CN103636101A - 结构化的磁性材料 - Google Patents

Abstract

一种形成在表面上的整体材料，所述整体材料包含：金属材料的多个粘附区域，金属材料的所述多个区域的基本上全部区域由高电阻率绝缘材料的预定层分隔。所述多个区域的第一部分形成表面。所述多个区域的第二部分包括从所述第一部分前进的金属材料的继续区域。所述继续区域中的基本上全部区域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相反，所述第二表面符合已前进的区域的形状，并且所述第二部分中的所述继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的第二表面。

Description

结构化的磁性材料

政府权益

本发明部分地由来自国家自然科学基金(National Science Foundation)在SBIR第I阶段，决标号IIP-1113202的拨款资助。国家自然科学基金在本发明特定方面具有特定权益。

相关申请

本申请在此在35U.S.C.§§119，120，363，365，以及37C.F.R.§1.55和§1.78下要求2011年6月30日提交的美国临时申请系列号61/571,551的权益和优先权，该申请通过引用结合在此。

技术领域

所公开的实施方案涉及一种用于制备结构化材料并且更具体地制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法。

背景

电机如DC无刷电动机等，可以在其中高电动机输出、优良的运行效率以及低制造成本通常在产品的成功和环境影响上发挥关键作用的越来越多种工业和应用中使用，所述工业和应用例如，机器人、工业自动化、电动交通工具、HVAC系统、器械、动力工具、医疗器械以及军事和空间探测应用。这些电机典型地在它们的定子缠绕磁芯中具有相反高的铁损的情况下在数百Hz的频率操作，并且通常遭受得自层叠铁心硅钢的定子缠绕磁芯的构造带有的设计缺陷影响。

典型的无刷DC电动机包括具有一组具有交替极性的永磁体的转子，并且包括定子。定子典型地包含一组绕组和定子磁芯。定子磁芯是电动机的磁回路的关键组件，因为它提供穿过电动机定子的绕组的磁路。

为了获得高效率的运行，定子磁芯需要提供好的磁路，即，高磁导率、低矫顽性和高饱和感应，同时最小化在定子磁芯中归因于磁场随电动机旋转的迅速变化而感应的涡电流相关的损耗。这可以通过经由层叠大量单独地层叠的薄片金属元件以建造所需厚度的定子磁芯来构造定子磁芯而实现。可以将每个元件从金属片压出或切出并用防止相邻的元件之间的电传导的绝缘层涂布。元件典型地以使得磁通量沿元件通过而不跨越可以充当空气间隙并且降低电动机的效率的绝缘层的方式定向。同时，绝缘层防止垂直于磁通量的方向的电流，以有效地减少在定子磁芯中感应的涡电流相关的损耗。

传统的层叠定子磁芯的制造是复杂的、不经济的并且劳动力密集的，因为需要将单独的元件切割、用绝缘层涂布并且之后组装在一起。此外，因为磁通量需要保持与铁磁芯的层叠体对齐，电动机的几何结构会相当受约束。这典型地导致具有次优定子磁芯性质、受限的磁回路构造以及对于在许多振动敏感应用，如在基板处理和医学机器人等中关键的受限的接头减少措施的电动机设计。还可能困难的是将冷却结合至层叠定子磁芯中以允许绕组中增加的电流密度并提高电动机的扭力输出。这可以导致具有次优性质的电动机设计。

软磁性复合材料(SMC)包括在表面上具有绝缘层的粉末粒子。参见，例如，Jansson，P.，基于铁粉末的软磁性复合材料中的进展(Advances inSoft Magnetic Composites Based on Iron Powder)，软磁性材料(SoftMagnetic Materials)，‘98，第7篇文章，巴塞罗那，西班牙，1998年四月，以及Uozumi，G.等，用于低铁损的具有蒸发MgO绝缘涂层的软磁性复合材料的性质(Properties of Soft Magnetic Composite With Evaporated MgOInsulation Coating for Low Iron Loss)，材料科学研讨会(Materials ScienceForum)，第534-536卷，第1361-1364页，2007，两者都通过引用结合在此。理论上，SMC材料，当与钢层叠体比较时，归因于它们的同向性性质和用于通过网形粉末冶金学制造路线的复合组件制造的适合性，可以提供用于电动机定子磁芯的制造的益处。

最近由多位作者描述了设计为充分利用SMC材料的性质的用粉末金属定子建造的电动机。参见，例如，Jack，A.G.，Mecrow，B.C.和Maddison，C.P.，使用软磁性复合材料的组合径向和轴向永磁体电动机(CombinedRadial and Axial Permanent Magnet Motors Using Soft MagneticComposites)，第九届电动机和驱动器国际会议(Ninth InternationalConference on Electrical Machines and Drives)，会议出版物号468，1999，Jack，A.G.等，具有粉末化的铁磁芯和预压绕组的永磁体电机(Permanent-Magnet Machines with Powdered Iron Cores and PrepressedWindings)，IEEE Transactions on Industry Applications，第36卷，第4期，第1077-1084页，2000年七月/八月，Hur，J.等，用于混合电动交通工具应用的高效率42V冷却扇电动机的开发(Development of High-Efficiency42V Cooling Fan Motor for Hybrid Electric Vehicle Applications)，IEEEVehicle Power an Propulsion Conference，Windsor，U.K.，2006年九月，以及Cvetkovski，G.，以及Petkovska，L.，PM同步电动机通过使用软磁性复合材料的性能提高(Performance Improvement of PM Synchronous Motor byUsing Soft Magnetic Composite Material)，IEEE Transactions on Magnetics，第44卷，第11期，第3812-3815页，2008年十一月，全部通过引用结合在此，报告了重要的性能优点。虽然这些电动机原型成果证明了同向性材料的潜力，但是高性能SMC材料的制造的复杂性和成本仍然是对于SMC技术更广阔的开发的主要限制因素。

例如，为了制造基于具有MgO绝缘涂层的铁粉的高密度SMC材料，可能需要以下步骤：1)制造铁粉，典型地使用水雾化法，2)在铁粒子的表面上形成氧化物层，3)加入Mg粉末，4)将混合物在真空中加热至650℃，5)将所得到的Mg蒸发粉末与硅树脂和玻璃粘合剂在600至1,200MPa压紧以形成组件；作为压紧方法的一部分可以施加振动，以及6)将该组件在600℃退火以释放应力。参见，例如，Uozumi，G.等，用于低铁损的具有蒸发MgO绝缘涂层的软磁性复合材料的性质(Properties of SoftMagnetic Composite With Evaporated MgO Insulation Coating for Low IronLoss)，材料科学研讨会(Materials Science Forum)，第534-536卷，第1361-1364页，2007，其通过引用结合在此。

实施方案和方法概述

提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。所述系统包括液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统构造为产生熔融合金液滴并且将熔融合金液滴引导至表面；以及气体子系统，所述气体子系统构造为将一种或多种反应性气体引入至最接近在飞行中的液滴的地区。一种或多种反应性气体在飞行中的液滴上产生绝缘层，以使得液滴形成具有带绝缘边界的区域的材料。

液滴喷射子系统可以包括坩埚，所述坩埚构造为产生熔融金属合金，将熔融合金液滴向表面引导。液滴喷射子系统可以包括线电弧液滴沉积子系统，所述线电弧液滴沉积子系统构造为产生熔融金属合金液滴，并将所述熔融合金液滴向表面引导。液滴子系统包括以下各项中的一项或多项：等离子体喷射液滴沉积子系统、爆炸喷射液滴沉积子系统、火焰喷射液滴沉积子系统、高速氧燃料喷射(HVOF)液滴沉积子系统、温喷射液滴沉积子系统、冷喷射液滴沉积子系统、以及线电弧液滴沉积子系统，它们各自构造为形成金属合金液滴并将合金液滴向表面引导。气体子系统可以包括喷射室，所述喷射室具有一个或多个构造为将一种或多种反应性气体引入至最接近在飞行中的液滴的孔口。气体子系统可以包括喷嘴，所述喷嘴构造为将一种或多种反应性气体引入至飞行中的液滴。表面可以是可移动的。该系统可以包括表面上的模具，所述模具构造为接收液滴并且以模具的形状形成具有带绝缘边界的区域的材料。液滴喷射子系统可以包括均匀液滴喷射子系统，所述均匀液滴喷射子系统构造为产生具有均匀直径的液滴。该系统可以包括喷射子系统，所述喷射子系统构造为将试剂基本接近飞行中的液滴引入以进一步改善材料的性质。一种或多种气体可以包括反应性气氛。该系统可以包括构造为在一个或多个预定方向上移动表面位置的平台。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括喷射室；连接至喷射室的液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统构造为产生熔融合金液滴并将熔融合金液滴引导至喷射室中的预定位置；以及气体子系统，所述气体子系统构造为将一种或多种反应性气体引入至喷射室中。所述一种或多种反应性气体在飞行中的液滴上产生绝缘层以使得液滴形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统构造为产生熔融合金液滴并将熔融合金液滴引导至表面；以及喷射子系统，所述喷射子系统构造为将试剂最接近飞行中的液滴引入。其中，该试剂在飞行中的液滴上产生绝缘层以使得所述液滴在表面上形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括喷射室；连接至喷射室的液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统构造为产生熔融合金液滴并将熔融合金液滴引导至喷射室中的预定位置；以及连接至喷射室的喷射子系统，其构造为引入试剂。该试剂在所述飞行中的液滴上产生绝缘层以使得所述液滴在表面上形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提高一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。该方法包括产生熔融合金液滴，将熔融合金液滴引导至表面，以及将一种或多种反应性气体最接近飞行中的液滴引入以使得一种或多种反应性气体在飞行中的液滴上产生绝缘层，以使得液滴形成具有带绝缘边界的区域的材料。

该方法可以包括将表面在一个或多个预定方向上移动的步骤。引入熔融合金液滴的步骤可以包括引入具有均匀直径的熔融合金液滴。该方法可以包括将试剂最接近飞行中的液滴引入以改善材料的性质的步骤。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。该方法包括产生熔融合金液滴，将熔融合金液滴引导至表面，以及将试剂最接近飞行中的液滴引入以在飞行中的液滴上产生绝缘层，以使得液滴形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。该方法包括产生熔融合金液滴，将熔融合金液滴引入至喷射室中，将熔融合金液滴引导至喷射室中的预定位置，以及将一种或多种反应性气体引入至室中以使得一种或多种反应性气体在飞行中的液滴上产生绝缘层，以使得液滴形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种具有带绝缘边界的区域的材料。该材料包括由在其上具有绝缘层的熔融合金液滴形成的多个区域和区域之间的绝缘边界。

根据所公开的实施方案的一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括：液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统构造为产生熔融合金液滴并将熔融合金液滴引导至表面；以及喷射子系统，所述喷射子系统构造为将试剂的喷射引导对准表面上沉积的液滴。该试剂在沉积的液滴上产生绝缘层，以使得液滴在表面上形成具有带绝缘边界的区域的材料。

该试剂可以在沉积的液滴上直接地形成绝缘层以在表面上形成具有带绝缘边界的区域的材料。试剂的喷射可以促进和/或参与和/或加速在沉积的液滴上形成绝缘层的化学反应，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。液滴喷射子系统可以包括构造为产生熔融金属合金并将所述熔融合金液滴向表面引导的坩埚。液滴喷射子系统可以包括线电弧液滴沉积子系统，所述线电弧液滴沉积子系统构造为产生熔融金属合金液滴并将所述熔融合金液滴向表面引导。液滴子系统可以包括以下各项中的一项或多项：等离子体喷射液滴沉积子系统、爆炸喷射液滴沉积子系统、火焰喷射液滴沉积子系统、高速氧燃料喷射(HVOF)液滴沉积子系统、温喷射液滴沉积子系统、冷喷射液滴沉积子系统和线电弧液滴沉积子系统，各自构造为形成金属合金液滴和将合金液滴向表面引导。喷射子系统可以包括一个或多个喷嘴，所述喷嘴构造为将试剂引导对准沉积的液滴。喷射子系统可以包括喷射室，所述喷射室具有一个或多个连接至一个或多个喷嘴的孔口。液滴喷射子系统可以包括构造为产生具有均匀直径的液滴的均匀液滴喷射子系统。表面可以是可移动的。系统可以包括在表面上的模具，以接收沉积的液滴并以模具的形状形成具有带绝缘边界的区域的材料。系统可以包括构造为在一个或多个预定方向上移动表面的平台。该系统可以包括构造为在一个或多个预定方向上移动模具的平台。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统构造为产生并喷射熔融合金液滴至喷射室中并且将熔融合金液滴引导至喷射室中的预定位置。喷射室构造为保持预定气体混合物，所述预定气体混合物促进和/或参与和/或加速与沉积的液滴形成绝缘层的化学反应，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括液滴喷射子系统，所述液滴喷射子系统包括至少一个喷嘴。液滴喷射子系统构造为产生并喷出熔融合金液滴至一个或多个喷射子室中并将熔融合金液滴引导至所述一个或多个喷射子室中的预定位置。所述一个或多个喷射子室中的一个构造为在其中保持第一预定压力和气体混合物，其防止气体混合物与熔融合金液滴和喷嘴的反应，并且所述一个或多个子室中的另一个构造为保持第二预定压力和气体混合物，其促进和/或参与和/或加速在沉积的液滴上形成绝缘层的化学反应，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。方法包括产生熔融合金液滴，将熔融合金液滴引导至表面和将试剂引导对准沉积的液滴以使得所述试剂产生具有带绝缘边界的区域的材料。

试剂的喷射可以在沉积的液滴上直接地产生绝缘层以形成具有带绝缘边界的区域的材料。试剂的喷射可以促进和/或参与和/或加速在沉积的液滴上形成绝缘层的化学反应，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。该方法包括产生熔融合金液滴，将熔融合金液滴引导至喷射室内的表面，并且将预定气体混合物保持在喷射室中，所述预定气体混合物促进和/或参与和/或加速在沉积的液滴上形成绝缘层的化学反应，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。该方法包括产生熔融合金液滴，将熔融合金液滴用喷嘴引导至一个或多个喷射子室中的表面，在喷射室的一个中保持第一预定压力和气体混合物，其防止气体混合物与熔融合金液滴和喷射喷嘴反应，并且在喷射子室的另一个中保持第二预定压力和气体混合物，其促进和/或参与和/或加速在沉积的液滴上形成绝缘层的化学反应以形成具有带绝缘边界的区域的材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种具有带绝缘边界的区域的材料。该材料包括由在其上具有绝缘层的熔融合金液滴形成的多个区域和所述区域之间的绝缘边界。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统。该系统包括燃烧室；气体入口，所述气体入口构造为将气体注入至燃烧室中；燃料入口，所述燃料入口构造为将燃料注入至燃烧室中；点火器子系统，所述点火器子系统构造为点燃气体和燃料的混合物以在燃烧室中产生预定温度和压力；金属粉末入口，所述金属粉末入口构造为将由涂布有电绝缘材料的粒子组成的金属粉末注入至燃烧中，其中预定温度在室中产生由金属粉末组成的调节后的液滴；以及出口，所述出口构造为喷出并加速来自燃烧室并且朝向平台的燃烧气体和调节后的液滴，以使得调节后的液滴粘附至平台以在其上形成具有带绝缘边界的区域的材料。

金属粉末的粒子可以包括由软磁性材料制成的内芯和由电绝缘材料制成的外层。调节后的液滴可以包括固体外芯和软化和/或部分地熔融的内芯。出口可以构造为以预定速度喷出和加速来自燃烧室的燃烧气体和调节后的液滴。粒子可以具有预定尺寸。平台可以构造为在一个或多个预定方向上移动。该系统可以包括平台上的模具以接收调节后的液滴并以模具的形状形成具有带绝缘边界的区域的材料。平台可以构造为在一个或多个预定方向上移动。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的方法。该方法包括在预定温度和压力由涂布有电绝缘材料的金属粒子制成的金属粉末产生调节后的液滴，并且将调节后的液滴引导对准平台以使得调节后的液滴产生在其上具有带绝缘边界的区域的材料。

金属粉末的粒子可以包括由软磁性材料制成的内芯和由电绝缘材料制成的外层，并且产生调节后的液滴的步骤包括软化和部分地熔融内芯同时提供固体外芯的步骤。可以将调节后的液滴以预定速度引导对准平台。该方法可以包括在一个或多个预定方向上移动平台的步骤。该方法可以包括在平台上提供模具的步骤。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于由金属材料和由绝缘材料的源形成具有绝缘边界的整体材料的系统。该系统包括加热装置、沉积装置、涂布装置和构造为支撑整体材料的支撑体。加热装置加热金属材料以形成具有软化或熔融状态的粒子，并且涂布装置用来自源的绝缘材料涂布金属材料，并且沉积装置将软化或熔融状态下的金属材料的粒子沉积至支撑体上以形成具有绝缘边界的整体材料。

绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且沉积装置可以将金属材料的粒子在软化或熔融状态下沉积在沉积路径中的支撑体上，以使得通过涂布装置由反应性化学源在沉积路径中的化学反应在金属材料上形成绝缘边界。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且绝缘边界可以在沉积装置将金属材料的粒子在软化或熔融状态下沉积至支撑体上之后通过涂布装置由反应性化学源的化学反应形成在金属材料上。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料，以由反应性化学源的化学反应在粒子的表面形成绝缘边界。沉积装置可以包括均匀液滴喷射沉积装置。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料，以形成由反应性化学源在反应性气氛中的化学反应形成的绝缘边界。绝缘材料的源可以包括反应性化学源和试剂，并且涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料以通过形成由反应性化学源在反应性气氛中由试剂的共喷射促进的化学反应形成的绝缘边界。涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料，以形成由绝缘材料的共喷射形成的绝缘边界。涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料，以形成由化学反应和来自绝缘材料的源的涂布形成的绝缘边界。整体材料可以包括由具有绝缘边界的金属材料形成的区域。软化或熔融状态可以在低于金属材料的熔点的温度。沉积装置可以在涂布装置从绝缘材料的源涂布金属材料的同时，同时地沉积粒子。涂布装置可以在沉积装置沉积粒子之后用绝缘材料涂布金属材料。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于由磁性材料和由绝缘材料的源形成软磁性整体材料的系统。该系统包括连接至支撑体的加热装置和连接至支撑体的沉积装置，支撑体构造为支撑软磁性整体材料。加热装置加热磁性材料以形成具有软化状态的粒子，并且沉积装置将磁性材料的粒子在软化状态下沉积在支撑体上以形成软磁性整体材料，并且软磁性整体材料具有由具有由绝缘材料的源形成的绝缘边界的磁性材料形成的区域。

绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且沉积装置将磁性材料的粒子在软化或熔融状态下沉积在沉积路径中的支撑体上，以使得绝缘边界可以通过涂布装置由沉积路径中的反应性化学源的化学反应形成在磁性材料上。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且绝缘边界可以在沉积装置将磁性材料的粒子在软化或熔融状态下沉积至支撑体上之后通过涂布装置由反应性化学源的化学反应形成在磁性材料上。软化状态可以在高于磁性材料的熔点的温度。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且绝缘边界可以由反应性化学源的化学反应在粒子的表面处形成。沉积装置可以包括均匀液滴喷射沉积装置。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且绝缘边界可以由反应性化学源在反应性气氛中的化学反应形成。绝缘材料的源可以包括反应性化学源和试剂，并且绝缘边界可以由反应性化学源在反应性气氛中通过试剂的共喷射促进的化学反应形成。绝缘边界可以由绝缘材料的共喷射形成。绝缘边界可以由化学反应和由从绝缘材料的源的涂布形成。软化状态可以在低于磁性材料的熔点的温度。系统可以包括涂布装置，所述涂布装置用绝缘材料涂布磁性材料。粒子可以包括用绝缘材料涂布的磁性材料。粒子可以包括用绝缘材料涂布的磁性材料的涂布粒子，并且将涂布粒子通过加热装置加热。该系统可以包括用来自源的绝缘材料涂布磁性材料的涂布装置，并且在涂布装置用绝缘材料涂布磁性材料的同时，沉积装置同时地沉积粒子。该系统可以包括可以在沉积装置沉积粒子之后用绝缘材料涂布磁性材料的涂布装置。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种用于由磁性材料和由绝缘材料的源形成软磁性整体材料的系统。该系统包括加热装置、沉积装置、涂布装置和构造为支撑软磁性整体材料的支撑体。加热装置加热磁性材料以形成具有软化或熔融状态的粒子，并且涂布装置用来自源的绝缘材料的源涂布磁性材料并且沉积装置将磁性材料的粒子在软化或熔融状态下沉积至支撑体上，以形成具有绝缘边界的软磁性整体材料。

绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且涂布装置可以用绝缘材料涂布磁性材料以由反应性化学源的化学反应在粒子的表面处形成绝缘边界。绝缘材料的源可以包括反应性化学源，并且涂布装置可以用绝缘材料涂布磁性材料，以形成由反应性化学源在反应性气氛中的化学反应形成的绝缘边界。绝缘材料的源可以包括反应性化学源和试剂，并且涂布装置可以用来自源的绝缘材料涂布磁性材料以形成由反应性化学源在反应性气氛中由试剂的共喷射促进的化学反应形成的绝缘边界。涂布装置可以用来自源的绝缘材料涂布磁性材料以形成由绝缘材料的共喷射形成的绝缘边界。涂布装置可以用来自源的绝缘材料涂布磁性材料以形成由化学反应和从绝缘材料的源的涂布形成的绝缘边界。软磁性整体材料可以包括由具有绝缘边界的磁性材料形成的区域。软化状态可以在低于磁性材料的熔点的温度。沉积装置在涂布装置用绝缘材料涂布磁性材料的同时可以同时地沉积粒子。涂布装置可以在沉积装置沉积粒子之后用绝缘材料涂布磁性材料。

根据所公开的实施方案的一个方面，提供一种形成具有绝缘边界的整体材料的方法。该方法包括提供金属材料，提供绝缘材料的源，提供构造为支撑整体材料的支撑体，将金属材料加热至软化状态，以及将金属材料的粒子在软化或熔融状态下沉积在支撑体，上以形成具有由具有绝缘边界的金属材料形成的区域的整体材料。

提供绝缘材料的源可以包括提供反应性化学源，并且可以将金属材料的粒子在软化状态下沉积在沉积路径中的支撑体上，并且绝缘边界可以由反应性化学源在沉积路径中的化学反应形成。提供绝缘材料的源可以包括提供反应性化学源，并且绝缘边界可以在将金属材料的粒子在软化状态下沉积至支撑体上之后，由反应性化学源的化学反应形成。该方法可以包括将熔融状态设定在高于金属材料的熔点的温度。提供绝缘材料的源可以包括提供反应性化学源，并且绝缘边界可以由反应性化学源的化学反应在粒子的表面处形成。沉积粒子可以包括在支撑体上均匀地沉积粒子。提供绝缘材料的源可以包括提供反应性化学源，并且绝缘边界可以由反应性化学源在反应性气氛中的化学反应形成。提供绝缘材料的源可以包括提供反应性化学源和试剂，并且绝缘边界可以由反应性化学源在反应性气氛中由试剂的共喷射促进的化学反应形成。该方法可以包括通过共喷射绝缘材料形成绝缘边界。该方法可以包括由化学反应和由从绝缘材料的源的涂布形成绝缘边界。软化状态可以在低于金属材料的熔点的温度。该方法可以包括用绝缘材料涂布金属材料。粒子可以包括用绝缘材料涂布的金属材料。粒子可以包括用绝缘材料涂布的金属材料的涂布粒子，并且加热材料可以包括加热涂布有绝缘边界的金属材料的涂布粒子。该方法可以包括在沉积粒子时同时地用绝缘材料涂布金属材料。该方法可以包括在沉积粒子之后用绝缘材料涂布金属材料。该方法可以包括将整体金属材料退火。该方法可以包括在沉积粒子时同时地加热整体金属材料。

根据所公开的实施方案的一个方面，提供一种形成软磁性整体材料的方法。该方法包括提供磁性材料，提供绝缘材料的源，提供构造为支撑软磁性整体材料的支撑体，将磁性材料加热至软化状态，以及将磁性材料的粒子在软化状态下沉积至支撑体上，以形成具有由具有绝缘边界的磁性材料形成的区域的软磁性整体材料。

根据所公开的实施方案的一个方面，提供一种形成在表面上的整体材料。该整体材料包括金属材料的多个粘附区域，金属材料的多个区域的基本上全部区域由高电阻率绝缘材料的预定层分隔。多个区域的第一部分形成表面。多个区域的第二部分包括从第一部分前进的金属材料的继续区域(successive domains)，继续区域中的基本上全部区域各自包括第一表面和第二表面，第一表面与第二表面相反，第二表面符合已前进的区域的形状，并且第二部分中的继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的第二表面。

高电阻率绝缘材料的层可以包括具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。高电阻率绝缘材料的层可以具有可选择的基本上均匀的厚度。金属材料可以包括铁磁性材料。高电阻率绝缘材料的层可以包括陶瓷。第一表面和第二表面可以形成该区域的整个表面。第一表面可以从第一部分在基本上一致的方向上前进。

根据所公开的实施方案的一个方面，提供一种形成在表面上的软磁性整体材料。软磁性整体材料包括磁性材料的多个区域，磁性材料的多个区域中的每个区域由可选择的高电阻率绝缘材料的涂层基本上分隔。多个区域的第一部分形成表面。多个区域的第二部分包括从第一部分前进的磁性材料的继续区域，第二部分中的磁性材料的继续区域中的基本上全部区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个或多个基本上凹形表面。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种连接至电源的电气装置。该电气装置包括软磁性磁芯和连接至软磁性磁芯和围绕软磁性磁芯的一部分的绕组，绕组连接至电源。软磁性磁芯包括磁性材料的多个区域，多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔。多个区域包括前进穿过软磁性磁芯的磁性材料的继续区域。第二部分中基本上全部的继续区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个或多个基本上凹形表面。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种连接至电源的电动机。电动机包括框架、连接至框架的转子、连接至框架的定子，转子或定子中的至少一个包括连接至电源的绕组并且包括软磁性磁芯。绕组缠绕在软磁性磁芯的一部分周围。软磁性磁芯包括磁性材料的多个区域，多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔。多个区域包括前进穿过软磁性磁芯的磁性材料的继续区域。第二部分中基本上全部的继续区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个或多个基本上凹形表面。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种形成在表面上的软磁性整体材料。软磁性整体材料包括磁性材料的多个粘附区域，磁性材料的多个区域的基本上全部区域由高电阻率绝缘材料的层分隔。多个区域的第一部分形成表面。多个区域的第二部分包括从第一部分前进的磁性材料的继续区域，继续区域中的基本上全部区域各自包括第一表面和第二表面，第一表面与第二表面相反，第二表面符合已前进的区域的形状。第二部分中的继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的第二表面。

根据所公开的实施方案的另一个方面，提供一种连接至电源的电气装置。该电气装置包括软磁性磁芯和连接至软磁性磁芯并围绕软磁性磁芯的一部分的绕组，绕组连接至电源。软磁性磁芯包括多个区域，多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔。多个区域包括前进穿过软磁性磁芯的磁性材料的继续区域。基本上全部的继续区域各自包括第一表面和第二表面，第一表面与第二表面相反，第二表面符合金属材料的已前进的区域的形状，并且第二部分中的继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的第二表面。

附图的多个视图的简述

其他目标、特性和益处将被本领域技术人员从实施方案的以下说明和附图想到，在附图中：

图1是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图2是显示控制的气氛中的液滴喷射子系统的另一个实施方案的示意性侧视图；

图3是显示用于具有带绝缘边界的区域的材料的加速制造的系统和方法的另一个实施方案的示意性侧视图；

图4是显示一种用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的另一个实施方案的示意性侧视图；

图5A是使用一个或多个实施方案的系统和方法产生的具有带绝缘边界的区域的材料的一个实施方案的示意图；

图5B是使用一个或多个实施方案的系统和方法产生的具有带绝缘边界的区域的材料的另一个实施方案的示意图；

图6是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的另一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图7是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的另一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图8是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图9是显示图8中所示的系统相关的具有带绝缘边界的区域的材料的形成的一个实例的侧视图；

图10A是使用一个或多个实施方案的系统和方法产生的具有带绝缘边界的区域的材料的一个实施方案的示意图；

图10B是使用一个或多个实施方案的系统和方法产生的具有带绝缘边界的区域的材料的另一个实施方案的示意图；

图11是显示图8中所示的系统相关的具有带绝缘边界的区域的材料的形成的一个实例的侧视图；

图12是显示图8中所示的系统相关的具有带绝缘边界的区域的材料的形成的一个实例的侧视图；

图13是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的另一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图14是显示图13中所示的系统相关的具有带绝缘边界的区域的材料的形成的一个实例的侧视图；

图15是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的再另一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图16是显示图8-15的一个或多个中所示的系统相关的液滴的离散沉积方法的一个实例的示意性顶视图；

图17是显示用于在图8-15的一个或多个中所示的系统的喷嘴的一个实例的示意性侧视图，所述喷嘴包括多个喷口；

图18是显示图8-15的一个或多个中所示的液滴喷射子系统的另一个实施方案的示意性侧视图；

图19是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的再另一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图20是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的再另一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图21是显示用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统和方法的一个实施方案的主要组件的示意性框图；

图22A是更详细地显示图21中所示的具有带绝缘边界的区域的结构化材料的示意图；

图22B是更详细地显示图21中所示的具有带绝缘边界的区域的结构化材料的示意图；

图23A是结构化材料的一个实施方案的示意性截面图；

图23B是结构化材料的一个实施方案的示意性截面图；

图24是结合所公开的实施方案的结构化材料的无刷电动机的一个实施方案的示意性展开等高视图；

图25是结合所公开的实施方案的结构化材料的无刷电动机的一个实施方案的示意性顶视图；

图26A是结合所公开的实施方案的结构化材料的线性电动机的示意性侧视图；

图26B是结合所公开的实施方案的结构化材料的线性电动机的示意性侧视图；

图27是结合所公开的实施方案的结构化材料的发电机的展开示意性等高视图；

图28是结合所公开的实施方案的结构化材料的步进电动机的三维剖面等高视图；

图29是结合所公开的实施方案的结构化材料的AC电动机的三维展开等高视图；

图30是结合所公开的实施方案的结构化材料的扬声器的一个实施方案的三维剖面等高视图；

图31是结合所公开的实施方案的结构化材料的变压器的三维等高视图；

图32是结合所公开的实施方案的结构化材料的电力变压器的三维剖面等高视图；

图33是结合所公开的实施方案的结构化材料的电力变压器的示意性侧视图；

图34是结合所公开的实施方案的结构化材料的螺线管的示意性侧视图；

图35是结合所公开的实施方案的结构化材料的电感器的示意性顶视图；并且

图36是结合所公开的实施方案的结构化材料的继电器的示意性侧视图。

详述

除了下面公开的实施方案之外，本发明所公开的实施方案还可以是其他实施方案并且能够以多种方式实施或进行的。因此，应当明白的是所公开的实施方案不限于其至在以下说明中给出或在附图中示例的组件的构造和排列的细节的应用。如果本文仅描述一个实施方案，由此的权利要求不限于该实施方案。此外，由此的权利要求不限制性地解读，除非存在清楚的和令人信服的证据证明某些排除、限制或放弃。

在图1中示出用于制备具有带绝缘边界的区域的材料的系统10及其方法。系统10包括液滴喷射子系统12，其构造为产生熔融合金液滴16并将熔融合金液滴16引导至表面20。在一种设计中，液滴喷射子系统12将熔融合金液滴引导至喷射室18中。在一个备选的方面，如下面将讨论的，不需要喷射室18。

在一个实施方案中，液滴喷射子系统12包括坩埚14，其产生熔融合金液滴16并将熔融合金液滴16引导至表面20。坩埚14可以包括加热器42，其在室46中形成熔融合金44。用于制备熔融合金44的材料可以具有高磁导率、低矫顽性和高饱和感应。熔融合金44可以由软磁性铁合金，如铁基合金、铁-钴合金、镍-铁合金、硅铁合金、铁-铝化物、铁素体不锈钢，或相似类型的合金制成。室46可以经由孔口45接收惰性气体47。熔融合金44可以归因于从经由孔口45引入的惰性气体47施加的压力通过喷口22喷出。可以使用具有振动传送器51的传动装置50从而以给定频率振动熔融合金44的喷射以将熔融合金44打碎为通过喷口22喷出的液滴16的流。坩埚14还可以包括温度传感器48。虽然如所示，坩埚14包括一个喷口22，备选地，坩埚14可以按需要具有任何数目的喷口22，以适应液滴16在表面20上更高的沉积速率，例如，高达100个喷口以上。

图2的液滴喷射子系统12＇，其中对相同的部分显示相同的数字，包括线电弧液滴沉积子系统250，其产生熔融合金液滴16并将熔融合金液滴16引导至表面20。线电弧液滴沉积子系统250包括容纳正线电弧线254和负电弧线256的室252。优选将合金258设置在线电弧线254和256的每一个中。可以使用合金258以产生要向表面20引导的液滴16，并且其可以主要由铁(例如，大于约98％)构成，所述铁具有非常低量的碳、硫和氮含量(例如，小于约0.005％)，并且可以包括少量的Cr(例如，小于约1％)，其中在该实例中余量是Si或Al以获得良好的磁性质。冶金组成可以调节为提供具有带绝缘边界的区域的材料的最终性质上的改善。喷嘴260可以构造为将一种或多种气体262和264如环境空气、氩等引入，以在室252内产生气体268。压力控制阀266控制气体262、264中的一种或多种至室252中的流动。在运行中，施加至正电弧线254和负电弧线256的电压产生导致合金258形成被向表面20引导的熔融合金液滴16的电弧270。在一个实例中，可以将约18至48伏的电压和约15至400安培的电流施加至正线电弧254和负电弧线256以提供液滴16的连续线电弧喷射方法。在该实例中，系统10包括喷射室16。

图3的系统10＇，其中对相同的部分显示相同的数字，包括具有产生熔融合金液滴16并将熔融合金液滴16引导至表面20的线电弧液滴沉积子系统250＇的液滴喷射子系统12″。这里，系统10＇不包括图2的室252，以及图1和2的室18。相反，图3的喷嘴260可以构造为引入一种或多种气体262和264以在最接近正电弧线254和负电弧线256的地区中产生气体268。与上面参考图2的讨论类似，施加至正电弧线254和负电弧线256的电压产生导致合金258形成向表面20引导的熔融合金液滴16的电弧270。将反应性气体26(下面讨论)引入至最接近飞行中的熔融合金液滴16的地区，例如，使用喷嘴263引入。可以使用挡板261以在最接近表面20的地区容纳反应性气体26和液滴16。

图4的系统10″，其中对相同的部分显示相同的数字，可以包括具有线电弧液滴沉积子系统250″的液滴喷射沉积子系统12″＇，所述线电弧液滴沉积子系统250″具有多个正电弧线254、负电弧线256和喷嘴260，可以将它们同时地使用以获得熔融合金液滴16在表面20上更高的喷射沉积速率。可以将在上面讨论的线电弧254、256并且类似的沉积装置在不同的方向上设置以形成具有绝缘边界的区域的材料。线电弧液滴沉积子系统250″未封闭在室中。在一个备选的方面，可以将线电弧喷射250″封闭在室中，例如，在图2的室252中。当不使用室时，可以使用图4的挡板261以在最接近表面20的地区容纳反应性气体26和液滴16。

在备选的方面，图1-4的液滴喷射子系统12可以采用等离子体喷射液滴沉积子系统、爆炸喷射液滴沉积子系统、火焰喷射液滴沉积子系统、高速氧-燃料喷射(HVOF)液滴沉积子系统、温喷射液滴沉积子系统、冷喷射液滴沉积子系统、或任何相似类型的喷射液滴沉积子系统。因此，可以根据上面讨论的所公开的实施方案的一个或多个使用任何合适的沉积系统。

图1-4的液滴喷射子系统12可以安装在单个或多个机器人手臂和/或机械排列上以便提高零件品质、减少喷射时间并且提高方法经济性。子系统可以在大约相同的位置同时地喷射液滴16，也可以交错以便以连续方式喷射某一位置。可以通过控制以下喷射参数的一个或多个控制和改进液滴喷射子系统12：线速度、气体压力、罩气压力、喷射距离、电压、电流、基板运动的速度和/或电弧工具移动的速度。

图1和2的系统10还可以包括连接至喷射室18构造为将气体26如反应性气氛引入至喷射室28中的孔口24。图3和4的系统10＇、10″可以在最接近飞行中的液滴16的地区中引入气体26，例如，反应性气氛。可以选择气体26以使得它在液滴16上当它们向表面20飞行中时产生绝缘层。可以将其一种或多种可以参与与液滴16的反应的气体的混合物引入至最接近飞行中的液滴16的地区。图1的图注28显示在图1-4的飞行中的熔融合金液滴16上在它们向表面20飞行的过程中形成的绝缘层30的一个实例。当具有绝缘层30的液滴16落在表面20上时，它们形成开始的具有带绝缘边界的区域的材料32。其后，随后的具有绝缘层30的液滴16落在先前形成的材料32上。在所公开的实施方案的一个方面，表面20是可移动的，例如，使用平台40，其可以是X-Y平台，转台，可以另外改变表面20的倾斜(pitch)和转动角的平台，或者可以以受控方式在形成材料时支撑材料32和/或移动材料32的任何其他合适的配置。系统10可以包括放置在表面20上的模具(未显示)，以产生具有如本领域技术人员已知的任何所需形状的材料32。

图5A显示包括在其中间具有绝缘边界36的区域34的材料32的一个实例。在液滴16上由绝缘层如图1的绝缘层30形成绝缘边界36。图5A的材料32可以包括相邻的区域34之间如所显示的近乎完美地形成的边界36。在所公开的实施方案的其他方面，图5B的材料32可以包括相邻的区域34之间的具有如所示的不连续性的边界36。图5A和5B的材料32减少涡电流损耗，并且相邻的区域34之间的边界36中的不连续性提高材料32的机械性质。结果是材料32可以保留合金的高磁导率、低矫顽性和高饱和感应。这里，边界36限制相邻的区域34之间的导电性。材料32归因于其磁导率、矫顽性和饱和特征提供出色的磁路。材料32的有限的导电性最小化磁场的快速改变相关的涡电流损耗，例如，随着电动机旋转。系统10及其方法可以是节约时间和金钱并且几乎不产生废物的单步、全自动的方法。在所公开的实施方案的备选的方面，系统10可以手动、半自动或以其他方式操作。

图6的系统10″＇，其中相同的部分包含相同的数字，还可以包括喷射子系统60，其包括至少一个孔口，例如，孔口62和/或孔口63，其构造为将试剂64引入至喷射室18中。喷射子系统60产生喷射试剂64的喷射66和/或喷射67，其当液滴16向表面20飞行中时用图3的试剂64涂布其上具有绝缘层如图1的绝缘层30的液滴16。试剂64优选可以促进形成绝缘层30的化学反应和/或涂布粒子以形成绝缘层30；或它们的组合，其可以或者同时地或者相继地发生。以类似的方式，图3的系统10＇以及图4的系统10″也可以将试剂引入在飞行中的液滴16上。图1的图注28显示试剂64(在剖视图中)涂布具有绝缘涂层30的液滴16的一个实例。试剂64提供具有另外的绝缘能力的材料32。试剂64优选可以促进形成绝缘层30的化学反应；可以涂布粒子以形成绝缘层30；或它们的组合，其可以或者同时地或者相继地发生。

图1、2和6的系统10可以包括连接至DC源72的图6的充电板70。充电板70在液滴16上产生电荷以控制它们朝向表面20的轨道。优选地，可以使用线圈(未显示)控制液滴16的轨道。在一些应用中可以采用充电板70以使液滴16带电以使得它们彼此排斥并且不彼此融合。

图1、2和6的系统10可以包括图6的气体排放孔口100。可以使用排放孔口100以排出通过孔口24引入的过量的气体26和/或通过喷射子系统60引入的过量的试剂64。此外，由于气体26中的特定气体(例如，反应性气氛)可能被消耗，排放孔口100允许将气体26在喷射室18中以受控的方式置换。类似地，图3的系统10＇以及图4的系统10″也可以包括气体排放孔口。

图1、2和6的系统10可以包括图1的室46内或图2的室252内的压力传感器102。图1、2和6的系统10还可以包括在喷射室18内的图2的压力传感器104和/或在坩埚14与喷射室18之间的图1、2和6的差压传感器106和/或在室252与喷射室18之间的图2的差压传感器106。可以采用由传感器102和104或106提供的关于压力差的信息以控制图1和6的惰性气体47至坩埚14的提供以及气体26至喷射室18中的提供，或图2的气体262、264至室252的提供。压力上的差别可以作为控制熔融合金44通过喷口20的喷射速率的方式。在一个设计中，可以采用连接至孔口45的图6的可控阀108以控制惰性气体至室46中的流动。类似地，可以使用控制阀266以控制气体262、264至室252中的流动。可以采用连接至孔口24的图1、2和6的可控阀110以控制气体26至喷射室18中的流动。也可以将流量计(未示出)连接至孔口24以测量气体26至喷射室18中的流动速率。

图1、2和6的系统10还可以包括控制器(未示出)，所述控制器可以利用来自传感器102、104和/或106的测量和来自连接至孔口24的流量计的信息，以调节可控阀108、110或266，从而保持室46与喷射室18之间或室252与喷射室18之间所需的压力差和气体26至喷射室18中的所需的流动。控制器可以利用来自坩埚14中的温度传感器48的测量，以调节加热器42的操作，从而获得/保持熔融合金44的所需温度。控制器还可以控制由图1的坩埚14中的振动传送器51的传动装置50产生的力的频率(以及可能地振幅)。

图1、2和6的系统10可以包括用于测量材料32上沉积的液滴16的温度的装置和用于控制材料32上沉积的液滴的温度的装置。

图7的系统10″，其中相同的部分包含相同的数字，可以包括喷射子系统60，其包括至少一个孔口，例如，孔口62和/或孔口63，其构造为将试剂80引入至喷射室18中。这里，可以不采用反应性气体。喷射子系统60产生喷射试剂80的喷射86和/或喷射87，其用试剂80涂布液滴16以当它们向表面20飞行中时在液滴16上形成图1的绝缘涂层30。这产生图5A-5B的具有例如如上面讨论的具有绝缘边界36的区域34的材料32。

图1-4、6和7的液滴喷射子系统12可以是构造为产生具有均匀直径的液滴16的均匀液滴喷射系统。

用于制备包括具有绝缘边界的区域的材料32的图1-4、6和7的系统10及其相应的方法可以是用于如下面将更详细地描述的可以得益于具有带绝缘边界的区域的材料的电动机磁芯或任何类似类型的器件的备选的材料和制造方法。电动机的定子缠绕磁芯可以使用本发明的一个或多个实施方案的系统和方法制造。系统10可以是单步网状制造方法，其优选使用液滴喷射沉积子系统12和通过孔口24引入的反应性气氛，以促进绝缘层30在液滴16的表面上的受控形成，如上面参考图1-7讨论的。

选择用于形成液滴16的材料使得材料32是高磁导率的，具有低矫顽性和高饱和感应。图5A-5B的边界36可以稍微使得材料32提供好的磁路的性能劣化。然而，因为边界36可以是非常薄的，例如，约0.05μm至约5.0μm，并且因为材料32可以是非常致密的，这种劣化相对小。除了制备材料32的低成本之外，这还是超越在上面的背景部分讨论的传统的SMC的另一个益处，传统的SMC在单独的颗粒之间具有更大的空隙，因为SMC中金属粉末的相邻颗粒的匹配表面不完美地匹配。绝缘边界36限制相邻的区域34之间的导电性。材料32归因于其磁导率、矫顽性和饱和特征提供出色的磁路。材料30有限的导电性最小化磁场随电动机旋转的迅速改变相关的涡电流损耗。

使用具有带绝缘边界36的区域34的材料32可以开发电动机的混合场几何结构。材料32可以消除传统的电动机的各向异性层叠磁芯相关的设计约束。本发明的一个或多个实施方案的制备材料32的系统和方法可以允许电动机磁芯容纳内置式冷却通道和接头减少措施。高效冷却对增加绕组中用于高电动机输出的电流密度，例如，在电动交通工具中是必需的。接头减少措施对于精密机械中的低振动是关键的，所述精密机械包括基板处理和医用机器人。

本发明的一个或多个实施方案的制备材料32的系统10和方法可以采用均匀液滴喷射(UDS)沉积技术领域中的最新发展。UDS方法是一种采用熔融喷射为单尺寸均匀液滴的受控毛细管雾化的快速凝固处理的方式。参见，例如，Chun，J.-H.和Passow，C.H.，带电均匀尺寸金属液滴的产生(Production of Charged Uniformly Sized Metal Droplets)，美国专利号5,266,098，1992，以及Roy，S.和Ando T.，行进中的ASTM F75液滴的成核动力学和微结构演化(Nucleation Kinetics and Microstructure Evolution ofTraveling ASTM F75Droplets)，Advanced Engineering Materials，第12卷，第9期，第912-919页，2010年九月，都通过引用结合在此。UDS方法可以逐滴构建目标，因为将均匀的熔融金属液滴致密地沉积在基板上并且迅速地凝固以结合为紧密并且坚固的沉积物。

在传统的UDS方法中，将坩埚中的金属通过加热器熔融并且通过由惰性气体供应施加的压力从喷口喷出。喷出的熔融金属形成层状喷流，其由压电式变频器以给定频率振动。来自振动的干扰产生喷流至均匀液滴的流的受控破裂。在一些应用中可以采用充电板以使液滴带电，以使得它们彼此排斥，从而防止合并。

制备材料32的系统10和方法可以使用传统UDS沉积方法的基本要素以产生图1-4、6和7的液滴16，其具有均匀直径。图1的液滴喷射子系统12可以使用传统的UDS方法，其与液滴16的表面上绝缘层30在它们飞行的过程中的同时形成组合产生致密材料32，所述材料具有特征在于在相邻的区域之间具有限制的导电性的绝缘边界的基本上均匀材料的小区域的微结构。用于液滴的表面上绝缘层的同时形成的气体26如反应性气氛或相似类型的气体的引入增加了以下特征：同时地控制单独的区域内的基本上均匀的材料的结构、粒子的表面上的层的形成(其限制所得到的材料中的相邻的区域之间的导电性)，以及层在沉积之后的破裂，以提供足够的电绝缘，同时促进单独的区域之间的足够粘合。

至此，系统10及其方法在飞行中的液滴上形成绝缘层，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。在另一个所公开的实施方案中，图8的系统310以及其方法在已经沉积在表面或基板上的液滴上形成绝缘层，以形成具有带绝缘边界的区域的材料。系统310包括液滴喷射子系统312，其构造为产生熔融合金液滴316并且将其从喷口322喷射，并且将熔融合金液滴316向表面320引导。这里，液滴喷射子系统312将熔融合金液滴喷射至喷射室318中。在备选的方面，如下面进一步详细讨论的，可以不需要喷射室318。

液滴喷射子系统312可以包括坩埚314，其产生熔融合金液滴316并将熔融合金液滴316引导至喷射室318内的表面320。这里，坩埚314可以包括在室346中形成熔融合金344的加热器342。用于制备熔融合金344的材料可以具有高磁导率、低矫顽性和高饱和感应。在一个实例中，熔融合金344可以由软磁性铁合金、如铁基合金、铁-钴合金、镍-铁合金、硅铁合金、铁素体不锈钢或相似类型的合金制成。室346经由孔口345接收惰性气体347。这里，归因于由经由孔口345引入的惰性气体347施加的压力，将熔融合金344通过喷口322喷出。具有振动传送器351的传动装置350以特定频率振动熔融合金344的喷流以将熔融合金344破碎为通过喷口322喷出的液滴316的流。坩埚314还可以包括温度传感器348。虽然如所示出的，坩埚314包括一个喷口322，但是在其他实例中，坩埚314可以按需要具有任何数目的喷口322以适应液滴316在表面320上更高的沉积速率，例如，高达100个喷口以上。将熔融合金液滴316从喷口322喷出并向表面320引导，以在其上形成基板512，如下面将更详细地讨论的。

表面320优选是可移动的，例如，使用平台340，其可以是X-Y平台、转台、可以另外地改变表面320的倾和转动角的平台，或可以以受控的方式在形成基板时支撑基板512和/或移动基板512的任何其他合适的布置。在一个实例中，系统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。

系统310还可以包括一个或多个喷射喷嘴，例如，喷射喷嘴500和/或喷射喷嘴502，其构造为将试剂引导对准沉积的液滴316的基板512并产生引导至基板512的表面514上面或上方的试剂504的喷射506和/或喷射508。这里，喷射喷嘴500和/或喷射喷嘴502连接至喷射室318。喷射506和/或喷射508可以在将液滴316沉积在基板512上之前或之后通过如下在沉积的液滴316的表面上形成绝缘层：或者在液滴316上直接地形成绝缘层，或者促进、参与和/或加速在沉积在表面320上的液滴316的表面上形成绝缘层的化学反应。

例如，可以使用试剂504的喷射506、508以促进、参与和/或加速在形成基板512或随后沉积在基板512上的沉积的液滴316上形成绝缘层的化学反应。例如，可以将喷射506、508引导对准图9的基板512，如在511处指示的。在该实例中，喷射506、508促进、加速和/或参与与基板512(以及随后在其上沉积的液滴316的层)的化学反应，以如所示在沉积的液滴316的表面上形成绝缘层530。当沉积随后的液滴316的层时，喷射506、508促进、加速和/或参与化学反应以在随后沉积的液滴的层上形成绝缘层330，例如，如在513、515处指示的。产生材料332，以具有区域334，所述区域在其之间具有绝缘边界336。

图10A示出包括在其间使用上面参考图8和9中的一个或多个讨论的系统310的一个实施方案产生的具有绝缘边界336的区域334的材料332的一个实例。绝缘边界336由图9的绝缘层330在液滴316上形成。在一个实例中，图10A的材料332包括相邻的区域334之间如所示几乎完美地形成的边界336。在其他实例中，图10B的材料332可以包括在相邻的区域334之间具有如所示的不连续性的边界336＇。图9、10A和10B的材料332减少涡电流损耗，并且相邻的区域334之间的不连续边界336提高材料332的机械性质。结果是材料332可以保留合金的高磁导率、低矫顽性和高饱和感应。边界336限制相邻的区域334之间的导电性。材料332归因于其磁导率、矫顽性和饱和特征提供更出色的磁路。材料332的有限的导电性最小化磁场随电动机旋转的迅速改变相关的涡电流损耗。系统310及其方法可以是节约时间和金钱并且几乎不产生废物的单步全自动的方法。

图11示出图8的系统310的一个实施方案，其中喷射506、508，不促进、参与和/或加速化学反应以形成如图9中示出的绝缘层，而是在基板512上沉积的液滴316上直接地形成图8的绝缘层330。在该实例中，将基板512如在由箭头517指示的方向上使用图8的平台340移动。之后将图11的喷射506、508引导对准基板512上沉积的液滴316，如在519处指示的。之后绝缘层330形成在如示出的沉积的液滴316的每一个上。当沉积液滴316的随后的层时，如在521、523处指示的，将试剂504的喷射506、508喷射在其上以在每个新的层的沉积的液滴的每一个上直接地产生绝缘层330。结果是产生包括具有绝缘边界336的区域334的材料332，例如，如上面参考图9-10B讨论的。

图12示出图8的系统310的一个实例，其中将图12的喷射506、508喷射在基板512上以在沉积液滴316之前在基板上形成绝缘层，如在525处指示的。其后，可以将喷射506、508引导对准基板512上沉积的液滴316的随后的层，以形成绝缘层330，如在527、529指示的。结果是产生包括具有绝缘边界336的区域334的材料332，例如，如上面参考图10A-10B讨论的。

沉积的液滴16上的绝缘层330可以通过上面参考图8-12中的一个或多个讨论的任何方法的组合形成。两种方法可以相继或同时发生。

在一个实例中，产生图8-12的喷射506和/或喷射508的试剂504可以是铁氧体粉末、含有铁氧体粉末的溶液、酸、水、湿空气或在基板的表面上产生绝缘层的过程中涉及的任何其他合适的试剂。

图13的系统310＇，其中相同的部分具有相同的数字，优选包括具有产生子室526和528的分离隔板524的室318。分离隔板524优选包括构造为允许液滴316如熔融合金344或相似类型材料的液滴从子室526流动至子室528的开口529。子室526可以包括气体入口528和气体排放口530，其构造为保持子室226中的预定压力和气体混合物，例如，基本上中性的气体混合物。子室528可以包括气体入口530和气体排放口532，其构造为保持子室528中的预定压力和气体混合物，例如，作为基本上反应性气体混合物。

子室526中的预定压力可以高于子室528中的预定压力，以限制气体从子室526至子室528的流动。在一个实例中，可以利用在子室526中基本上中性的气体混合物，以防止液滴316在它们落在基板512的表面上之前与喷口322在液滴316的表面上的反应。可以引入子室528中的基本上反应性气体混合物以参与、促进和/或加速与基板512以及沉积的液滴316的随后的层的化学反应，以在沉积的液滴316上形成绝缘层330。例如，可以将图14的绝缘层330在液滴落在基板512上之后形成在沉积的液滴316上。沉积的液滴316与在图13的子室528中的反应性气体反应，所述的反应性气体促进、参与和/或加速化学反应以产生绝缘层330，如在531处指示的。当增加随后的液滴层时，子室528中的气体可以促进、参与和/或加速与液滴316的反应，以在基板512上产生绝缘层330，如在533和535处指示的。之后形成具有区域334的材料332，所述区域在它们之间具有绝缘边界336，例如，如上面参考图10A-10B讨论的。

图15的系统310″，其中相同的部分具有相同的数字，优选包括仅具有一个室528的室314。在该设计中，将液滴316直接地引导至优选设计为最小化液滴316在喷口322与基板512的表面510之间的行进距离的室528中。这优选限制液滴316至子室528中基本上反应性气体混合物的暴露。系统310″以与图14的系统310＇相似的方式产生材料332。

对于液滴316的沉积方法，图8-9和11-15的系统310提供用于将在平台340的表面320上的基板512相对于从坩埚314或相似类型的装置喷出的液滴316的流移动。系统310还可以提供用于将液滴316偏转，例如，用磁性、气体流动或其他合适的偏转系统。这种偏转可以单独使用或与平台340组合使用。在任一种情况下，将液滴316以基本上离散的方式沉积，即，两个相继的液滴316在沉积后可以展现有限的或没有重叠。作为一个实例，对于根据系统310的一个或多个实施方案的离散沉积可以满足以下关系：

$v_i\×\frac{1}{f}-d_s>0---\left(1\right)$

其中v_i是基板的速度，f是沉积的频率，即，液滴316从坩埚314喷射的频率，并且d_s是由液滴在落在基板的表面上之后形成的滴的直径。

进行液滴316的离散沉积的系统310的所公开的实施方案的一个或(of)多个方面的实例在图8-9和11-15的一个或多个中示出。在一个实施方案中，可以控制基板512相对于液滴316的流的相对运动以使得获得跨越基板的面积的离散沉积，例如，如在图16中示出的。用于液滴316的沉积方法的这个实例可以使用以下关系：

$d_s=v_i\×\frac{1}{f}---\left(2\right)$

b＝d_sCos(30度)    (3)

$m=\frac{d_s}{2}---\left(4\right)$

其中d_s和b表示由液滴316产生的第一层的间隔并且m和n是液滴316的每个相继层的偏移量。

在图16中示出的实例中，可以控制图8、13和15的平台340上基板512的运动以使得图16的行A、B和C以离散的方式相继沉积。例如，行A₁、B₁、C₁可以表示如层1指示的第一层，行A₂、B₂、C₂可以表示如层2指示的第二层，并且行A₃、B₃、C₃可以表示通过沉积的液滴316的层3指示的第三层。在图16中示出的图案中，在第三层之后层排列可以自身重复，即，层3之后的层将在空间和位置上与层1等同。备选地，层可以每两层之后重复。备选地，可以设置层或图案的任何合适的组合。

图8、13和15的系统310可以包括喷嘴323，其具有多个隔开的喷口，例如，图17的隔开的喷口322，用于同时地沉积多行液滴316以获得更高的沉积速率。如图16和17中示出的，上面讨论的液滴316的沉积方法可以产生上面详细讨论的具有区域的材料332，所述的区域之间具有绝缘边界。

虽然如上面参考图8、13和15讨论的，液滴喷射子系统312显示为具有构造为将熔融合金液滴316喷射至喷射室318中的坩埚314，这不是所公开的实施方案的必要限制。图18的系统310，其中对相同的部分给出相同的数字，可以包括液滴喷射子系统312＇。在该实例中，液滴喷射子系统312＇优选包括线电弧液滴喷射子系统550，其产生熔融合金液滴316并将熔融合金液滴316向喷射室318内的表面320引导。线电弧液滴喷射子系统550优选还包括容纳正线电弧线554和负电弧线556的室552。合金558可以设置在电弧线554和556的每一个中。在一方面，用于产生向基板512喷射的液滴316的合金558可以主要由铁(例如，大于约98％)构成，所述铁具有非常低量的碳、硫和氮含量(例如，小于约0.005％)并且可以包括少量的Al和Cr(例如，小于约1％)，其中在该实例中的余量为Si以获得好的磁性质。冶金组成可以调节为提供具有带绝缘边界的区域的材料的最终性质上的改善。喷嘴560显示为构造成将一种或多种气体562和564如环境空气、氩等引入，以在室552和室318内产生气体568。优选地，压力控制阀566控制气体562、564中的一种或多种至室552中的流动。

在运行中，施加至正电弧线554和负电弧线556的电压产生导致合金558形成被向室318内的表面320引导的熔融合金液滴316的电弧570。在一个实例中，可以将约18至48伏的电压和约15至400安培的电流施加至正电弧线554和负电弧线556以提供液滴316的连续线电弧喷射方法。沉积的熔融液滴316可以在表面上与也在图19-20中示出的围绕气体568反应，以在沉积的液滴316上显现非导电表面层。该层可以用于抑制图10A-10B的具有带绝缘边界的区域的材料332中的涡电流损耗。例如，围绕气体568可以是大气。在这种情况下，氧化物层可以形成在铁液滴316上。这些氧化物层可以包括数种化学物种，包括，例如，FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等。在这些物种中，FeO和Fe₂O₃可以具有高于纯铁八至九个数量级的电阻率。相反，Fe₃O₄电阻率可以比铁高两至三个数量级。也可以使用其他反应性气体以在表面上产生其他高电阻率化学物种。同时地或分别地，例如，如上面参考图8-9和11-15中的一个或多个讨论的，在金属喷射方法过程中可以共喷射绝缘试剂以促进更高的电阻率，例如，漆或珐琅。共喷射可以促进或催化表面反应。

在另一个实例中，图19的系统310″＇，其中对相同的部分给出相同的数字，包括液滴喷射子系统312＂。子系统312″包括线电弧沉积子系统550＇，其产生熔融合金液滴316并将熔融合金液滴316向表面320引导。在该实例中，液滴喷射子系统312″不包括图18的室552，以及室318。相反，图19的喷嘴560构造为将一种或多种气体562、564引入以在最接近正电弧线554和负电弧线556的地区中产生气体568。气体568将液滴316推向表面514。之后将试剂504的喷射506和/或喷射508引导至在其上沉积有液滴316的基板512的表面514之上或上方，例如，使用喷射喷嘴513，与上面讨论的类似。在这种设计中，挡板如挡板523可以围绕试剂504的喷射506和/或喷射508和沉积在基板512上的液滴316。

图20的系统310″＇，其中对相同的部分给出相同的数字，与图19的系统310″相似，不同之处在于线电弧喷射子系统550″包括多个正电弧线554、负电弧线556和喷嘴560，它们可以同时地使用以获得熔融合金液滴316的更高喷射沉积速率。线电弧254、256以及相似的沉积装置可以在不同的方向上设置以形成具有绝缘边界的区域的材料。将试剂504的喷射506和/或喷射508引导至基板512的表面514之上或上方，与上面参考图19的讨论类似。这里，挡板如挡板523可以围绕试剂504的喷射506和/或喷射508和沉积在基板512上的液滴316。

在其他实例中，在图8-19的一个或多个中示出的液滴喷射子系统312可以包括下列各项中的一项或多项：等离子体喷射液滴沉积子系统、爆炸喷射液滴沉积子系统、火焰喷射液滴沉积子系统、高速氧燃料喷射(HVOF)液滴沉积子系统、温喷射液滴沉积子系统、冷喷射液滴沉积子系统和线电弧液滴沉积子系统，其各自构造为形成金属合金液滴并将熔融合金液滴向表面320引导。

图19-20的线电弧喷射液滴沉积子系统550可以通过控制和促进以下喷射参数中的一个或多个形成绝缘边界：线速度、气体压力、罩气压力、喷射距离、电压、电流、基板运动的速度和/或电弧工具移动的速度。也可以优化以下方法选项中的一个或多个以获得具有带绝缘边界的区域的材料的改善的结构和性质：线的组成、罩气/气氛的组成、气氛和/或基板的预加热或冷却，过程中基板和/或部件的冷却和/或加热。除了压力控制之外还可以采用两种以上的气体组成以提高过程输出。

图8、13、15、18、19和20的液滴喷射子系统312可以安装在单个或多个机器人手臂和/或机械配置上以提高部件品质、减少喷射时间，并且提高方法经济性。子系统可以在大约相同的位置同时地喷射液滴316，也可以是交错的，以便以连续方式喷射特定位置。可以提高控制以下喷射参数的一个或多个控制和促进液滴喷射子系统312：线速度、气体压力、罩气压力、喷射距离、电压、电流、基板运动的速度和/或电弧工具移动的速度。

在上面讨论的所公开的实施方案的任何方面，所形成的具有带绝缘边界的区域的材料的整体磁和电性质可以通过调节绝缘材料的性质改善。绝缘材料的磁导率和电阻率对网络性质具有显著的影响。具有带绝缘边界的区域的网络材料的性质因此通过加入试剂或诱导提高绝缘性质的反应改善，例如，基于氧化铁的绝缘涂层中Mn、Zn尖晶石形成的促进可以显著地改善材料的整体磁导率。

至此，系统10和系统310及其方法在飞行中的或沉积的液滴上形成绝缘层以形成具有带绝缘边界的区域的材料。在另一个所公开的实施方案中，图21的系统610及其方法通过将由涂布有绝缘材料的金属粒子组成的金属粉末注入至室中以部分地熔化绝缘层而形成具有带绝缘边界的区域的材料。之后将调节后的粒子引导对准平台以形成具有带绝缘边界的区域的材料。系统610包括燃烧室612和将气体616注入至室612中的气体入口614。燃料入口618将燃料620注入至室612中。燃料620可以是燃料如煤油、天然气、丁烷、丙烷等。气体616可以是纯氧、空气混合物或相似类型的气体。结果是室612内的可燃混合物。点火器622构造为点燃燃料和气体的可燃混合物以在燃烧室612中产生预定温度和压力。点火器622可以是火花塞或相似类型的装置。所得到的燃烧提高燃烧室612内的温度和压力，并且将燃烧产物经由出口624推出室612。一旦燃烧过程达到稳定(stead)状态，即当燃烧室中的温度和压力稳定例如至约1500K的温度和约1MPa的压力时，将金属粉末624经由入口626注入至燃烧室612中。金属粉末624优选由涂布有绝缘材料的金属粒子626组成。如通过图注630示出的，金属粉末624的粒子626包括由软磁性材料如铁或相似类型的材料制成的内芯632，以及由电绝缘材料制成的外层634，所述电绝缘材料优选由基于陶瓷的材料如氧化铝、氧化镁、氧化锆等组成，其导致具有高熔融温度的外层634。在一个实例中，由具有涂布有绝缘材料634的内芯632的金属粒子626组成的金属粉末624可以通过机械(机械熔合)或化学方法(软凝胶)制造。备选地，绝缘层634可以基于铁氧体型材料，其可以归因于它们的高反应性磁导率通过防止或限制加热温度例如如退火提高磁性质。

在将金属粉末624注入至预调节后的燃烧室612中之后，金属粉末624的粒子626归因于室612中的高温经历软化和部分熔融，以在室612内形成调节后的液滴638。优选地，调节后的液滴638具有由软磁性材料制成的软的和/或部分地熔融的内芯632和由电绝缘材料制成的固体外层634。之后将调节后的液滴638加速并从出口624作为包括燃烧气体和调节后的液滴638两者的流640喷出。如图注642中示出的，流640中的液滴638优选具有完全固体的外层634和软化和/或部分地熔融的内芯632。将携带调节后的液滴638的流640引导对准平台644。流640优选以预定速度如约350m/s行进。调节后的液滴638之后冲击平台644并且粘附至其上以形成具有区域的材料648，所述区域在其上具有绝缘边界。图注650进一步详细地显示具有带电绝缘边界652的软磁性材料的区域650的材料648的一个实例。

图22A显示包括在其间具有绝缘边界652的区域650的材料48的一个实例。在一个实例中，材料648包括相邻的区域650之间如示出的几乎完美地形成的边界652。在其他实例中，图22B的材料648可以包括相邻的区域50之间具有如示出的不连续性的边界652＇。图22A和22B的材料648减少涡电流损耗，并且相邻的区域650之间的不连续边界652提高材料648的机械性质。结果是材料648保持合金的高磁导率、低矫顽性和高饱和感应。边界652限制相邻的区域650之间的导电性。材料648优选归因于其磁导率、矫顽性和饱和特征提供出色的磁路。材料648的有限的导电性最小化磁场随电动机旋转的迅速改变相关的涡电流损耗。系统610及其方法可以是节约时间和金钱的并且几乎不产生废物的单步、全自动的方法。

图1-22B的一个或多个中示出的系统10、310和610提供用于由金属材料44、344、558、624和由绝缘材料的源26、64、504、634形成整体材料32、332、512、648，其中金属材料和绝缘材料可以是任何合适的金属或绝缘材料。用于形成整体材料的系统10、310、610包括，例如，构造为支撑整体材料的支撑体40、320、644。支撑体40、320、644可以具有如示出的平坦表面，或备选地可以具有合适形状的一个或多个表面，例如其中对于整体材料适宜的是符合形状。系统10、310、610还包括加热装置如42、254、256、342、554、556、612，沉积装置如沉积装置22、270、322、570、624，以及涂布装置如涂布装置24、263、500、502。沉积装置可以是任何合适的沉积装置，例如，通过压力、场、振动、压电、活塞和喷口，通过背压或压差，喷射或其他任何合适的方法。加热装置将金属材料加热至软化或熔融状态。加热装置可以通过电加热元件、感应、燃烧或任何合适的加热方法进行。涂布装置用绝缘材料涂布金属材料。涂布装置可以通过直接涂布、与一种或多种气体、固体或液体的化学反应、反应性气氛、机械熔合、溶胶-凝胶、喷涂、喷射反应或任何合适的涂布装置、方法或其组合进行。沉积装置将金属材料的粒子以软化或熔融状态沉积至支撑体上形成整体材料。涂层可以是单或多层涂层。一方面，绝缘材料的源可以是反应性化学源，其中沉积装置将金属材料的粒子在软化或熔融状态下沉积至沉积路径16、316、640中的支撑体上，其中将绝缘边界通过涂布装置由沉积路径中的反应性化学源的化学反应形成在金属材料上。在另一方面，绝缘材料的源可以是反应性化学源，其中通过涂布装置在沉积装置将金属材料的粒子在软化或熔融状态下沉积至支撑体上之后由反应性化学源的化学反应在金属材料上形成绝缘边界。在另一方面，绝缘材料的源可以是反应性化学源，其中涂布装置用由反应性化学源的化学反应在粒子的表面处形成绝缘边界36、336、652的绝缘材料涂布金属材料34、334、642。在另一方面，沉积装置可以是均匀液滴喷射沉积装置。另一方面，绝缘材料的源可以是反应性化学源，其中涂布装置用绝缘材料涂布金属材料，所述绝缘材料形成由反应性化学源在反应性气氛中的化学反应形成的绝缘边界。绝缘材料的源可以是反应性化学源和试剂，其中涂布装置用绝缘材料涂布金属材料，所述绝缘材料形成由反应性化学源在反应性气氛中由试剂的共喷射促进的化学反应形成的绝缘边界。涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料，所述绝缘材料形成由绝缘材料的共喷射形成的绝缘边界。此外，涂布装置可以用绝缘材料涂布金属材料，所述绝缘材料形成由化学反应和从绝缘材料的源的涂布形成的绝缘边界。这里，整体材料具有由金属材料形成的区域34、334、650，其具有由绝缘材料形成的绝缘边界36、336、652。软化状态可以在低于金属材料的熔点的温度，其中沉积装置可以当涂布装置用绝缘材料涂布金属材料时同时地沉积粒子。备选地，涂布装置可以在沉积装置沉积粒子之后用绝缘材料涂布金属材料。在所公开的实施方案的一个方面，该系统可以提供用于由磁性材料44、344、558、624和由绝缘材料的源26、64、504、634形成软磁性整体材料32、332、512、648。用于形成软磁性整体材料的系统可以具有构造为支撑软磁性整体材料的支撑体40、320、644。加热装置42、254、256、342、554、556、612和沉积装置22、270、322、570、612可以连接至支撑体。加热装置将磁性材料加热至软化状态并且沉积装置将磁性材料的粒子16、316、638在软化状态下沉积至支撑体上形成软磁性整体材料，其中软磁性整体材料具有由磁性材料形成的区域34、334、650，其具有由绝缘材料的源形成的绝缘边界36、336、652。这里，软化状态可以在高于或低于磁性材料的熔点的温度。

现在参考图23A和23B，所示出的是整体材料700的截面的一个实例。整体材料700可以是软磁性材料并且可以具有如上面，例如，关于材料32、332、512、648等讨论的特征。通过实例的方式，软磁性材料可以具有低矫顽性、高磁导率、高饱和磁通量、低涡电流损耗、低净铁损的性质，或具有铁磁性、铁、铁心硅钢或其他合适的材料的性质。相反，硬磁性材料具有高矫顽性、高饱和磁通量，高净铁损或具有磁铁或永磁体或其他合适的材料的性质。图23A和23B还示出了喷射沉积的整体材料的截面，例如，如图16中示出的多层材料的截面。这里，图23A和23B的整体材料700示出为形成在表面702上。整体材料700具有金属材料的多个粘附区域710，金属材料的多个区域中的基本上全部区域由高电阻率绝缘材料的预定层分隔712。金属材料可以是任何合适的金属材料。金属材料的多个区域的第一部分714示出为形成对应于表面702的成形表面716。金属材料的多个区域710的第二部分718示出为具有从第一部分714前进的金属材料的继续区域，例如，区域720、722。金属材料的继续区域720、722...中的基本上全部区域分别具有第一730和第二732表面，第一表面与第二表面相反，第二表面符合第二表面从其前进的金属材料的区域的形状，例如，如通过第一表面730与第二表面732之间的箭头733指示的。金属材料的继续区域中的大部分区域具有作为基本上凸形表面的第一表面和具有一个或多个基本上凹形表面的第二表面。高电阻率绝缘材料的层可以是任何合适的电绝缘材料。例如，在一方面，该层可以选自具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。在另一方面，电绝缘层或涂层可以具有高电阻率，如具有材料氧化铝、氧化锆、氮化硼、氧化镁、氧化镁、二氧化钛或其他合适的高电阻率材料。在另一方面，该层可以选自具有大于约1x10⁸Ω-m的电阻率的材料。高电阻率绝缘材料的层可以具有例如所公开的基本上均匀的可选择的厚度。金属材料还可以是铁磁性材料。在一方面，高电阻率绝缘材料的层可以是陶瓷。这里，第一表面和第二表面可以形成区域的整个表面。第一表面可以从第一部分在基本上一致的方向上前进。整体材料700可以是形成在表面702上的软磁性整体材料，其中软磁性整体材料具有磁性材料的多个区域710，磁性材料的多个区域的每个区域通过高电阻率绝缘材料712的可选择的涂层基本上分隔。磁性材料的多个区域的第一部分714可以形成对应于表面702的成形表面716，而磁性材料的多个区域的第二部分718具有从第一部分714前进的磁性材料的继续区域720、722...。磁性材料的继续区域中的基本上全部区域具有第一730和第二732表面，具有第一表面具有基本上凸形表面并且第二表面具有一个或多个基本上凹形表面。在另一方面，在图23B中示出的材料700中可以存在空隙740。这里，磁性材料可以是铁磁性材料并且高电阻率绝缘材料的可选择的涂层可以是陶瓷，其中第一表面基本上与第二表面相反，并且其中第一表面从第一部分714在基本上一致的方向741上前进。

如将关于图24-36描述的，示出可以连接至电源的电气装置。在每种情况下，电气装置具有用如本文公开的材料的软磁性磁芯和连接至软磁性磁芯并围绕软磁性磁芯的一部分的绕组，其中绕组连接至电源。在备选的方面，可以提供具有用如本文公开的材料的磁芯或软磁性磁芯的任何合适的电气装置。例如并且如所公开的，磁芯可以具有磁性材料的多个区域，磁性材料的多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔。磁性材料的多个区域可以具有前进穿过软磁性磁芯的磁性材料的继续区域，其中磁性材料的基本上全部继续区域具有第一和第二表面，第一表面包含基本上凸形表面并且第二表面包含一个或多个基本上凹形表面。这里并且如公开的，第二表面符合第二表面从其前进的金属材料的区域的形状，其中金属材料的继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的第二表面。通过实例的方式，电气装置可以是连接至电源的电动机，电动机具有框架，以及连接至框架的转子和定子。这里，或者转子或者定子可以具有连接至电源的绕组和软磁性磁芯，其中绕组缠绕在软磁性磁芯的一部分周围。软磁性磁芯可以具有磁性材料的多个区域，磁性材料的多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔，如本文公开的。在备选的方面，可以提供具有用如本文公开的材料的软磁性磁芯的任何合适的电气装置。

现在参考图24，所示出的是无刷电动机800的展开等比例视图。电动机800示出为具有转子802、定子804和外壳806。外壳806可以具有位置传感器或霍尔元件808。定子804可以具有绕组810和定子磁芯812。转子802可以具有转子磁芯814和磁体816。在所公开的实施方案中，定子磁芯812和/或转子磁芯814可以由上面讨论的具有绝缘区域的材料和方法及上面公开的其方法制造。这里，定子磁芯812和/或转子磁芯814可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如上面讨论的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，电动机800的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电动机800可以是任何合适的电动机或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图25，所示出的是无刷电动机820的示意图。电动机820示出为具有转子822、定子824和底座826。电动机820还可以是感应电动机、步进电动机或相似类型的电动机。外壳827可以具有位置传感器或霍尔元件828。定子824可以具有绕组830和定子磁芯832。转子822可以具有转子磁芯834和磁体836。在所公开的实施方案中，定子磁芯832和/或转子磁芯834可以由所公开的材料和/或通过上面讨论的方法制造。这里，定子磁芯832和/或转子磁芯834可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如上面讨论的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在备选的方面，电动机820的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电动机820可以是任何合适的电动机或器件，其用作使用由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图26A，所示出的是线性电动机850的示意图。线性电动机850具有初级852和次级854。初级852具有初级磁芯862和绕组856、858、860。次级854具有次级板864和永磁体866。在所公开的实施方案中，初级磁芯862和/或次级板864可以由本文公开的材料和/或通过所公开的方法制造。这里，初级磁芯862和/或次级板864可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如本文所公开的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料区域的高磁导率磁性材料。在备选的方面，电动机850的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电动机850可以是任何合适的电动机或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图26B，示出线性电动机870的示意图。线性电动机870具有初级872和次级874。初级872具有初级磁芯882、永磁体886和绕组876、878、880。次级874具有锯齿状次级板884。在所公开的实施方案中，初级磁芯882和/或次级板884可以由本文公开的材料和/或通过所公开的方法制造。这里，初级磁芯882和/或次级板884可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如本文公开的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在备选的方面，电动机870的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电动机870可以是任何合适的电动机或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图27，所示出的是发电机890的展开等比例视图。发电机或交流发电机890示出为具有转子892、定子894和框架或外壳896。外壳896可以具有电刷898。定子894可以具有绕组900和定子磁芯902。转子892可以具有转子磁芯895和绕组906。在所公开的实施方案中，定子磁芯902和/或转子磁芯895可以由所公开的材料和/或通过所公开的方法制造。这里，定子磁芯902和/或转子磁芯904可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在备选的方面，交流发电机890的任何部分可以由这种材料制造，并且其中交流发电机890可以是任何合适的发电机、交流发电机或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图28，所示出的是步进电动机910的剖面等比例视图。电动机910示出为具有转子912、定子914和外壳916。外壳916可以具有轴承918。定子914可以具有绕组920和定子磁芯922。转子912可以具有转子杯924和永久磁体926。在所公开的实施方案中，定子磁芯922和/或转子杯924可以由所公开的材料和/或由所公开的方法制造。这里，定子磁芯922和/或转子杯924可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在备选的方面，电动机890的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电动机890可以是任何合适的电动机或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图29，所示出的是AC电动机930的展开等比例视图。电动机930示出为具有转子932、定子934和外壳936。外壳936可以具有轴承938。定子934可以具有绕组940和定子磁芯942。转子932可以具有转子磁芯944和绕组946。在所公开的实施方案中，定子磁芯942和/或转子磁芯944可以由所公开的材料和/或通过所公开的方法制造。这里，定子磁芯942和/或转子磁芯944可以或者完全或者部分由整体材料如材料32，332，512，648，700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，电动机930的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电动机930可以是任何合适的电动机或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图30，所示出的是扬声器950的剖面等比例视图。扬声器950示出为具有框架952、锥体954、磁体956、绕组或声音线圈958和磁芯960。这里，磁芯960可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在备选的方面，扬声器950的任何部分可以由这种材料制造并且其中扬声器950可以是任何合适的扬声器或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图31，所示出的是变压器970的等比例视图。变压器970示出为具有磁芯972和线圈或绕组974。这里，磁芯972可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，变压器970的任何部分可以由这种材料制造，并且其中变压器970可以是任何合适的变压器或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图32和33，所示出的是电力变压器980的剖面等比例视图。变压器980示出为具有油填充的外壳982、散热器984、磁芯986和线圈或绕组988。这里，磁芯986可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，变压器980的任何部分可以由这种材料制造，并且其中变压器980可以是任何合适的变压器或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图34，所示出的是螺线管1000的示意图。螺线管1000示出为具有活塞1002、线圈或绕组1004和磁芯1006。这里，磁芯1006和/或活塞1002可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，螺线管1000的任何部分可以由这种材料制造，并且其中螺线管1000可以是任何合适的螺线管或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

现在参考图35，所示出的是电感器1020的示意图。电感器1020示出为具有线圈或绕组1024和磁芯1026。这里，磁芯1026可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，电感器1020的任何部分可以由这种材料制造，并且其中电感器1020可以是任何合适的电感器或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

图36是继电器或接触器1030的示意图。继电器1030示出为具有磁芯1032、线圈或绕组1034、弹簧1036、电枢1038和触点1040。这里，磁芯1032和/或电枢1038可以或者完全或者部分由整体材料如材料32、332、512、648、700制造，并且如所描述的，其中该材料是具有带绝缘边界的高透磁材料的区域的高磁导率磁性材料。在所公开的实施方案的备选的方面，继电器1030的任何部分可以由这种材料制造，并且其中继电器1030可以是任何合适的继电器或器件，其用作由具有带绝缘边界的高磁导率磁性材料的区域的高磁导率磁性材料制造的任何组件或组件的一部分。

虽然所公开的实施方案的具体特征在一些附图中示出并且在其他附图中未示出，这仅是为了方便，因为每个特征可以与根据本发明的任何或所有其他特征组合。如本文所使用的单词“包括”、“包含”、“具有”和“带有”应当宽泛地并且全面地解释，并且不应当限定于任何物理相互联系。此外，本申请中的任何实施方案公开不应被作为唯一可能的实施方案。

此外，在对于本专利的专利申请的过程中提出的任何修改不是所提交时的申请中示出的任何要求要素的放弃：本领域技术人员不能合理地预期所撰写的权利要求将在字面上包括所有可能的等同，很多等同在修改时将是不可预见的，并且超出所要交出(如果有)的公平解读，进行修改的理由可以仅仅与很多等同的附带关联，和/或存在很多其他原因使得申请人不能预期对于所修改的任何权利要求要素描述特定非实质性替代。

其他实施方案将由本领域技术人员想到，并且在以下权利要求范围内。

权利要求如下。

Claims (41)

1.一种形成在表面上的整体材料，所述整体材料包含：

金属材料的多个粘附区域，金属材料的所述多个区域的基本上全部区域由高电阻率绝缘材料的预定层分隔；

所述多个区域的第一部分形成表面；

所述多个区域的第二部分包括从所述第一部分前进的金属材料的继续区域；

所述继续区域中的基本上全部区域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相反，所述第二表面符合已前进的区域的形状；并且

所述第二部分中的所述继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的所述第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的所述第二表面。

2.权利要求1所述的整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。

3.权利要求1所述的整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的层具有可选择的基本上均匀的厚度。

4.权利要求1所述的整体材料，其中所述金属材料包含铁磁性材料。

5.权利要求1所述的整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含陶瓷。

6.权利要求1所述的整体材料，其中所述第一表面和所述第二表面形成所述区域的整个表面。

7.权利要求1所述的整体材料，其中所述第一表面从所述第一部分在基本上一致的方向上前进。

8.一种形成在表面上的软磁性整体材料，所述软磁性整体材料包含：

磁性材料的多个区域，所述磁性材料的多个区域中的每个区域由高电阻率绝缘材料的可选择涂层基本上分隔；

所述多个区域的第一部分形成表面；

所述多个区域的第二部分包括从所述第一部分前进的磁性材料的继续区域；并且

所述第二部分中的所述磁性材料的继续区域中的基本上全部区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个或多个基本上凹形表面。

9.权利要求8所述的软磁性整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的可选择涂层包含具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。

10.权利要求8所述的软磁性整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的可选择涂层具有可选择的基本上均匀的厚度。

11.权利要求8所述的软磁性整体材料，其中所述磁性材料包含铁磁性材料。

12.权利要求8所述的软磁性整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的可选择涂层包含陶瓷。

13.权利要求8所述的软磁性整体材料，其中所述第一表面基本上与所述第二表面相反。

14.权利要求8所述的软磁性整体材料，其中所述第一表面从所述第一部分在基本上一致的方向上前进。

15.一种连接至电源的电气装置，所述电气装置包括：

软磁性磁芯；

绕组，所述绕组连接至所述软磁性磁芯并且围绕所述软磁性磁芯的一部分，所述绕组连接至所述电源；

所述软磁性磁芯包括磁性材料的多个区域，所述多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔；

所述多个区域包括前进穿过所述软磁性磁芯的磁性材料的继续区域；并且

所述第二部分中基本上全部的所述继续区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个或多个基本上凹形表面。

16.权利要求15所述的电气装置，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。

17.权利要求15所述的电气装置，其中所述高电阻率绝缘材料的层具有可选择的基本上均匀的厚度。

18.权利要求15所述的电气装置，其中所述磁性材料包含铁磁性材料。

19.权利要求15所述的电气装置，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含陶瓷。

20.权利要求15所述的电气装置，其中所述第一表面基本上与所述第二表面相反。

21.权利要求15所述的电气装置，其中所述第一表面在基本上一致的方向上前进穿过所述软磁性磁芯。

22.一种连接至电源的电动机，所述电动机包括：

框架；

转子，所述转子连接至所述框架；

定子，所述定子连接至所述框架；

所述转子或所述定子中的至少一个具有连接至所述电源的绕组并且具有软磁性磁芯；

所述绕组缠绕在所述软磁性磁芯的一部分周围；

所述软磁性磁芯包括磁性材料的多个区域，所述多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔；

所述多个区域包括前进穿过所述软磁性磁芯的磁性材料的继续区域；并且

所述第二部分中基本上全部的所述继续区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个或多个基本上凹形表面。

23.权利要求22所述的电动机，其中所述高电阻率绝缘材料的层包括具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。

24.权利要求22所述的电动机，其中所述高电阻率绝缘材料的层具有可选择的基本上均匀的厚度。

25.权利要求22所述的电动机，其中所述磁性材料包含铁磁性材料。

26.权利要求22所述的电动机，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含陶瓷。

27.权利要求22所述的电动机，其中所述第一表面基本上与所述第二表面相反，并且所述第一表面在基本上一致的方向上前进穿过所述软磁性磁芯。

28.一种在表面上形成的软磁性整体材料，所述软磁性整体材料包含：

磁性材料的多个粘附区域，所述磁性材料的多个区域的基本上全部区域由高电阻率绝缘材料的层分隔；

所述多个区域的第一部分形成表面；

所述多个区域的第二部分包括从所述第一部分前进的磁性材料的继续区域；

其中所述继续区域中的基本上全部区域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相反，所述第二表面符合所述已前进的区域的形状；并且

所述第二部分中的所述继续区域的大部分区域具有包含基本上凸形表面的所述第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的所述第二表面。

29.权利要求28所述的软磁性整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。

30.权利要求28所述的软磁性整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的层具有可选择的基本上均匀的厚度。

31.权利要求28所述的软磁性整体材料，其中所述磁性材料包含铁磁性材料。

32.权利要求28所述的软磁性整体材料，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含陶瓷。

33.权利要求28所述的软磁性整体材料，其中所述第一表面和所述第二表面形成所述区域的整个表面。

34.权利要求28所述的软磁性整体材料，其中所述第一表面从所述第一部分在基本上一致的方向上前进。

35.一种连接至电源的电气装置，所述电气装置包括：

软磁性磁芯；

绕组，所述绕组连接至所述软磁性磁芯并且围绕所述软磁性磁芯的一部分，所述绕组连接至所述电源；

所述软磁性磁芯包括多个区域，所述多个区域的每个区域由高电阻率绝缘材料的层基本上分隔；

所述多个区域包括前进穿过所述软磁性磁芯的磁性材料的继续区域；

其中基本上全部的所述继续区域各自包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述第二表面相反，所述第二表面符合金属材料的已前进的区域的形状；并且

所述第二部分中的所述继续区域中的大部分区域具有包含基本上凸形表面的所述第一表面和包含一个或多个基本上凹形表面的所述第二表面。

36.权利要求35所述的电气装置，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含具有大于约1x10³Ω-m的电阻率的材料。

37.权利要求35所述的电气装置，其中所述高电阻率绝缘材料的层具有可选择的基本上均匀的厚度。

38.权利要求35所述的电气装置，其中所述磁性材料包含铁磁性材料。

39.权利要求35所述的电气装置，其中所述高电阻率绝缘材料的层包含陶瓷。

40.权利要求35所述的电气装置，其中所述第一表面基本上与所述第二表面相反。

41.权利要求35所述的电气装置，其中所述第一表面在基本上一致的方向上前进穿过所述软磁性磁芯。

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