利用結構化磁性材料的結構及方法

利用結構化磁性材料的結構及方法
【專利摘要】一種合成物，包括多個含鐵微粒以及在所述含鐵微粒上的絕緣層。所述含鐵微粒限定了由絕緣邊界分離開的可滲透微疇的聚集。一種方法，包括加熱鐵鋁合金微粒，熱噴涂鐵鋁微粒，使得鐵鋁微粒氧化，并且在基底上沉積氧化的鐵鋁合金微粒。
【專利說明】
利用結構化磁性材料的結構及方法
技術領域
[0001] 這里所公開的示例性且非限制的實施例大體上涉及磁性材料以及并入了這種磁 性材料的結構并且更為特別地，涉及一種軟磁材料，該軟磁材料具有有利于節能設備中的 使用的屬性。
【背景技術】
[0002] 自動化的機械設備通常使用電動機來為設備的各種運動元件提供平移或者旋轉 的運動。所使用的電動機典型地包括與靜止元件裝配在一起的旋轉元件。磁體位于旋轉元 件和靜止元件之間。線圈圍繞著靜止元件上的軟鐵芯而纏繞并且鄰近磁體放置。
[0003] 在操作電動機時，電流經過線圈，并且生成磁場，其作用在磁體之上。當磁場作用 于磁體上時，旋轉元件的一側被推送并且旋轉元件的相對側被拖拉，其由此導致了旋轉元 件相對于靜止元件的旋轉。旋轉的效率至少部分地基于制備電動機所使用的材料的特性。

【發明內容】

[0004] 下面的綜述僅僅意在于作為示例性的而非意在于限制權利要求的范圍。
[0005] 根據一個方面，一種合成物，包括多個含鐵微粒以及在含鐵微粒之上的絕緣層。該 含鐵微粒限定了由絕緣邊界分離的可滲透微疇的聚集。
[0006] 根據另一個方面，一種方法，包括加熱鐵鋁合金微粒;熱噴涂鐵鋁微粒;使得鐵鋁 微粒氧化;并且將氧化的鐵鋁微粒沉積在基底之上。
[0007] 根據另一個方面，一種裝置，包括具有至少一個芯的定子;在至少一個芯之上的線 圈；可旋轉地安裝在定子中的轉子；以及至少一個安裝在定子和轉子之間的磁體。所述至少 一個芯包括由具有設置在其上的氧化層的含鐵微粒限定的合成物。
【附圖說明】
[0008] 在下面的描述中，結合附圖對前述的方面和其他特征進行解釋，其中：
[0009] 圖1為具有由絕緣邊界分離的可滲透微疇的聚集微結構的軟磁材料的一個示例性 實施例的示意性表示；
[0010]圖2A和圖2B為形成圖1的軟磁材料的鐵鋁合金的沉積過程的示意性表示；
[0011]圖3A到圖3C為利用各種沉積技術產生的軟磁材料的微結構的照片；
[0012]圖4A到圖4C為利用軟磁材料制備的結構的照片；
[0013] 圖5A到圖為軟磁材料的各種形態的示意性表示；
[0014] 圖6A為利用軟磁材料制備的環形結構的示意性表示；
[0015 ]圖6B到圖6D為在XZ、YZ和XY平面中描述了各向同性特性的軟磁材料的微結構的照 片；
[0016] 圖7為并入了軟磁材料的電動機的一個示例性實施例的透視截面圖；
[0017] 圖8為并入了軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面圖；
[0018]圖9和圖IOA為并入了軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面圖； [0019]圖IOA為并入了軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面圖；
[0020] 圖IOB為圖IOA的電動機的定子極的一個示例性實施例的透視圖；
[0021] 圖11到圖14A為并入了軟磁材料的電動機的其他示例性實施例的透視截面圖； [0022]圖14B為圖14A的電動機的爆炸透視截面圖；
[0023] 圖15A為并入了軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面圖；
[0024] 圖15B為圖15A的電動機的爆炸透視截面圖；
[0025] 圖16A為并入了軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面圖；
[0026] 圖16B為圖16A的電動機的爆炸透視截面圖；
[0027] 圖17A為電動機的一個示例性實施例的定子橫截面的示意性表示；
[0028] 圖17B和圖17C為并入了軟磁材料的電動機的示例性實施例的定子橫截面的示意 性表示；
[0029] 圖18A為并入了軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面圖；
[0030] 圖18B為圖18A的電動機的維形定子極的頂視圖的不意性表不；
[0031 ]圖18C為圖18A的電動機的爆炸透視截面圖；
[0032] 圖19為并入了軟磁材料的電動機的截面的示意性表示；
[0033] 圖20為并入了軟磁材料的電動機的定子的示例性實施例的透視截面圖；
[0034] 圖21為與圖20的定子一同使用的轉子的示例性實施例的透視截面圖；
[0035] 圖22和圖23為并入了軟磁材料的電動機的示例性實施例的透視截面圖；
[0036] 圖24為并入了軟磁材料的電動機的轉子的示例性實施例的透視截面圖；
[0037]圖25為與圖24的轉子一同使用的定子的示例性實施例的透視截面圖；
[0038]圖26為圖24和圖25各自的轉子和定子的裝配的透視截面圖；
[0039] 圖27為并入了軟磁材料的定子的示例性實施例的橫截面的示意性表示；
[0040] 圖28和圖29為并入了軟磁材料的電動機的示例性實施例的透視截面圖；
[0041 ]圖30為并入了軟磁材料的無槽定子的一個示例性實施例的透視截面圖；
[0042] 圖31為與圖30的無槽定子一同使用的轉子的一個示例性實施例的爆炸透視截面 圖；
[0043] 圖32為并入了圖30和圖31各自的無槽定子和轉子的電動機的一個示例性實施例 的透視截面圖；
[0044] 圖33為并入了無槽定子和軟磁材料的電動機的另一個示例性實施例的透視截面 圖；
[0045] 圖34為混合無槽電動機的一個示例性實施例的透視截面圖；
[0046]圖35A到圖35C為圖34的電動機的定子的透視圖；
[0047]圖3?和圖38為圖34的電動機的線圈繞組的透視圖；
[0048]圖35E為圖34的電動機的定子芯的透視圖；
[0049]圖36A到圖36E為圖34的電動機的轉子的透視圖和透視截面圖；
[0050]圖37為圖34的電動機的示意性表示；
[0051]圖39為圖34的電動機的轉子極的側截面圖；
[0052]圖40為示出了密封(potted)在定子之上的線圈繞組的圖34的電動機的示意性表 不，；
[0053]圖41為軟磁材料的橫截面的電子顯微鏡圖像；
[0054]圖42為軟磁材料的X-射線衍射光譜的圖形表示；
[0055]圖43為鎳鋁合金的噴涂微粒的微結構的圖像；
[0056] 圖44A和圖44B分別為Fe-Al-Si合金和Fe-Al合金的相圖；
[0057] 圖45為用以形成并入了軟磁材料的轉子的掩模和模版系統（stencil system)的 示意性表示；
[0058]圖46A到圖46C為具有開槽定子的電動機的示例性實施例的示意性表示。
【具體實施方式】
[0059]參照圖1到圖6D，公開了用于電氣設備和電氣設備組件的軟磁材料以及制造這種 材料以及電氣設備本身的方法的示例性實施例。軟磁材料大體上用參考標號10來指代。可 以隨同這種軟磁材料10使用的電氣設備包括但不限于電動機。這種電動機可以例如用于機 器人應用、工業自動化、HVAC系統、電器、醫療設備、以及軍事和空間探索應用中。可以隨同 這種材料使用的組件包括但不限于電動機繞組芯或其他適合的軟磁芯。雖然將參照在附圖 中示出的實施例來描述本發明，應當理解的是本發明可以實施為許多形式的替代實施例。 此外，可以使用任何適合尺寸、形狀或者類型的材料或元件。
[0060] 具體地參照圖1，軟磁材料10具有適合柔軟度和機械強度，并且經由在活性氣氛中 沉積合金元素而形成塊材料，從而產生具有高磁導率和低矯頑力的小的微疇^(micro-domain) 的聚集，該小的微疇 12 的聚集由限制了微疇 12 之間的電氣傳導性的絕緣邊界 14 分 離開。將這種塊材料使用在電氣設備中允許了性能和效率的增益。例如，將軟磁材料10使用 在電動機繞組芯中可以提供有效的磁性路徑而同時使得與渦流電流相關聯的損失最小化， 該渦流電流由于磁場隨著其中安裝了電動機繞組芯的電動機的旋轉的迅速改變而在繞組 芯中所感應。這就允許了通常與傳統的電動機的各向異性層疊芯相關聯的設計約束的實質 上的消除。
[0061] 參照圖2A和圖2B，用以獲得軟磁材料10的沉積過程的一個示例性實施例的示意性 表示大體上由參考標號20來指代并且在之后被稱為"沉積過程20"。如在沉積過程20的圖2A 中所示出的，利用基于金屬噴涂技術的單一步驟網狀制備過程將合金元素的微粒22沉積在 基底24之上。為了獲得具有所希望的微結構的所產生的軟磁材料10,限定了各種與所使用 的合金的狀態相關的參數。關于第一示例性參數，微粒22的溫度足夠高從而使得微粒22的 材料軟化而同時低于該材料的熔點。由此，微粒22基本上保持為固體并且在撞擊到基底24 的表面時維持其整體的縱橫比。更為具體地，微粒22在飛行中處于半熔化狀態。關于第二示 例性參數，微粒22的氧化在沉積過程20中受到限制，其允許將微粒22基本上保持為金屬的 并且保留其機械強度和磁屬性。關于第三參數，微粒22在沉積過程20中的速度可以符合或 者超過一些最小的飛行速度從而確保微粒22與之前沉積的微粒的粘附性，由此允許建立塊 合金從而形成具有足夠機械強度的軟磁材料10,如圖2B所示出的。前述的參數（以及其他的 參數)可以通過選擇微粒尺寸范圍、化學合成物以及各種沉積過程20的過程參數來達到。用 來執行沉積過程20的系統可以為高速空氣燃料(HVAF)系統、高速氧燃料(HVOF)系統或者等 離子噴涂系統。
[0062]商業上可獲得的合金元素可以用做微粒22。例如，合金元素可以是任何基于鋁的 粉末(例如，FE-125-27以及類似），諸如這些可以從印第安納州的印第安納波利斯普萊克斯 表面技術（Praxair Surface Technologies of Indianapolis，Indiana)獲得。在一個不例 性實施例中，合金可以具有89%Fe-10%Al-0.25%C(所有的百分比為重量百分比）的成分。 這種合金具有約為1450°C的熔點并且適于使用在HVAF系統中，其中用來氣體霧化（gas-atomize)合金的承載氣體具有約為900 °C到約1200 °C的溫度。這種合金還適于HVOF系統，其 在低于約1400°C的溫度處進行操作。雖然這里所描述的示例性實施例指向具有89^^ 6_ 10 % Al-0.25 % C成分的合金，具有其他成分的合金可以用在其他的示例性實施例中。
[0063]合金微粒通常為球形并且能夠被氣體霧化，這使得其適于用作在HVAF系統或HVOF 系統中的微粒22,因為其在沉積過程20中可以自由地流動而不會形成集群。合金微粒尺寸 的選擇影響著沉積過程20中的微粒速度以及合金微粒溫度。在利用經由HVOF的沉積的一個 示例性實施例中，在約25微米到約45微米的范圍中的合金微粒可以產生所希望的微粒溫度 和速度。
[0064]在利用HVAF系統的沉積過程20中，所得到的軟磁材料10的希望的微結構可以通過 連續薄涂層的沉積而產生為塊材料。HVAF系統可以利用聚焦的微粒束并且可以具有約為 80 %或更多的沉積效率。如圖3A所示出的，軟磁材料10的微結構的橫截面描述了分立的微 疇12，其中軟磁材料10的更大的微粒保持了其整體的縱橫比并且被分立的邊界14所標記。 [0065] 利用HVOF系統的沉積過程20可以在約為1400 °C到約1600 °C的溫度范圍中進行操 作從而產生希望的軟磁材料1 〇的微結構，如圖3B所示出的。在HVOF系統中，軟磁材料10可以 利用低燃燒溫度設置以將沉積的材料提供為薄涂層來產生。然而，這個低燃燒溫度設置可 能伴隨撞擊基底24的微粒22的較低速度，由此導致低于50%的沉積效率。
[0066]參照圖3C，軟磁材料10的希望的微結構可以利用低能量等離子噴涂系統來產生。 如可以看見的，在微疇12和較大的微粒之間的分離可能不如利用HVAF系統或者HVOF系統產 生的軟磁材料10中那樣輕易可辨。
[0067] 在利用前述示例性系統中任一個的沉積過程20中，通過將合金熱噴涂為在基底24 之上的微粒22來形成軟磁材料10。噴涂的微粒22形成材料的致密的、緊密堆積的固體層，其 包括由電氣絕緣的絕緣邊界14分離的致密堆積的微疇12。進一步，形成材料的固體層的噴 涂的微粒22可以在約為1925華氏度的溫度處接受熱處理達到約4個小時，接著緩慢冷卻到 約為900華氏度（以每小時100華氏度的速率持續約10個小時），接著進一步空氣冷卻到約為 室溫。
[0068] 通過具有若干各種形態中的任一個的微粒22來限定合金元素。在任何形態中，合 金元素(撞擊微粒)包括鐵和鋁，其中鋁氧化以在鐵上形成保護性的礬土(即，氧化鋁)層。保 護性的氧化鋁層可以完全地圍繞微粒芯，或者微粒芯可能由于保護層中的缺陷或閉塞的存 在而未被完全覆蓋。由于氧化鋁較之鐵的任何氧化物更為穩定，在合金中的鋁的適合的濃 度提供了充足量的氧化鋁而沒有(或者基本上沒有)氧化鐵。在一個示例性實施例中，合金 為包括89%Fe-10%Al-0.25%C的鐵-鋁合金。合金并不限于此，可以使用任何其他適合的 材料。
[0069] 參照圖4A到圖4C，利用沉積過程20，軟磁材料10可以用來產生鑄錠30(圖4A)，圓柱 32(圖4B)，或者可以機器加工以產生環形部件34(圖4C)的任何適合的結構。在沉積過程20 中產生的結構(例如圓柱32,環形部件以及類似)可以用作電動機和電動機組件的制備中的 元素。
[0070] 在用來形成軟磁材料10的微粒22的一個示例性形態中，如圖5A所示出的，微粒22 具有鐵-鋁合金40的均勻成分。在微粒22的表面處的鋁與周圍環境(其可以是空氣或者富氧 空氣）中的氧發生反應從而形成氧化鋁，由此導致在其外表面之上具有薄氧化鋁層42的鐵-鋁合金微粒。鐵-鋁合金40的鋁濃度被選擇為有助于連續的氧化鋁層42的形成而同時消除 氧化鐵的形成或者至少將其降低到最小。由于氧化速率隨著溫度而增加，微粒可以處于升 高的溫度從而增加氧化動力。微粒溫度同樣升高到足夠高的溫度從而對其進行軟化并且實 現形成致密堆積結構所必須的形變。為了形成致密堆積的固體，在撞擊表面之前將微粒加 速到足夠的速度。在一些實施例中，可以將硅添加為合金元素。在一些合成物中，硅將改善 磁屬性并且同時不會阻礙氧化鋁的形成。
[0071] 在如圖5B所示出的微粒22的其他示例性形態中，微粒22可以由從鐵-鋁合金40到 表面的濃度梯度來限定。在表面處的鋁由鐵-鋁合金中的適合的鋁濃度來形成。然而，鋁降 低了鐵的飽和通量密度。為了將飽和通量密度最大化，得到的微粒具有純鐵芯44以及從鐵 芯44到微粒表面48的增加的鋁的濃度46。這種形態通過在微粒上沉積鋁層并且熱處理從而 允許鋁擴散進入微粒中以形成具有鋁的變化濃度46的合金來獲得。微粒在惰性環境中進行 熱處理從而防止具有鋁濃度的鋁的氧化，該鋁濃度被選擇用來促使沿著表面48的連續的氧 化鋁層42的形成而沒有(或至少基本上沒有)形成氧化鐵。周圍的環境可以是空氣或者富氧 空氣，并且由于氧化速率隨著溫度而增加，合金微粒可以處于升高的溫度從而增加氧化動 力。正如之前的實施例，為了形成致密堆積的固體，在撞擊表面之前微粒被加速到足夠的速 度。微粒溫度同樣也被提升到足夠高的溫度從而軟化合金材料并且實現形成致密堆積結構 所必須的形變。進一步，硅可以作為合金元素被添加從而例如改善磁屬性而同時不會阻礙 氧化鋁的形成。
[0072]如圖5C所示，在微粒22的另一個示例性形態中，鐵或者鐵合金的基礎微粒50可以 封裝在氧化鋁層42中。這些涂敷有氧化鋁的鐵(或鐵合金)微粒可以通過原子層沉積(ALD) 過程來獲得，其涉及沉積薄鋁層并且將層暴露在氧氣中從而允許層進行氧化，接著相繼地 沉積并且氧化接下來的層。然而沉積過程并不限于ALD，由于任何適合的過程可以提供用以 在鐵或者鐵合金微粒之上形成氧化鋁層。若干這種層被沉積從而達到所需要的氧化鋁層42 的厚度。基礎微粒50可以是純的鐵或者增強了磁屬性的鐵合金，諸如鐵-鈷、鐵-鎳、鐵-硅或 者類似。為了形成致密堆積的固體，在撞擊表面之前微粒被加速到足夠的速度。在沉積過程 20期間，微粒溫度被升高到足夠高的溫度從而軟化微粒并且實現微粒的形變以形成致密堆 積的結構。正如其他的實施例，也可以將硅作為合金元素進行添加從而改善磁屬性而同時 避免氧化鋁的形成或者使其最小化。將1 %的硅作為合金元素添加到具有約IOwt. %的鋁的 鐵-鋁合金中允許制造具有最低碳含量(以及可能地較大尺寸的微粒)的原材料。
[0073]如圖5D所示，在微粒22的另一示例性形態中，基礎微粒50包括可以封裝在鋁中的 鐵或者鐵合金芯，鋁進行氧化從而在沉積過程期間形成氧化鋁層42。基礎微粒50例如為純 鐵或者增強磁屬性的鐵合金(例如鐵-鈷、鐵-鎳、鐵-硅或者類似）。周圍的環境可以是空氣 或者富氧空氣或者具有嚴密控制氧環境的環境。如之前的實施例，為了形成致密堆積固體， 在撞擊表面之前微粒被加速到足夠的速度。在沉積過程20期間，微粒溫度被升高到足夠高 的溫度從而軟化微粒并且實現微粒的形變以形成致密堆積的結構。正如之前的實施例，也 可以將硅作為合金元素進行添加從而改善磁屬性而同時避免氧化鋁的形成或者使其最小 化。
[0074] 由前述的微粒22的形態的任一個形成的所得到的軟磁材料10的電磁屬性包括但 不限于飽和通量密度、磁導率和由于磁滯現象的能量損失、以及由于渦流電流的能量損失。 包括每一個由薄絕緣邊界圍繞的具有適合的磁屬性的致密堆積的微疇的微結構提供了這 種希望的電磁屬性。微疇的磁屬性以及邊界的絕緣屬性依次為諸如合金成分、晶格結構、氧 化熱力學和動力學的一個或多個物理和化學屬性的函數。
[0075] 關于晶格結構，包括89%Fe_10%Al的合金具有與鐵相同的體心立方(BCC)。這個 晶格結構與高磁性磁導率和適合的磁屬性相關聯。進一步，在存在0.25%碳時，合金保持了 其BCC結構一直到1000 °C的溫度。熱處理實現了固體中存在的任何面心立方結構和馬氏體 結構轉換為BCC結構。合金中的鋁的原子比率約為20%并且因此合金具有低于純鐵約20% 的飽和通量密度。此外，合金已知為具有大于純鐵的電阻系數，導致了較低的渦流電流損 失。
[0076]在約為0.25%的范圍中的碳可以促使粉末制造期間的氣體霧化過程。低于約1000 攝氏度，碳作為碳化物析出物而存在，其可能通過例如降低初始磁導率并且增加磁滯損耗 來影響磁屬性。
[0077] 當合金微粒在約為1000°C到約1500°C的溫度范圍處的氧化環境中，形成的適合的 穩定氧化物為氧化鋁。這個氧化物層的形成速率和希望的厚度由合金微粒在沉積環境中的 氧化動力學來確定。元素鋁形成1-2納米(nm)厚度的氧化物層，有效地阻擋了進一步的氧 化。此外，通過利用軟件模擬包的氧化動力學模擬，確定尺寸在25微米-40微米的位于約 1500°C的溫度處的純鐵微粒在其飛行持續期間（利用具有此處所描述的HVAF、HV0F或者等 離子噴涂系統中的任一個的沉積過程20,估計其為約為0.001秒)生長了 500nm厚度的氧化 物層。因此，希望的圍繞每個微粒的氧化物層的厚度至少約為Inm并且高達約500nm〇
[0078] 現在參照圖6A到圖6D，在任何實施例中，希望具有噴涂樣本中磁屬性的各向同性。 各向同性允許在具有3維磁通流(flux flow)的電動機中使用材料。在公開的實施例中可測 量的磁屬性為按照ASTM A773標準的沿著環形樣本(如圖6A中所示出的）的圓周方向可測量 的。雖然沿著其他兩個正交方向（軸向和徑向）的測量可能是不可能的，在三個正交平面上 的樣本橫截面的微結構，其在圖6B、圖6C和圖6D中示出并且分別對應于沿著XZ平面、YZ平面 和XY平面的示圖，示出了材料中的各向同性的程度。即使微疇在某些程度上沿著作為與噴 涂方向垂直的方向的圓周方向拉伸，其仍然展現出以其形狀的高度的各向同性。
[0079]通過40和46參照圖7,示出了其中可以并入軟磁材料10的電動機的各種示例性實 施例。所描述的電動機意在于作為具有利用來自高分辨率旋轉編碼器的位置反饋的正弦波 換向的三相無刷電動機而被驅動。
[0080]具體地參照圖7,其中磁通流沿著垂直于電動機的旋轉軸的平面的永磁式電動機 大體上示出在100。電動機100具有可旋轉地安裝在定子106上的磁性鋼(或其他適合的磁性 材料）的轉子102。磁體104位于轉子102的外部徑向表面上。定子106具有層疊的鋼芯，其具 有沿著定子106的內邊沿限定的定子極108以及位于每個定子極108處的繞組或線圈110。電 動機100可以并入軟磁材料10。
[0081]參照圖8,此處描述的軟磁材料10可以并入電動機(例如，作為定子或者定子的至 少部分）。并入了軟磁材料10的磁通電動機的一個示例性實施例大體上由參考標號200指代 并且此后稱為"電動機200"。電動機200為具有可旋轉地安裝在定子206中的轉子202的三維 磁通電動機。轉子202可以配置為軸桿。轉子202的徑向外圓柱形表面限定了轉子極212,并 且定子206的內側邊沿限定了定子極208。定子206連同定子極208包括多個槽隙，其限定了 圍繞其放置了作為個體繞組的線圈210的芯。然而，在代替的配置中，形成為分布的繞組的 線圈可以提供在定子極208處。
[0082] 在電動機200中，磁體204位于轉子極212處。轉子極212和定子極208連同磁體204 的形狀將在轉子和定子之間的磁通引導為處于三維的單一平面之外的方向上。磁體204可 以具有徑向外圓柱形表面，其鄰接兩個圓錐形表面并且終結于兩個更小直徑的圓柱形表 面。磁體204示出為在形狀上為單一的。然而，在替代的實施例中，磁體可以包括個體的區段 從而形成形狀。類似地，定子極208配置為接近Y-形狀橫截面，其定義了對應于磁體204之上 的相對表面的表面。Y-形狀橫截面進一步允許沿著定子內的電動機的徑向、軸向以及/或圓 周方向中的一個或多個的磁通流。
[0083] 磁體204和定子極208之間的圓錐形氣隙214允許沿著電動機的徑向、軸向以及或 圓周方向的磁通流。由于轉子極212在定子極208的方向上延伸并且由于定子極208同樣在 轉子極212的方向上延伸，在轉子極212和定子極208之間的圓錐形氣隙214中限定了圓錐形 轉矩產生區域，較之于如圖7所示出的永磁性電動機100而言其得到了更高的轉矩量。由圓 錐形氣隙214限定的較大的圓錐形轉矩產生區域抵消了略微減少的轉矩產生半徑和略微減 少的線圈空間，且仍有盈余。
[0084] 轉子202以及/或定子206(或者至少定子206的芯)可以由具有高飽和磁通密度、磁 導率以及低的由于磁滯現象的能量損耗和由于渦流電流的能量損耗的軟磁材料10制成。包 括具有適合的磁屬性的、每一個由薄絕緣邊界圍繞的致密堆積微疇的微結構可以產生所希 望的電磁屬性，這種電磁屬性有助于三維磁通路徑的使用，這與利用一維磁通路徑、例如在 平面中的路徑的傳統電動機不同。類似地，進一步公開的實施例可以利用這種材料。
[0085] 現在參照圖9,具有圓錐形氣隙的三維磁通電動機的變形大體上示出于300處。在 電動機300中，轉子312可旋轉地安裝在定子306中從而轉子極312面向定子極308。定子306 (或至少其芯)可以包括軟磁材料10。磁體304位于轉子極312之上。由轉子極312之上的磁體 304和定子極308之間的圓錐形氣隙314限定的轉矩產生區域為圓柱形的并且僅僅沿著軸向 方向延伸。此外，定子306的外側壁307同樣在軸向方向上延伸。外側壁307的這個延伸允許 使用較薄的定子壁而不會減損對于磁通流所能獲得的定子壁橫截面面積。外側壁307的延 伸還提供了用于線圈310的額外的空間。雖然由于位于轉子極312之上并且與定子極308相 鄰的磁體304的延伸的屬性，圓錐形氣隙314為圓柱形的，磁通被導向在多于一個平面中，由 此導致了三維磁通模式。
[0086] 現在參照圖IOA和圖IOB，磁通電動機的另一個示例性實施例大體上示出在400處。 如之前所公開的實施例，電動機400包括可旋轉地位于定子406中的轉子402。定子406包括 定子極408和線圈410,每個線圈410的橫截面面積通過線圈410和定子極408二者沿著徑向 方向而錐形漸變而使得定子極408的橫截面面積得到最大化。更具體地，每個線圈410的圓 周尺度沿著界面416而錐形漸變從而每個線圈410的圓周尺度隨著半徑增加，而定子極408 的軸向尺度沿著界面416而錐形漸變因此定子極408的軸向尺度隨著半徑降低。即使這里所 公開的示例描繪了永磁體電動機，在可代替的方面，任何所公開的實施例適用于可變磁阻 電動機(例如，非永磁性極)或者任何其他適合的電動機。與延伸的定子極的面相組合的錐 形的定子極408有助于在定子406和轉子402之間的在多于一個平面中的磁通量。
[0087]參照圖10B，示出了描述二維錐體的定子極408的一個示例性實施例。如可以看見 的，定子極408的軸向尺度隨著增加的半徑從高度H1降低到高度H2。此外，定子極408的圓周 寬度在徑向方向上從寬度W 1增加到寬度此從而保持定子極408的橫截面的"齒形區域"。在一 個示例性的方面，定子極408的錐形部分的橫截面區域可以保持為恒定從而在定子極408內 的磁通密度可以跨越該截面而保持。
[0088] 現在參照圖11，電動機的另一個示例性變性大體上示出在500處。電動機500實現 了轉子502和定子506的軸向裝配。實施例類似于圖IOA和圖IOB的實施例，除了轉子502和定 子506的僅一端為帶角度的(沿著表面520)而另一端為直的或者圓柱形的（沿著表面522)。 在圖11中示出的實施例允許轉子502被軸向地裝配到定子506。在替代實施例中，任何公開 的實施例的方面可以組合在任何適合的組合中。
[0089] 現在參照圖12，電動機600有轉子602和分開的定子606，從而有助于在繞組之前或 之后定子606關于轉子602的裝配。如所示出的，電動機600可以具有類似于上面所描述的這 些的特征。然而，分開的定子606允許轉子602具有單一的整體構造，其中第一定子部分607 和第二定子部分609可以在關于轉子602圓周地裝配，兩個部分607、609中的每一個在位于 平面中的分離線611處相接合，該平面處磁通將在平面方向上被導向。在分離線611的相對 側上的分開的定子606的部分將轉子602和分開的定子606之間的磁通導向在包括多于一個 平面的方向上，導致了三維磁通模式。
[0090] 現在參照圖13,另一個示例性實施例的電動機700包括轉子702和分開的定子706， 其中分開的定子706被分為三層（內側部分707，中間部分709，外側部分713)，圍繞其纏繞線 圈710。中間部分709可以制備為具有與內側部分707和外側部分713不同的材料。在中間部 分709中，磁通流可以基本上為平面的。內側部分707和外側部分713可以制備為具有有助于 三維磁通流的材料。
[0091] 如圖14A和圖14B所示出的，另一個示例性實施例的電動機800包括分開的凹形轉 子802,其具有每一個具有各自的磁體807、809的第一轉子部分803和第二轉子部分805,第 一轉子部分803和第二轉子部分805的每一個軸向裝配到定子806中。轉子802的分開的配置 允許定子806具有單一的整體構造，從而轉子802的第一轉子部分803和第二轉子部分805可 以例如在纏繞完線圈810之后關于定子806進行裝配。分離線817位于其中磁通將被導向在 平面方向上的平面中。在分離線817的相對側上的轉子802的部分將轉子802和定子806之間 的磁通導向在包括多于一個平面的方向上，由此導致了三維磁通模式。在替代的方面，定子 806還可以分開為兩層或多層。例如，在分開為三個部分的定子806中，中間部分可以由層疊 的鋼制成，如之前所公開地。電動機800允許沿著徑向、軸向和圓周方向的磁通流。由于電動 機800具有在徑向方向上延伸的定子極808和轉子極812,較之于傳統的電動機而言，具有附 加的圓錐形轉矩產生氣隙區域，其導致了更高的轉矩量。此處，較大的轉矩產生區域抵消了 略微減小的轉矩產生半徑以及略微減小的線圈空間，且仍有盈余。如在之前所公開的實施 例中的每一個，轉子802和/或定子806可以由具有高飽和磁通密度、磁導率以及低的由于磁 滯現象的能量損耗和由于渦流電流的能量損耗的軟磁材料10制成。包括具有適合的磁屬性 的、每一個由薄絕緣邊界圍繞的致密堆積微疇的軟磁材料10的微結構可以產生所希望的電 磁屬性，這種電磁屬性有助于三維磁通路徑的使用，這與利用一維磁通路徑、例如在平面中 的路徑的傳統電動機不同。類似地，進一步公開的實施例可以利用這種材料。在替代實施例 中，任何公開的實施例的方面可以組合在任何適合的組合中。
[0092] 仍然參照圖14A和圖14B，磁體807、809示出在轉子極812處，該轉子極具有兩個徑 向外圓柱形表面，后者與每個相應的轉子部分803、805的兩個錐形表面鄰接，并且終結于兩 個更小直徑的圓柱形表面。磁體807、809示出為在這個形狀中為整體的但是可代替地由區 段制成從而形成形狀。定子極808具有與磁體803、805之上的相對表面相對應的相類似形狀 的表面。極的形狀與磁體形狀的組合將轉子802和定子806之間的磁通以三維導向到單一平 面之外的方向上。線圈810示出為圍繞著個體定子極808而纏繞的個體繞組。在代替的方面， 線圈810可以包括分布的繞組。
[0093] 現在參照圖15A和圖15B，不出了具有分開的凹形轉子902和分開的定子906的電動 機900。分開的凹形轉子902具有第一轉子部分903和第二轉子部分905,并且分開的定子906 具有第一定子部分907和第二定子部分909。與圖13中示出的分開的定子706不同的是，第一 定子部分907和第二定子部分909的每一個具有其自己的線圈910、911，由此第一定子部分 907和第二定子部分909中的每一個可以在定子906和轉子902裝配之前被纏繞。此處，分開 的凹形轉子902允許分開的定子906預裝配并且繞組好，其中第一轉子部分903和第二轉子 部分905可以在例如繞組后關于定子906進行裝配。定子906是分開的由此電動機900允許沿 著徑向、軸向和圓周方向的磁通流。由于電動機900具有延伸的轉子極912和定子極908,較 之于傳統的電動機而言，具有附加的圓錐形轉矩產生氣隙區域，其導致了更高的轉矩量。較 大的轉矩產生區域抵消了略微較小的轉矩產生半徑邊際和略微較小的線圈空間，且仍有盈 余。如在之前所公開的實施例中的每一個，轉子902和/或定子906可以由具有高飽和磁通密 度、磁導率以及低的由于磁滯現象的能量損耗和由于渦流電流的能量損耗的軟磁材料10制 成。包括具有適合的磁屬性的、每一個由薄絕緣邊界圍繞的致密堆積微疇的軟磁材料10的 微結構可以產生所希望的電磁屬性，這種電磁屬性有助于三維磁通路徑的使用，這與利用 的一維磁通路徑、例如在平面中的路徑的傳統電動機不同。類似地，進一步公開的實施例可 以利用這種材料。在替代實施例中，任何公開的實施例的方面可以組合在任何適合的組合 中。
[0094]同樣如在圖15A和圖15B中所示出的，磁體930、932示出在轉子極912處，該轉子極 具有兩個徑向外圓柱形表面，后者與每個相應的轉子部分903、905的兩個錐形表面鄰接，并 且終結于兩個更小直徑的圓柱形表面。磁體930、932示出為在這個形狀中為整體的但是可 代替地由區段制成從而形成形狀。定子極908類似地為具有與磁體930、932上的相對表面相 對應的表面的成形的極。極的形狀與磁體形狀的組合將轉子902和定子906之間的磁通以三 維導向到單一平面之外的方向上。線圈910示出為圍繞著個體定子極908而纏繞的個體繞 組。在代替的方面，線圈910可以包括分布的繞組。
[0095] 現在參照圖16A和圖16B，示出了具有與分開的定子1006軸向裝配的分開的凸形轉 子1002的電動機1000。分開的凸形轉子1002包括第一轉子部分1003和第二轉子部分1005。 在可代替的方面，轉子1002可以不分開而是代之以包括整體的工件。分開的定子1006包括 第一定子部分1007和第二定子部分1009,定子的每個部分包括其各自的線圈組1010、1011。 每個定子部分1007、1009可以在裝配之前被纏繞。定子1006是分開的由此電動機1000允許 沿著徑向、軸向和圓周方向的磁通流。由于電動機1 〇〇〇具有延伸的轉子極1012和定子極 1008,較之于傳統的電動機而言，具有附加的圓錐形轉矩產生氣隙區域，其導致了更高的轉 矩量。較大的轉矩產生區域抵消了略微較小的轉矩產生半徑和略微較小的線圈空間，且仍 有盈余。如在之前所公開的實施例中的每一個，轉子1002和/或定子1006可以由具有高飽和 磁通密度、磁導率以及低的由于磁滯現象的能量損耗和由于渦流電流的能量損耗的軟磁材 料10制成。包括具有適合的磁屬性的、每一個由薄絕緣邊界圍繞的致密堆積微疇的軟磁材 料10的微結構可以產生所希望的電磁屬性，這種電磁屬性有助于將三維磁通路徑的使用， 這與利用一維磁通路徑、例如在平面中的路徑的傳統電動機不同。類似地，進一步公開的實 施例可以利用這種材料。在替代實施例中，任何公開的實施例的方面可以組合在任何適合 的組合中。
[0096] 仍然參照圖16A和圖16B，磁體1030、1032示出在轉子極1012處，該轉子極具有兩個 徑向外圓柱形表面，后者與每個相應的轉子部分1003、1005的兩個錐形表面鄰接，并且終結 于兩個更小直徑的圓柱形表面。磁體1030、1032示出為在這個形狀中為整體的但是可代替 地由區段制成從而形成形狀。定子極1008類似地為具有與磁體1030、1032上的相對表面相 對應的表面的成形的極。極的形狀與磁體形狀的組合將轉子1002和定子1006之間的磁通以 三維導向到單一平面之外的方向上。線圈1010、1011示出為圍繞著個體定子極1008而纏繞 的個體繞組。在代替的方面，線圈1010、1011可以包括分布的繞組。
[0097] 現在參照圖17A到圖17C，示出了定子橫截面的示意性圖。圖17A示出了電動機線圈 110、定子極108以及定子壁140的橫截面。定子橫截面面積由高度142和寬度144指代，其中 線圈110可以具有寬度150以及極軸向高度152。定子極108可以由適合用于電動機定子的層 疊的鋼制成。正如將要針對由高度142乘以寬度144限定的給定的面積所描述的，通過利用 這里所描述的允許在定子內的三維磁通流的軟磁材料(例如，在圖17B和圖17C中），橫截面 可以得到更加有效的利用。例如，在圖17B中，示出了線圈1110、定子極1108、以及定子壁 1140,其中可以提供減少的寬度1176和軸向增長的長度1178的定子壁1140來增加線圈1108 的橫截面面積以及長度1180。同樣示出了極軸向高度1190。通過進一步的示例，在圖17C中， 示出了線圈1210、定子極1208以及定子壁1240,如圖17B，可以提供更薄并且軸向更長的定 子壁1240從而增加定子極橫截面積但是同樣其中線圈1210更寬然而更薄從而保持與圖17A 中的線圈相同的面積。此處，極軸向高度1290可以大于圖17B中的極軸向高度1190。
[0098] 現在參照圖18A到圖18C，具有凸形轉子1302和分開的定子1306的電動機1300的另 一個示例性實施例的截面。定子1306的每一半具有其自身的一套繞組。雖然示出了單一的 轉子1302和定子1306,在代替的方面中，多個轉子和/或定子可以堆疊。所示出的實施例包 括三角形橫截面并且可以配置為具有單一的三角形橫截面或者多個橫截面，例如，凹形或 者凸形橫截面。進一步，在可代替的方面，電動機1300可以提供有凹形轉子或者任何適合的 形狀。定子1307、1309的每個部分可以在裝配之前被纏繞。定子部分1307、1309具有圍繞著 錐形極1308而纏繞的成角度的繞組1310。通過定子壁1340將磁通從極到極進行導向，其中 定子壁1340在定子1306的上角和下角具有三角形截面。圖18A的側截面示出了具有朝向轉 子1302而軸向增加的橫截面的錐形的定子極1308。圖18B的頂截面示出了具有朝向轉子而 軸向降低的橫截面的錐形的定子極1306。此處，通過錐形的組合，定子極1306的橫截面面積 可以得到保持。定子1306的分開的配置允許了定子1306預裝配并且纏繞，其中兩個定子部 分1307和1309可以例如在繞組之后圍繞轉子1302進行裝配。定子1306示出為分開的，其中 電動機1300允許沿著徑向、軸向和圓周方向的磁通流。由于電動機1300具有延伸的定子極 和轉子極，如之前在其他示例實施例中所描述的，較之于傳統的電動機而言，具有附加的圓 錐形轉矩產生氣隙區域，其導致了更高的轉矩量。較大轉矩產生區域抵消了略微減少的轉 矩產生半徑并且略微減少的線圈空間，且仍有盈余。如所公開的實施例中的每一個，轉子 1302和/或定子1306可以由具有高飽和磁通密度、磁導率以及低的由于磁滯現象的能量損 耗和由于渦流電流的能量損耗的軟磁材料10制成。包括具有適合的磁屬性的、每一個由薄 絕緣邊界圍繞的致密堆積微疇的軟磁材料10的微結構可以產生所希望的電磁屬性，這種電 磁屬性有助于將三維磁通路徑的使，這與利用一維磁通路徑、例如在平面中的路徑的傳統 電動機不同。類似地，進一步公開的實施例可以利用這種材料。在替代實施例中，任何公開 的實施例的方面可以組合在任何適合的組合中。
[0099] 現在參照圖18A到圖18C，磁體1340、1342示出在轉子極1312處，該轉子極具有兩個 徑向外圓柱形表面，后者與與每個相應的轉子部分1307、1309的兩個錐形表面鄰接，并且終 結于兩個更小直徑的圓柱形表面。磁體1340、1342示出為在這個形狀中為整體的但是可代 替地由區段制成從而形成形狀。定子極1308類似地為具有與磁體1340、1342上的相對表面 相對應的表面的成形的極。極的形狀與磁體形狀的組合將轉子1302和定子1306之間的磁通 以三維導向到單一平面之外的方向上。線圈1310示出為圍繞著個體定子極1308而纏繞的個 體繞組。在代替的方面，線圈1310可以包括分布的繞組。
[0100] 現在參照圖19，示出了具有凸形轉子1402和定子1406的電動機1400的區段。雖然 示出了單一的轉子1402和單一的定子1406,在代替的方面中，多個轉子和/或定子可以堆 疊。定子部分1406具有圍繞著錐形極1408而纏繞的成角度的繞組1410。通過定子壁1440將 磁通從極導向到極，其中定子壁1440在定子1306的上角具有三角形截面的。在所示出的實 施例中，三角形截面在極1408的終結處具有更寬的寬度從而允許用于繞組1410的附加的繞 組面積。類似地，與轉子1402的磁體相面向的極1408可以如所示出地延伸或者以其他方式 增加用于繞組1410的附加的繞組面積。在替代實施例中，任何公開的實施例的方面可以組 合在任何適合的組合中。
[0101] 現在參照圖20和圖21，其中分別示出了定子1506和轉子1502的等軸截面圖。在示 出的示例性實施例中，向內成角度的定子齒1550位于與向外成角度的磁體1540的定向相垂 直的角度上。這種布置利用了可獲得的空間并且增加了用于磁通流的橫截面面積。齒1550 具有上部分1552和下部分1554,其與線圈1510交疊由此磁通跨越每個定子齒1550的整個橫 截面流動。類似地，部分與定子環1556的線圈1510交疊從而磁通從定子1506的齒到齒跨定 子環1556的整個橫截面流動。雖然針對每個極示出了個體繞組，但可代替地可以提供分布 繞組。
[0102] 現在參照圖22和圖23,示出了裝配的轉子1602和定子1606的布置。在一個示例性 的方面，可以提供單一的定子1606和轉子1602。如在圖22中可見，定子1606可以包括第一定 子部分1607和第二定子部分1609,并且轉子1602可以包括第一轉子部分1603和第二轉子部 分1605。定子1606和轉子1602可以裝配為使得第一定子部分和第二定子部分形成在三角形 橫截面的狹窄部分處徑向相配合的兩個三角形橫截面。如在圖23中可見，第一定子部分 1607和第二定子部分1609以及第一轉子部分1603和第二轉子部分1605可以交替地裝配為 使得定子部分形成在三角形橫截面的寬闊部分處徑向相配合的兩個三角形的橫截面。在代 替的方面，可以提供任何適合的組合。定子齒為凸形并且轉子齒為凹形。
[0103] 圖20到圖23的示例性實施例可以不允許齒橫截面面積和線圈橫截面面積的獨立 尺寸設計。結果是，較大的齒橫截面以較小的線圈橫截面為代價并且反之亦然。如下面所描 述的，圖24到圖29的實施例提供了獨立改變齒橫截面的選項從而獲得最佳的設計。然而，這 個靈活性的代價是更小的磁體區域。然而，如在圖20中所示出的實施例為如圖27中所示出 的實施例的特定示例，例如，當圖27中的a = 0時。例如，設置a = 0并且b = c產生圖20到圖23 的實施例。
[0104] 現在參照圖24和圖25,分別示出了轉子1702和定子1706的等軸截面圖。同樣參照 圖26,轉子1702和定子1706示出為裝配的。如圖26中示出的，可以提供單一的定子1706和單 一的轉子1702。如圖28所示出的，定子1706可以包括第一定子部分1707和第二定子部分 1709,其二者可以與包括第一轉子部分1703和第二轉子部分1705的轉子1702相裝配從而形 成在橫截面的寬闊部分處徑向相配合的兩個橫截面。
[0105] 如圖29示出的，定子1806可以包括第一定子部分1807和第二定子部分1809,其二 者可以與包括第一轉子部分1803和第二轉子部分1805的轉子1802相裝配從而形成在橫截 面的寬闊部分徑向相配合的兩個橫截面。
[0106] 再次參照圖27,其中示出了顯示了可變參數的定子極橫截面。在示出的實施例中， 定子齒1550具有位于與磁體的定向相垂直的各個角度處的面1562、面1564以及面1566。這 種布置利用了可獲得的空間，并且增加了用于磁通流的橫截面面積。齒1550具有與線圈 1510相交疊的上部分1552和下部分1554從而磁通跨越定子齒1550的整個橫截面流動。雖然 對于每個極示出了個體的繞組，可代替地可以提供分布的繞組。定子齒1550具有橫截面變 化的截面1570從而由測量參數a、b、c和d指代的線圈1510可以得到優化。在可代替的方面 中，可以提供任何適合的組合。
[0107] 現在參照圖30和圖31，分別示出了定子1906和轉子1902的等軸截面圖。所描述的 示例性實施例包括無槽定子設計，其中定子1906具有軟磁芯1912以及密封的繞組1914。軟 磁芯1912直接限定在定子1906的表面上（由此避免了使用槽隙）并且可以包括軟磁材料10， 如上面所描述的。如所示出的，轉子1902可以為兩件式轉子，如圖31和圖32圖示的（包括第 一轉子部分1903和第二轉子部分1905)。可代替地，電動機可以利用轉子1902和定子1906的 僅半個制成。
[0108] 現在參照圖33,無槽電動機的另一個示例性實施例大體上示出在2000處。無槽電 動機2000包括可旋轉地安裝到無槽定子2006的轉子2002。轉子2002包括第一轉子部分2003 和第二轉子部分2005,兩個部分為對稱的。無槽定子2006包括形成具有恒定橫截面的連續 部分的壁2007和背部分2009。磁體2014安裝在轉子2002和無槽定子2006之間。以線圈2010 的形式的繞組為自支撐的并且均勻分布在圍繞著無槽定子2006的面向內部的表面之上且 具有水平V-形的橫截面。電動機2000進一步參照底下的示例3進行描述。
[0109] 現在參照圖34到圖40,可以并入在這里所描述的軟磁材料的無槽無刷永磁電動機 大體上示出在2100處。電動機2100為混合電動機。如可以在圖34和圖37中看見的，氣隙橫截 面2110為V-形的并且可以包括間隔物2112。
[0110] 如在圖35A到圖35E中所示出的，電動機2100的定子配件大體上示出在2120處。正 如可以在圖35C中看見的，定子配件2120具有在其背壁2135(背壁2135跟隨著線圈的輪廓） 處的切口 2130從而實現冷卻線或類似。切口 2130可以具有任何適合的形狀并且可以提供用 來降低材料消耗。切口 2130還可以成形用于在定子的一個或多個部分中的均勻的磁通分 布，例如，在繞組之間或極之間或類似的之間。如圖35E所示出的，定子配件2120的芯2140由 具有各向同性的磁屬性的材料制成。圖35A、圖35B以及圖35C示出了具有交疊在定子芯2140 之上的繞組線圈2150的定子橫截面。如圖40所示出的，繞組線圈2150可以利用密封的材料 2165耦合到芯2140。密封材料2165的外表面2166可以提供用于繞組引線以及熱耦合引線。 總的來說，電動機2100具有由定子的直徑Dl (到外表面2166的直徑D2)來限定的直徑和高度 H0
[0111] 圖35D示出了個體的繞組線圈2150。三個繞組線圈，每個相一個，可以具有嵌入在 其中的熱耦合。在一個示例性實施例中，定子配件2120為具有4個懸空引線的Y形纏繞的（3 個線引線和1個中間搭頭）。由于定子配件2120可以為軸向鉗制的，懸空引線將在外直徑處 通過外表面2166而離開定子環。定子芯2140和繞組線圈2150可以利用密封材料2165進行密 封從而提供一個集成的"定子環"。
[0112] 個體的繞組線圈2150示出在圖35D以及圖38中。繞組線圈2150每一個具有沿著線 圈長度而改變的矩形橫截面。線圈橫截面寬度隨著半徑增加并且其厚度降低因此橫截面的 面積沿著其長度保持為大約恒定。圖38描述了這個概念。接線可以是25AWG，具有穩定至120 °C或類別H的絕緣層。線圈為在外側上具有開始和終結的阿爾法纏繞(alpha-wound)。根據 線圈的變化的橫截面，接線柵格沿著線圈的長度從8X6柵格到10X5柵格變化從而對空間 進行最優的利用。繞組厚度隨著增加的半徑而降低。氣隙間隙由此相應地降低。注意到這是 建議的柵格模式。可以采用更為有效的滿足繞組的空間限制的代替的柵格模式。
[0113] 現在參照圖34和圖36,電動機2100的轉子配件大體上示出在2115處。為了有助于 裝配，轉子配件2115包括兩個基本上相同的半件(halves)，其中的一個示出在圖36C中，并 且每個在不同的方向上被磁化(或者在個體的極中具有連續變化的磁化方向）。轉子配件 2115還可以由單一環制成，在這種情況下，磁化將在兩個正交方向（圓周地并且沿著極長度 地)上連續改變。轉子半件可以由諸如1018鋼的低碳鋼制成。為了防止腐蝕，轉子半件可以 涂敷有粉末。
[0114] 轉子配件2115具有多個轉子極，每個包括兩個磁體件2160。圖36E示出了轉子半件 中的一個以及附著到其的磁體2160的一個。在每個轉子半件中約有30個磁體2160，每個都 在徑向方向上被磁化。相鄰的磁體在直徑地相對的方向上被磁化。轉子磁體2160可以由具 有接近1.3的剩磁磁通密度的釹制成。可以使用具有類似于N42UH或N42SH或等同物的屬性 的磁體。磁體形狀可以從預先磁化的塊切割并且通過研磨而完工。圖36D和圖39示出了兩個 包括在一個轉子半件中的極的磁體件。每個件可以如所示出地進行磁化從而磁化為平行的 而非徑向的。在研磨之后，磁體2160可以被涂覆從而防止腐蝕。
[0115] 作為對于混合電動機2100的替代，可以采用徑向磁通電動機。這種電動機可以利 用具有無槽繞組的3-相無刷DC電動機。在這種電動機中，定子可以用層疊的硅鋼制成。
[0116] 在一個實施例中，軟磁材料包括多個含鐵微粒以及在含鐵微粒上的絕緣層。絕緣 層包括氧化物。軟磁材料為由絕緣邊界分離的可滲透微疇的聚集。絕緣層的氧化物可以包 括氧化鋁。含鐵微粒可以具有體心立方結構。含鐵微粒可以包括硅。含鐵微粒可以包括鋁、 鈷、鎳以及硅中的至少一個。
[0117] 在另一個實施例中，一種軟磁材料包括多個含鐵微粒，每個含鐵微粒具有放置在 含鐵微粒上的氧化鋁層。具有氧化鋁層的含鐵微粒的布置形成了體心立方晶格微結構，其 限定了具有高磁導率和低矯頑力的微疇的聚集，微疇由絕緣邊界分離開。含鐵微粒可以包 括約為89wt. %的鐵，約為IOwt. %的錯，以及約為0.25wt. %的碳。含鐵微粒可以包括娃。含 鐵微粒可以包括鋁、鈷、鎳以及硅中的至少一個。含鐵微粒可以由含鐵的均勻合成物的芯來 限定并且氧化鋁層可以包括基本上純的氧化鋁。軟磁材料可以由具有鐵-鋁合金的均勻合 成物的芯的微粒來限定，并且氧化鋁層可以由這樣的濃度梯度來限定，即在芯的表面處基 本上為零的氧化鋁到氧化鋁層的外表面處基本上純的氧化鋁。體心立方晶格微結構可以在 XZ平面、YZ平面和XY平面中基本上為各向同性。
[0118] 在制造軟磁材料的一個實施例中，一種方法，包括提供鐵-鋁合金微粒;加熱鐵-鋁 合金微粒到低于鐵-鋁合金微粒的熔點但又足夠高從而使得鐵-鋁合金微粒軟化的溫度;將 鐵-鋁合金微粒進行熱噴涂;使得鐵-鋁合金微粒氧化;將鐵-鋁合金微粒沉積在基底上;接 著在基底上并且在沉積在基底上的鐵-鋁合金微粒的相續層上建立鐵-鋁合金微粒的體塊 量(bulk quantity);并且對鐵-錯合金微粒的體塊量進行熱處理。鐵-錯合金微粒可以包括 具有約為89wt. %的鐵，約為IOwt. %的鋁，以及約為0.25wt. %的碳的構成的合金。加熱鐵 鋁合金微粒可以包括加熱到小于約1450 °C。將鐵鋁合金微粒進行熱噴涂可以包括將鐵鋁合 金微粒氣體霧化在載氣中。將鐵鋁合金微粒進行熱噴涂可以包括利用高速空氣燃料系統， 其中載氣在約900°C到約1200°C工作從而將鐵鋁合金微粒進行氣體霧化。將鐵鋁合金微粒 進行熱噴涂可以包括利用在約1400 °C到約1600 °C工作的高速氧燃料系統，從而將鐵鋁合金 微粒沉積為薄涂層。將鐵鋁合金微粒進行熱噴涂可以包括利用低能量等離子噴涂。導致鐵 鋁合金微粒氧化可以包括在鐵鋁合金微粒的外表面上形成氧化鋁。
[0119] 在一個實施例中，電動機包括:包含有至少一個芯的定子;纏繞在定子的至少一個 芯之上的線圈；具有轉子極并且相對于定子可旋轉地安裝的轉子；以及放置在轉子和定子 之間的至少一個磁體。至少一個芯包括由含鐵微粒限定的合成材料，含鐵微粒具有設置在 其上的氧化鋁層。轉子極和定子連同至少一個磁體可以將轉子和定子之間的磁通以三維導 向在單一平面之外的方向上。定子可以配置為接近限定與至少一個磁體的橫截面形狀相對 應的表面的橫截面形狀。圓錐形氣隙可以位于定子和至少一個磁體之間，其中圓錐形氣隙 允許沿著電動機的徑向、軸向以及圓周方向的磁通流。轉子極可以在定子的方向上延伸從 而在定子和至少一個磁體之間產生圓錐形氣隙。線圈可以在徑向方向上錐形漸變。至少一 個芯形成在定子的表面之上從而形成無槽定子。轉子可以包括第一轉子部分和第二轉子部 分。定子可以包括至少一個第一定子部分和第二定子部分。
[0120] 在另一個實施例中，一種電動機，包括無槽定子，無槽定子包括至少一個由軟磁合 成材料形成的芯以及設置在至少一個芯上的線圈；相對于無槽定子可旋轉地安裝的轉子； 以及安裝在轉子上的在轉子和無槽定子之間的至少一個磁體。軟磁合成材料可以包括微 粒，微粒至少包含有鐵和具有包含氧化鋁的絕緣外表面。至少包含有鐵的微粒可以包括鐵 鋁合金。電動機可以包括在無槽定子和至少一個磁體之間的氣隙，氣隙的橫截面形狀為圓 錐形的。無槽定子可以包括形成連續表面的壁，在該壁上形成至少一個芯。軟磁材料可以包 括約89wt. %的鐵，約IOwt. %的錯，和約0.25wt. %的碳。軟磁材料可以進一步包括娃。
[0121 ] 在另一個實施例中，一種無槽磁通電動機，包括由連續表面所限定的定子，在該連 續表面處設置了至少一個芯，以及設置在至少一個芯上的繞組;具有轉子極并且可旋轉地 安裝在定子中的轉子；以及至少一個安裝在定子和轉子極之間的磁體。在定子和至少一個 磁體之間限定圓錐形氣隙，其中圓錐形氣隙允許沿著電動機的徑向、軸向和圓周方向的磁 通流。至少一個芯包括由封裝在氧化鋁中的含鐵微粒限定的軟磁合成材料。含鐵微粒可以 包括鐵鋁合金，后者可以包括約為89wt. %的鐵，約為IOwt. %的鋁，以及約為0.25wt. %的 碳。含鐵微粒可以進一步包括硅。軟磁合成材料的含鐵微粒可以包括鐵鈷合金、鐵鎳合金以 及鐵硅合金中的一個或多個。至少一個芯可以為自支撐在定子的面向內部的表面上且具有 水平V-形的橫截面。
[0122] 合成物的一個實施例包括多個含鐵微粒和在含鐵微粒上的絕緣層。含鐵微粒限定 了由絕緣邊界分離的可滲透的微疇的聚集。絕緣層可以包括氧化物。氧化物可以是氧化鋁。 含鐵微粒可以具有體心立方結構。體心立方結構可以基本上在三維中為各向同性的。含鐵 微粒可以包括鋁、鈷、鎳以及硅中的至少一個。可滲透的微疇的聚集可以具有高磁導率和低 矯頑力。含鐵微粒可以包括約為89wt. %的鐵，約為IOwt. %的錯，以及約為0.25wt. %的碳。 絕緣層可以由具有濃度梯度的氧化物層來限定。含鐵微粒和絕緣層可以限定軟磁材料。
[0123] 方法的一個實施例包括加熱鐵-鋁合金微粒;將鐵-鋁微粒進行熱噴涂;使得鐵-鋁 微粒氧化;將氧化的鐵-鋁微粒沉積在基底上。鐵-鋁合金微粒可以包括約為89wt. %的鐵， 約為IOwt. %的錯，以及約為0.25wt. %的碳。加熱鐵錯合金微粒可以包括加熱到小于約 1450Γ。將鐵鋁合金微粒進行熱噴涂可以包括利用高速空氣燃料系統、高速氧燃料系統或 者低能量等離子噴涂進行噴涂。使得鐵-鋁微粒氧化可以包括在鐵鋁合金微粒的外表面上 形成氧化鋁。將氧化的鐵-鋁微粒沉積在基底上可以包括形成軟磁材料。
[0124] 裝置的一個實施例包括具有至少一個芯的定子;在至少一個芯之上的線圈；可旋 轉地安裝在定子內的轉子；以及至少一個安裝在定子和轉子之間的磁體。至少一個芯包括 由具有氧化物層設置在其上的含鐵微粒限定的合成物。定子可以無槽。磁通可以在三維中 在轉子和定子之間被導向。裝置可以進一步包括由轉子的面向外部的表面限定的轉子極以 及由定子的面向內部的表面限定的定子極，其中至少一個磁體安裝在轉子的面向外部的表 面之上。至少一個磁體的橫截面形狀可以限定對應于定子的面向內部的表面的橫截面形狀 的表面。至少一個磁體和轉子的面向內部的表面可以限定轉子和定子之間的圓錐形氣隙。 圓錐形氣隙可以允許沿著裝置的徑向、軸向和圓周方向的磁通流。由含鐵微粒限定的合成 物可以具有包括軟磁材料的氧化物層。含鐵微粒可以包括具有約89wt. %的鐵，約IOwt. % 的鋁，和約〇.25wt. %的碳的合金。氧化物層可以是氧化鋁。合成物可以進一步包括硅。合成 物可以包括氧化物層中的濃度梯度。
[0125] 參照圖41至圖45,在以下示例中描述了軟磁材料10的制造的各個示例方面。
[0126] 示例 1
[0127] 在這里所描述的沉積過程20中，由于其較高的沉積效率，HVAF系統被選擇來產生 用于表征絕緣邊界和電磁屬性的材料樣本。兩個不同的HVAF設置被選擇用于評估材料屬 性。第一設置對應于在化學計量比率處的燃料空氣混合物。第二設置對應于得到較低載氣 溫度的精簡（leaner)混合。第二設置產生具有完全熔化微粒的較低百分比的微結構。通過 兩種設置產生的樣本的子集還經過熱處理過程，其中樣本在還原環境下被加熱到并且保持 在1050Γ的溫度(高于共晶溫度50°C)達到四個小時，并且接著緩慢地冷卻到室溫從而分別 產生樣本IA和2A，如（以下)表格1所示出的。樣本以薄的矩形樣本以及直徑約2英寸且厚度 約0.25英寸的環的形式產生。薄的矩形用來在電子顯微鏡之下以及在X-射線衍射系統中研 究微結構。環用來按照ASTM A773標準對磁屬性進行表征。
[0128]薄矩形樣本的橫截面被拋光、蝕刻并且在電子顯微鏡以及能量色散光譜儀(EDS) 之下進行觀察從而產生跨橫截面的元素分布圖。圖41示出了樣本2A(電子像1)的橫截面以 及與元素鐵、鋁以及氧相對應的元素分布圖。氧原子最初集中在微粒邊界處，并且鐵原子在 微粒邊界處不存在。在邊界處的鋁原子的濃度大于在微粒內部的濃度，指示著微粒邊界由 氧化鋁組成，其為卓越的電氣絕緣體，并且微粒內部由鐵-鋁合金組成，其為希望的軟磁材 料。為了支持上面的發現，圖42示出了材料的X-射線衍射光譜，證實了氧化鋁伴隨鐵-鋁合 金的存在。
[0129]由此，由氧化鋁組成的絕緣層可以在高溫下穩定（與由氧化鐵制成的絕緣層不 同）。從電子顯微鏡圖像看，絕緣邊界的厚度被估計為在IOOnm到約500nm的范圍里。
[0130]還按照ASTM A773標準對圖41示出的環形樣本進行磁屬性的測量。以下屬性在樣 本1、樣本IA和樣本2A上進行測量:高達40kA/m的磁化場的磁化曲線(B-H曲線）、在40kA/m的 磁通密度Bsat@4〇k A/m、矯頑力HC、在IT的磁通密度的磁化場H1T、在零磁通密度的相對磁導率m r、 DC能量損耗（由于磁滯現象）、以及在磁通密度的60Hz和400Hz振蕩下的AC功率損耗。表格1 示出了樣本的結果。
[0133] 表格1:與相-1樣本(示出為Pl)相比較的環形樣本1、2、1A、以及2A的測量的磁屬 性。
[0134] 為了將如這里所公開的軟磁材料使用在電動機中，飽和磁通密度和相對磁導率應 當被最大化，并且所需要的磁化場、矯頑力、DC能量損耗以及AC功率損耗應當被最小化。表 格1中的結果示出了樣本IA具有最高的飽和磁通密度、初始磁導率、以及最低的DC能量損 耗，而樣本2A具有最低的AC功率損耗。退火的樣本較之其未退火的對等物具有較高的磁導 率和飽和磁通密度和較低的矯頑力。退火降低了內部的應力以及位錯密度，并且增加了顆 粒尺寸，由此降低了磁疇邊界的移動的阻力。由于樣本1和樣本IA較之樣本2和樣本2A對應 于更高的燃燒溫度，其具有與較低多孔性相耦合的更高的完全熔化微粒的百分比。結果是， 樣本IA較之樣本2A而言具有更高的磁導率和更低的矯頑力。另一方面，由于其較低的完全 熔化微粒百分比，樣本2A具有較低的渦流電流和相對應的較低AC功率損耗。
[0135] 由于絕緣層由氧化鋁組成，其在高溫處穩定，熱處理在改善飽和磁通密度和磁導 率以及降低矯頑力非常有效，而不會減損絕緣層和渦流電流損耗。關于樣本IA和樣本2A，較 之在表格1中指代為Pl的樣本而言，這些樣本具有更為希望的磁屬性。
[0136] 通過改變過程參數以及微粒化學性質和尺寸可以獲得磁屬性中的進一步的改善。 例如，可能存在最佳的過程參數集合其將導致位于樣本1和樣本2的燃燒溫度之間的燃燒溫 度，這導致較低的完全熔化微粒百分比并且同時保持在可以忽略的水平處的多孔性。此外， 使用具有較大尺寸威力的粉末將導致較低的磁滯損耗，因為這將有助于磁疇邊界的自由移 動。將合金中的碳含量降低到低于0.05%也將導致對于較低磁滯損耗做出貢獻的碳化物雜 質的顯著降低。同樣，有可能在鐵-鋁合金中存在鋁的最佳的較低百分比，其將導致飽和磁 通密度的增加而同時不會減損內部微粒絕緣的完整性。
[0137] 示例2
[0138] 之前所考慮的微粒尺寸和形狀處于尺寸為15微米-45微米的范圍內并且形狀為球 形。磁性材料由磁性微疇的聚集組成，磁性微疇在施加的磁場方向上生長。當材料由微粒聚 集組成時，絕緣層的存在可能限制磁疇邊界到微粒邊界的移動，由此限制了有效磁導率和 飽和磁通密度。此外，對于材料屬性的模擬可能顯示出微粒尺度與邊界尺度的理想配給為 1000 :1。由于之前所獲得的絕緣層具有0.1微米-0.5微米的厚度，其通常希望微粒尺寸在 100微米-200微米的范圍中。
[0139] 在利用HVAF和HVOF的熱噴涂過程中，微粒尺寸典型地處于15微米-45微米的范圍 中，由于這個尺寸允許微粒獲取足夠的速度和溫度來形成致密的固體沉積。為了噴涂更大 尺寸的微粒，需要特定的過程修改從而增加到微粒的能量和焓輸入。
[0140]為了確定噴涂更大尺寸微粒的可行性，對熱噴涂粉末（Metc〇-450NS，從瑞士 Oerlikon Metco可以獲得)進行了實驗，其為45微米-90微米的較大尺寸范圍的95%鎳和 5%鋁的合金。通過選擇燃燒室來控制對微粒的熱能量輸入并且通過選擇漸縮放噴嘴的正 確出口直徑來控制機械能量輸入。在一些試驗之后，獲得了沉積微粒的致密堆積的層。圖43 示出了所得到材料的微結構。在底部的材料層利用較小的燃燒室來噴涂并且在頂部的層利 用較大的燃燒室來噴涂。出射微粒的速度通過選擇漸縮放噴嘴的合適的尺寸來控制。
[0141]雖然添加了碳來輔助霧化過程，碳并不形成與鐵的固溶體而是形成阻擋了磁疇邊 界的移動的碳化物沉淀物，由此降低了磁導率和飽和磁通密度。因此，碳被硅(其改善了磁 導率)所取代從而實現霧化。在低于7.5%的濃度，硅與BCC晶格結構形成固溶體并且因此并 不形成沉淀物。此外，在低濃度處，硅并不抑制在低于1500°C的溫度處氧化鋁的形成，如在 圖44A和圖44B的相圖所指示的，其中示出了顯示BCC結構達到1400°C的鐵-9 %鋁-硅合金的 等值線（圖44A(a))，顯示對于形成氧化鋁的偏好的鐵-9%鋁-1 %硅-氧的等值線（圖44A (b))，顯示BCC結構達到1000 tC的鐵-10%鋁-碳的等值線（圖44B(a))，以及顯示對于形成氧 化鋁的偏好的鐵-10%鋁-氧的等值線（圖44B(b))。在這種考慮之后，具有鐵-9%鋁-1%硅 的合金組分被選擇用于噴涂形成測試。通過氣體霧化過程成功地制造出具有上述濃度的粉 末，并且碳濃度降低到0.04%。硅的添加略微地(marginally)降低了合金的熔點。這在噴涂 具有較大尺寸的微粒時希望有益。
[0142] 鋁做為合金元素的存在有助于形成絕緣層。然而，其還降低了材料的飽和磁通密 度。在重量10%處，合金的飽和磁通密度從純鐵降低了 20%。因此確定希望具有滿足下面條 件的微粒化學組分：
[0143] (a)在表面處的充分的鋁的濃度從而在表面處形成連續的氧化鋁層并且同時在表 面之下具有較少或者沒有鋁從而確保高的飽和磁通密度；以及
[0144] (b)在表面處的鋁應當以鐵和鋁的固溶體的形式存在而不是元素鋁。這是由于元 素鋁具有低于熱噴涂的操作溫度的熔點。此外，未氧化的元素鋁將形成圍繞著微粒疇的不 希望的電氣傳導邊界。
[0145] 示例3
[0146] 為了獲得無槽電動機2000的近似性能特性，利用計算機建模程序開發并且實施分 析模型。該模型被用來獲得諸如定子和轉子極的數目、繞組匝數以及近似的磁體和定子齒 尺度的所希望的電動機參數集合。基于模型，具有20個轉子極的遵照表格2中的尺度的混合 場電動機，較之依照相同約束條件設計的傳統電動機而言具有高出24%的電動機常數。
[0149] 表格2:電動機尺度規格
[0150] 然而，分析模型具有限制，因為其并不引起軟磁材料的B-H曲線中的非線形以及磁 通飽和。出于相同的原因，分析模型不足以針對其他配置估計電動機常數值。為了獲得更為 精確的解，利用有限元分析技術對其他配置的電動機進行分析。作為第一步，開發電動機的 精確幾何模型，并且執行了電動機的有限元分析。
[0151] 在電動機設計過程中的優化標準包括(a)在靜態和恒定速度條件下的電動機效率 的最大化以及(b)在恒定速度操作條件下轉矩量的最大化。
[0152] 近凈形(near-met shape)制造被用來形成電動機2000的部件。熱過程被用來噴涂 用以測量按照ASTM A773標準的磁屬性的環形部件。用來獲得環形樣本的策略被修改以獲 得制造圖33示出的無槽和無芯電動機所需要的定子幾何形狀。在其他電動機中的定子幾何 形狀利用了涉及使用掩模或模版(stencil)以及響應于材料沉積深度的測量值的模版的受 控移動的策略。這要求測量沉積材料厚度的測量系統以及與控制著噴涂系統的機器人相協 調的模版致動機制。作為主機控制器而操作的計算機執行測量系統、模版致動機制以及噴 涂系統之間的協調任務。
[0153]具有復雜形狀的模版和掩模被采用在模具的制備中，后者通過3-D打印而獲得。3-D打印的模具被用來制備定子的原型。這種作為原型的能力有助于特別地關于利用了熱噴 涂技術的過程而對定子設計進行仔細檢查。
[01 M] 現在參照圖46A到圖46C，其中示出了圖32中示出的電動機的代替方面。在示出的 實施例中，電動機為與圖32所示出的無槽電動機相對的有槽電動機。定子1906'可以具有類 似于定子1906的可適用的特征并且具有極或者齒，其中圖46C以相對于電動機呈軸向的視 角示出了齒2202和繞組2204的截面視圖。圖46A以相對于定子相切并且穿過齒2202的中心 的視角示出了齒2202和繞組2204的截面視圖。圖46B以相對于定子相切并且偏離齒2202的 中心且穿過齒2202和繞組2204的視角示出了齒2202和繞組2204的截面視圖。齒2202示出為 具有由芯部分2210連接的面2206以及環部分2208。此處，定子1906'構建為沿著磁通路徑使 得繞組2204的橫截面保持為基本相同和齒2202的橫截面保持為基本上相同。面部分2206示 出為具有與轉子1902的磁體部分對接的圓錐形表面和與繞組2204對接的相對表面。芯部分 2210從面部分2206延伸到環部分2208并且形成圍繞其纏繞有繞組2204的接線的結構。此 處，芯部分2210可以具有不均勻的橫截面，例如，如圖46A和圖46C中所示出的，從而沿著磁 通路徑繞組2204的橫截面保持基本相同和齒2202的橫截面保持為基本上相同。環部分2208 可以如所示出地具有三角形橫截面，并且可以提供毗鄰結構和用于毗鄰齒的磁通路徑。雖 然定子1906'參照所示出的幾何形狀進行了描述，但可以提供任何適合的幾何形狀。定子 1906'或者如所描述的任何其他的定子可以具有如所示出的突出繞組或者可代替地具有分 布繞組。類似地，所描述的任何定子可以具有偏斜的極或者任何適合的幾何形狀的極。類似 地，所描述的任何定子可以利用任何適合的軟磁材料來制備，例如所公開的軟磁材料，或者 其他適合的材料，例如，燒結的、機器加工的、層疊的或任何適合的材料。
[0155]應當理解的是前面的描述僅僅是描述性的。本領域的技術人員可設計出各種替代 和修改。例如，記載在各個從屬權利要求中的特征可以以任何適合的組合而彼此進行組合。 此外，來自上面所描述的不同實施例的特征可以選擇性地合并成新的實施例。相應地，描述 意在于囊括所有的這種替代、修改和改變，其落入所附權利要求的范圍之內。
【主權項】
1. 一種合成物，包括： 多個含鐵微粒；以及 在所述含鐵微粒上的絕緣層； 其中所述含鐵微粒限定了由絕緣邊界分離開的可滲透微疇的聚集。2. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述絕緣層包括氧化物。3. 根據權利要求2所述的合成物，其中所述氧化物為氧化鋁。4. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述含鐵微粒具有體心立方結構。5. 根據權利要求4所述的合成物，其中所述體心立方結構在三維中基本上為各向同性。6. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述含鐵微粒包括鋁、鈷、鎳、和硅中的至少一 種。7. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述可滲透微疇的聚集具有高磁導率和低矯頑 力。8. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述含鐵微粒包括約89wt. %的鐵，約10wt. %的 鋁和約0.25wt·%的碳。9. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述絕緣層由具有濃度梯度的氧化物層來限定。10. 根據權利要求1所述的合成物，其中所述含鐵微粒以及絕緣層限定了軟磁材料。11. 一種方法，包括： 加熱鐵鋁合金微粒； 熱噴涂所述鐵鋁微粒； 使得所述鐵鋁微粒氧化;并且 將氧化的所述鐵鋁微粒沉積在基底上。12. 根據權利要求11所述的方法，其中所述鐵鋁合金微粒包括約89wt. %的鐵，約 10wt · %的鋁和約0 · 25wt · %的碳。13. 根據權利要求11所述的方法，其中加熱所述鐵鋁合金微粒包括加熱到小于約1450 Γ。14. 根據權利要求11所述的方法，其中熱噴涂所述鐵鋁合金微粒包括利用高速空氣燃 料系統、高速氧燃料系統或者低能量等離子噴涂進行噴涂。15. 根據權利要求11所述的方法，其中使得所述鐵鋁微粒氧化包括在所述鐵鋁合金微 粒的外表面上形成氧化鋁。16. 根據權利要求11所述的方法，其中將氧化的所述鐵鋁微粒沉積在基底之上包括形 成軟磁材料。17. -種裝置，包括： 具有至少一個芯的定子； 在所述至少一個芯上的線圈； 可旋轉地安裝在所述定子中的轉子；以及 安裝在所述定子和所述轉子之間的至少一個磁體， 其中所述至少一個芯包括由含鐵微粒限定的合成物，所述含鐵微粒具有設置在其上的 氧化層。18. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述定子為無槽的。19. 根據權利要求17所述的裝置，其中在三維中在所述轉子和所述定子之間引導磁通。20. 根據權利要求17所述的裝置，進一步包括由所述轉子的面向外部的表面限定的轉 子極和由所述定子的面向內部的表面限定的定子極，其中所述至少一個磁體安裝在所述轉 子的所述面向外部的表面上。21. 根據權利要求20所述的裝置，其中所述至少一個磁體的橫截面形狀限定了對應于 所述定子的所述面向內部的表面的橫截面形狀的表面。22. 根據權利要求20所述的裝置，其中所述至少一個磁體和所述轉子的所述面向內部 的表面限定了在所述轉子和所述定子之間的圓錐形氣隙。23. 根據權利要求22所述的裝置，其中所述圓錐形氣隙允許沿著所述裝置的徑向、軸向 和圓周方向的磁通流。24. 根據權利要求17所述的裝置，其中由具有氧化物層的含鐵微粒所限定的合成物包 括軟磁材料。25. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述含鐵微粒包括具有約89wt. %的鐵，約 10wt. %的錯和約0.25wt. %的碳的合金。26. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述氧化物層是氧化鋁。27. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述合成物進一步包括硅。28. 根據權利要求17所述的裝置，其中所述合成物包括在氧化物層中的濃度梯度。
【文檔編號】C23C8/10GK105829571SQ201480053873
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年9月30日
【發明人】S·薩, M·霍塞克, J·克里什納薩梅
【申請人】柿子技術公司