JP2003518903A - 電動機用のバルク状非晶質金属磁性部材 - Google Patents

電動機用のバルク状非晶質金属磁性部材

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Abstract

(57)【要約】 一般的多面形状バルク状非晶質金属板片層を有する高効率電動機であって、多面形状を有する３次元形状部分を形成する複数の実質的に類似形状の非晶質金属板片層を含んでなる少なくとも１つの低鉄損性バルク状非晶質金属磁性部材が互いに張り合わされる。前記低鉄損性バルク状非晶質金属磁性部材は、湾曲表面を有し、好ましくは、互いに対抗配置される２つの湾曲表面を含む。その磁性部材は、約５０ｋＨｚ〜約２０，０００Ｈｚの励起周波数で操作できる。その電動機は、ピーク誘導レベルＢmax、励起周波数“ｆ”で作動されて、前記鉄損、前記励起周波数および前記ピーク誘導レベルがそれぞれｋｇ当たりのワット、ヘルツおよびテスラで測定されたとき、その部材が、“Ｌ”（Ｌは、式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂmax）1.3＋ｆ1.5０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax）2.4により与えられる）未満の鉄損を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 関連出願への相互参照 本出願は、「電動機用バルク状非晶質金属磁性部材」と題する、１９９８年１
１月６日に出願された出願シリアル第０９／１８７，６５６号の一部継続出願で
ある。
【０００２】
【発明の背景】発明の分野 本発明は、非晶質金属磁性部材に関し、より具体的には一般に多面形状のバル
ク状非晶質金属磁性部材を有する高効率電動機に関する。先行技術の説明 電動機は、典型的に非配向電気スチールの複数の積上げ層から作られた電磁構
成部分を含む。可変磁気抵抗電動機および渦電流電動機においては、固定子は、
積層から作られる。固定子およびローターは、かご形電動機、磁気抵抗同期電動
機およびスイッチド磁気抵抗電動機においては積層から作られる。それぞれの層
は、典型的に型押、打抜、もしくは機械的に柔らかい非配向電気スチールを所望
の形状に切断することにより形成される。ついで、形成された層は、積層され、
結合されてローターもしくは固定子を形成する。
【０００３】 非晶質金属は、非配向電気スチールに比べると卓越した磁気性能を与えるが、
それらは、いくつかの物理的性質および対応する二次加工限界のために電動機の
ローターおよび固定子などのバルク状磁性部材における使用に不適切であると長
いことみなされてきた。例えば、非晶質金属は、非配向スチールよりも薄くかつ
堅く、したがって二次加工工具およびダイをより急速に摩耗させる。その結果で
ある工具および製造コストの増大は、そのような技術を用いるバルク状非晶質金
属磁性部材の二次加工を商業的に実行不可能とする。非晶質金属の薄さは、また
集成構成部分における層の数を増大させ、さらに非晶質金属ローターもしくは固
定子磁石アセンブリーの全コストを増大させることになる。 非晶質金属は、典型的に均一なリボン幅を有する薄い連続リボンで供給される
。しかし、非晶質金属は、非常に堅い材料で、容易に切断もしくは形成すること
が非常に難しく、いったん焼なまされてピーク磁性を達成すると、非常に脆くな
る。このことは、従来のアプローチを用いてバルク状非晶質金属磁性部材を構成
することを困難かつ不経済にする。非晶質金属の脆性は、また電動機などの用途
でバルク状磁性部材の耐久性に対する懸念も生じ得る。
【０００４】 バルク状非晶質金属磁性部材に関する別の問題は、非晶質金属材料の磁気透過
性が、それが物理的応力にさらされると低減することである。この低減透過性は
、非晶質金属材料に対する応力の強度によりかなりのものになり得る。バルク状
非晶質金属磁性部材が応力にさらされると、コアーが磁気束を導く、もしくは集
中させる効率は低減して、高磁気損失、増大した熱生成および低減出力をもたら
す。非晶質金属の磁気歪性質のよるこの応力感度は、電動機の作動の間の磁気お
よび機械力から生じる応力、機械的締付けもしくはバルク状非晶質金属磁性部材
を所定位置に固定することから生じる機械的応力、もしくは非晶質金属材料の熱
膨張および／または磁気飽和による膨張により生じる内部応力で起こり得る。 ある高速度電動機については、典型的なスチールの鉄損は、禁じられている。
そのような場合、設計者は、代替としてパーマロイ合金の使用を強いられること
があり得る。しかし、飽和誘導における付随の低減（例、種々のパーマロイ合金
の０．６〜０．９Ｔ以下対通常の電気スチールの１．８〜２．０Ｔ）は、パーマ
ロイもしくはその変形からなる磁性部材のサイズ増大を必要とする。さらに、パ
ーマロイの所望の軟磁性は、比較的低応力レベルで生じ得る塑性変形により悪影
響かつ取り返しのつかない影響を及ぼされる。そのような応力は、パーマロイ構
成部分の製造もしくは作動中に起こり得る。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、高効率の電動機に使用される多面形状を有し、かつ複数の非晶質金
属板片層からなる低鉄損性バルク状非晶質金属磁性部材を提供する。本発明は、
バルク状非晶質金属磁性部材を製造する方法も提供する。磁性部材は、約５０Ｈ
ｚ〜２０，０００Ｈｚの範囲の周波数で作動され、同じ周波数範囲で作動される
珪素‐スチール磁性部材と比べて向上した性能特性を示す。より具体的には、本
発明により構成され、かつピーク誘導レベル“Ｂmax”に向けて励起周波数“ｆ
”で励起された磁性部材は、“Ｌ”（Ｌは、化学式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂmax
）1.3＋０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax）2.4により与えられる）未満の室温での
鉄損を有し、鉄損、励起周波数およびピーク誘導レベルは、それぞれｋｇにつき
のワット、ヘルツおよびテスラで測定される。好ましくは、磁性部材は、（ｉ）
およそ６０Ｈｚの周波数およびおよそ１．４テスラ（Ｔ）の束密度で作動された
ときに非晶質金属材料１ｋｇにつきおよそ１ワット以下の鉄損；（ｉｉ）およそ
１０００Ｈｚの周波数およびおよそ１．４Ｔの束密度で作動されたときに非晶質
金属材料１ｋｇにつきおよそ２０ワット以下の鉄損；もしくは（ｉｉｉ） およ
そ２０，０００Ｈｚの周波数およびおよそ０．３０Ｔの束密度で作動されたとき
に非晶質金属材料１ｋｇにつきおよそ７０ワット以下の鉄損を有する。本発明の
磁性部材の低減鉄損は、それを含む電動機の効率を有利に向上させる。
【０００６】 本発明の第一の実施態様において、バルク状非晶質金属磁性部材は、積層され
て多面形状部分を形成する複数の実質的に類似の形状の非晶質金属板片層を含む
。 本発明は、またバルク状非晶質金属磁性部材を構成する方法も提供する。本発
明の方法の第一実施態様によれば、非晶質金属板材料は、切断されて所定の長さ
を有する複数の切取り板片を形成する。切取り板片は積層されて積層非晶質金属
板材料の角材を形成し、焼なまされて材料の磁性を強化し、かつ任意に初期のガ
ラス状構造をナノ結晶性構造に形質転換する。焼なまされ、積層状角材にエポキ
シ樹脂を含浸させ、かつ硬化させる。ついで、積層状角材を所定の長さに切断し
て所定の三次元幾何図形的配置を有する複数の多面形状磁性部材を与える。好ま
しい非晶質金属材料は、本質的に化学式Ｆｅ80Ｂ11Ｓｉ9により定義される組成
物を有する。
【０００７】 本発明の方法の第二実施態様によれば、非晶質金属板材料はマンドレルの周囲
に巻かれて一般に丸みをつけたかどを有する一般に長方形のコアーを形成する。
ついで、一般に長方形のコアーは、焼なまされて材料の磁性を強化し、かつ任意
に初期のガラス状構造をナノ結晶性構造に形質転換する。ついで、コアーにエポ
キシ樹脂を含浸させ、かつ硬化させる。ついで、長方形のコアーの短い側面を切
断して、前記一般に長方形のコアーの前記短い側面に近似のサイズおよび形状で
ある所定の三次元幾何学的配置を有する２つの磁性部材を形成する。前記一般に
長方形のコアーの長い側面から丸みをつけたかどを除去し、前記一般に長方形の
コアーの長い側面を切断して前記所定の三次元幾何学的配置を有する複数の多面
形状磁性部材を形成する。好ましい非晶質金属材料は、本質的に化学式Ｆｅ80Ｂ 11 Ｓｉ9により定義される組成物を有する。 本発明は、また前述の方法により構成されたバルク状非晶質金属部材にも向け
られる。
【０００８】 本発明によるバルク状非晶質金属磁性部材の構成は、特に高効率の可変磁気抵
抗電動機および渦電流電動機における非晶質金属固定子もしくは固定子構成部分
に好適である。同様に、バルク状非晶質金属部材は、かご形電動機、磁気抵抗同
期電動機およびスイッチド磁気抵抗電動機におけるローターおよび固定子として
使用可能である。そのような電動機が１つ以上のローターおよび１つ以上の固定
子を含み得ることは、当業者には理解されよう。したがって、本明細書で電動機
に関して用いられる「ローター」および「固定子」という語は、１〜３以上に及
ぶいくつかのローターおよび固定子を意味する。本明細書で用いられる「電動機
」という語が、発電機、ならびに任意に発電機として作動され得る再生式電動機
を追加的に含む種々の回転する電気機械を総称的に指すことも、当業者には理解
されよう。本発明の磁性部材は、これらの装置のいずれかを構成するのに用いら
れる。本発明により認められる利点には、製造簡易化、低減製造時間、バルク状
非晶質金属部材の構成中に遭遇する応力（すなわち、磁気歪）低減、および完成
非晶質金属磁性部材の最適性能が含まれる。 本発明は、本発明の好ましい実施態様の下記詳細な説明および付随する図面を
参照すると、さらに十分に理解され、かつさらなる利点が明らかとなろう；なお
図面において、同一の照合番号は、いくつかの図を通して同一の要素を示す。
【０００９】
【好ましい態様の詳細な説明】
本発明は、例えば、固定子、ローター、ならびに固定子およびローター用構成
部分などの低鉄損性バルク状非晶質金属部材を用いて構成された高効率電動機に
向けられる。一般に、多面形バルク状非晶質金属部材は、それらに限定はされな
いが、長方形、正方形、プリズムを含む種々の幾何図形的配置を有して、本発明
により構成される。さらに、前述の幾何図形的形状はいずれも、少なくとも１つ
の弓形表面、好ましくは２つの向かい合わせに配置される弓形表面を含み、一般
にカーブした、もしくは弓形のバルク状状非晶質金属部材を形成する。さらに、
完全な固定子およびローターは、本発明によりバルク状非晶質金属部材として構
成され得る。これらの固定子およびローターは、単一の構成を有してもよいし、
あるいは集められて完成構成部分を形成する複数個から形成されてもよい。代替
的に、固定子および／またはローターは、完全に非晶質金属部分もしくは非晶質
金属部分と他の磁気材料との組合せからなる複合構造物でもよい。
【００１０】 以下図面を詳細に参照すると、図１は、一般に多面形バルク状非晶質金属部材
１０を描く。本明細書に用いられたときは、多面という語は、多面もしくは多側
面固体を指す。これには、それらに限定はされないが、三次元長方形、正方形、
不等辺四辺形およびプリズムが含まれる。さらに、前述の幾何図形的形状にいず
れも、少なくとも１つ、好ましくは２つの弓形表面もしくは側面を含み得、それ
らは互いに向かい合わせに配置されて一般に弓形形状の構成部分を形成する。図
１に描かれる磁性部材１０は、積層され、かつ焼なまされる複数の実質的に類似
の形状の非晶質金属板材料層からなる。本発明により構成され、かつピーク誘導
レベル“Ｂmax”に向けて励起周波数“ｆ”で励起された三次元磁性部材１０は
、“Ｌ”（Ｌは、化学式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂmax）1.3＋０．０００２８２
ｆ1.5（Ｂmax）2.4により与えられる）未満の室温での鉄損を有し、鉄損、励起
周波数およびピーク誘導レベルは、それぞれｋｇにつきのワット、ヘルツおよび
テスラで測定される。好ましい実施態様においては、磁性部材は、（ｉ）およそ
６０Ｈｚの周波数およびおよそ１．４テスラ（Ｔ）の束密度で作動されたときに
非晶質金属材料１ｋｇにつきおよそ１ワット以下の鉄損；（ｉｉ）およそ１００
０Ｈｚの周波数およびおよそ１．４Ｔの束密度で作動されたときに非晶質金属材
料１ｋｇにつきおよそ２０ワット以下の鉄損；もしくは（ｉｉｉ） およそ２０
，０００Ｈｚの周波数およびおよそ０．３０Ｔの束密度で作動されたときに非晶
質金属材料１ｋｇにつきおよそ７０ワット以下の鉄損を有するだろう。本発明の
構成部分の低減鉄損は、それを含む電動機の効率を有利に向上させる。鉄損の低
い値は、本発明のバルク状磁性部材を、高極カウントもしくは高回転速度が高周
波数磁気励起、例えば、１００Ｈｚ以上での励起を必要とする電動機での使用に
特に好適とする。高周波数での従来のスチールの固有高鉄損は、それらを高周波
数励起を必要とするそのような電動機での使用に不適切とする。これらの鉄損性
能値は、バルク状非晶質金属部材の特定の幾何図形的配置にもかかわらず、本発
明の種々の実施形態に適合する。
【００１１】 図２Ａに描かれる磁性部材１００は、一般にプリズム形状であり、好ましくは
５つの側面１１０もしくは表面を含む。五角形形状多面構成部分１００は、それ
ぞれ実質的に同一のサイズおよび形状である複数の非晶質金属板材料２０の層か
らなる。板材料２０は、積み重ねて、張り合わせて、ついで焼なまされる。 図２Ｂに描かれる磁性部材２００は、少なくとも１つ、好ましくは２つの向か
い合わせに配置される弓形表面２１０を含む。弓形形状構成部分２００は、それ
ぞれ実質的に同一のサイズおよび形状であり、積み重ねて、張り合わせて、つい
で焼なまされる複数の非晶質金属板材料２０の層からなる。 図２Ｃに描かれるバルク状非晶質金属磁性部材３００は、ラジアルギャップ電
動機用固定子として使用でき、６個の磁性部材１００および６個の磁性部材２０
０からなる。
【００１２】 図３Ａに描かれるバルク状非晶質金属磁性部材４００は、一般に円形であり、
円形構成部分４００の中心に向かって内側に放射状に伸びる複数の一般に長方形
の歯４１０を含む。構成部分４００は、それぞれ実質的に同一のサイズおよび形
状であり、積層され張り合わされて、ついで焼なまされる複数の非晶質金属板材
料２０の層からなる。図３Ａの実施態様により構成されたバルク状非晶質金属部
材は、ラジアルエアギャップ電動機において固定子として使用できる。 図３Ｂに描かれるバルク状非晶質金属部材５００は、一般に円板形状であり、
外側に放射状に伸びる複数の一般に長方形の歯５１０を含む。構成部分５００は
、それぞれ実質的に同一のサイズおよび形状であり、積層され張り合わされて、
ついで焼なまされる複数の非晶質金属板材料２０の層からなる。図３Ｂの実施態
様により構成されたバルク状非晶質金属部材は、ラジアルエアギャップ電動機に
おいてローターとして使用できる。 次に図３Ｃを参照すると、固定子４００およびローター５００は、本発明によ
るバルク状非晶質金属部材として構成され、高効率ラジアルエアギャップ電動機
６００の一部として使用される。
【００１３】 本発明は、またバルク状非晶質金属部材を構成する方法も提供する。図４に示
されるように、非晶質金属板材料のロール３０は、刃４０により同一の形状およ
びサイズを有する複数の板片２０に切断される。板片２０は、積層されて積層非
晶質金属板材料の角材５０を形成する。角材５０を、焼なまし、エポキシ樹脂を
含浸させ、硬化する。角材５０を図５に描かれるライン５２に沿って切断して、
複数の一般に不等辺四辺形形状の磁性部材１０を作ることができる。完成磁性部
材１０は、一般に長方形、不等辺四辺形、正方形もしくは他の多面形状であり得
る。角材５０を切断して、それぞれ図２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂに示されるよ
うに、五角形プリズム１１、弧形状ブロック１２、円形状ブロック１３もしくは
円板形状ブロック１４の形で三次元形状を作ることができる。
【００１４】 図６および７に示される本発明の方法の第二実施態様において、バルク状非晶
質金属磁性部材１０は、単一の非晶質金属板片２２もしくは非晶質金属板片２２
の群を一般に長方形のマンドレル６０の周りに巻いて一般に長方形の巻コアー７
０を形成することにより形成される。コアー７０の短い側面７４の高さは、好ま
しくは完成バルク状非晶質金属磁性部材１０の所望の長さにほぼ等しい。コアー
７０を焼なまし、エポキシ樹脂を含浸させ、硬化する。２つの構成部分１０は、
短い側面７４を切断し、丸みをつけたかど７６を長い側面７８ａおよび７８ｂ上
に残すことにより形成できる。追加の磁性部材１０は、長い側面７８ａおよび７
８ｂから丸みをつけたかど７６を除去し、ダッシュライン７２で示されるように
、長い側面７８ａおよび７８ｂを複数の位置で切断することにより形成できる。
図７に示される例において、バルク状非晶質金属部材１０は、一般に長方形の形
状を有するが、他の形状も本発明により企図される。巻コアー７０も切断して、
それぞれ図２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂに示されるように、五角形プリズム１１
、弧形状ブロック１２、円形状ブロック１３もしくは円板形状ブロック１４の形
で三次元形状を作ることができる。 このような構成は、電動機における非晶質金属固定子およびローターアセンブ
リーなどの磁性部材に特に好適である。磁性部材製造は、簡易化され、かつ製造
時間は、低減される。バルク状非晶質金属部材の構成中にさもなければ遭遇する
応力は、最小限度にされる。完成構成部分の磁気性能は、最適化される。
【００１５】 本発明のバルク状非晶質金属磁性部材１０は、多くの非晶質金属合金を用いて
製造できる。一般的に述べれば、本発明の構成部分１０構成に使用するのに適す
る合金は、原子パーセントを下付きに書いた化学式Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（式中
、“Ｍ”は、Ｆｅ，ＮｉおよびＣｏの少なくとも１つであり、“Ｙ”は、Ｂ，Ｃ
およびＰの少なくとも１つであり、“Ｚ”は、Ｓｉ，ＡｌおよびＧｅの少なくと
も１つである；ただし、（ｉ）構成部分“Ｍ”の１０原子パーセントまでを、金
属種Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの少なくと
も１つと置換でき、かつ（ｉｉ）構成部分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子パーセントまで
を、非金属種Ｉｎ，Ｓｎ，ＳｂおよびＰｂの少なくとも１つと置換できる）で定
義される。本明細書で用いられたときは、「非晶質金属合金」という語は、実質
的に長い範囲のオーダーを欠き、液体もしくは無機酸化物ガラスに観察されるも
のに定性的に類似するＸ線回折強度最大限を特徴とする金属合金を意味する。
【００１６】 本発明を実施する上で適切な非晶質合金（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｍｅｔａｌ
ａｌｌｏｙｓ）は、一般には、幅が２０ｃｍ以上で厚さが約２０〜２５μｍの連
続的な薄い板片もしくはリボンの形態で市販されている。これらの非晶質合金は
、実質的に完全にガラス質のミクロ構造を有した状態で形成されている〔たとえ
ば、少なくとも約８０容量％の材料が非結晶質構造（ｎｏｎ−ｃｒｙｓｔａｌｌ
ｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する〕。非晶質合金は、実質的に１００％の
材料が非結晶質構造を有する状態で形成されるのが好ましい。非結晶質構造の体
積分率は、当業界に公知の方法（たとえばＸ線回折法、中性子回折法、電子線回
折法、透過型電子顕微鏡法、または示差走査熱量測定法）によって求めることが
できる。“Ｍ”が鉄であり、“Ｙ”がホウ素であり、そして“Ｚ”がケイ素であ
るような合金の場合に低コストにて最も高い誘導値が達成される。こうした理由
から、鉄−ホウ素−ケイ素合金で構成される非晶質金属板片が好ましい。最も好
ましいのは、本質的に約１１原子％のホウ素と約９原子％のケイ素とを含み、残
りが鉄と不可避的不純物である、という組成を有する非晶質金属板片である。こ
の板片は、ハネウェル・インタナショナル社．からＭＥＴＬＡＳ（登録商標）合
金２６０５ＳＡ−１の商品名で販売されている。 本発明の部材１０として使用すべく選定された非晶質金属板片の磁気特性を、
板片の実質的に完全にガラス質のミクロ構造を変えることなく、必要な向上をも
たらすのに充分な温度および時間にて熱処理することによって高めることができ
る。熱処理工程の少なくとも一部において、好ましくは少なくとも冷却部分を含
めて、必要に応じて板片に磁界を加えることができる。
【００１７】 部材１０として使用するのに適した特定の非晶質合金の磁気特性を、該合金を
熱処理してナノ結晶質ミクロ構造を形成させることによって大幅に向上させるこ
とができる。このミクロ構造は、約１００ｎｍ未満の、好ましくは５０ｎｍ未満
の、そしてさらに好ましくは約１０〜２０ｎｍの平均粒径を有する粒子が高密度
にて存在することを特徴とする。これらの粒子が、鉄ベース合金の少なくとも５
０容量を占めるのが好ましい。これらの好ましい材料は、鉄損が少なく磁気歪が
低い。後者の特性はさらに、その材料がモーターの組立状態および／または作動
状態から生じる応力による磁気特性の低下を受けにくくする。ある合金において
ナノ結晶質構造を生成させるのに必要な熱処理は、実質的に完全にガラス質のミ
クロ構造を保存するように設計された熱処理に対して必要とされるより高い温度
および長い時間にわたって行わなければならない。本明細書で使用している“非
晶質金属”および“非晶質合金”はさらに、最初は実質的に完全にガラス質のミ
クロ構造を有する状態で形成され、引き続き熱処理もしくは他の処理によってナ
ノ結晶質ミクロ構造を有する材料に変換されるような材料も含む。熱処理を施し
てナノ結晶質ミクロ構造を形成させることのできる非晶質合金も、単にナノ結晶
質合金と呼ばれることが多い。本発明の方法により、ナノ結晶質合金を、バルク
状状の最終的磁性部材の必要な幾何学的形状に形成することができる。このよう
な形成は、合金を熱処理してナノ結晶質構造（一般には、合金の脆性がより高く
なり、合金がより取り扱いにくくなる）を形成させる前に、合金が流延性で延性
の実質的に非結晶質形態である間に行うのが有利である。 ナノ結晶質ミクロ構造の形成によって大幅に高められた磁気特性を有する２つ
の好ましい種類の合金を下記の式（下付き文字は原子パーセントを示している）
によって示す。
【００１８】 第１の好ましい種類のナノ結晶質合金はＦｅ100-u-x-y-x-wＲuＴxＱyＢzＳｉw であって、このときＲはＮｉとＣｏのうちの少なくとも１種であり、ＴはＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも１種であり、
ＱはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、およびＰｔのうちの少なくとも１種であり、ｕは
０〜約１０の範囲であり、ｘは約３〜１２の範囲であり、ｙは０〜約４の範囲で
あり、ｚは約５〜１２の範囲であり、そしてｗは０〜約８未満の範囲である。本
合金を熱処理してナノ結晶質ミクロ構造を形成させると、本合金は、高い飽和磁
気誘導（たとえば少なくとも約１．５Ｔ）、低い鉄損、および低い飽和磁気歪（
たとえば４×１０-6未満の絶対値を有する磁気歪）を有する。このような合金は
、必要とされる力とトルクに対してできるだけ小さなサイズのモーターが要求さ
れるという用途に特に好ましい。
【００１９】 第２の好ましい種類のナノ結晶質合金はＦｅ100-u-x-y-x-wＲuＴxＱyＢzＳｉw であって、このときＲはＮｉとＣｏのうちの少なくとも１種であり、ＴはＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも１種であり、
ＱはＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、およびＰｔのうちの少なくとも１種であり、ｕは
０〜約１０の範囲であり、ｘは約１〜５の範囲であり、ｙは０〜約３の範囲であ
り、ｚは約５〜１２の範囲であり、そしてｗは約８〜１８の範囲である。本合金
を熱処理してナノ結晶質ミクロ構造を形成させると、本合金は、少なくとも約１
．０Ｔの飽和磁気誘導、特に低い鉄損、および低い飽和磁気歪（たとえば４×１
０-6未満の絶対値を有する磁気歪）を有する。このような合金は、かなり高速で
作動させる必要のあるモーター（たとえば、１０００Ｈｚ以上の励起周波数を必
要とする）において使用するのが特に好ましい。 本発明のバルク状非晶質金属磁性部材１０は、積層非晶質金属板片の角材５０
から、あるいは巻きつけた非晶質金属板片のコア７０から種々の切断技術を使用
して切断することができる。部材１０は、カッティングブレードまたはカッティ
ングホイールを使用して、角材５０またはコア７０から切断することができる。
これとは別に、部材１０は、放電加工機によって又はウォータージェットを使用
して切断することもできる。
【００２０】 バルク状非晶質磁性部材は、他の鉄ベースの磁性金属から造られた部材より効
率的に磁化し、消磁される。電動機のローターまたはステータとして使用する場
合、本発明のバルク状非晶質金属部材と他の鉄ベース磁性金属から造られた対応
する部材とを同一の誘導・周波数にて磁化したときに、前者は後者より熱の発生
が少ない。したがって、バルク状非晶質金属部材を使用する電動機は、他の鉄ベ
ースの磁性金属から造られた部材を使用する電動機と比較して、１）より低い作
動温度にて；２）サイズと重量の減少を達成すべくより高い誘導にて；あるいは
３）サイズと重量の減少を達成すべく、又は良好な動作制御を達成すべくより高
い周波数にて作動するように設計することができる。 当業界には公知のことであるが、鉄損は、磁性が時間と共に変化していくとき
に強磁性材料内に起こるエネルギーの散逸である。ある磁性部材の鉄損は、一般
には部材をサイクル的に励起することによって測定することができる。時間と共
に変化させた磁界を部材に加えて、磁気誘導または粒子束密度の対応する時間変
化を生じさせる。測定の標準化のため、励起は通常、“ｆ”の周波数にて及びピ
ーク振幅Ｂmaxで磁気誘導が時間と共に正弦波的に変化するように選定する。次
いで、公知の電気的測定機器と方法によって鉄損を測定する。損失は従来、励起
される磁性材料の単位質量もしくは単位体積当たりのワット数として記録されて
いる。当業界において知られているように、損失はＢmaxと共に単調に増大する
。モーターの部品として使用される軟磁性材料の鉄損を試験するための最も標準
的なプロトコル〔たとえば、ＡＳＴＭ標準Ａ９１２−９３およびＡ９２７（Ａ９
２７Ｍ９４）〕では、このような材料のサンプルを、実質的に閉じた磁気回路（
すなわち、閉じた磁束線が完全にサンプルの体積内に含まれる配置構成）中に配
置する。これに対して、ローターやステータ等のモーター部品に使用される磁性
材料は、磁気的に開いた回路（すなわち、磁束線がエアギャップを横切るような
配置構成）に配置する。磁界効果のフリンジング（ｆｒｉｎｇｉｎｇ）や磁界の
不均一性のために、開回路において使用される材料はより高い鉄損（すなわち、
閉回路での測定において得られる値と比較して、単位質量または単位体積当たり
より高い値のワット数）を示す。本発明のバルク状磁性部材は、開回路の配置構
成においても、広い範囲の磁束密度と周波数にわたって低い鉄損を示すので有利
である。
【００２１】 特定の理論で拘束されるつもりはないが、本発明の低鉄損性バルク状非晶質金
属部材の全鉄損は、ヒステリシス損からの要因と渦電流損失からの要因とで構成
されているものと考えられる。これら２つの要因のそれぞれは、ピーク磁気誘導
Ｂmaxと励起周波数ｆとの関数である。非晶質金属における鉄損の従来技術によ
る分析〔たとえば、Ｇ．Ｅ．Ｆｉｓｈによる“Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．５７，
３５６９（１９８５）”およびＧ．Ｅ．Ｆｉｓｈらによる“Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．６４，５３７０（１９８８）”を参照〕は、一般には閉じた磁気回路にお
ける材料に対して得られたデータに限定されている。 本発明のバルク状磁性部材の単位質量当たりの全鉄損Ｌ（Ｂmax，ｆ）は本質
的に、式
【００２２】 Ｌ（Ｂmax，ｆ）＝ｃ1ｆ（Ｂmax）n＋ｃ2ｆq（Ｂｍａｘ）m
【００２３】 で示される関数によって定義することができ、このとき係数ｃ1とｃ2、および指
数ｎとｍとｑはいずれも経験的に決定しなければならない（これらの値を正確に
決定する公知の理論はない）。この式を使用することにより、本発明のバルク状
磁性部材の全鉄損を、作動上必要とされるいかなる誘導周波数および励起周波数
においても求めることができる。モーターにおける特定の形状のローターまたは
ステータにおいては磁界が空間的に均一にならない、ということが一般的にわか
っている。実際のモーターもしくはジェネレータにおいて測定される磁束密度分
布に極めて近いピーク磁束密度の空間的且つ一時的な変化の評価を得るためには
、有限要素モデリング等の方法が当業界に知られている。空間的に均一な磁束密
度の下である材料の磁性鉄損を与える適切な経験式をインプットとして使用すれ
ば、これらの方法により、ある部材のその作動配置構成における対応した実際の
鉄損を妥当な精度で予測することができる。
【００２４】 本発明の磁性部材の鉄損の測定は、当業界に公知の種々の方法を使用して行う
ことができる。本発明の部材を測定するのに特に適した方法について以下に説明
する。本方法は、本発明の磁性部材を含んだ磁気回路と磁束遮蔽構造物手段（ａ
ｆｌｕｘ ｃｌｏｓｕｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｍｅａｎｓ）とを形成する
ことを含む。磁気回路は、必要に応じて、本発明の複数の磁性部材と磁束遮蔽構
造物手段を含んでよい。磁束遮蔽構造物手段は、高い透磁率と、部材を試験しよ
うとする磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束密度とを有する軟磁性材料を含む
のが好ましい。軟磁性材料は、部材の飽和磁束密度に少なくとも等しい飽和磁束
密度を有するのが好ましい。一般には、部材を試験しようとする磁束方向が、部
材の第１と第２の対面を画定する。磁束線は、第１の対面の平面にほぼ垂直の方
向にて部材に入る。磁束線は一般に、非晶質金属板片の平面に従って進み、第２
の対面から現れる。磁束遮蔽構造物手段は一般に、好ましくは本発明に従って造
られた磁束遮蔽磁性部材（ａ ｆｌｕｘ ｃｌｏｓｕｒｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を含むが、当業界に公知の他の方法と材料を使用して造る
こともできる。磁束遮蔽磁性部材はさらに、磁束線が入って行って現れる第１と
第２の対面（一般には、互いに垂直）を有する。磁束遮蔽部材の対面は、実際の
試験時に磁束遮蔽部材をかみ合わせる磁性部材の個々の面と実質的に同じサイズ
および形状を有している。磁束遮蔽磁性部材は、その第１の面が、極めて近い本
発明の磁性部材の第１の面と、そしてその第２の面が、実質的に近い本発明の磁
性部材の第２の面とかみ合った関係にて配置される。起磁力は、本発明の磁性部
材または磁束遮蔽磁性部材を取り巻いている第１の巻き線に電流を通すことによ
って加える。試験しようとする磁性部材を取り巻いている第２の巻き線に誘起さ
れる電圧からファラデーの法則によって磁束密度を求める。起磁力からアンペー
ルの法則によって印加磁場を求める。次いで、印加磁場と磁束密度から従来法に
よって鉄損を算出する。
【００２５】 図７を参照すると、磁性部材１０の鉄損を測定するための試験法が示されてい
る。コア７０の長側部（ｌｏｎｇ ｓｉｄｅ）７８ｂを、鉄損試験のための磁性
部材１０として選定する。コア７０の残部は磁束遮蔽構造物手段として作用し、
一般にはＣ−形状を有していて、一般には丸みの付いた４つのコーナー７６、短
い側面７４、および長側部７８ａを含む。丸みの付いたコーナー７６、短い側面
７４、および長側部７８ａを分けているカット７２のそれぞれは必要に応じて設
ける。コア７０の残部から長側部７８ｂを分けているカットのみを設けるのが好
ましい。長側部７８ｂを除去するようにコア７０をカットすることによって形成
されるカット表面が、磁性部材の対面と磁束遮蔽磁性部材の対面を画定する。試
験する際には、長側部７８ｂを、その面が、カットによって画定された対応する
面に極めて近く且つ平行になるように配置する。長側部７８ｂの面は、磁束遮蔽
磁性部材の面と実質的に同じサイズおよび形状を有する。２つの銅線巻き線（図
示せず）が長側部７８ｂを取り巻く。必要な周波数とピーク磁束密度にて長側部
７８ｂを励起する起磁力をもたらすよう、適切な大きさの交流を第１の巻き線に
通す。長側部７８ｂと磁束遮蔽磁性部材における磁束線は、一般には板片２２の
平面内に存在していて、周辺方向に向かっている。第２の巻き線中に電圧が誘起
され、この電圧は、長側部７８ｂ内の磁束密度が時間と共に変化していることを
示している。電圧と電流の測定値から、従来の電子的手段によって鉄損を求める
。 本発明の理解がより深まるよう、以下に実施例を挙げて説明する。本発明の原
理と実施態様を示すために記載されている特定の方法、条件、材料、割合、およ
び記録データは代表的なものであって、これらによって本発明の範囲が限定され
るわけではない。
【００２６】実施例１ 非晶質金属直角プリズムの製造と電磁誘導試験 約２５ｍｍ×９０ｍｍの寸法を有する直方体のマンドレルまたはボビンを、幅
が約６０ｍｍで厚さが０．０２２ｍｍのＦｅ80Ｂ11Ｓｉ9非晶質金属リボンで包
み込んだ。約８００ラップの非晶質金属リボンをマンドレルまたはリボンに巻き
つけ、これにより約２５ｍｍ×９０ｍｍの内部寸法と約２０ｍｍのビルド厚さ（
ａ ｂｕｉｌｄ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を有する直方体コア形態物を得た。コア
／ボビン集成体を窒素雰囲気中でアニールした。このアニールは、１）集成体を
３６５℃に加熱する工程；２）約３６５℃の温度で約２時間保持する工程； お
よび３）集成体を周囲温度に冷却する工程； からなった。コア／ボビン集成体
から直方体の巻きつけ非晶質金属コアを取り除いた。エポキシ樹脂溶液を使用し
てコアを真空含浸した。ボビンを交換し、組み立て直して含浸したコア／ボビン
集成体を１２０℃で約４．５時間キュアーした。充分にキュアーしてから、再び
コアをコア／ボビン集成体から取り除いた。こうして得られたエポキシ結合巻き
つけ非晶質金属コアの重量は２１００ｇであった。 長さ６０ｍｍ、幅４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ（約８００層）の直角プリズムを、
エポキシ結合非晶質金属コアから１．５ｍｍ厚さの切刃を使用して切り取った。
直角プリズムの切断表面とコアの残部を硝酸／水溶液中でエッチングし、水酸化
アンモニウム／水溶液中で清浄化した。
【００２７】 コアの残部を硝酸／水溶液中でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液中
で清浄化した。直角プリズムとコアの残部を組み立て直して、再び完全な切断コ
ア形態物（ａ ｃｕｔ ｃｏｒｅ ｆｏｒｍ）にした。コアの残部に一次電気巻
線と二次電気巻線を固定した。この切断コア形態物を、室温にて、６０Ｈｚ、１
，０００Ｈｚ、５，０００Ｈｚ、および２０，０００Ｈｚで電気的に試験し、類
似の試験構成における他の強磁性材料に対するカタログ記載値〔Ｎａｔｉｏｎａ
ｌ Ａｒｎｏｌｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ， １７０３０ Ｍｕｓｋｒａｔ Ａｖ
ｅｎｕｅ， Ａｄｅｌａｎｔｏ， ＣＡ ９２３０１ （１９９５）〕と比較し
た。結果を表１、２、３、および４に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】 表３と４のデータからわかるように、鉄損は、５０００Ｈｚ以上の励起周波数
において特に低い。したがって、本発明の磁性部材は高速モーターにおいて使用
するのに特に適している。
【００３２】実施例２ 非晶質金属台形プリズムの製造 幅が約４８ｍｍ、厚さ０．０２２ｍｍのＦｅ80Ｂ11Ｓｉ9非晶質金属リボンを
約３００ｍｍの長さに切り取った。約３，８００層の切断非晶質金属リボンを積
み重ねて、幅が約４８ｍｍ、長さが３００ｍｍ、ビルド厚さが約９６ｍｍの角材
を形成した。この角材を窒素雰囲気中でアニールした。このアニールは、１）角
材を３６５℃に加熱する工程；２）約３６５℃の温度で約２時間保持する工程；
および３）角材を周囲温度に冷却する工程；からなった。エポキシ樹脂溶液を使
用して角材を真空含浸し、１２０℃にて約４．５時間キュアーした。こうして得
られた、積み重ねてエポキシ結合させた非晶質金属角材の重量は約９０００ｇで
あった。 積み重ねてエポキシ結合させた非晶質金属角材から１．５ｍｍ厚さの切刃を使
用して台形プリズムをカットした。本プリズムの台形面は、上底が５２ｍｍ、下
底が６２ｍｍ、そして高さが４８ｍｍであった。台形プリズムの厚さは９６ｍｍ
（３，８００層）であった。台形プリズムの切断表面とコアの残部を硝酸／水溶
液中でエッチングし、水酸化アンモニウム／水溶液中で清浄化した。 この台形プリズムの鉄損は、１００Ｈｚにて１．０Ｔのピーク誘導レベルにま
で励起した場合には１１．５Ｗ／ｋｇ未満であった。
【００３３】実施例３ 円弧状断面を有する多角形バルク状非晶質金属部材の製造 幅が約５０ｍｍ、厚さが０．０２２ｍｍのＦｅ80Ｂ11Ｓｉ9非晶質金属リボン
を約３００ｍｍの長さに切り取った。約３，８００層の切断非晶質金属リボンを
積み重ねて、幅が約５０ｍｍ、長さが３００ｍｍ、ビルド厚さが約９６ｍｍの角
材を形成した。この角材を窒素雰囲気中でアニールした。このアニールは、１）
角材を３６５℃に加熱する工程；２）約３６５℃の温度で約２時間保持する工程
； および３）角材を周囲温度に冷却する工程；からなった。エポキシ樹脂溶液
を使用して角材を真空含浸し、１２０℃にて約４．５時間キュアーした。こうし
て得られた、積み重ねてエポキシ結合させた非晶質金属角材の重量は約９２００
ｇであった。 積み重ねてエポキシ結合させた非晶質金属角材を放電加工機を使用して切断し
て、三次元の円弧状ブロックを形成した。ブロックの外径は約９６ｍｍであった
。ブロックの内径は約１３ｍｍであった。円弧の長さ（ａｒｃ ｌｅｎｇｔｈ）
は約９０°であった。ブロックの厚さは約９６ｍｍであった。
【００３４】 約１９ｍｍの外径を有する円形のマンドレルまたはボビンを、幅が約２０ｍｍ
で厚さが０．０２２ｍｍのＦｅ80Ｂ11Ｓｉ9非晶質金属リボン包み込んだ。約１
，２００ラップの非晶質金属リボンをマンドレルまたはリボンに巻きつけ、これ
により約１９ｍｍの内径と約４８ｍｍの外径を有する円形コア形態物を得た。コ
アのビルド厚さは約２９ｍｍであった。このコアを窒素雰囲気中でアニールした
。このアニールは、１）角材を３６５℃に加熱する工程；２）約３６５℃の温度
で約２時間保持する工程；および３）角材を周囲温度に冷却する工程；からなっ
た。エポキシ樹脂溶液を使用してコアを真空含浸し、１２０℃で約４．５時間キ
ュアーした。こうして得られた、巻きつけしてエポキシ結合させた非晶質金属コ
アの重量は約７１ｇであった。 巻きつけしてエポキシ結合させた非晶質金属コアをウォーター・ジェットを使
用して切断して、半円形の三次元形状物体を形成した。この半円形物体は、内径
が約１９ｍｍであり、外径が約４８ｍｍであり、そして厚さが約２０ｍｍであっ
た。 多角形バルク状非晶質金属部材の切断表面を硝酸／水溶液中でエッチングし、
水酸化アンモニウム／水溶液中で清浄化した。 多角形バルク状非晶質金属部材のそれぞれは、１０００Ｈｚにて１．０Ｔのピ
ーク誘導レベルにまで励起させた場合に１１．５Ｗ／ｋｇ未満の鉄損を示した。
【００３５】実施例４ 低鉄損性バルク状非晶質金属部材の高周波数挙動 前記の実施例１において採取した鉄損データを、従来の非線形回帰法を使用し
て解析した。Ｆｅ80Ｂ11Ｓｉ9非晶質金属リボンで構成される低鉄損性バルク状
非晶質金属部材の鉄損は、本質的に、式
【００３６】 Ｌ（Ｂmax，ｆ）＝ｃ1ｆ（Ｂmax）n＋ｃ2ｆq（Ｂmax）m
【００３７】 で示される関数によって定義することができる。係数ｃ1とｃ2、ならびに指数ｎ
、ｍ、およびｑの適切な値は、バルク状非晶質金属部材の磁気損失に対する上限
を規定するように選択した。表５は、実施例１における部材の実測による損失と
、上記の式によって予測される損失を示している（それぞれ１ｋｇ当たりのワッ
ト数として測定）。ｆ（Ｈｚ）とＢmax（Ｔｅｓｌａ）の関数としての予測損失
は、係数ｃ1＝０．００７４およびｃ2＝０．０００２８２、ならびに指数ｎ＝１
．３、ｍ＝２．４、およびｑ＝１．５を使用して算出した。実施例１のバルク状
非晶質金属部材の実測損失は、上記式によって予測される対応した損失より少な
かった。
【００３８】
【表５】
【００３９】実施例５ ナノ結晶質合金直角プリズムの製造 幅が約２５ｍｍで厚さが０．０１８ｍｍのＦｅ73.5Ｃｕ1Ｎｂ3Ｂ9Ｓｉ13.5非
晶質金属リボンを約３００ｍｍの長さに切り取った。切断した非晶質金属リボン
の約１，２００層を積み重ねて、幅が約２５ｍｍ、長さが３００ｍｍ、そしてビ
ルド厚さが約２５ｍｍの角材を形成した。この角材を窒素雰囲気中でアニールし
た。このアニールは、１）角材を５８０℃に加熱する工程；２）約５８０℃の温
度で約１時間保持する工程；および３）角材を周囲温度に冷却する工程； を施
すことによって行った。エポキシ樹脂溶液を使用して角材を真空含浸し、１２０
℃で約４．５時間キュアーした。こうして得られた、積み重ねてエポキシ結合さ
せた非晶質金属角材の重量は約１２００ｇであった。 積み重ねてエポキシ結合させた非晶質金属角材から１．５ｍｍ厚さの切刃を使
用して直角プリズムを切断した。プリズムの面は、約２５ｍｍスクエアで長さが
５０ｍｍであった。この直角プリズムの厚さは２５ｍｍ（１２００層）であった
。直角プリズムの切断表面を硝酸／水溶液中でエッチングし、水酸化アンモニウ
ム／水溶液中で清浄化した。 本直角プリズムの鉄損は、１０００Ｈｚにて１．０Ｔのピーク誘導レベルにま
で励起した場合に１１．５Ｗ／ｋｇ未満であった。 本発明をかなり詳細に説明してきたが、こうした詳細に厳密に従う必要はなく
、当業者にとっては種々の変更や改良が可能であるのはもちろんであり、このよ
うな全ての変更や改良も、特許請求の範囲に規定されている本発明の範囲内に含
まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明により構成された三次元長方形の形状におけるバルク非晶質金
属磁性部材の斜視図であり；
【図２】 図２Ａは、プリズムの形状を有し、かつ本発明により構成されたバルク非晶質
金属磁性部材の斜視図であり； 図２Ｂは、向かい合わせに配置された弓形表面を有し、かつ本発明により構成
されたバルク非晶質金属磁性部材の斜視図であり； 図２Ｃは、図２Ａに描かれるような６個のプリズム形状構成部分および図２Ｂ
に描かれるような６個の弓形構成部分から構成された電動機用固定子の平面図で
あり；
【図３】 図３Ａは、本発明により構成された電動機用バルク非晶質金属磁気固定子の斜
視図であり； 図３Ｂは、本発明により構成された電動機用バルク非晶質金属磁気ローターの
斜視図であり； 図３Ｃは、図３Ａの固定子および図３Ｂのローターから構成された電動機用固
定子およびローターの平面図であり；
【図４】 図４は、本発明により配置されて切断および積層された非晶質金属板片のコイ
ルの側面図であり；
【図５】 図５は、本発明により複数の一般にプリズム形状の磁性部材を製造するための
切取りラインを示す非晶質金属板片の角材の斜視図であり；
【図６】 図６は、本発明により一般に長方形のコアーを形成するためにマンドレルの周
囲に巻かれる非晶質金属板片のコイルの側面図であり；そして
【図７】 図７は、本発明により形成される複数の一般にプリズム形状の磁性部材を製造
するための切取りラインを示す一般に長方形の非晶質金属コアーの斜視図である
。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年６月２５日（２００２．６．２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 45/04 Ｃ２２Ｃ 45/04 Ｂ Ｈ０２Ｋ 19/10 Ｈ０２Ｋ 19/10 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 フィッシュ，ゴードン・イー アメリカ合衆国ニュージャージー州07043， アッパー・モントクレア，ロレイン・アヴ ェニュー 103 Ｆターム(参考） 5H002 AA03 AA09 AB01 AB06 AB07 5H619 AA01 BB01 BB24 PP01 PP02 PP04

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに積層されて多面形状部分を形成する複数の実質的に類
    似形状の非晶質金属板片層を含んでなる少なくとも１つの低鉄損性バルク状非晶
    質金属磁性部材を有する電動機であって、前記低鉄損性バルク状非晶質金属磁性
    部材が、ピーク誘導レベルＢmaxまで励起周波数“ｆ”で作動されて、前記鉄損
    、前記励起周波数および前記ピーク誘導レベルがそれぞれｋｇ当たりのワット、
    ヘルツおよびテスラで測定されたとき、“Ｌ”（Ｌは、式Ｌ＝０．００７４ｆ（
    Ｂmax）1.3＋ｆ1.5０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax）2.4により与えられる）未満
    の鉄損を有する電動機。
  2. 【請求項２】 前記非晶質金属板片のそれぞれが、本質的に原子パーセント
    を下付きで書いた化学式Ｍ70-85Ｙ5-20Ｚ0-20（式中、“Ｍ”は、Ｆｅ，Ｎｉお
    よびＣｏの少なくとも１つであり、“Ｙ”は、Ｂ，ＣおよびＰの少なくとも１つ
    であり、“Ｚ”は、Ｓｉ，ＡｌおよびＧｅの少なくとも１つである；ただし、（
    ｉ）構成部分“Ｍ”の１０原子パーセント以下を、金属種Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ
    ，Ｃｕ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａおよびＷの少なくとも１つと置換でき、かつ（
    ｉｉ）構成部分（Ｙ＋Ｚ）の１０原子パーセント以下を、非金属種Ｉｎ，Ｓｎ，
    ＳｂおよびＰｂの少なくとも１つと置換できる）で定義される組成物を有する、
    請求項１に記載の電動機。
  3. 【請求項３】互いに積層されて多面形状部分を形成する複数の実質的に類似
    形状の非晶質金属板片層を含んでなる少なくとも１つの低鉄損性バルク状非晶質
    金属磁性部材を有する電動機であって、前記低鉄損性バルク状非晶質金属磁性部
    材が、ピーク誘導レベルＢmaxまで励起周波数“ｆ”で作動されて、前記鉄損、
    前記励起周波数および前記ピーク誘導レベルがそれぞれｋｇ当たりのワット、ヘ
    ルツおよびテスラで測定されたとき、“Ｌ”（Ｌは、式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂ
    max）1.3＋ｆ1.5０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax）2.4により与えられる）未満の
    鉄損を有する電動機。 前記板片のそれぞれが、本質的に化学式Ｆｅ80Ｂ11Ｓｉ9により定義される組
    成物を有する、請求項２に記載の電動機。
  4. 【請求項４】 前記非晶質金属板片が、熱処理されてその中にナノ結晶性微
    細構造を形成する、請求項２に記載の電動機。
  5. 【請求項５】 前記非晶質金属板片のそれぞれが、本質的に化学式Ｆｅ100- u-x-y-z-w ＲuＴxＱyＢzＳｉw（式中、Ｒは、ＮｉおよびＣｏの少なくとも１つで
    あり、Ｔは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，ＭｏおよびＷの少なくとも１
    つであり、Ｑは、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，ＰｄおよびＰｔの少なくとも１つであり、
    ｕは、０〜約１０の範囲であり、ｘは、約３〜１２の範囲であり、ｙは、０〜約
    ４の範囲であり、ｚは、約５〜１２の範囲であり、ｗは、０〜約８未満の範囲で
    ある）で定義される組成物を有する、請求項４に記載の電動機。
  6. 【請求項６】 前記非晶質金属板片のそれぞれが、本質的に化学式Ｆｅ100- u-x-y-z-w ＲuＴxＱyＢzＳｉw（式中、Ｒは、ＮｉおよびＣｏの少なくとも１つで
    あり、Ｔは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，ＭｏおよびＷの少なくとも１
    つであり、Ｑは、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，ＰｄおよびＰｔの少なくとも１つであり、
    ｕは、０〜約１０の範囲であり、ｘは、約１〜５の範囲であり、ｙは、０〜約３
    の範囲であり、ｚは、約５〜１２の範囲であり、ｗは、約８〜１８の範囲である
    ）で定義される組成物を有する、請求項４に記載の電動機。
  7. 【請求項７】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、電動機の固定子の一部
    を構成する、請求項１に記載の電動機。
  8. 【請求項８】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、電動機の固定子を構成
    する、請求項１に記載の電動機。
  9. 【請求項９】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、電動機のローターの一
    部を構成する、請求項１に記載の電動機。
  10. 【請求項１０】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、電動機のローターを
    構成する、請求項１に記載の電動機。
  11. 【請求項１１】 前記非晶質金属磁性部材が、電動機のローターおよび固定
    子を構成する、請求項１に記載の電動機。
  12. 【請求項１２】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、およそ６０Ｈｚの周
    波数およびおよそ１．４Ｔの束密度で作動されたときに、１ｋｇの非晶質金属材
    料につきおよそ１ワット以下の鉄損を有する、請求項１に記載の電動機。
  13. 【請求項１３】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、およそ１０００Ｈｚ
    の周波数およびおよそ１．４Ｔの束密度で作動されたときに、１ｋｇの非晶質金
    属材料につきおよそ２０ワット以下の鉄損を有する、請求項１に記載の電動機。
  14. 【請求項１４】 前記バルク状非晶質金属磁性部材が、およそ２０，０００
    Ｈｚの周波数およびおよそ０．３０Ｔの束密度で作動されたときに、１ｋｇの非
    晶質金属材料につきおよそ７０ワット以下の鉄損を有する、請求項１に記載の電
    動機。
  15. 【請求項１５】 ローターおよび固定子を有し、少なくとも１つの低鉄損性
    バルク状非晶質金属磁性部材が、積層されて多面形状部分を形成する複数の実質
    的に類似の形状の非晶質金属板片層を含み、前記低鉄損性バルク状非晶質金属磁
    性部材が、ピーク誘導レベルＢmaxに向けて周波数ｆで励起されたときにＬ（Ｌ
    は、化学式Ｌ＝０．００７４ｆ（Ｂmax）1.3＋０．０００２８２ｆ1.5（Ｂmax） 2.4 により与えられる）未満の鉄損を有し、前記鉄損、前記励起周波数および前
    記ピーク誘導レベルが、それぞれｋｇにつきのワット、ヘルツおよびテスラで測
    定される電動機の使用。
  16. 【請求項１６】 前記固定子の少なくとも一部を構成する、請求項１５に記
    載の磁性部材。
  17. 【請求項１７】 前記ローターの少なくとも一部を構成する、請求項１５に
    記載の磁性部材。
  18. 【請求項１８】 前記電動機が、かご形電動機、磁気抵抗同期電動機および
    スイッチド磁気抵抗電動機からなる群から選ばれる部材を含む、請求項１６に記
    載の磁性部材。
  19. 【請求項１９】 前記電動機が、可変磁気抵抗電動機、渦電流電動機、かご
    形電動機、磁気抵抗同期電動機およびスイッチド磁気抵抗電動機からなる群から
    選ばれる部材を含む、請求項１７に記載の磁性部材。
  20. 【請求項２０】 前記電動機が、かご形電動機、磁気抵抗同期電動機および
    スイッチド磁気抵抗電動機からなる群から選ばれる部材を含む、請求項１６に記
    載の磁性部材。
  21. 【請求項２１】 前記非晶質金属板片のそれぞれが、本質的に化学式Ｆｅ80 Ｂ11Ｓｉ9により定義される組成物を有する、請求項１５に記載の磁性部材。
  22. 【請求項２２】 下記工程を含む、電動機に使用されるバルク状非晶質金属
    磁性部材を構成する方法： （ａ）非晶質金属板材料を切断して所定の長さを有する複数の切取り板片を形
    成し； （ｂ）前記切取り板片を積み重ねて積層非晶質金属板材料の角材を形成し； （ｃ）前記積層状角材を焼なまし； （ｄ）前記積層状角材にエポキシ樹脂を含浸させ、かつ前記樹脂含浸積層状角
    材を硬化させ；そして （ｅ）前記積層状角材を所定の長さで切断して所定の三次元幾何図形的配置を
    有する複数の多面形状磁性部材を与える。
  23. 【請求項２３】 前記工程（ａ）が、刃、切断ホイール、噴射水もしくは電
    気放電機を用いて非晶質金属板材料を切断することを含む、請求項２２に記載の
    バルク状非晶質金属磁性部材を構成する方法。
  24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の方法により構成された電動機に使用さ
    れるバルク状非晶質金属磁性部材。
  25. 【請求項２５】 下記工程を含む、電動機に使用されるバルク状非晶質金属
    磁性部材を構成する方法： （ａ）マンドレルの周囲に非晶質金属リボンを巻いて一般に丸みをつけたかど
    を有する一般に長方形のコアーを形成し； （ｂ）前記巻長方形コアーを焼なまし； （ｃ）前記巻長方形コアーにエポキシ樹脂を含浸させ、かつ前記エポキシ樹脂
    含浸長方形コアーを硬化させ； （ｄ）前記一般に長方形のコアーの短い側面を切断して、前記一般に長方形の
    コアーの前記短い側面に近似のサイズおよび形状である所定の三次元幾何図形的
    配置を有する２つの多面形状磁性部材を形成し； （ｅ）前記一般に長方形のコアーの長い側面から一般に丸みをつけたかどを除
    去し；そして （ｆ）前記一般に長方形のコアーの長い側面を切断して前記所定の三次元幾何
    図形的配置を有する複数の磁性部材を形成する。
  26. 【請求項２６】 前記工程（ｄ）および（ｆ）の少なくとも１つが、刃、切
    断ホイール、噴射水もしくは電気放電機を用いて非晶質金属板材料を切断するこ
    とを含む、請求項２５に記載のバルク状非晶質金属磁性部材を構成する方法。
  27. 【請求項２７】 請求項２５に記載の方法により構成された電動機に使用さ
    れるバルク状非晶質金属磁性部材。
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