結(jié)構(gòu)化的磁性材料的制作方法
【專利摘要】一種形成在表面上的整體材料，所述整體材料包含：金屬材料的多個(gè)粘附區(qū)域，金屬材料的所述多個(gè)區(qū)域的基本上全部區(qū)域由高電阻率絕緣材料的預(yù)定層分隔。所述多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面。所述多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從所述第一部分前進(jìn)的金屬材料的繼續(xù)區(qū)域。所述繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面與所述第二表面相反，所述第二表面符合已前進(jìn)的區(qū)域的形狀，并且所述第二部分中的所述繼續(xù)區(qū)域中的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的第二表面。
【專利說(shuō)明】結(jié)構(gòu)化的磁性材料
[0001]政府權(quán)益
[0002]本發(fā)明部分地由來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金(National Science Foundation)在SBIR第I階段，決標(biāo)號(hào)IIP-1113202的撥款資助。國(guó)家自然科學(xué)基金在本發(fā)明特定方面具有特定權(quán)益。
[0003]相關(guān)申請(qǐng)
[0004]本申請(qǐng)?jiān)诖嗽?5U.S.C.§ § 119，120，363，365，以及 37C.F.R.§1.55 和 §1.78 下要求2011年6月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)61/571，551的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)通過(guò)引用結(jié)合在此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]所公開(kāi)的實(shí)施方案涉及一種用于制備結(jié)構(gòu)化材料并且更具體地制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法。
[0006]背景
[0007]電機(jī)如DC無(wú)刷電動(dòng)機(jī)等，可以在其中高電動(dòng)機(jī)輸出、優(yōu)良的運(yùn)行效率以及低制造成本通常在產(chǎn)品的成功和環(huán)境影響上發(fā)揮關(guān)鍵作用的越來(lái)越多種工業(yè)和應(yīng)用中使用，所述工業(yè)和應(yīng)用例如，機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化、電動(dòng)交通工具、HVAC系統(tǒng)、器械、動(dòng)力工具、醫(yī)療器械以及軍事和空間探測(cè)應(yīng)用。這些電機(jī)典型地在它們的定子纏繞磁芯中具有相反高的鐵損的情況下在數(shù)百Hz的頻率操作，并且通常遭受得自層疊鐵心硅鋼的定子纏繞磁芯的構(gòu)造帶有的設(shè)計(jì)缺陷影響。
[0008]典型的無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)包括具有一組具有交替極性的永磁體的轉(zhuǎn)子，并且包括定子。定子典型地包含一組繞組和定子磁芯。定子磁芯是電動(dòng)機(jī)的磁回路的關(guān)鍵組件，因?yàn)樗峁┐┻^(guò)電動(dòng)機(jī)定子的繞組的磁路。
[0009]為了獲得高效率的運(yùn)行，定子磁芯需要提供好的磁路，即，高磁導(dǎo)率、低矯頑性和高飽和感應(yīng)，同時(shí)最小化在定子磁芯中歸因于磁場(chǎng)隨電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的迅速變化而感應(yīng)的渦電流相關(guān)的損耗。這可以通過(guò)經(jīng)由層疊大量單獨(dú)地層疊的薄片金屬元件以建造所需厚度的定子磁芯來(lái)構(gòu)造定子磁芯而實(shí)現(xiàn)?？梢詫⒚總€(gè)元件從金屬片壓出或切出并用防止相鄰的元件之間的電傳導(dǎo)的絕緣層涂布。元件典型地以使得磁通量沿元件通過(guò)而不跨越可以充當(dāng)空氣間隙并且降低電動(dòng)機(jī)的效率的絕緣層的方式定向。同時(shí)，絕緣層防止垂直于磁通量的方向的電流，以有效地減少在定子磁芯中感應(yīng)的潤(rùn)電流相關(guān)的損耗。
[0010]傳統(tǒng)的層疊定子磁芯的制造是復(fù)雜的、不經(jīng)濟(jì)的并且勞動(dòng)力密集的，因?yàn)樾枰獙为?dú)的元件切割、用絕緣層涂布并且之后組裝在一起。此外，因?yàn)榇磐啃枰３峙c鐵磁芯的層疊體對(duì)齊，電動(dòng)機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)會(huì)相當(dāng)受約束。這典型地導(dǎo)致具有次優(yōu)定子磁芯性質(zhì)、受限的磁回路構(gòu)造以及對(duì)于在許多振動(dòng)敏感應(yīng)用，如在基板處理和醫(yī)學(xué)機(jī)器人等中關(guān)鍵的受限的接頭減少措施的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。還可能困難的是將冷卻結(jié)合至層疊定子磁芯中以允許繞組中增加的電流密度并提高電動(dòng)機(jī)的扭力輸出。這可以導(dǎo)致具有次優(yōu)性質(zhì)的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)。
[0011]軟磁性復(fù)合材料(SMC)包括在表面上具有絕緣層的粉末粒子。參見(jiàn)，例如，Jansson, P.,基于鐵粉末的軟磁性復(fù)合材料中的進(jìn)展(Advances in Soft MagneticComposites Based on Iron Powder),軟磁性材料(Soft Magnetic Materials), ‘98,第7篇文章，巴塞羅那，西班牙，1998年四月，以及Uozumi，G.等，用于低鐵損的具有蒸發(fā)MgO絕緣涂層的軟磁性復(fù)合材料的性質(zhì)(Properties of Soft Magnetic Composite WithEvaporated MgO Insulation Coating for Low Iron Loss)，材料科學(xué)研討會(huì)(MaterialsScience Forum)，第534-536卷，第1361-1364頁(yè)，2007，兩者都通過(guò)引用結(jié)合在此。理論上，SMC材料，當(dāng)與鋼層疊體比較時(shí)，歸因于它們的同向性性質(zhì)和用于通過(guò)網(wǎng)形粉末冶金學(xué)制造路線的復(fù)合組件制造的適合性，可以提供用于電動(dòng)機(jī)定子磁芯的制造的益處。
[0012]最近由多位作者描述了設(shè)計(jì)為充分利用SMC材料的性質(zhì)的用粉末金屬定子建造的電動(dòng)機(jī)。參見(jiàn)，例如，Jack, A.G., Mecrow, B.C.Maddi son, C.P.,使用軟磁性復(fù)合材料的組合徑向和軸向永磁體電動(dòng)機(jī)(Combined Radial and Axial Permanent MagnetMotors Using Soft Magnetic Composites),第九屆電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器國(guó)際會(huì)議(NinthInternational Conference on Electrical Machines and Drives),會(huì)議出版物號(hào) 468,1999, Jack, A.G.等，具有粉末化的鐵磁芯和預(yù)壓繞組的永磁體電機(jī)(Permanent-MagnetMachines with Powdered Iron Cores and Prepressed Windings), IEEE Transactionson Industry Applications,第 36 卷，第 4 期，第 1077-1084 頁(yè)，2000 年七月 / 八月，Hur,J.等，用于混合電動(dòng)交通工具應(yīng)用的高效率42V冷卻扇電動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)(Development ofHigh-Efficiency42V Cooling Fan Motor for Hybrid Electric Vehicle Applications),IEEE Vehicle Power an Propulsion Conference, Windsor, U.K., 2006 年九月，以及Cvetkovski, G.,以及Petkovska, L., PM同步電動(dòng)機(jī)通過(guò)使用軟磁性復(fù)合材料的性能提高(Performance Improvement of PM Synchronous Motor by Using Soft MagneticComposite Material), IEEE Transactions on Magnetics,第 44 卷,第 11 期，第 3812-3815頁(yè)，2008年十一月，全部通過(guò)引用結(jié)合在此，報(bào)告了重要的性能優(yōu)點(diǎn)。雖然這些電動(dòng)機(jī)原型成果證明了同向性材料的潛力，但是高性能SMC材料的制造的復(fù)雜性和成本仍然是對(duì)于SMC技術(shù)更廣闊的開(kāi)發(fā)的主要限制因素。
[0013]例如，為了制造基于具有MgO絕緣涂層的鐵粉的高密度SMC材料，可能需要以下步驟:1)制造鐵粉，典型地使用水霧化法，2)在鐵粒子的表面上形成氧化物層，3)加入Mg粉末，4)將混合物在真空中加熱至650°C，5)將所得到的Mg蒸發(fā)粉末與硅樹(shù)脂和玻璃粘合劑在600至1，200MPa壓緊以形成組件；作為壓緊方法的一部分可以施加振動(dòng)，以及6)將該組件在600°C退火以釋放應(yīng)力。參見(jiàn),例如,Uozumi,G.等,用于低鐵損的具有蒸發(fā)MgO絕緣涂層的軟磁性復(fù)合材料的性質(zhì)(Properties of Soft Magnetic Composite With EvaporatedMgO Insulation Coating for Low Iron Loss),材料科學(xué)研討會(huì)(Materials ScienceForum)，第534-536卷，第1361-1364頁(yè)，2007，其通過(guò)引用結(jié)合在此。
[0014]實(shí)施方案和方法概述
[0015]提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴并且將熔融合金液滴引導(dǎo)至表面；以及氣體子系統(tǒng)，所述氣體子系統(tǒng)構(gòu)造為將一種或多種反應(yīng)性氣體引入至最接近在飛行中的液滴的地區(qū)。一種或多種反應(yīng)性氣體在飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層，以使得液滴形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。[0016]液滴噴射子系統(tǒng)可以包括坩堝，所述坩堝構(gòu)造為產(chǎn)生熔融金屬合金，將熔融合金液滴向表面引導(dǎo)。液滴噴射子系統(tǒng)可以包括線電弧液滴沉積子系統(tǒng)，所述線電弧液滴沉積子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融金屬合金液滴，并將所述熔融合金液滴向表面引導(dǎo)。液滴子系統(tǒng)包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):等尚子體噴射液滴沉積子系統(tǒng)、爆炸噴射液滴沉積子系統(tǒng)、火焰噴射液滴沉積子系統(tǒng)、高速氧燃料噴射(HVOF)液滴沉積子系統(tǒng)、溫噴射液滴沉積子系統(tǒng)、冷噴射液滴沉積子系統(tǒng)、以及線電弧液滴沉積子系統(tǒng)，它們各自構(gòu)造為形成金屬合金液滴并將合金液滴向表面引導(dǎo)。氣體子系統(tǒng)可以包括噴射室，所述噴射室具有一個(gè)或多個(gè)構(gòu)造為將一種或多種反應(yīng)性氣體引入至最接近在飛行中的液滴的孔口。氣體子系統(tǒng)可以包括噴嘴，所述噴嘴構(gòu)造為將一種或多種反應(yīng)性氣體引入至飛行中的液滴。表面可以是可移動(dòng)的。該系統(tǒng)可以包括表面上的模具，所述模具構(gòu)造為接收液滴并且以模具的形狀形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。液滴噴射子系統(tǒng)可以包括均勻液滴噴射子系統(tǒng)，所述均勻液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生具有均勻直徑的液滴。該系統(tǒng)可以包括噴射子系統(tǒng)，所述噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為將試劑基本接近飛行中的液滴引入以進(jìn)一步改善材料的性質(zhì)。一種或多種氣體可以包括反應(yīng)性氣氛。該系統(tǒng)可以包括構(gòu)造為在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)表面位置的平臺(tái)。
[0017]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括噴射室；連接至噴射室的液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴并將熔融合金液滴引導(dǎo)至噴射室中的預(yù)定位置；以及氣體子系統(tǒng)，所述氣體子系統(tǒng)構(gòu)造為將一種或多種反應(yīng)性氣體引入至噴射室中。所述一種或多種反應(yīng)性氣體在飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層以使得液滴形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0018]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴并將熔融合金液滴引導(dǎo)至表面；以及噴射子系統(tǒng)，所述噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為將試劑最接近飛行中的液滴引入。其中，該試劑在飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層以使得所述液滴在表面上形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0019]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括噴射室；連接至噴射室的液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴并將熔融合金液滴引導(dǎo)至噴射室中的預(yù)定位置；以及連接至噴射室的噴射子系統(tǒng)，其構(gòu)造為引入試劑。該試劑在所述飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層以使得所述液滴在表面上形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0020]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提高一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。該方法包括產(chǎn)生熔融合金液滴，將熔融合金液滴引導(dǎo)至表面，以及將一種或多種反應(yīng)性氣體最接近飛行中的液滴引入以使得一種或多種反應(yīng)性氣體在飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層，以使得液滴形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0021 ] 該方法可以包括將表面在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)的步驟。弓丨入熔融合金液滴的步驟可以包括引入具有均勻直徑的熔融合金液滴。該方法可以包括將試劑最接近飛行中的液滴引入以改善材料的性質(zhì)的步驟。
[0022]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。該方法包括產(chǎn)生熔融合金液滴，將熔融合金液滴引導(dǎo)至表面，以及將試劑最接近飛行中的液滴引入以在飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層，以使得液滴形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0023]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。該方法包括產(chǎn)生熔融合金液滴，將熔融合金液滴引入至噴射室中，將熔融合金液滴引導(dǎo)至噴射室中的預(yù)定位置，以及將一種或多種反應(yīng)性氣體引入至室中以使得一種或多種反應(yīng)性氣體在飛行中的液滴上產(chǎn)生絕緣層，以使得液滴形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0024]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。該材料包括由在其上具有絕緣層的熔融合金液滴形成的多個(gè)區(qū)域和區(qū)域之間的絕緣邊界。
[0025]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴并將熔融合金液滴引導(dǎo)至表面；以及噴射子系統(tǒng)，所述噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為將試劑的噴射引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)表面上沉積的液滴。該試劑在沉積的液滴上產(chǎn)生絕緣層，以使得液滴在表面上形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0026]該試劑可以在沉積的液滴上直接地形成絕緣層以在表面上形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。試劑的噴射可以促進(jìn)和/或參與和/或加速在沉積的液滴上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。液滴噴射子系統(tǒng)可以包括構(gòu)造為產(chǎn)生熔融金屬合金并將所述熔融合金液滴向表面引導(dǎo)的坩堝。液滴噴射子系統(tǒng)可以包括線電弧液滴沉積子系統(tǒng)，所述線電弧液滴沉積子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生熔融金屬合金液滴并將所述熔融合金液滴向表面引導(dǎo)。液滴子系統(tǒng)可以包括以下各項(xiàng)中的一項(xiàng)或多項(xiàng):等離子體噴射液滴沉積子系統(tǒng)、爆炸噴射液滴沉積子系統(tǒng)、火焰噴射液滴沉積子系統(tǒng)、高速氧燃料噴射(HVOF)液滴沉積子系統(tǒng)、溫噴射液滴沉積子系統(tǒng)、冷噴射液滴沉積子系統(tǒng)和線電弧液滴沉積子系統(tǒng)，各自構(gòu)造為形成金屬合金液滴和將合金液滴向表面引導(dǎo)。噴射子系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)噴嘴，所述噴嘴構(gòu)造為將試劑引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)沉積的液滴。噴射子系統(tǒng)可以包括噴射室，所述噴射室具有一個(gè)或多個(gè)連接至一個(gè)或多個(gè)噴嘴的孔口。液滴噴射子系統(tǒng)可以包括構(gòu)造為產(chǎn)生具有均勻直徑的液滴的均勻液滴噴射子系統(tǒng)。表面可以是可移動(dòng)的。系統(tǒng)可以包括在表面上的模具，以接收沉積的液滴并以模具的形狀形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。系統(tǒng)可以包括構(gòu)造為在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)表面的平臺(tái)。該系統(tǒng)可以包括構(gòu)造為在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)模具的平臺(tái)。
[0027]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生并噴射熔融合金液滴至噴射室中并且將熔融合金液滴引導(dǎo)至噴射室中的預(yù)定位置。噴射室構(gòu)造為保持預(yù)定氣體混合物，所述預(yù)定氣體混合物促進(jìn)和/或參與和/或加速與沉積的液滴形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0028]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括液滴噴射子系統(tǒng)，所述液滴噴射子系統(tǒng)包括至少一個(gè)噴嘴。液滴噴射子系統(tǒng)構(gòu)造為產(chǎn)生并噴出熔融合金液滴至一個(gè)或多個(gè)噴射子室中并將熔融合金液滴引導(dǎo)至所述一個(gè)或多個(gè)噴射子室中的預(yù)定位置。所述一個(gè)或多個(gè)噴射子室中的一個(gè)構(gòu)造為在其中保持第一預(yù)定壓力和氣體混合物，其防止氣體混合物與熔融合金液滴和噴嘴的反應(yīng)，并且所述一個(gè)或多個(gè)子室中的另一個(gè)構(gòu)造為保持第二預(yù)定壓力和氣體混合物，其促進(jìn)和/或參與和/或加速在沉積的液滴上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0029]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。方法包括產(chǎn)生熔融合金液滴，將熔融合金液滴引導(dǎo)至表面和將試劑引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)沉積的液滴以使得所述試劑產(chǎn)生具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0030]試劑的噴射可以在沉積的液滴上直接地產(chǎn)生絕緣層以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。試劑的噴射可以促進(jìn)和/或參與和/或加速在沉積的液滴上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0031]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。該方法包括產(chǎn)生熔融合金液滴，將熔融合金液滴引導(dǎo)至噴射室內(nèi)的表面，并且將預(yù)定氣體混合物保持在噴射室中，所述預(yù)定氣體混合物促進(jìn)和/或參與和/或加速在沉積的液滴上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0032]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。該方法包括產(chǎn)生熔融合金液滴，將熔融合金液滴用噴嘴引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)噴射子室中的表面，在噴射室的一個(gè)中保持第一預(yù)定壓力和氣體混合物，其防止氣體混合物與熔融合金液滴和噴射噴嘴反應(yīng)，并且在噴射子室的另一個(gè)中保持第二預(yù)定壓力和氣體混合物，其促進(jìn)和/或參與和/或加速在沉積的液滴上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0033]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。該材料包括由在其上具有絕緣層的熔融合金液滴形成的多個(gè)區(qū)域和所述區(qū)域之間的絕緣邊界。
[0034]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括燃燒室；氣體入口，所述氣體入口構(gòu)造為將氣體注入至燃燒室中；燃料入口，所述燃料入口構(gòu)造為將燃料注入至燃燒室中；點(diǎn)火器子系統(tǒng)，所述點(diǎn)火器子系統(tǒng)構(gòu)造為點(diǎn)燃?xì)怏w和燃料的混合物以在燃燒室中產(chǎn)生預(yù)定溫度和壓力；金屬粉末入口，所述金屬粉末入口構(gòu)造為將由涂布有電絕緣材料的粒子組成的金屬粉末注入至燃燒中，其中預(yù)定溫度在室中產(chǎn)生由金屬粉末組成的調(diào)節(jié)后的液滴；以及出口，所述出口構(gòu)造為噴出并加速來(lái)自燃燒室并且朝向平臺(tái)的燃燒氣體和調(diào)節(jié)后的液滴，以使得調(diào)節(jié)后的液滴粘附至平臺(tái)以在其上形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0035]金屬粉末的粒子可以包括由軟磁性材料制成的內(nèi)芯和由電絕緣材料制成的外層。調(diào)節(jié)后的液滴可以包括固體外芯和軟化和/或部分地熔融的內(nèi)芯。出口可以構(gòu)造為以預(yù)定速度噴出和加速來(lái)自燃燒室的燃燒氣體和調(diào)節(jié)后的液滴。粒子可以具有預(yù)定尺寸。平臺(tái)可以構(gòu)造為在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)。該系統(tǒng)可以包括平臺(tái)上的模具以接收調(diào)節(jié)后的液滴并以模具的形狀形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。平臺(tái)可以構(gòu)造為在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)。
[0036]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的方法。該方法包括在預(yù)定溫度和壓力由涂布有電絕緣材料的金屬粒子制成的金屬粉末產(chǎn)生調(diào)節(jié)后的液滴，并且將調(diào)節(jié)后的液滴引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)以使得調(diào)節(jié)后的液滴產(chǎn)生在其上具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。
[0037]金屬粉末的粒子可以包括由軟磁性材料制成的內(nèi)芯和由電絕緣材料制成的外層，并且產(chǎn)生調(diào)節(jié)后的液滴的步驟包括軟化和部分地熔融內(nèi)芯同時(shí)提供固體外芯的步驟?？梢詫⒄{(diào)節(jié)后的液滴以預(yù)定速度引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)平臺(tái)。該方法可以包括在一個(gè)或多個(gè)預(yù)定方向上移動(dòng)平臺(tái)的步驟。該方法可以包括在平臺(tái)上提供模具的步驟。
[0038]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于由金屬材料和由絕緣材料的源形成具有絕緣邊界的整體材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括加熱裝置、沉積裝置、涂布裝置和構(gòu)造為支撐整體材料的支撐體。加熱裝置加熱金屬材料以形成具有軟化或熔融狀態(tài)的粒子，并且涂布裝置用來(lái)自源的絕緣材料涂布金屬材料，并且沉積裝置將軟化或熔融狀態(tài)下的金屬材料的粒子沉積至支撐體上以形成具有絕緣邊界的整體材料。
[0039]絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且沉積裝置可以將金屬材料的粒子在軟化或熔融狀態(tài)下沉積在沉積路徑中的支撐體上，以使得通過(guò)涂布裝置由反應(yīng)性化學(xué)源在沉積路徑中的化學(xué)反應(yīng)在金屬材料上形成絕緣邊界。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以在沉積裝置將金屬材料的粒子在軟化或熔融狀態(tài)下沉積至支撐體上之后通過(guò)涂布裝置由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)形成在金屬材料上。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且涂布裝置可以用絕緣材料涂布金屬材料，以由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)在粒子的表面形成絕緣邊界。沉積裝置可以包括均勻液滴噴射沉積裝置。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且涂布裝置可以用絕緣材料涂布金屬材料，以形成由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中的化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣邊界。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源和試齊U，并且涂布裝置可以用絕緣材料涂布金屬材料以通過(guò)形成由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中由試劑的共噴射促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣邊界。涂布裝置可以用絕緣材料涂布金屬材料，以形成由絕緣材料的共噴射形成的絕緣邊界。涂布裝置可以用絕緣材料涂布金屬材料，以形成由化學(xué)反應(yīng)和來(lái)自絕緣材料的源的涂布形成的絕緣邊界。整體材料可以包括由具有絕緣邊界的金屬材料形成的區(qū)域。軟化或熔融狀態(tài)可以在低于金屬材料的熔點(diǎn)的溫度。沉積裝置可以在涂布裝置從絕緣材料的源涂布金屬材料的同時(shí)，同時(shí)地沉積粒子。涂布裝置可以在沉積裝置沉積粒子之后用絕緣材料涂布金屬材料。
[0040]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于由磁性材料和由絕緣材料的源形成軟磁性整體材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括連接至支撐體的加熱裝置和連接至支撐體的沉積裝置，支撐體構(gòu)造為支撐軟磁性整體材料。加熱裝置加熱磁性材料以形成具有軟化狀態(tài)的粒子，并且沉積裝置將磁性材料的粒子在軟化狀態(tài)下沉積在支撐體上以形成軟磁性整體材料,并且軟磁性整體材料具有由具有由絕緣材料的源形成的絕緣邊界的磁性材料形成的區(qū)域。
[0041]絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且沉積裝置將磁性材料的粒子在軟化或熔融狀態(tài)下沉積在沉積路徑中的支撐體上，以使得絕緣邊界可以通過(guò)涂布裝置由沉積路徑中的反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)形成在磁性材料上。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以在沉積裝置將磁性材料的粒子在軟化或熔融狀態(tài)下沉積至支撐體上之后通過(guò)涂布裝置由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)形成在磁性材料上。軟化狀態(tài)可以在高于磁性材料的熔點(diǎn)的溫度。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)在粒子的表面處形成。沉積裝置可以包括均勻液滴噴射沉積裝置。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中的化學(xué)反應(yīng)形成。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源和試劑，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中通過(guò)試劑的共噴射促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)形成。絕緣邊界可以由絕緣材料的共噴射形成。絕緣邊界可以由化學(xué)反應(yīng)和由從絕緣材料的源的涂布形成。軟化狀態(tài)可以在低于磁性材料的熔點(diǎn)的溫度。系統(tǒng)可以包括涂布裝置，所述涂布裝置用絕緣材料涂布磁性材料。粒子可以包括用絕緣材料涂布的磁性材料。粒子可以包括用絕緣材料涂布的磁性材料的涂布粒子，并且將涂布粒子通過(guò)加熱裝置加熱。該系統(tǒng)可以包括用來(lái)自源的絕緣材料涂布磁性材料的涂布裝置，并且在涂布裝置用絕緣材料涂布磁性材料的同時(shí)，沉積裝置同時(shí)地沉積粒子。該系統(tǒng)可以包括可以在沉積裝置沉積粒子之后用絕緣材料涂布磁性材料的涂布裝置。
[0042]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種用于由磁性材料和由絕緣材料的源形成軟磁性整體材料的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括加熱裝置、沉積裝置、涂布裝置和構(gòu)造為支撐軟磁性整體材料的支撐體。加熱裝置加熱磁性材料以形成具有軟化或熔融狀態(tài)的粒子，并且涂布裝置用來(lái)自源的絕緣材料的源涂布磁性材料并且沉積裝置將磁性材料的粒子在軟化或熔融狀態(tài)下沉積至支撐體上，以形成具有絕緣邊界的軟磁性整體材料。
[0043]絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且涂布裝置可以用絕緣材料涂布磁性材料以由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)在粒子的表面處形成絕緣邊界。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源，并且涂布裝置可以用絕緣材料涂布磁性材料，以形成由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中的化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣邊界。絕緣材料的源可以包括反應(yīng)性化學(xué)源和試劑，并且涂布裝置可以用來(lái)自源的絕緣材料涂布磁性材料以形成由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中由試劑的共噴射促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)形成的絕緣邊界。涂布裝置可以用來(lái)自源的絕緣材料涂布磁性材料以形成由絕緣材料的共噴射形成的絕緣邊界。涂布裝置可以用來(lái)自源的絕緣材料涂布磁性材料以形成由化學(xué)反應(yīng)和從絕緣材料的源的涂布形成的絕緣邊界。軟磁性整體材料可以包括由具有絕緣邊界的磁性材料形成的區(qū)域。軟化狀態(tài)可以在低于磁性材料的熔點(diǎn)的溫度。沉積裝置在涂布裝置用絕緣材料涂布磁性材料的同時(shí)可以同時(shí)地沉積粒子。涂布裝置可以在沉積裝置沉積粒子之后用絕緣材料涂布磁性材料。
[0044]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種形成具有絕緣邊界的整體材料的方法。該方法包括提供金屬材料，提供絕緣材料的源，提供構(gòu)造為支撐整體材料的支撐體，將金屬材料加熱至軟化狀態(tài)，以及將金屬材料的粒子在軟化或熔融狀態(tài)下沉積在支撐體，上以形成具有由具有絕緣邊界的金屬材料形成的區(qū)域的整體材料。
[0045]提供絕緣材料的源可以包括提供反應(yīng)性化學(xué)源，并且可以將金屬材料的粒子在軟化狀態(tài)下沉積在沉積路徑中的支撐體上，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源在沉積路徑中的化學(xué)反應(yīng)形成。提供絕緣材料的源可以包括提供反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以在將金屬材料的粒子在軟化狀態(tài)下沉積至支撐體上之后，由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)形成。該方法可以包括將熔融狀態(tài)設(shè)定在高于金屬材料的熔點(diǎn)的溫度。提供絕緣材料的源可以包括提供反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源的化學(xué)反應(yīng)在粒子的表面處形成。沉積粒子可以包括在支撐體上均勻地沉積粒子。提供絕緣材料的源可以包括提供反應(yīng)性化學(xué)源，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中的化學(xué)反應(yīng)形成。提供絕緣材料的源可以包括提供反應(yīng)性化學(xué)源和試劑，并且絕緣邊界可以由反應(yīng)性化學(xué)源在反應(yīng)性氣氛中由試劑的共噴射促進(jìn)的化學(xué)反應(yīng)形成。該方法可以包括通過(guò)共噴射絕緣材料形成絕緣邊界。該方法可以包括由化學(xué)反應(yīng)和由從絕緣材料的源的涂布形成絕緣邊界。軟化狀態(tài)可以在低于金屬材料的熔點(diǎn)的溫度。該方法可以包括用絕緣材料涂布金屬材料。粒子可以包括用絕緣材料涂布的金屬材料。粒子可以包括用絕緣材料涂布的金屬材料的涂布粒子，并且加熱材料可以包括加熱涂布有絕緣邊界的金屬材料的涂布粒子。該方法可以包括在沉積粒子時(shí)同時(shí)地用絕緣材料涂布金屬材料。該方法可以包括在沉積粒子之后用絕緣材料涂布金屬材料。該方法可以包括將整體金屬材料退火。該方法可以包括在沉積粒子時(shí)同時(shí)地加熱整體金屬材料。
[0046]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種形成軟磁性整體材料的方法。該方法包括提供磁性材料，提供絕緣材料的源，提供構(gòu)造為支撐軟磁性整體材料的支撐體，將磁性材料加熱至軟化狀態(tài)，以及將磁性材料的粒子在軟化狀態(tài)下沉積至支撐體上，以形成具有由具有絕緣邊界的磁性材料形成的區(qū)域的軟磁性整體材料。
[0047]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種形成在表面上的整體材料。該整體材料包括金屬材料的多個(gè)粘附區(qū)域，金屬材料的多個(gè)區(qū)域的基本上全部區(qū)域由高電阻率絕緣材料的預(yù)定層分隔。多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面。多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從第一部分前進(jìn)的金屬材料的繼續(xù)區(qū)域(successive domains),繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，第一表面與第二表面相反，第二表面符合已前進(jìn)的區(qū)域的形狀，并且第二部分中的繼續(xù)區(qū)域中的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的第二表面。
[0048]高電阻率絕緣材料的層可以包括具有大于約IxlO3 Ω-m的電阻率的材料。高電阻率絕緣材料的層可以具有可選擇的基本上均勻的厚度。金屬材料可以包括鐵磁性材料。高電阻率絕緣材料的層可以包括陶瓷。第一表面和第二表面可以形成該區(qū)域的整個(gè)表面。第一表面可以從第一部分在基本上一致的方向上前進(jìn)。
[0049]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)方面，提供一種形成在表面上的軟磁性整體材料。軟磁性整體材料包括磁性材料的多個(gè)區(qū)域,磁性材料的多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域由可選擇的高電阻率絕緣材料的涂層基本上分隔。多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面。多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從第一部分前進(jìn)的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域，第二部分中的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，第一表面包含基本上凸形表面，并且第二表面包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面。
[0050]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種連接至電源的電氣裝置。該電氣裝置包括軟磁性磁芯和連接至軟磁性磁芯和圍繞軟磁性磁芯的一部分的繞組，繞組連接至電源。軟磁性磁芯包括磁性材料的多個(gè)區(qū)域,多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層基本上分隔。多個(gè)區(qū)域包括前進(jìn)穿過(guò)軟磁性磁芯的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域。第二部分中基本上全部的繼續(xù)區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，第一表面包含基本上凸形表面，并且第二表面包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面。
[0051]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種連接至電源的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)包括框架、連接至框架的轉(zhuǎn)子、連接至框架的定子，轉(zhuǎn)子或定子中的至少一個(gè)包括連接至電源的繞組并且包括軟磁性磁芯。繞組纏繞在軟磁性磁芯的一部分周圍。軟磁性磁芯包括磁性材料的多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層基本上分隔。多個(gè)區(qū)域包括前進(jìn)穿過(guò)軟磁性磁芯的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域。第二部分中基本上全部的繼續(xù)區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，第一表面包含基本上凸形表面，并且第二表面包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面。
[0052]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種形成在表面上的軟磁性整體材料。軟磁性整體材料包括磁性材料的多個(gè)粘附區(qū)域，磁性材料的多個(gè)區(qū)域的基本上全部區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層分隔。多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面。多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從第一部分前進(jìn)的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域，繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，第一表面與第二表面相反，第二表面符合已前進(jìn)的區(qū)域的形狀。第二部分中的繼續(xù)區(qū)域中的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的第二表面。
[0053]根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方案的另一個(gè)方面，提供一種連接至電源的電氣裝置。該電氣裝置包括軟磁性磁芯和連接至軟磁性磁芯并圍繞軟磁性磁芯的一部分的繞組，繞組連接至電源。軟磁性磁芯包括多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層基本上分隔。多個(gè)區(qū)域包括前進(jìn)穿過(guò)軟磁性磁芯的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域?；旧先康睦^續(xù)區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，第一表面與第二表面相反，第二表面符合金屬材料的已前進(jìn)的區(qū)域的形狀，并且第二部分中的繼續(xù)區(qū)域中的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的第二表面。
[0054]附圖的多個(gè)視圖的簡(jiǎn)述
[0055]其他目標(biāo)、特性和益處將被本領(lǐng)域技術(shù)人員從實(shí)施方案的以下說(shuō)明和附圖想到，在附圖中:
[0056]圖1是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0057]圖2是顯示控制的氣氛中的液滴噴射子系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的示意性側(cè)視圖；
[0058]圖3是顯示用于具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的加速制造的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)實(shí)施方案的示意性側(cè)視圖；
[0059]圖4是顯示一種用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)實(shí)施方案的示意性側(cè)視圖；
[0060]圖5A是使用一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0061]圖5B是使用一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0062]圖6是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0063]圖7是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0064]圖8是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0065]圖9是顯示圖8中所示的系統(tǒng)相關(guān)的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的形成的一個(gè)實(shí)例的側(cè)視圖；[0066]圖1OA是使用一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0067]圖1OB是使用一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的另一個(gè)實(shí)施方案的示意圖；
[0068]圖11是顯示圖8中所示的系統(tǒng)相關(guān)的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的形成的一個(gè)實(shí)例的側(cè)視圖；
[0069]圖12是顯示圖8中所示的系統(tǒng)相關(guān)的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的形成的一個(gè)實(shí)例的側(cè)視圖；
[0070]圖13是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的另一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0071]圖14是顯示圖13中所示的系統(tǒng)相關(guān)的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的形成的一個(gè)實(shí)例的側(cè)視圖；
[0072]圖15是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的再另一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0073]圖16是顯示圖8-15的一個(gè)或多個(gè)中所示的系統(tǒng)相關(guān)的液滴的離散沉積方法的一個(gè)實(shí)例的示意性頂視圖；
[0074]圖17是顯示用于在圖8-15的一個(gè)或多個(gè)中所示的系統(tǒng)的噴嘴的一個(gè)實(shí)例的示意性側(cè)視圖，所述噴嘴包括多個(gè)噴口 ；
[0075]圖18是顯示圖8-15的一個(gè)或多個(gè)中所示的液滴噴射子系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施方案的示意性側(cè)視圖；
[0076]圖19是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的再另一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0077]圖20是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的再另一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0078]圖21是顯示用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)和方法的一個(gè)實(shí)施方案的主要組件的示意性框圖；
[0079]圖22k是更詳細(xì)地顯示圖21中所示的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的結(jié)構(gòu)化材料的示意圖；
[0080]圖22B是更詳細(xì)地顯示圖21中所示的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的結(jié)構(gòu)化材料的示意圖；
[0081]圖23A是結(jié)構(gòu)化材料的一個(gè)實(shí)施方案的示意性截面圖；
[0082]圖23B是結(jié)構(gòu)化材料的一個(gè)實(shí)施方案的示意性截面圖；
[0083]圖24是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方案的示意性展開(kāi)等聞視圖；
[0084]圖25是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的一個(gè)實(shí)施方案的不意性頂視圖；
[0085]圖26A是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的線性電動(dòng)機(jī)的示意性側(cè)視圖；
[0086]圖26B是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的線性電動(dòng)機(jī)的示意性側(cè)視圖；
[0087]圖27是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的發(fā)電機(jī)的展開(kāi)示意性等高視圖；[0088]圖28是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三維剖面等高視圖；
[0089]圖29是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的AC電動(dòng)機(jī)的三維展開(kāi)等高視圖；
[0090]圖30是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的揚(yáng)聲器的一個(gè)實(shí)施方案的三維剖面等聞視圖；
[0091]圖31是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的變壓器的三維等高視圖；
[0092]圖32是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的電力變壓器的三維剖面等高視圖；
[0093]圖33是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的電力變壓器的示意性側(cè)視圖；
[0094]圖34是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的螺線管的示意性側(cè)視圖；
[0095]圖35是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的電感器的示意性頂視圖；并且
[0096]圖36是結(jié)合所公開(kāi)的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)化材料的繼電器的示意性側(cè)視圖。
[0097]詳述
[0098]除了下面公開(kāi)的實(shí)施方案之外，本發(fā)明所公開(kāi)的實(shí)施方案還可以是其他實(shí)施方案并且能夠以多種方式實(shí)施或進(jìn)行的。因此，應(yīng)當(dāng)明白的是所公開(kāi)的實(shí)施方案不限于其至在以下說(shuō)明中給出或在附圖中示例的組件的構(gòu)造和排列的細(xì)節(jié)的應(yīng)用。如果本文僅描述一個(gè)實(shí)施方案，由此的權(quán)利要求不限于該實(shí)施方案。此外，由此的權(quán)利要求不限制性地解讀，除非存在清楚的和令人信服的證據(jù)證明某些排除、限制或放棄。
[0099]在圖1中示出用于制備具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的系統(tǒng)10及其方法。系統(tǒng)10包括液滴噴射子系統(tǒng)12，其構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴16并將熔融合金液滴16引導(dǎo)至表面20。在一種設(shè)計(jì)中，液滴噴射子系統(tǒng)12將熔融合金液滴引導(dǎo)至噴射室18中。在一個(gè)備選的方面，如下面將討論的，不需要噴射室18。
[0100]在一個(gè)實(shí)施方案中，液滴噴射子系統(tǒng)12包括坩堝14，其產(chǎn)生熔融合金液滴16并將熔融合金液滴16引導(dǎo)至表面20。坩堝14可以包括加熱器42，其在室46中形成熔融合金44。用于制備熔融合金44的材料可以具有高磁導(dǎo)率、低矯頑性和高飽和感應(yīng)。熔融合金44可以由軟磁性鐵合金，如鐵基合金、鐵-鈷合金、鎳-鐵合金、硅鐵合金、鐵-鋁化物、鐵素體不銹鋼，或相似類型的合金制成。室46可以經(jīng)由孔口 45接收惰性氣體47。熔融合金44可以歸因于從經(jīng)由孔口 45引入的惰性氣體47施加的壓力通過(guò)噴口 22噴出?？梢允褂镁哂姓駝?dòng)傳送器51的傳動(dòng)裝置50從而以給定頻率振動(dòng)熔融合金44的噴射以將熔融合金44打碎為通過(guò)噴口 22噴出的液滴16的流。坩堝14還可以包括溫度傳感器48。雖然如所示，坩堝14包括一個(gè)噴口 22，備選地，坩堝14可以按需要具有任何數(shù)目的噴口 22，以適應(yīng)液滴16在表面20上更高的沉積速率，例如，高達(dá)100個(gè)噴口以上。
[0101]圖2的液滴噴射子系統(tǒng)12 '，其中對(duì)相同的部分顯示相同的數(shù)字，包括線電弧液滴沉積子系統(tǒng)250，其產(chǎn)生熔融合金液滴16并將熔融合金液滴16引導(dǎo)至表面20。線電弧液滴沉積子系統(tǒng)250包括容納正線電弧線254和負(fù)電弧線256的室252。優(yōu)選將合金258設(shè)置在線電弧線254和256的每一個(gè)中?？梢允褂煤辖?58以產(chǎn)生要向表面20引導(dǎo)的液滴16，并且其可以主要由鐵(例如，大于約98% )構(gòu)成，所述鐵具有非常低量的碳、硫和氮含量(例如，小于約0.005%),并且可以包括少量的Cr (例如，小于約I % )，其中在該實(shí)例中余量是Si或Al以獲得良好的磁性質(zhì)。冶金組成可以調(diào)節(jié)為提供具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的最終性質(zhì)上的改善。噴嘴260可以構(gòu)造為將一種或多種氣體262和264如環(huán)境空氣、氬等引入，以在室252內(nèi)產(chǎn)生氣體268。壓力控制閥266控制氣體262、264中的一種或多種至室252中的流動(dòng)。在運(yùn)行中，施加至正電弧線254和負(fù)電弧線256的電壓產(chǎn)生導(dǎo)致合金258形成被向表面20引導(dǎo)的熔融合金液滴16的電弧270。在一個(gè)實(shí)例中，可以將約18至48伏的電壓和約15至400安培的電流施加至正線電弧254和負(fù)電弧線256以提供液滴16的連續(xù)線電弧噴射方法。在該實(shí)例中，系統(tǒng)10包括噴射室16。
[0102]圖3的系統(tǒng)10 ’，其中對(duì)相同的部分顯示相同的數(shù)字，包括具有產(chǎn)生熔融合金液滴16并將熔融合金液滴16引導(dǎo)至表面20的線電弧液滴沉積子系統(tǒng)250丨的液滴噴射子系統(tǒng)12"。這里，系統(tǒng)10-不包括圖2的室252，以及圖1和2的室18。相反，圖3的噴嘴260可以構(gòu)造為引入一種或多種氣體262和264以在最接近正電弧線254和負(fù)電弧線256的地區(qū)中產(chǎn)生氣體268。與上面參考圖2的討論類似，施加至正電弧線254和負(fù)電弧線256的電壓產(chǎn)生導(dǎo)致合金258形成向表面20引導(dǎo)的熔融合金液滴16的電弧270。將反應(yīng)性氣體26(下面討論)引入至最接近飛行中的熔融合金液滴16的地區(qū)，例如，使用噴嘴263引入?？梢允褂脫醢?61以在最接近表面20的地區(qū)容納反應(yīng)性氣體26和液滴16。
[0103]圖4的系統(tǒng)10"，其中對(duì)相同的部分顯示相同的數(shù)字，可以包括具有線電弧液滴沉積子系統(tǒng)250"的液滴噴射沉積子系統(tǒng)12"丨，所述線電弧液滴沉積子系統(tǒng)250"具有多個(gè)正電弧線254、負(fù)電弧線256和噴嘴260，可以將它們同時(shí)地使用以獲得熔融合金液滴16在表面20上更高的噴射沉積速率?？梢詫⒃谏厦嬗懻摰木€電弧254、256并且類似的沉積裝置在不同的方向上設(shè)置以形成具有絕緣邊界的區(qū)域的材料。線電弧液滴沉積子系統(tǒng)250"未封閉在室中。在一個(gè)備選的方面，可以將線電弧噴射250"封閉在室中,例如,在圖2的室252中。當(dāng)不使用室時(shí)，可以使用圖4的擋板261以在最接近表面20的地區(qū)容納反應(yīng)性氣體26和液滴16。
[0104]在備選的方面，圖1-4的液滴噴射子系統(tǒng)12可以米用等尚子體噴射液滴沉積子系統(tǒng)、爆炸噴射液滴沉積子系統(tǒng)、火焰噴射液滴沉積子系統(tǒng)、高速氧-燃料噴射(HVOF)液滴沉積子系統(tǒng)、溫噴射液滴沉積子系統(tǒng)、冷噴射液滴沉積子系統(tǒng)、或任何相似類型的噴射液滴沉積子系統(tǒng)。因此，可以根據(jù)上面討論的所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)使用任何合適的沉積系統(tǒng)。
[0105]圖1-4的液滴噴射子系統(tǒng)12可以安裝在單個(gè)或多個(gè)機(jī)器人手臂和/或機(jī)械排列上以便提高零件品質(zhì)、減少噴射時(shí)間并且提高方法經(jīng)濟(jì)性。子系統(tǒng)可以在大約相同的位置同時(shí)地噴射液滴16，也可以交錯(cuò)以便以連續(xù)方式噴射某一位置?？梢酝ㄟ^(guò)控制以下噴射參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)控制和改進(jìn)液滴噴射子系統(tǒng)12:線速度、氣體壓力、罩氣壓力、噴射距離、電壓、電流、基板運(yùn)動(dòng)的速度和/或電弧工具移動(dòng)的速度。
[0106]圖1和2的系統(tǒng)10還可以包括連接至噴射室18構(gòu)造為將氣體26如反應(yīng)性氣氛引入至噴射室28中的孔口 24。圖3和4的系統(tǒng)10-、10"可以在最接近飛行中的液滴16的地區(qū)中引入氣體26，例如，反應(yīng)性氣氛?？梢赃x擇氣體26以使得它在液滴16上當(dāng)它們向表面20飛行中時(shí)產(chǎn)生絕緣層?？梢詫⑵湟环N或多種可以參與與液滴16的反應(yīng)的氣體的混合物引入至最接近飛行中的液滴16的地區(qū)。圖1的圖注28顯示在圖1-4的飛行中的熔融合金液滴16上在它們向表面20飛行的過(guò)程中形成的絕緣層30的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)具有絕緣層30的液滴16落在表面20上時(shí)，它們形成開(kāi)始的具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料32。其后，隨后的具有絕緣層30的液滴16落在先前形成的材料32上。在所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)方面，表面20是可移動(dòng)的，例如，使用平臺(tái)40，其可以是X-Y平臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)，可以另外改變表面20的傾斜(pitch)和轉(zhuǎn)動(dòng)角的平臺(tái)，或者可以以受控方式在形成材料時(shí)支撐材料32和/或移動(dòng)材料32的任何其他合適的配置。系統(tǒng)10可以包括放置在表面20上的模具(未顯示)，以產(chǎn)生具有如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何所需形狀的材料32。
[0107]圖5A顯示包括在其中間具有絕緣邊界36的區(qū)域34的材料32的一個(gè)實(shí)例。在液滴16上由絕緣層如圖1的絕緣層30形成絕緣邊界36。圖5A的材料32可以包括相鄰的區(qū)域34之間如所顯示的近乎完美地形成的邊界36。在所公開(kāi)的實(shí)施方案的其他方面，圖5B的材料32可以包括相鄰的區(qū)域34之間的具有如所示的不連續(xù)性的邊界36。圖5A和5B的材料32減少渦電流損耗，并且相鄰的區(qū)域34之間的邊界36中的不連續(xù)性提高材料32的機(jī)械性質(zhì)。結(jié)果是材料32可以保留合金的高磁導(dǎo)率、低矯頑性和高飽和感應(yīng)。這里，邊界36限制相鄰的區(qū)域34之間的導(dǎo)電性。材料32歸因于其磁導(dǎo)率、矯頑性和飽和特征提供出色的磁路。材料32的有限的導(dǎo)電性最小化磁場(chǎng)的快速改變相關(guān)的渦電流損耗，例如，隨著電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)10及其方法可以是節(jié)約時(shí)間和金錢并且?guī)缀醪划a(chǎn)生廢物的單步、全自動(dòng)的方法。在所公開(kāi)的實(shí)施方案的備選的方面，系統(tǒng)10可以手動(dòng)、半自動(dòng)或以其他方式操作。
[0108]圖6的系統(tǒng)10" ’，其中相同的部分包含相同的數(shù)字，還可以包括噴射子系統(tǒng)60，其包括至少一個(gè)孔口，例如，孔口 62和/或孔口 63，其構(gòu)造為將試劑64引入至噴射室18中。噴射子系統(tǒng)60產(chǎn)生噴射試劑64的噴射66和/或噴射67，其當(dāng)液滴16向表面20飛行中時(shí)用圖3的試劑64涂布其上具有絕緣層如圖1的絕緣層30的液滴16。試劑64優(yōu)選可以促進(jìn)形成絕緣層30的化學(xué)反應(yīng)和/或涂布粒子以形成絕緣層30 ;或它們的組合，其可以或者同時(shí)地或者相繼地發(fā)生。以類似的方式，圖3的系統(tǒng)10 '以及圖4的系統(tǒng)10"也可以將試劑引入在飛行中的液滴16上。圖1的圖注28顯示試劑64(在剖視圖中)涂布具有絕緣涂層30的液滴16的一個(gè)實(shí)例。試劑64提供具有另外的絕緣能力的材料32。試劑64優(yōu)選可以促進(jìn)形成絕緣層30的化學(xué)反應(yīng)；可以涂布粒子以形成絕緣層30 ;或它們的組合，其可以或者同時(shí)地或者相繼地發(fā)生。
[0109]圖1、2和6的系統(tǒng)10可以包括連接至DC源72的圖6的充電板70。充電板70在液滴16上產(chǎn)生電荷以控制它們朝向表面20的軌道。優(yōu)選地，可以使用線圈(未顯示)控制液滴16的軌道。在一些應(yīng)用中可以采用充電板70以使液滴16帶電以使得它們彼此排斥并且不彼此融合。
[0110]圖1、2和6的系統(tǒng)10可以包括圖6的氣體排放孔口 100?？梢允褂门欧趴卓?100以排出通過(guò)孔口 24引入的過(guò)量的氣體26和/或通過(guò)噴射子系統(tǒng)60引入的過(guò)量的試劑64。此外，由于氣體26中的特定氣體(例如，反應(yīng)性氣氛)可能被消耗，排放孔口 100允許將氣體26在噴射室18中以受控的方式置換。類似地，圖3的系統(tǒng)10 '以及圖4的系統(tǒng)10"也可以包括氣體排放孔口。
[0111]圖1、2和6的系統(tǒng)10可以包括圖1的室46內(nèi)或圖2的室252內(nèi)的壓力傳感器102。圖1、2和6的系統(tǒng)10還可以包括在噴射室18內(nèi)的圖2的壓力傳感器104和/或在坩堝14與噴射室18之間的圖1、2和6的差壓傳感器106和/或在室252與噴射室18之間的圖2的差壓傳感器106?？梢圆捎糜蓚鞲衅?02和104或106提供的關(guān)于壓力差的信息以控制圖1和6的惰性氣體47至坩堝14的提供以及氣體26至噴射室18中的提供，或圖2的氣體262、264至室252的提供。壓力上的差別可以作為控制熔融合金44通過(guò)噴口20的噴射速率的方式。在一個(gè)設(shè)計(jì)中，可以采用連接至孔口 45的圖6的可控閥108以控制惰性氣體至室46中的流動(dòng)。類似地，可以使用控制閥266以控制氣體262、264至室252中的流動(dòng)?？梢圆捎眠B接至孔口 24的圖1、2和6的可控閥110以控制氣體26至噴射室18中的流動(dòng)。也可以將流量計(jì)(未示出)連接至孔口 24以測(cè)量氣體26至噴射室18中的流動(dòng)速率。
[0112]圖1、2和6的系統(tǒng)10還可以包括控制器(未示出)，所述控制器可以利用來(lái)自傳感器102、104和/或106的測(cè)量和來(lái)自連接至孔口 24的流量計(jì)的信息，以調(diào)節(jié)可控閥108、110或266，從而保持室46與噴射室18之間或室252與噴射室18之間所需的壓力差和氣體26至噴射室18中的所需的流動(dòng)?？刂破骺梢岳脕?lái)自坩堝14中的溫度傳感器48的測(cè)量，以調(diào)節(jié)加熱器42的操作，從而獲得/保持熔融合金44的所需溫度?？刂破鬟€可以控制由圖1的坩堝14中的振動(dòng)傳送器51的傳動(dòng)裝置50產(chǎn)生的力的頻率(以及可能地振幅)。
[0113]圖1、2和6的系統(tǒng)10可以包括用于測(cè)量材料32上沉積的液滴16的溫度的裝置和用于控制材料32上沉積的液滴的溫度的裝置。
[0114]圖7的系統(tǒng)10"，其中相同的部分包含相同的數(shù)字，可以包括噴射子系統(tǒng)60，其包括至少一個(gè)孔口，例如，孔口 62和/或孔口 63，其構(gòu)造為將試劑80引入至噴射室18中。這里，可以不采用反應(yīng)性氣體。噴射子系統(tǒng)60產(chǎn)生噴射試劑80的噴射86和/或噴射87，其用試劑80涂布液滴16以當(dāng)它們向表面20飛行中時(shí)在液滴16上形成圖1的絕緣涂層30。這產(chǎn)生圖5A-5B的具有例如如上面討論的具有絕緣邊界36的區(qū)域34的材料32。
[0115]圖1-4、6和7的液滴噴射子系統(tǒng)12可以是構(gòu)造為產(chǎn)生具有均勻直徑的液滴16的均勻液滴噴射系統(tǒng)。
[0116]用于制備包括具有絕緣邊界的區(qū)域的材料32的圖1_4、6和7的系統(tǒng)10及其相應(yīng)的方法可以是用于如下面將更詳細(xì)地描述的可以得益于具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料的電動(dòng)機(jī)磁芯或任何類似類型的器件的備選的材料和制造方法。電動(dòng)機(jī)的定子纏繞磁芯可以使用本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的系統(tǒng)和方法制造。系統(tǒng)10可以是單步網(wǎng)狀制造方法，其優(yōu)選使用液滴噴射沉積子系統(tǒng)12和通過(guò)孔口 24引入的反應(yīng)性氣氛，以促進(jìn)絕緣層30在液滴16的表面上的受控形成，如上面參考圖1-7討論的。
[0117]選擇用于形成液滴16的材料使得材料32是高磁導(dǎo)率的，具有低矯頑性和高飽和感應(yīng)。圖5A-5B的邊界36可以稍微使得材料32提供好的磁路的性能劣化。然而，因?yàn)檫吔?6可以是非常薄的，例如，約0.05 μ m至約5.0 μ m，并且因?yàn)椴牧?2可以是非常致密的，這種劣化相對(duì)小。除了制備材料32的低成本之外，這還是超越在上面的背景部分討論的傳統(tǒng)的SMC的另一個(gè)益處，傳統(tǒng)的SMC在單獨(dú)的顆粒之間具有更大的空隙，因?yàn)镾MC中金屬粉末的相鄰顆粒的匹配表面不完美地匹配。絕緣邊界36限制相鄰的區(qū)域34之間的導(dǎo)電性。材料32歸因于其磁導(dǎo)率、矯頑性和飽和特征提供出色的磁路。材料30有限的導(dǎo)電性最小化磁場(chǎng)隨電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的迅速改變相關(guān)的渦電流損耗。
[0118]使用具有帶絕緣邊界36的區(qū)域34的材料32可以開(kāi)發(fā)電動(dòng)機(jī)的混合場(chǎng)幾何結(jié)構(gòu)。材料32可以消除傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的各向異性層疊磁芯相關(guān)的設(shè)計(jì)約束。本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的制備材料32的系統(tǒng)和方法可以允許電動(dòng)機(jī)磁芯容納內(nèi)置式冷卻通道和接頭減少措施。高效冷卻對(duì)增加繞組中用于高電動(dòng)機(jī)輸出的電流密度，例如，在電動(dòng)交通工具中是必需的。接頭減少措施對(duì)于精密機(jī)械中的低振動(dòng)是關(guān)鍵的，所述精密機(jī)械包括基板處理和醫(yī)用機(jī)器人。
[0119]本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的制備材料32的系統(tǒng)10和方法可以采用均勻液滴噴射(UDS)沉積【技術(shù)領(lǐng)域】中的最新發(fā)展。UDS方法是一種采用熔融噴射為單尺寸均勻液滴的受控毛細(xì)管霧化的快速凝固處理的方式。參見(jiàn)，例如，Chun，J.-H.和Pass0W，C.H.，帶電均勻尺寸金屬液滴的產(chǎn)生(Production of Charged Uniformly Sized Metal Droplets),美國(guó)專利號(hào)5，266，098，1992，以及Roy，S.和Ando T.，行進(jìn)中的ASTM F75液滴的成核動(dòng)力學(xué)和微結(jié)構(gòu)演化(Nucleation Kinetics and Microstructure Evolution of TravelingASTM F75Droplets), Advanced Engineering Materials,第 12 卷，第 9 期，第 912-919 頁(yè)，2010年九月，都通過(guò)引用結(jié)合在此。UDS方法可以逐滴構(gòu)建目標(biāo)，因?yàn)閷⒕鶆虻娜廴诮饘僖旱沃旅艿爻练e在基板上并且迅速地凝固以結(jié)合為緊密并且堅(jiān)固的沉積物。
[0120]在傳統(tǒng)的UDS方法中，將坩堝中的金屬通過(guò)加熱器熔融并且通過(guò)由惰性氣體供應(yīng)施加的壓力從噴口噴出。噴出的熔融金屬形成層狀噴流，其由壓電式變頻器以給定頻率振動(dòng)。來(lái)自振動(dòng)的干擾產(chǎn)生噴流至均勻液滴的流的受控破裂。在一些應(yīng)用中可以采用充電板以使液滴帶電，以使得它們彼此排斥，從而防止合并。
[0121]制備材料32的系統(tǒng)10和方法可以使用傳統(tǒng)UDS沉積方法的基本要素以產(chǎn)生圖1-4、6和7的液滴16，其具有均勻直徑。圖1的液滴噴射子系統(tǒng)12可以使用傳統(tǒng)的UDS方法，其與液滴16的表面上絕緣層30在它們飛行的過(guò)程中的同時(shí)形成組合產(chǎn)生致密材料32，所述材料具有特征在于在相鄰的區(qū)域之間具有限制的導(dǎo)電性的絕緣邊界的基本上均勻材料的小區(qū)域的微結(jié)構(gòu)。用于液滴的表面上絕緣層的同時(shí)形成的氣體26如反應(yīng)性氣氛或相似類型的氣體的弓I入增加了以下特征:同時(shí)地控制單獨(dú)的區(qū)域內(nèi)的基本上均勻的材料的結(jié)構(gòu)、粒子的表面上的層的形成(其限制所得到的材料中的相鄰的區(qū)域之間的導(dǎo)電性)，以及層在沉積之后的破裂，以提供足夠的電絕緣，同時(shí)促進(jìn)單獨(dú)的區(qū)域之間的足夠粘合。
[0122]至此，系統(tǒng)10及其方法在飛行中的液滴上形成絕緣層，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。在另一個(gè)所公開(kāi)的實(shí)施方案中，圖8的系統(tǒng)310以及其方法在已經(jīng)沉積在表面或基板上的液滴上形成絕緣層，以形成具有帶絕緣邊界的區(qū)域的材料。系統(tǒng)310包括液滴噴射子系統(tǒng)312，其構(gòu)造為產(chǎn)生熔融合金液滴316并且將其從噴口 322噴射，并且將熔融合金液滴316向表面320引導(dǎo)。這里，液滴噴射子系統(tǒng)312將熔融合金液滴噴射至噴射室318中。在備選的方面，如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的，可以不需要噴射室318。
[0123]液滴噴射子系統(tǒng)312可以包括坩堝314，其產(chǎn)生熔融合金液滴316并將熔融合金液滴316引導(dǎo)至噴射室318內(nèi)的表面320。這里，坩堝314可以包括在室346中形成熔融合金344的加熱器342。用于制備熔融合金344的材料可以具有高磁導(dǎo)率、低矯頑性和高飽和感應(yīng)。在一個(gè)實(shí)例中，熔融合金344可以由軟磁性鐵合金、如鐵基合金、鐵-鈷合金、鎳-鐵合金、硅鐵合金、鐵素體不銹鋼或相似類型的合金制成。室346經(jīng)由孔口 345接收惰性氣體347。這里，歸因于由經(jīng)由孔口 345引入的惰性氣體347施加的壓力，將熔融合金344通過(guò)噴口 322噴出。具有振動(dòng)傳送器351的傳動(dòng)裝置350以特定頻率振動(dòng)熔融合金344的噴流以將熔融合金344破碎為通過(guò)噴口 322噴出的液滴316的流。坩堝314還可以包括溫度傳感器348。雖然如所示出的，坩堝314包括一個(gè)噴口 322，但是在其他實(shí)例中，坩堝314可以按需要具有任何數(shù)目的噴口 322以適應(yīng)液滴316在表面320上更高的沉積速率，例如，高達(dá)100個(gè)噴口以上。將熔融合金液滴316從噴口 322噴出并向表面320引導(dǎo)，以在其上形成基板512，如下面將更詳細(xì)地討論的。
[0124]表面320優(yōu)選是可移動(dòng)的，例如，使用平臺(tái)340，其可以是X-Y平臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)、可以另外地改變表面320的傾和轉(zhuǎn)動(dòng)角的平臺(tái)，或可以以受控的方式在形成基板時(shí)支撐基板512和/或移動(dòng)基板512的任何其他合適的布置。在一個(gè)實(shí)例中，系統(tǒng)310可以包括放置在表面320上的模具(未示出)，其中基板512填充模具。
[0125]系統(tǒng)310還可以包括一個(gè)或多個(gè)噴射噴嘴，例如，噴射噴嘴500和/或噴射噴嘴502，其構(gòu)造為將試劑引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)沉積的液滴316的基板512并產(chǎn)生引導(dǎo)至基板512的表面514上面或上方的試劑504的噴射506和/或噴射508。這里，噴射噴嘴500和/或噴射噴嘴502連接至噴射室318。噴射506和/或噴射508可以在將液滴316沉積在基板512上之前或之后通過(guò)如下在沉積的液滴316的表面上形成絕緣層:或者在液滴316上直接地形成絕緣層，或者促進(jìn)、參與和/或加速在沉積在表面320上的液滴316的表面上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)。
[0126]例如，可以使用試劑504的噴射506、508以促進(jìn)、參與和/或加速在形成基板512或隨后沉積在基板512上的沉積的液滴316上形成絕緣層的化學(xué)反應(yīng)。例如，可以將噴射506、508引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)圖9的基板512，如在511處指示的。在該實(shí)例中，噴射506、508促進(jìn)、加速和/或參與與基板512 (以及隨后在其上沉積的液滴316的層)的化學(xué)反應(yīng)，以如所示在沉積的液滴316的表面上形成絕緣層530。當(dāng)沉積隨后的液滴316的層時(shí)，噴射506、508促進(jìn)、加速和/或參與化學(xué)反應(yīng)以在隨后沉積的液滴的層上形成絕緣層330，例如，如在513、515處指示的。產(chǎn)生材料332，以具有區(qū)域334，所述區(qū)域在其之間具有絕緣邊界336。
[0127]圖1OA示出 包括在其間使用上面參考圖8和9中的一個(gè)或多個(gè)討論的系統(tǒng)310的一個(gè)實(shí)施方案產(chǎn)生的具有絕緣邊界336的區(qū)域334的材料332的一個(gè)實(shí)例。絕緣邊界336由圖9的絕緣層330在液滴316上形成。在一個(gè)實(shí)例中，圖1OA的材料332包括相鄰的區(qū)域334之間如所示幾乎完美地形成的邊界336。在其他實(shí)例中，圖1OB的材料332可以包括在相鄰的區(qū)域334之間具有如所示的不連續(xù)性的邊界336 ^。圖9、IOA和IOB的材料332減少渦電流損耗，并且相鄰的區(qū)域334之間的不連續(xù)邊界336提高材料332的機(jī)械性質(zhì)。結(jié)果是材料332可以保留合金的高磁導(dǎo)率、低矯頑性和高飽和感應(yīng)。邊界336限制相鄰的區(qū)域334之間的導(dǎo)電性。材料332歸因于其磁導(dǎo)率、矯頑性和飽和特征提供更出色的磁路。材料332的有限的導(dǎo)電性最小化磁場(chǎng)隨電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的迅速改變相關(guān)的渦電流損耗。系統(tǒng)310及其方法可以是節(jié)約時(shí)間和金錢并且?guī)缀醪划a(chǎn)生廢物的單步全自動(dòng)的方法。
[0128]圖11示出圖8的系統(tǒng)310的一個(gè)實(shí)施方案，其中噴射506、508，不促進(jìn)、參與和/或加速化學(xué)反應(yīng)以形成如圖9中示出的絕緣層，而是在基板512上沉積的液滴316上直接地形成圖8的絕緣層330。在該實(shí)例中，將基板512如在由箭頭517指示的方向上使用圖8的平臺(tái)340移動(dòng)。之后將圖11的噴射506、508引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)基板512上沉積的液滴316，如在519處指示的。之后絕緣層330形成在如示出的沉積的液滴316的每一個(gè)上。當(dāng)沉積液滴316的隨后的層時(shí)，如在521、523處指示的，將試劑504的噴射506、508噴射在其上以在每個(gè)新的層的沉積的液滴的每一個(gè)上直接地產(chǎn)生絕緣層330。結(jié)果是產(chǎn)生包括具有絕緣邊界336的區(qū)域334的材料332，例如，如上面參考圖9-10B討論的。
[0129]圖12示出圖8的系統(tǒng)310的一個(gè)實(shí)例，其中將圖12的噴射506、508噴射在基板512上以在沉積液滴316之前在基板上形成絕緣層，如在525處指示的。其后，可以將噴射506,508引導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)基板512上沉積的液滴316的隨后的層，以形成絕緣層330，如在527、529指示的。結(jié)果是產(chǎn)生包括具有絕緣邊界336的區(qū)域334的材料332，例如，如上面參考圖1OA-1OB討論的。
[0130]沉積的液滴16上的絕緣層330可以通過(guò)上面參考圖8-12中的一個(gè)或多個(gè)討論的任何方法的組合形成。兩種方法可以相繼或同時(shí)發(fā)生。
[0131]在一個(gè)實(shí)例中，產(chǎn)生圖8-12的噴射506和/或噴射508的試劑504可以是鐵氧體粉末、含有鐵氧體粉末的溶液、酸、水、濕空氣或在基板的表面上產(chǎn)生絕緣層的過(guò)程中涉及的任何其他合適的試劑。
[0132]圖13的系統(tǒng)310-，其中相同的部分具有相同的數(shù)字，優(yōu)選包括具有產(chǎn)生子室526和528的分離隔板524的室318。分離隔板524優(yōu)選包括構(gòu)造為允許液滴316如熔融合金344或相似類型材料的液滴從子室526流動(dòng)至子室528的開(kāi)口 529。子室526可以包括氣體入口 528和氣體排放口 530，其構(gòu)造為保持子室226中的預(yù)定壓力和氣體混合物，例如，基本上中性的氣體混合物。子室528可以包括氣體入口 530和氣體排放口 532，其構(gòu)造為保持子室528中的預(yù)定壓力和氣體混合物，例如，作為基本上反應(yīng)性氣體混合物。
[0133]子室526中的預(yù)定壓力可以高于子室528中的預(yù)定壓力，以限制氣體從子室526至子室528的流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)例中，可以利用在子室526中基本上中性的氣體混合物，以防止液滴316在它們落在基板512的表面上之前與噴口 322在液滴316的表面上的反應(yīng)。可以引入子室528中的基本 上反應(yīng)性氣體混合物以參與、促進(jìn)和/或加速與基板512以及沉積的液滴316的隨后的層的化學(xué)反應(yīng)，以在沉積的液滴316上形成絕緣層330。例如，可以將圖14的絕緣層330在液滴落在基板512上之后形成在沉積的液滴316上。沉積的液滴316與在圖13的子室528中的反應(yīng)性氣體反應(yīng)，所述的反應(yīng)性氣體促進(jìn)、參與和/或加速化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生絕緣層330，如在531處指示的。當(dāng)增加隨后的液滴層時(shí)，子室528中的氣體可以促進(jìn)、參與和/或加速與液滴316的反應(yīng)，以在基板512上產(chǎn)生絕緣層330，如在533和535處指示的。之后形成具有區(qū)域334的材料332，所述區(qū)域在它們之間具有絕緣邊界336，例如，如上面參考圖10Α-10Β討論的。
[0134]圖15的系統(tǒng)310"，其中相同的部分具有相同的數(shù)字，優(yōu)選包括僅具有一個(gè)室528的室314。在該設(shè)計(jì)中，將液滴316直接地引導(dǎo)至優(yōu)選設(shè)計(jì)為最小化液滴316在噴口 322與基板512的表面510之間的行進(jìn)距離的室528中。這優(yōu)選限制液滴316至子室528中基本上反應(yīng)性氣體混合物的暴露。系統(tǒng)310"以與圖14的系統(tǒng)310-相似的方式產(chǎn)生材料332。
[0135]對(duì)于液滴316的沉積方法，圖8-9和11_15的系統(tǒng)310提供用于將在平臺(tái)340的表面320上的基板512相對(duì)于從坩堝314或相似類型的裝置噴出的液滴316的流移動(dòng)。系統(tǒng)310還可以提供用于將液滴316偏轉(zhuǎn)，例如，用磁性、氣體流動(dòng)或其他合適的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。這種偏轉(zhuǎn)可以單獨(dú)使用或與平臺(tái)340組合使用。在任一種情況下，將液滴316以基本上離散的方式沉積，即，兩個(gè)相繼的液滴316在沉積后可以展現(xiàn)有限的或沒(méi)有重疊。作為一個(gè)實(shí)例，對(duì)于根據(jù)系統(tǒng)310的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的離散沉積可以滿足以下關(guān)系:
I ?
[0136]VlXj- d > O⑴
[0137]其中Vi是基板的速度，f是沉積的頻率，即，液滴316從坩堝314噴射的頻率，并且ds是由液滴在落在基板的表面上之后形成的滴的直徑。
[0138]進(jìn)行液滴316的離散沉積的系統(tǒng)310的所公開(kāi)的實(shí)施方案的一個(gè)或(of)多個(gè)方面的實(shí)例在圖8-9和11-15的一個(gè)或多個(gè)中示出。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以控制基板512相對(duì)于液滴316的流的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以使得獲得跨越基板的面積的離散沉積，例如，如在圖16中示出的。用于液滴316的沉積方法的這個(gè)實(shí)例可以使用以下關(guān)系:.1
【權(quán)利要求】
1.一種形成在表面上的整體材料，所述整體材料包含: 金屬材料的多個(gè)粘附區(qū)域，金屬材料的所述多個(gè)區(qū)域的基本上全部區(qū)域由高電阻率絕緣材料的預(yù)定層分隔； 所述多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面； 所述多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從所述第一部分前進(jìn)的金屬材料的繼續(xù)區(qū)域； 所述繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面與所述第二表面相反，所述第二表面符合已前進(jìn)的區(qū)域的形狀；并且 所述第二部分中的所述繼續(xù)區(qū)域中的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的所述第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的所述第二表面。
2.權(quán)利要求1所述的整體材料,其中所述高電阻率絕緣材料的層包含具有大于約IxlO3Ω-m的電阻率的材料。
3.權(quán)利要求1所述的整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的層具有可選擇的基本上均勻的厚度。
4.權(quán)利要求1所述的整體材料，其中所述金屬材料包含鐵磁性材料。
5.權(quán)利要求1所述的整體材料,其中所述高電阻率絕緣材料的層包含陶瓷。
6.權(quán)利要求1所述的整體材料，其中所述第一表面和所述第二表面形成所述區(qū)域的整個(gè)表面。
7.權(quán)利要求1所述的整體材料，其中所述第一表面從所述第一部分在基本上一致的方向上前進(jìn)。
8.一種形成在表面上的軟磁性整體材料，所述軟磁性整體材料包含: 磁性材料的多個(gè)區(qū)域，所述磁性材料的多個(gè)區(qū)域中的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的可選擇涂層基本上分隔； 所述多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面； 所述多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從所述第一部分前進(jìn)的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域；并且 所述第二部分中的所述磁性材料的繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面包含基本上凸形表面并且所述第二表面包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面。
9.權(quán)利要求8所述的軟磁性整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的可選擇涂層包含具有大于約IxlO3 Ω-m的電阻率的材料。
10.權(quán)利要求8所述的軟磁性整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的可選擇涂層具有可選擇的基本上均勻的厚度。
11.權(quán)利要求8所述的軟磁性整體材料，其中所述磁性材料包含鐵磁性材料。
12.權(quán)利要求8所述的軟磁性整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的可選擇涂層包含陶瓷。
13.權(quán)利要求8所述的軟磁性整體材料，其中所述第一表面基本上與所述第二表面相反。
14.權(quán)利要求8所述的軟磁性整體材料，其中所述第一表面從所述第一部分在基本上一致的方向上前進(jìn)。
15.一種連接至電源的電氣裝置，所述電氣裝置包括:軟磁性磁芯； 繞組，所述繞組連接至所述軟磁性磁芯并且圍繞所述軟磁性磁芯的一部分，所述繞組連接至所述電源； 所述軟磁性磁芯包括磁性材料的多個(gè)區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層基本上分隔； 所述多個(gè)區(qū)域包括前進(jìn)穿過(guò)所述軟磁性磁芯的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域；并且所述第二部分中基本上全部的所述繼續(xù)區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面包含基本上凸形表面并且所述第二表面包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面。
16.權(quán)利要求15所述的電氣裝置，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含具有大于約IxlO3Ω-m的電阻率的材料。
17.權(quán)利要求15所述的電氣裝置，其中所述高電阻率絕緣材料的層具有可選擇的基本上均勻的厚度。
18.權(quán)利要求15所述的電氣裝置，其中所述磁性材料包含鐵磁性材料。
19.權(quán)利要求15所述的電氣裝置，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含陶瓷。
20.權(quán)利要求15所述的電氣裝置，其中所述第一表面基本上與所述第二表面相反。
21.權(quán)利要求15所述的電氣裝置，其中所述第一表面在基本上一致的方向上前進(jìn)穿過(guò)所述軟磁性磁芯。
22.一種連接至電源的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)包括:` 框架； 轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子連接至所述框架； 定子，所述定子連接至所述框架； 所述轉(zhuǎn)子或所述定子中的至少一個(gè)具有連接至所述電源的繞組并且具有軟磁性磁-1-H心; 所述繞組纏繞在所述軟磁性磁芯的一部分周圍； 所述軟磁性磁芯包括磁性材料的多個(gè)區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層基本上分隔； 所述多個(gè)區(qū)域包括前進(jìn)穿過(guò)所述軟磁性磁芯的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域；并且所述第二部分中基本上全部的所述繼續(xù)區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面包含基本上凸形表面并且所述第二表面包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面。
23.權(quán)利要求22所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述高電阻率絕緣材料的層包括具有大于約IxlO3Ω-m的電阻率的材料。
24.權(quán)利要求22所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述高電阻率絕緣材料的層具有可選擇的基本上均勻的厚度。
25.權(quán)利要求22所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述磁性材料包含鐵磁性材料。
26.權(quán)利要求22所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含陶瓷。
27.權(quán)利要求22所述的電動(dòng)機(jī)，其中所述第一表面基本上與所述第二表面相反，并且所述第一表面在基本上一致的方向上前進(jìn)穿過(guò)所述軟磁性磁芯。
28.—種在表面上形成的軟磁性整體材料，所述軟磁性整體材料包含: 磁性材料的多個(gè)粘附區(qū)域，所述磁性材料的多個(gè)區(qū)域的基本上全部區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層分隔； 所述多個(gè)區(qū)域的第一部分形成表面； 所述多個(gè)區(qū)域的第二部分包括從所述第一部分前進(jìn)的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域； 其中所述繼續(xù)區(qū)域中的基本上全部區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面與所述第二表面相反，所述第二表面符合所述已前進(jìn)的區(qū)域的形狀；并且 所述第二部分中的所述繼續(xù)區(qū)域的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的所述第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的所述第二表面。
29.權(quán)利要求28所述的軟磁性整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含具有大于約1xl03 Ω-m的電阻率的材料。
30.權(quán)利要求28所述的軟磁性整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的層具有可選擇的基本上均勻的厚度。
31.權(quán)利要求28所述的軟磁性整體材料，其中所述磁性材料包含鐵磁性材料。
32.權(quán)利要求28所述的軟磁性整體材料，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含陶瓷。
33.權(quán)利要求28所述的軟磁性整體材料，其中所述第一表面和所述第二表面形成所述區(qū)域的整個(gè)表面。
34.權(quán)利要求28所述的軟磁性整體材料，其中所述第一表面從所述第一部分在基本上一致的方向上前進(jìn)。
35.一種連接至電源的電氣裝置，所述電氣裝置包括: 軟磁性磁芯； 繞組，所述繞組連接至所述軟磁性磁芯并且圍繞所述軟磁性磁芯的一部分，所述繞組連接至所述電源； 所述軟磁性磁芯包括多個(gè)區(qū)域，所述多個(gè)區(qū)域的每個(gè)區(qū)域由高電阻率絕緣材料的層基本上分隔； 所述多個(gè)區(qū)域包括前進(jìn)穿過(guò)所述軟磁性磁芯的磁性材料的繼續(xù)區(qū)域； 其中基本上全部的所述繼續(xù)區(qū)域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面與所述第二表面相反，所述第二表面符合金屬材料的已前進(jìn)的區(qū)域的形狀；并且 所述第二部分中的所述繼續(xù)區(qū)域中的大部分區(qū)域具有包含基本上凸形表面的所述第一表面和包含一個(gè)或多個(gè)基本上凹形表面的所述第二表面。
36.權(quán)利要求35所述的電氣裝置，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含具有大于約1xlO3Ω-m的電阻率的材料。
37.權(quán)利要求35所述的電氣裝置，其中所述高電阻率絕緣材料的層具有可選擇的基本上均勻的厚度。
38.權(quán)利要求35所述的電氣裝置，其中所述磁性材料包含鐵磁性材料。
39.權(quán)利要求35所述的電氣裝置，其中所述高電阻率絕緣材料的層包含陶瓷。
40.權(quán)利要求35所述的電氣裝置，其中所述第一表面基本上與所述第二表面相反。
41.權(quán)利要求35所述的電氣裝置，其中所述第一表面在基本上一致的方向上前進(jìn)穿過(guò)所述軟磁性磁芯。
【文檔編號(hào)】H02K1/02GK103636101SQ201280032670
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】馬丁·霍謝克, 斯里帕蒂·沙赫 申請(qǐng)人:佩西蒙技術(shù)公司