结构数量的增加，这进一步增加了非晶体金属磁性部件的总成本。被用以使铁氧体块成形的加工技术通常也不适于加工非晶体金属。 

非晶体金属的性质通常通过退火处理被最优化。然而，所述退火通常使非晶体金属变得非常脆，还使常规制造工艺复杂化。作为前面提到的困难的结果，被广泛和容易地用以形成硅钢和其它相似的金属板材形式的FeNi和FeCo基的晶体材料的成形层压结构的技术还未发现适于制造非晶体金属装置和部件。非晶体金属因此还未被市场接受用于许多装置；尽管存在应从高磁感应强度、低损耗材料的使用中原则上意识到的尺寸、重量和能量效率的改进的巨大潜力，但是情况就是如此。 

对于电子应用，例如饱和电抗器和一些扼流器而言，非晶体金属已经以螺旋形卷绕的圆环形铁芯的形式被采用。以这种形式存在的装置可在商业上得到，其直径通常在几个毫米到几个厘米的范围内并通常被用在供应达几百伏安(VA)的开关模式的功率源中。这种铁芯构型提供了完全闭合的磁路，且具有可忽略的退磁系数。然而，为了达到所需能量储存能力，许多感应器需要包括不连续的空气间隙的磁路。间隙的存在导致了不可忽略的退磁系数和相关的形状各向异性，所述退磁系数和形 状各向异性在剪切的磁化回线中是显然的。所述形状各向异性可比可能的感应磁各向异性高得多，这成比例地增加了能量储存容量。具有不连续空气间隙的环形铁芯和常规材料已经被建议用于这种能量储存应用。