KR20050067222A

KR20050067222A - 벌크 비정질 금속 유도장치

Info

Publication number: KR20050067222A
Application number: KR1020057007811A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 제이. 데크리스토파로
Original assignee: 메트글라스, 인코포레이티드
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-06-30
Also published as: EP1563518A2; WO2004042746A2; US7289013B2; CN102290204A; HK1111515A1; CN101027733A; WO2004042746A3; US20040085174A1; AU2003285156A8; JP2010258477A; JP2014143439A; AU2003285156A1; KR101238185B1; US20060066433A1; CN101027733B; EP1563518A4; US6873239B2; JP2006505142A

Abstract

그 내부에 공기 간격을 갖는 자기 회로를 형성하는 적어도 저손 벌크 강자성 비정질 금속 자기 부품을 갖는 자성 코어를 구비한 벌크 지정질 금속 유도 장치가 제공된다. 이 장치는 하나 이상의 전기 권선 부들을 가지며, 전기 회로 내의 변압기 또는 유도기들로 사용가능하다. 상기 부품은 서로 결합되어 다면체 형상부를 형성하는 다수의 유사한 비정질 금속 스트립 층들을 포함한다. 상기 장치의 낮은 코어 손실은 즉, 5 kHz의 주파수에서 0.3T의 피크 유도 레벨까지 여자 되는 경우, 대략 10 W/kg 의 손실은 5 kHz 그 이상의 주파수에서 스위치 모드로 작동하는 전원 제어 회로에서의 응용에 특히 적합하다. 상기 부품은 필요 형상의 박판 절단을 포함하는 공정에 의해서 조립된다. 상기 절단된 박판들은 적층되고 정렬되며, 그 다음 접착제로 접합 된다. 상기 박판의 절단은 스탬핑 또는 석판 에칭 기술을 통하여 유익하게 실행된다. 상기 유도장치는 특정 자기 응용예를 위해, 즉 스위치 모드 회로 기술을 사용하는 그리고 1 kHz 내지 200 kHz 또는 그 이상의 주파수를 절환하는 전원 제어 전기 회로 내의 변압기 또는 유도기로 사용되기 위해 쉽게 제작가능하다.

Description

벌크 비정질 금속 유도장치{Bulk Laminated Amorphous Metal Inductive Device}

본 발명은 유도장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 하나 또는 그 이상의 벌크 비정질 금속 자성 부품을 갖는 코어를 구비한 고효율, 저 코어손실의 유도장치에 관한 것이다.

유도 장치들은 다양한 현대 전기 전자 장치의 필수 부품들로서, 일반적으로는 변압기와 유도기들을 포함한다. 이러한 장치들 대부분은 연질 강자성 재료를 포함하는 코어와 상기 코어를 감싸는 하나 또는 그 이상의 전기 권선 부를 포함한다. 유도기들은 2개의 터미널을 갖는 단일 권선 부를 통상적으로 포함하며, 필터및 에너지 저장 장치로 작용한다. 변압기들은 통상적으로 2개 또는 그 이상의 권선 부들을 갖는다. 그것은 어느 한 레벨의 전압을 적어도 하나의 다른 필요한 레벨로 변환시키고, 전체 전기 회로의 다른 부분들을 전기적으로 고립시킨다. 유도장치들은 다양한 전력 용량을 갖는 다양한 크기로 이루어질 수 있다. 유도장치들의 여러 다른 타입들은 DC로부터 GHz에 걸치는 광범위한 주파수에서 작동하도록 최적화된다. 연질 강자성 재료의 가상적으로 대부분 알려진 타입은 유도 장치의 제작부분에서 그 응용 예를 찾고 있다. 특별한 연질 강자성 재료의 선택은 요구되는 특성들과, 효과적인 제조가 가능한 어느 형태에서의 재료의 유용성 및 주어진 시장에서 사용하기에 필요한 크기 및 비용 등의 조합에 의존하게 된다. 일반적으로, 바람직한 연질 강자성 코어 재료는 코어 크기와 저 포화 보자력(coercivity) Hc를 최소화하기 위한 고 포화유도 Bsat, 고 투자율 μ, 및 효율을 최대화하기 위한 저 코어 손실들을 갖는다.

모터와 같이 그리고 소형 내지 중간 크기의 전기 전자 장치용 유도기와 변압기들과 같은 부품들이 종종 100㎛ 정도의 두께를 갖는 판 상으로 공급되는 다양한 등급의 자성 철재로부터 펀칭 가공되는 박판 들을 사용하여 제작된다. 이러한 박판들은 일반적으로 적층, 고정되고 전형적으로 고 전도율의 구리 또는 알루미늄 선 등을 갖는 필요한 하나 또는 그 이상의 전기적 권선 부를 갖도록 권선 된다. 이러한 박판들은 다양한 알려진 형태로 통상적으로 코어에 사용된다.

유도기와 변압기들에서 사용되는 많은 형태 들은 "C","U","E" 및 "T"와 같이, 그것들에 의해서 부품들이 종종 식별되는 임의의 블록 문자들의 일반적인 형태를 갖는 구성 부품들로 조립된다. 그리고 그 조립된 형태는 그 구성 부품들을 반영하는 문자들로서 표시될 수 있으며; 예를 들면,"E-I" 형상은 "E" 부품과 "I" 부품들을 조합하여 이루어진 것이다. 이와는 다르게 광범위하게 사용되는 조립 형태는 "E-E","C-I" 및 "C-C"등을 포함한다. 이러한 형태의 종래의 코어 구성 부품들은 종래의 결정질 강자성 금속의 박판 들과 기계 가공된 벌크(bulk) 연질 페라이트 블록들 모두로 제작되어 졌다.

비록 많은 비정질 금속들이 다른 보통의 강자성 재료들에 비하여 월등한 자성 능력을 제공하지만, 그 물리적 특성의 일부분은 종래의 조립 기술상의 어려움 및 불가능을 초래한다. 비정질 금속은 전형적으로 균일한 리본 두께를 갖는 얇은 연속적인 리본(ribbon)으로서 제공된다. 그러나, 비정질 금속들은 가상적으로 모든 종래의 금속성 연질 자성 합금 들보다 얇고 강하며, 따라서 종래 방식의 박판 스탬핑 또는 펀칭들은 조립 공구 및 다이 들에 과도한 마모를 발생시켜 조기 고장을 일으킨다. 이러한 공구 및 제작 비용상의 증가는 종래의 그러한 기술을 사용하여 벌크 비정질 금속 자성 부품들을 조립하는 것을 상업적으로 어렵게 한다. 상기 비정질 금속의 얇음은 주어진 단면 및 두께를 갖는 어느 한 부품의 형성을 위해서 필요한 박판의 수를 증가시키고, 비정질 금속 자성 부품의 전체 비용을 더욱 증가시킨다. 페라이트 블록을 형상화하기 위하여 사용되는 기계 가공 기술들은 비정질 금속을 처리하기에는 일반적으로 적절치 않다.

비정질 금속의 특성들은 종종 아닐링(annealing) 처리에 의해서 최적화된다. 그러나, 아닐링은 일반적으로 비정질 금속을 매우 부서지기 쉽도록 하며, 종래의 제조 공정을 더욱 복잡하게 한다. 상기 설명된 어려움 때문에, 실리콘 철재 및 다른 유사한 금속판 형태의 FeNi- 및 FeCo 베이스의 결정질 재료들의 형상화된 박판들을 형성하는 데에 광범위하게 그리고 쉽게 사용되는 기술들은 비정질 금속장치와 부품들을 제작하는 데에 적절한 것으로는 판명되지 못하였다. 따라서, 비정질 금속들은 많은 장치의 시장에서 받아들여지지 못하였고; 이것은 원론적으로 고 유도, 저손실 재료의 사용으로부터 구현되는 크기, 중량 및 에너지 효율에서의 개선에 대한 큰 잠재 성에도 불구하고 그런 것이다. 가포화 리액터 및 몇몇의 쵸크(chokes) 들과 같은 전자 응용 예에 대하여, 비정질 금속은 나선형으로 권선된 둥근 환형 코어의 형태로 사용되어 왔다. 이러한 형태의 장치들은 몇 밀리미터 내지 몇 센티미터의 범위에 전형적으로 걸치는 직경을 갖고 상업적으로 유용하며, 수백 볼트 암페어(VA) 까지 제공하는 스위치 모드 동력 공급장치에 전형적으로 사용된다. 이러한 코어 구성은 완전 밀폐형의 자성 회로에 무시할 만한 반자기 계수를 제공한다. 그러나, 필요한 에너지 저장 용량을 달성하기 위하여, 많은 유도기들은 불연속의 공기 간격을 갖는 자기 회로를 필요로 한다. 상기 간격의 존재는 무시할 수 없는 반자기 계수와 절단된 자화 루프(B-H)로 명시되는 관련된 형상 이방성(anisotropy)을 초래한다. 상기 형상 이방성은 가능한 유도된 자성 이방성 보다 훨씬 높을 수 있어서 비례적으로 에너지 저장 용량을 증가시킨다. 불연속 공기 간격과 종래의 재료를 갖는 환형 코어들은 그러한 에너지 저장 응용 예 들을 위하여 제안되었다.

그러나, 스트립이 권선된 환형 코어에서 고유한 응력들은 몇 가지 문제들을 제기한다. 상기 권선 부는 상기 스트립의 외 표면에 장력을 그리고 내측에는 압축을 고유하게 발생시킨다. 부가적인 응력은 완만한 권선을 보장하기에 필요한 선형 장력으로부터 기인한다. 자기 변형의 결과로서, 권선된 환형 부(toroid)는 전형적으로 평판형 스트립 구조에서 측정되는 동일 스트립의 것보다는 낮은 자기 특성을 나타낸다. 일반적으로 아닐링은 응력의 일부분만을 해소시킬 수 있으며, 따라서 단지 열화된 일부분만이 제거된다. 그리고, 권선된 환형부를 벌어지도록 하는 것(gapping)은 종종 부가적인 문제들을 초래한다. 권선된 구조에서 어떠한 잔류 후프(hoop) 응력이라도 적어도 부분적으로는 간격 형성에서 제거된다.

실제로, 순 후프 응력은 예측할 수 없으며, 압축성이거나 인장성일 수 있다. 따라서, 실제 간격은 새로운 응력 평형을 설정하는 데에 필요한 예측할 수 없는 량만큼 각각의 경우에서 닫치거나 개방되는 경향이 있다. 따라서, 최종 간격은 교정 측정이 없는 의도된 간격과는 일반적으로 다르다. 이러한 코어의 자기 저항은 상기 간격에 의해서 크게 결정되며, 완성된 코어의 자기 특성들은 고-체적(high-volume)제조공정에서 일관된 베이스로 재생산하기 어렵다.

그리고, 설계자들은 표준형 간격이 형성된 환형 코어 구조의 제한된 선택에 의해서는 제공되지 못하는 다양성을 찾고 있다. 이러한 응용 예들을 위하여, 사용자는 상기 간격을 조절하여 원하는 정도의 전단(shearing) 및 에너지 저장을 선택하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 환형 코어에 권선 부를 장착하는 데에 필요한 장치는 보다 복잡하고, 고가이며, 박판의 코어들에 사용되는 권선 장비들에 비교하여 작동시키기 어렵다. 종종 환형 구조의 코어는 고 전류의 응용 예에서는 사용될 수 없고, 그 이유는 정격 전류에 의해서 지시되는 무거운 게이지 와이어(heavy gage wire)가 환형부의 권선 부에 필요한 정도로 굽혀질 수 없기 때문이다. 또한, 환형의 구조는 단지 하나의 자기 회로만을 갖는다. 그 결과, 그것들은 단상 응용 예에 통상적으로 적합하다. 따라서, 제작하기 쉽고 응용하기 쉬우며, 동시에 매력적인 자기 특성과 효율을, 특히 다상 (3상을 포함)을 필요로 하는 곳에 제공하는 다른 구조들이 찾아지고 있다.

비정질 금속들은 매우 높은 전력장치, 예를 들면 10 kVA 내지 1 MVA 또는 그 이상의 명판 등급을 갖는 전력 그리드(grid)용 분배 변압기 등에 사용되어왔다. 이러한 변압기들에 사용되는 코어들은 종종 스텝-랩(step-lap) 권선의 사각 구조로 형성된다. 한가지 공통적인 제조 방법에서, 사각형 코어는 먼저 형성되고 아닐링 처리된다. 그 다음, 상기 코어는 느슨하게 되어 미리 성형된 권선 부가 상기 코어의 긴 다리부들 위로 미끌어져 결합 되도록 한다. 이러한 방식으로 분배 변압기를 제작하는 전형적인 방법이 Ballard et al.에게 부여된 미국 특허 4,734,975호에 기재되어 있다. 그러한 공정은 취성 아닐링 처리된 비정질 금속 리본들을 포함하는 상당한 수작업과 조작 단계들이 필연적이라는 것을 알 수 있다. 이러한 단계들은 특히 10 kVA 보다 작은 코어들을 갖는 것을 이루는 데에 지루하고 어려운 것이다. 그리고, 이러한 구조에서는, 상기 코어들이 많은 유도기 응용 예에서 필요한 공기 간격을 제어 가능하게 도입하는 것을 쉽지 않게 한다.

강자성 비정질 메탈의 사용에 관련된 다른 어려운 점은 자기 변형 현상으로부터 제기된다. 어떤 자기변형 재료의 임의의 자기 특성들은 부과된 기계적인 응력에 따라서 변한다. 예를 들면, 비정질 재료를 포함한 부품의 투자율은, 그 부품이 응력에 노출되는 경우, 전형적으로 감소되고, 그 코어 손실은 증가 된다. 자기변형 현상에 기인하는 상기 비정질 금속 장치의 약한 자기 특성의 열화는 코어 조립도중의 변형을 포함하는 여러 발생원의 조합으로부터 기인하는 응력, 기계적인 클램핑으로 인한 또는 상기 비정질 금속을 제자리에 고정시키는 데에 기인하는 기계적인 응력, 및 열 팽창 및/또는 비정질 금속 재료의 자기 포화에 기인하는 팽창 등으로 초래되는 내부 응력들에 의해서 초래될 수 있다. 비정질 금속 자기 장치가 응력을 받게 되면, 그것이 향하는 또는 초점을 맞추는 자속(magnetic flux) 지점의 효율은 감소 되며, 보다 높은 자기 손실, 감소된 효율, 증가된 열 발생 및 감소된 동력 등을 초래한다. 이러한 열화 량은 때로는 상당하다. 그것은 특정 비정질 금속 재료와, 미국 특허 5,731,649호에 기재된 바와 같이, 응력의 실제 강도에 의존한다.

비정질 금속들은 통상적인 전기용 철재들을 포함하는 다른 종래의 연질 자기 재료들보다 훨씬 낮은 이방성(anisotropy) 에너지를 갖는다. 이러한 종래의 금속들의 자기 특성상에 유해한 영향을 갖지 않는 응력 수준은 유도 부품들에게는 중요한 투자율 및 코어 손실과 같은 자기 특성상의 심각한 영향을 갖는다. 예를 들면, 상기 '649 특허는 비정질 금속을 코일로 압연함으로써 에폭시를 사용하는 박판을 갖는 비정질 금속 코어를 형성하는 것이 상기 코일 재료의 열적 및 자기적 포화 팽창을 유해하게 제한하는 것을 개시하고 있다. 따라서 높은 내부 응력과 자기변형들이 생성되며, 그러한 코어를 수용한 모터 또는 발전기의 효율을 감소시킨다. 응력으로 유도된 자기 특성의 열화를 방지하기 위해서는, 상기 '649 특허는 접착 본딩의 사용없이 유전성 포위체 내에 장착된 또는 수용된 다수의 비정질 금속의 적층 부 또는 코일부를 갖는 자기 부품을 개시하고 있다.

최근 기술의 중요한 경향은 동력 공급원, 콘버터 및 스위치-모드 회로 위상을 사용하는 관련 회로들의 설계이었다. 유용한 동력 반도체 스위칭 장치의 증가된 용량은 스위치-모드 장치들이 더욱더 고 주파수에서 작동하도록 하였다. 종전에는 선 주파수(통상적으로 동력 그리드 상에 50-60 Hz 또는 군용 응용 예에서 400 Hz)에서 선형 변동 율(regulation) 과 동작이 이루어지도록 설계되었던 많은 장치들이 현재는 종종 5-200 kHz 의 주파수에서, 때때로는 1 MHz 에서 스위치 모드 변동 율에 기초하고있다. 주파수 증가를 위한 주요 구동력은 필요한 자기 부품, 예를 들면 변압기나 유도기 들의 크기에서의 부수적인 감소이다. 그러나, 주파수에서의 증가는 이러한 부품들의 자기 손실을 현저하게 증가시키기도 한다. 따라서, 이러한 손실들을 낮추기 위한 큰 필요성이 존재한다.

종래의 재료들을 이용하여 제작된 자기 부품들의 제한은, 거의 그리고 불필요한 설계 타협을 필연적으로 수반한다. 여러 응용 예에서, 통상적인 전기 철재의 코어 손실은 금지된 것이다. 이러한 경우, 설계자는 퍼말로이 합금(permalloy alloy) 또는 대체품으로는 페라이트를 사용하도록 강제될 수 있다. 그러나, 포화 유도에서의 구내 감소(attendant reduction)(즉, 여러 가지 퍼말로이 합금들에 대해서는 0.6-0.9T 또는 이하 그리고 페라이트에 대해서는 0.3-0.4T, 대 통상적인 전기 철재에 대해서는 1.8-2.0T)는 결과적인 자기 부품의 크기에서의 증가를 필요로 한다.

또한, 퍼말로이의 바람직한 연질 자기 특성들은 상대적으로 낮은 응력 레벨에서 발생할 수 있는 소성 변형에 의해서 역으로 그리고 악영향을 받는다. 그와 같은 응력들은 퍼말로이 부품의 제작 또는 작동 도중에 발생할 수 있다. 연질 페라이트가 매력적인 낮은 손실을 종종 갖지만, 그것의 낮은 유도 값은 공간이 매우 중요한 고려사항인 부분인 여러 응용 예에 있어서 비현실적으로 큰 장치를 초래한다. 상기 코어의 증가된 크기는 보다 긴 전기적 권선을 원하지 않게 필요로 하며, 그에 따라서 저항손실(ohmic loss)이 증가한다.

상기 개시내용에 의해 나타난 진전에도 불구하고, 전류 요구사항에 필요한 우수한 자기 및 물리적인 특성들의 조합을 나타내는 개선된 유도 장치에 대한 필요성이 당 업계에는 남아 있다. 비정질 금속을 효과적으로 사용하고, 그리고 다양한 타입의 장치에서 대량 생산이 구현될 수 있는 제작 방식 또한 탐구되고 있다.

본 발명은 바람직한 실시 예를 기재한 아래의 상세한 설명과 첨부 도면을 참조하여 설명되는 경우, 보다 명확하게 이해될 것이고, 추가적인 효과들이 명확하게 될 것이며, 여기서 동일한 참조 부호들은 몇몇 도면들을 통하여 유사한 부품들을 나타내도록 되어 있다.

도1A는 본 발명의 유도장치를 제작하는 데에 사용되는 간격이 형성된 환형 코어를 도시한 사시도;

도 1B는 본 발명의 유도 장치에 포함된 간격이 형성된 환형 코어 내에 수용되기 위한 비정질 금속 스트립 재료를 절단하여 도시한 박판의 평면도;

도2는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, "C" 및 "I" 형상을 갖는 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 사용하여 조립된 "C-I" 형상을 갖는 구조를 도시한 사시도;

도3A는 "C-I" 형상을 갖는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 여기서 "C" 와 "I" 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들이 결합 접촉하고 있고, 그리고 C-형상의 부품이 그 각각의 다리부상에 전기 권선 부를 갖는 구조를 도시한 평면도;

도3B는 "C-I" 형상을 갖는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 여기서 "C" 와 "I" 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들이 스페이서들에 의해서 분리되고, 그리고 I-형상의 부품이 전기 권선 부를 갖는 구조를 도시한 평면도;

도3C는 "C-I" 형상을 갖는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 끝이 뾰쪽한(mitered) 결합 면들을 갖는 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 포함하는 구조를 도시한 평면도;

도4는 전기 권선 부를 갖추고, 본 발명의 유도 장치내에 포함된 벌크 비정질 금속 자기 부품상에 놓여진 보빈을 도시한 사시도;

도5는 "E-I" 형상을 갖는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 이는 "E" 와 "I" 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 사용하고, 그리고 "E" 형상의 각각의 다리부상에 권선 부를 갖는 구조를 도시한 사시도;

도6은 도 5에 도시된 장치의 일부분을 도시한 단면도;

도7은 "E-I" 형상을 갖는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 이는 "E" 와 "I" 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 포함하고, 각각의 부품들의 결합 면들 사이에 공기 간격과 스페이스들을 구비하여 조립된 평면도;

도8은 본 발명의 "E-I" 형상을 갖는 유도 장치를 도시한 것으로서, 벌크 비정질 금속 자기 부품들의 각각의 결합 면들이 끝이 뾰쪽한 형상으로 이루어진 평면도;

도9는 "E-I" 형상을 갖는 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 이는 5개의 "I" 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들로 부터 조립되고, 하나의 크기의 3개의 다리 부품들과, 다른 크기의 2개의 백(back) 부품들을 구비한 평면도;

도10은 거의 동일한 4개의 "I" 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들로 부터 조립된 본 발명의 정사각형 유도 장치를 도시한 평면도;

도11은 본 발명의 유도 장치를 제작하는 데에 사용되는 거의 사각형의 프리즘 형 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 도시한 사시도;

도12는 본 발명의 장치를 제작하는 데에 사용되는 호형(arcuate) 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 도시한 사시도;

도13은 본 발명의 유도 장치를 도시한 것으로서, 이는 사변형 형상을 갖고, 4개의 사다리꼴 형상의 벌크 비정질 금속 자기 부품들로 부터 조립된 평면도; 그리고

도14는 본 발명의 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 형성하기 위하여 비정질 금속 리본으로 부터 박판을 스탬핑하고, 그 박판을 적층하며, 레지스터링하고 그리고 접합하기 위한 장치와 공정을 개략적으로 도시한 설명도.

본 발명은 적어도 하나의 공기 간격을 갖는 자기 회로를 구비한 자성 코어를 갖는 고 효율의 유도 장치를 제공한다. 상기 코어는 적어도 하나의 저-손 벌크 비정질 금속 자기 부품과 하나 혹은 그 이상의 전기 권선 부들을 포함한다. 상기 부품은 다면 형상으로 이루어지고, 다수의 적층되고, 정렬되며, 접착제 등으로 서로 접합된 비정질 금속 스트립의 거의 유사한 형태의 평면 층들을 포함한다. 유익하게는, 상기 장치는 낮은 코어 손실, 즉 5 kHz의 여자 주파수 "f"에서 0.3T의 피크 유도 레벨 "Bmax" 까지 작동되는 경우, 대략 10 W/kg 보다 낮은 코어 손실을 갖는다. 다른 형태에서, 상기 장치는 "L"보다 낮은 코어 손실을 가지며, 여기서 L은 아래의 수식으로 주어지고,

L = 0.005f(Bmax)^1.5 + 0.000012f¹ ^.5(Bmax)^1.6이며,

상기 코어 손실, 여자 주파수 및 피크 유도 레벨 등은 와트/킬로그램, 헤르츠(hertz) 및 테스라(teslas) 등으로 각각 측정된 것이다.

그리고, 본 발명은 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품의 제작방법을 제공하며, 아래의 단계들: (i) 다수의 평면 박판 들을, 그 각각은 거의 동일한 사전에 결정된 형상을 갖는 것들을, 형성하기 위하여 비정질 금속 스트립 재료를 절단하는 단계; (ii) 상기 박판들을 3차원 형상을 갖는 박판 적층체로 형성하기 위하여 적층하고 정렬(registering)하는 단계; (iii) 상기 부품의 자기 특성들을 개선시키기 위하여 상기 박판 들을 아닐링 하는 단계; 그리고 (iv) 상기 박판 적층체를 접착제로서 접착시키는 단계들을 포함한다. 상기 부품을 제작하는 단계는 다양한 순서로 이루어질 수 있으며, 이에 대해서는 아래에 보다 상세히 설명한다. 상기 박판의 절단은 다양한 기술을 통하여 이루어진다. 바람직하게는 고 경도의 다이 세트와 고 변형 율 속도의 펀칭 사용을 포함하는 스탬핑 작동이 사용된다. 상대적으로 작은 박판 크기들을 사용하는 실시 예에 대하여, 석판에칭(photolithographic etching)이 절단에 바람직하게 사용된다. 상기 부품의 접착은 바람직하게는 함침 공정에 의해서 이루어지며, 여기서는 저 점성의 열 활성 에폭시가 박판 적층체 내의 층들 사이 공간을 침투하도록 사용된다.

본 발명의 유도 장치는 다양한 전기 회로 장치의 응용 예에서 용도를 찾는다. 이것은 변압기, 자동변압기, 가포화 리엑터(saturable reactor) 또는 유도기들로서 사용될 수 있다. 상기 부품은 특히 다양한 스위치 모드의 회로 위상을 사용하는 동력 제어 전기회로장치의 제작에 사용될 수 있다. 본 발명의 장치는 단일 및 다상 응용 예, 특히 3-상 응용 예의 모두에 유용하다.

몇몇의 실시예에서, 자성 코어는 단일 벌크 자기 부품을 갖지만, 다른 것에서는 다수 개의 부품들이 병렬 관계로 조립되어 상기 자성 코어를 형성한다. 상기 다수 개의 부품들은 고정 수단에 의해서 정위치 고정된다. 상기 유도장치는 또한 상기 자성 코어의 적어도 일부분을 포위하는 적어도 하나의 전기적 권선 부를 포함한다. 각각의 상기 부품들은 접착제에 의해서 접합되는 다수의 거의 동일한 형상의 비정질 금속 스트립의 평면 층들을 포함하여 다수의 짝을 이루는 면들을 갖는 일반적인 다면 형상부를 형성한다. 각각의 부품들의 두께는 거의 동일하다. 상기 부품들은 각각의 부품 내에서 거의 평행한 평면들을 이루는 비정질 금속 층들로 그리고 각각의 결합 면이 상기 장치의 다른 부품의 결합 면에 근접 배치된 상태로 조립된다.

유익하게는 상기 벌크 비정질 금속 자기 부품을 형성하고 상기 자성 코어를 조립하는 공정들은 투자율 및 코어 손실과 같은 연질의 자기 특성들을 용납할 수 없을 정도로 열화시키는 수준까지 응력을 도입시키지 않으면서 이루어진다.

본 발명의 유도장치는 다양한 회로 응용 예에서 용도를 찾고, 즉 변압기, 자동변압기, 가포화 리엑터(saturable reactor) 또는 유도기들로서 사용될 수 있다. 상기 부품은 특히 다양한 스위치 모드의 회로 위상을 사용하는 동력 제어 전기회로장치의 제작에 사용될 수 있다. 본 발명의 장치는 단일 및 다상 응용 예, 특히 3-상 응용 예의 모두에 유용하다.

유익하게는 상기 벌크 비정질 금속 자기 부품들은 최종 유도장치의 하나 또는 그 이상의 자기 회로들을 형성하도록 용이하게 조립된다. 몇 가지 형태에서, 상기 부품들의 결합 면들은 긴밀하게 접촉되어 낮은 자기 저항과 상대적으로 사각의 B-H 루프를 갖는 장치를 이루게 된다. 그러나, 상기 결합 면들 사이에 개재되는 공기 간격을 갖는 장치를 조립함으로써 자기 저항이 증가되고, 여러가지 유도기 응용예에서 유용한 향상된 에너지 저장 용량을 갖는 장치를 제공하는 것이다. 상기 공기 간격은 선택적으로 비-자성 스페이서들로 채워진다. 한정된 수의 표준화된 크기와 형상의 부품들이 여러 가지 다른 방식으로 조립되어 광범위한 전기적 특성들을 갖는 장치들을 제공할 수 있다는 점은 추가적인 잇점이다.

바람직하게는, 본 발명의 장치를 구축하는 데에 사용되는 부품들은 "C","U","E","I" 등과 같이, 그것에 의해서 식별되는 임의의 블록 문자들과 통상적으로 유사한 형상으로 이루어진다. 각각의 부품들은 적어도 2개의 결합면들을 가지며, 이는 다른 부품들 상의 대응하는 수의 보충적인 결합면들에 인접하여 그리고 평행으로 배치된다. 본 발명의 몇 가지 형태에서, 끝이 뾰쪽한(mitered) 결합 면들을 갖는 부품들이 유익하게 사용된다. 상기 부품들의 크기와 형상의 유연성은 설계자들로 하여금 전체적인 코어와 그 내부에 위치된 하나 또는 그 이상의 권선 창(winding windows) 모두를 적절하게 최적화하는 데에 넓은 범위를 허용한다. 그 결과, 상기 장치의 크기가 최소화되고, 코어와 필요한 권선 재료들 모두의 부피가 최소화된다. 유연한 장치 설계와 코어 재료의 고 포화 유도의 조합은 소형 크기와 고 효율을 갖는 전자 회로 장치의 설계에 있어서 유익하다. 저 포화 유도의 코어 재료를 사용하는 종래의 유도 장치에 비교하여, 임의의 동력 및 에너지 저장 정격을 갖는 변압기 및 유도기들은 통상적으로 보다 작고 보다 효율적이다. 이러한 그리고 그 밖의 바람직한 속성들은 본 발명의 장치로 하여금 특화된 자성 응용예, 즉 스위치 모드 회로 위상과 1 kHz 내지 200 kHz 범위의 또는 그 이상의 스위칭 주파수들을 사용하는 동력 제어용 전자 회로소자에 사용되는 변압기 또는 유도기와 같은 응용 예에 쉽게 맞춰지도록 한다.

주기적인 자기 여자(excitation) 하의 매우 낮은 코어 손실의 결과, 본 발명의 자기 장치는 DC 내지 20,000 Hz 또는 그 이상까지 걸치는 주파수대에서 작동가능하다. 그것은 동일한 주파수 범위에서 작동되는 종래의 실리콘-철재 자기 부품들에 비교하는 경우, 향상된 성능 특성들을 보여준다.

본 발명의 장치는 하나 또는 그 이상의 전기적 권선 부들이 쉽게 제공된다. 유익하게는, 상기 권선 부들은 별도의 작동으로, 자립 식(self-supporting) 조립체로 형성되거나, 또는 보빈 코일 형태로 감기거나, 그리고 하나 혹은 그 이상의 부품들에 미끄러져 결합 될 수 있다. 그리고, 상기 권선 부들은 하나 또는 그 이상의 부품들상에 직접 감길 수도 있다. 종래 기술의 환형 자성 코어 상에 권선 부를 제공하는 어려움과 복잡성이 따라서 해소된다.

본 발명은 유도기와 변압기들과 같은 고 효율의 유도 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 적어도하나의 자기 회로를 형성하는 하나 또는 그 이상의 저-손실 벌크 강자성 비정질 금속 부품들을 갖는 자성 코어를 사용한다. 본 발명에 따라서 제작되는 일반적인 다면체 형상의 벌크 비정질 금속 부품들은 다양한 기하학적 형상을 갖추고, 사각형, 정사각형 및 사다리꼴 형 프리즘과 그 유사한 것들을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 언급된 어떠한 기하학적 형상들도 적어도 하나의 호형 표면과, 바람직하게는 2개의 대향 하는 호형 표면들을 구비하여 일반적으로 만곡된 또는 호형의 벌크 비정질 금속 부품을 형성할 수 있다. 상기 유도 장치는 또한 적어도 하나의 전기적 전도성 권선 부를 갖는다.

본 발명의 한가지 형태에서, 상기 장치는 비정질 금속 스트립으로부터 절단되고 그리고 거의 유사한 형상을 갖는 다수의 평면 층들로 이루어지는 단일 벌크 비정질 금속 부품을 갖는 자성 코어를 포함한다. 상기 층들은 적층되고, 레지스터링 되며, 접착제로 접합 된다. 각각의 층들은 공기 간격을 갖고, 그 간격들은 박판으로 형성된 부품 내에서 정렬되어 전체적인 공기 간격을 형성한다. 도 1A 및 1B를 참조하면, 본 발명의 유도 장치의 한가지 형태를 제작하기 위하여 사용되는 코어 500가 도시되어 있다. 상기 코어 500은 포함된 공기 간격 510을 갖는 환형 형상의 단일 벌크 비정질 금속 자기 부품을 포함한다. 도 1B에 도시된 바와 같이, 다수의 층 502들은 외측 모서리 504와 내측 모서리 506들을 갖는 일반적인 환상의 형상으로 절단된다. 외측 모서리 504로부터 내측 모서리 506 로 연장하는 슬롯 507은 각각의 층 502에 형성된다. 상기 슬롯 507의 폭은 적절한 적절한 소자(demagnetizing) 팩터들이 최종 코어 500에서 얻어지도록 선택된다. 코어 500는 적층되고 레지스터된 다수의 층 502들로 형성되어 그 각각의 내측 및 외측 모서리 506,504 와 슬롯 507들이 통상적으로 정렬된다. 상기 정렬된 슬롯들은 집합적으로 공기 간격 510을 형성하고 여기에는 스페이서(미도시)가 선택적으로 삽입된다. 상기 층 502들은 접착제에 의해서, 바람직하게는 저 점성의 에폭시 512를 이용한 침투에 의해서 접착된다. 예시된 형태에서, 상기 층들은 원형 환상들이지만, 다른 비-원형 형상들도 가능하며, 예를 들면 타원형, 경주로 및 정사각형 및 직사각형의 임의의 세로 가로비를 갖는 그림 프레임과 같은 형태일 수 있다. 상기 실시예의 어느 것 중에서도 상기 층들의 내, 외측 정점들은 선택적으로 반경이 형성된다. 슬롯 507은 방사상으로 향하도록 도시되어 있지만, 그것은 내측으로 부터 외측 모서리로 연장하는 어떠한 배치로도 형성될 수 있다. 그리고, 슬롯 507은 예시된 바와 같이, 거의 직사각형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 또는 테이퍼 형성되거나 윤곽이 형성되어 상기 코어의 B-H 루프 상에 다른 필요한 효과를 이룰 수 있다. 본 발명의 유도장치의 제작은 상기 코어 상에 적어도 하나의 환형 권선 부(미도시)를 제공하는 것을 포함한다.

필요한 형상의 층 502 들은 임의의 방법, 즉 범용적인 석판 에칭(photolithographic etching) 또는 비정질 금속 리본 또는 스트립의 펀칭 등을 포함하여 조립된다. 상기 석판 에칭 공정은 작은 부품을 조립하는 데에 특히 적합하며, 그 이유는 상대적으로 쉽게 자동화될 수 있고, 최종 층들의 긴밀하고, 재생 가능한 크기의 제어를 제공하기 때문이다. 그러한 제어는 차례로 균일한 크기로 된 박판들을 포함하는 코어의 대량 생산을 허용하고 그에 따라 양호하게 형성되고, 균일한 자기 특성을 갖도록 하여 준다. 본 발명의 제조 방법은 테이프 형의 권선 코어 구조보다 우수한 효과를 제공하며, 이는 스트립을 나선형 구조로 감는 것으로 부터 고유하게 발생하는 압축 및 인장 응력들이 평편한 박판 구조에서는 존재하지 않는다는 점에 있다. 절단, 펀칭, 에칭 또는 그와 유사한 것들로부터 기인하는 어떤 응력들이라도 개별적인 박판의 둘레에 또는 그 주위에만 한정되려는 경향이 있다.

본 발명의 다른 형태에서는, 유사한 제작 공정들이 사용되어 "C","U","E","I" 등과 같이, 그것에 의해서 식별되는 임의의 블록 문자들과 통상적으로 유사한 전체적인 형상을 갖는 벌크 비정질 금속 자기 부품들 내에 수용되는 층들을 형성하도록 사용된다. 각각의 부품들은 비정질 금속의 다수의 평편한 층들을 포함한다. 상기 층들은 거의 동일한 높이 및 충전 밀도로 적층되고, 정렬되며, 서로 접착되어 본 발명의 유도 장치용 부품들을 형성한다. 상기 장치는 상기 부품들을 고정 수단에 인접하는 관계로 고정시켜 조립되어 적어도 하나의 자기 회로를 형성한다. 조립된 구조에서는, 모든 부품들 내의 비정질 금속 스트립의 층들은 거의 평행한 평면 내에 위치된다. 각각의 부품들은 적어도 2개의 결합면 들을 가지며, 이들은 다른 부품들 상의 보충적인 동일 수의 결합 면들에 인접하고 평행으로 배치된다. 몇몇의 형상들, 즉 C,U 및 E 형상들은 일반적인 거의 공유-평면(co-planar)인 결합 면들에서 종료된다. 상기 I(또는 직사각형 프리즘) 형상은 그 대향 단부 측에 2개의 평행한 결합 면들을 갖거나 또는 그 긴 측면에 하나 또는 그 이상의 결합 면들을 갖거나 또는 그 모두를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 결합 면들은 상기 부품의 구성 리본의 평면상에 수직이어서 코어 손실을 최소화한다. 본 발명의 몇몇의 실시 예는 상기 부품 특성의 긴 방향에 대해 끝이 뾰쪽하게 형성된 결합 면들을 갖는 벌크 자기 부품들을 추가로 포함한다.

본 발명의 몇몇의 실시 예에서는, 2개의 자기 부품들, 그 각각은 2개의 결합 면들을 갖는 것이 단일의 자기 회로를 갖는 유도장치를 형성하는 때에 사용된다. 다른 형태에서 상기 부품들은 2개 이상의 결합 면들을 가질 수 있거나, 또는 상기 장치들은 2개 이상의 부품들을 가질 수 있으며; 따라서, 이러한 실시 예들 몇몇은 하나의 자기 회로 이상을 제공하기도 한다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 자기 회로란 용어는 자속(magnetic flux)의 연속선이 따라 흐르는 통로를 의미하며, 이는 적어도 자기 회로의 일부분을 포위하는 전류-이동 권선 부에 의해서 생성된 기자력(magnetomotive force)의 부과에 의해서 야기된다. 폐쇄형 자기 회로는 자속이 자성 재료의 코어 내에 단독으로 유지되는 것이고, 반면에 자속 통로의 개방 회로부는 코어 재료의 외부에 위치하며, 예를 들면 상기 코어 부분 사이의 공기 간격이나 또는 비자성 스페이서를 가로질러 놓여 진다. 본 발명 장치의 자기 회로는 바람직하게는 상대적으로 폐쇄형이고, 상기 자속 통로는 상기 장치 부품의 자기 층들 내에 주로 놓이면서, 동시에 각각의 부품들의 인접하는 결합 면들 사이의 적어도 2개의 공기 간격들을 교차하고 있다. 상기 회로의 개방성은 상기 공기 간격과 자기적으로 침투 가능한 코어 재료들에 의해서 기인하는 전체 자기 저항의 일부분에 의해서 특정지워 질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명 장치의 자기 회로는 상기 간격에 기인한 것이 침투성 부품에 의한 것에 많아야 10배에 해당하는 자기 저항을 갖는다.

도 2에 관련하여 상세히 설명하면, 본 발명의 "C-I" 형태의 유도 장치 1의 한가지 형태가 도시되어 있으며, "C" 형상의 자기 부품 2과 "I" 형상의 자기 부품 3들을 포함한다. "C" 부품 2은 추가적으로 제 1 측방 다리 10 와 제 2 측방 다리 14를 가지며, 각각은 백 부(back portion) 4의 공유 측면으로부터 수직으로 연장하고, 각각 제 1 직사각형 결합 면 11과 제 2 직사각형 결합 면 15 들로 떨어져 종료한다. 상기 결합 면들은 통상적으로 거의 공유 평면으로 이루어진다. 측방 다리 10,14들은 상기 백 부 4의 측면 대향 단부 들로부터 매달려 형성된다. "I" 부품 3은 제 1 직사각형 결합 면 12 과 제 2 직사각형 결합 면 16들을 갖는 직사각형 프리즘이고, 그들 모두는 부품 3의 공통 측면에 위치된다. 상기 결합 면 12,16 들은 일정 크기를 갖고, 그들 사이의 간격이 상기 부품 2의 다리 10,14 들의 단부에서 형성되는 각각의 결합 면 11,15 들의 것과 상보적인(complementary) 크기를 갖는다. 상기 측방 다리부 10,14 각각과, 상기 다리부들 사이의 백 부 4 및 "I" 부품 3은 거의 직사각형의 기하학적 단면을 갖고, 그 모든 것은 바람직하게는 거의 동일 높이, 폭 및 유효 자성 면적을 갖는다. 유효 자성 영역이라는 것은 자성 재료에 의해서 점유되는 기하학적 단면 내의 영역을 의미하는 것이고, 이는 전체 기하학적 영역 곱하기 박판의 비(fraction)에 해당한다.

본 발명의 한가지 형태가 도 3A에 도시되어 있으며, 상보적인 결합면 11,12 및 15,16들은 각각 C-I 장치 1의 조립 도중에 긴밀하게 접촉된다. 이러한 배치는 장치 1에 낮은 자기 저항과, 상대적으로 정사각형의 B-H 자화 루프를 부수적으로 제공한다. 다른 형태에서, 도 3B에 도시되어 있으며, 이는 선택적인 스페이서 13,17들이 상기 부품 2,3의 각각의 결합 면들 사이에 끼워짐으로써, 자기 회로 내에서 상기 부품들 사이의 간격을 제공하며, 상기 간격은 공기 간격으로 알려져 있다. 스페이서 13, 17 들은 바람직하게는 충분한 열 저항성을 가지는 비 전도성, 비자성 재료로 이루어져서 장치 1의 조립 및 작동 중에 받게 되는 온도에 노출되는 경우, 열화 및 변형을 방지하도록 되어 있다. 적절한 스페이서 재료는 세라믹, 폴리머 및 플라스틱 재료들이며 폴리이미드 필름 및 크라프트(kraft) 종이 등을 포함한다. 상기 간격의 폭은 바람직하게는 스페이서 13,17의 두께에 의해서 설정되며, 필요한 자기 저항과 소자(demagnetizing) 팩터를 얻도록 선택되고, 이는 차례로 주어진 전기 회로 내에서의 응용에 필요한 장치 1의 B-H 루프의 관련 전단 정도를 결정한다.

상기 "C-I" 장치 1는 적어도 하나의 전기 권선 부를 추가 포함한다. 도 2 및 3A에 도시된 형태에서, 상기 각각의 다리 10,14 들을 에워 싸는 제1 전기 권선 부 25 및 제2 전기 권선 부 27가 제공된다. 양 방향(positive sense)으로 통과하는, 그리고 단자 25a 로 들어가서 단자 25b 로 나오는 전류는 자속이 일반적으로 통로 22를 따르도록 하고, 오른손 법칙에 따라서 지시된 방향 23을 갖도록 한다. C-I 장치 1는 상기 권선 부 25,27 중의 하나 또는 인덕턴스를 증가시키기 위하여 직렬로 연결된 모두를 사용하는 유도기로서 작동될 수 있다. 다르게는, C-I 장치 1는 변압기, 즉 1차로서 연결된 권선 부 25 와 2차로서 연결된 권선 부 27 들을 구비하고, 전기 변압기 분야에서 잘 알려진 방식의 변압기로서 작동될 수 있다. 각각의 권선 부에서의 권선 수(turns)는 변압기 또는 유도기 설계에서 알려진 원리에 따라서 선택된다. 도 3B는 I부품 3상에 배치된 단일 권선 부 28를 갖는 교류 유도기 구조를 도시한다.

상기 장치 1의 적어도 하나의 전기 권선 부는 부품 2,3 각각 상에 어느 위치에 라도 위치될 수 있고, 그러한 권선 부 들은 바람직하게는 어떠한 상기 공기 간격도 침범하지 않을 수 있다. 상기 권선 부들을 제공하는 한가지 편리한 수단은 도전성 와이서, 통상적으로는 구리 또는 알루미늄 등을 중공형의 내부 부피를 갖고 다리 10,14 중의 어느 하나 위로 또는 I 부품 3 상에 끼워질 수 있는 크기로 형성된 보빈에 감는 것이다. 도 4는 보빈 150의 한가지 형태를 도시하며, 이는 보디부 152, 단부 플랜지 154 및 내측 개구 156를 갖는 것으로서 필요한 자기 부품상에 보빈 150이 끼워지도록 된 크기를 갖는다. 하나 또는 그 이상의 권선 부 158가 상기 보디부 152를 에워 싼다. 유익하게는, 와이어가 보빈 150상에, 유도 장치의 조립 이전에 단순한 하나의 장치를 이용하는 별도의 작업으로 감길 수 있다. 보빈 150은 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지와 같은 비 전도성 플라스틱으로 이루어진 것이고, 상기 권선 부들과 코어 사이에서 부가적인 전기적 절연을 제공한다. 그리고, 상기 보빈은 조립 도중 및 장치의 사용 도중에 상기 코어와 권선 부를 기계적으로 보호하게 된다. 다르게는, 와이어의 권선은 상기 부품 2,3 중의 어느 하나의 일부분 위에 직접 감길 수 있다. 와이어의 알려진 형태, 원형, 직사각형 및 테이프 형태 등을 포함하여 사용할 수 있다.

C-I 장치 1의 조립은 최종 장치에 기계적인 일체감을 제공하기 위하여, 그리고 구성 부품 2,3, 전기 권선 부 25,27, 만일 있다면 간격 스페이서 13,17 및 보조 하드웨어 등의 상대적인 위치 조정을 유지하기 위하여 고정된다. 상기 위치 고정은 기계적인 결속, 조임, 접착, 포팅(potting) 또는 그와 유사한 것들의 조합을 포함할 수 있다. 장치 1는 또한 부품 2,3의 외표면 적어도 일부분 상에 절연 피복을 추가 포함할 수 있다. 그러한 피복층은 바람직하게는 가능한 한 가장 낮은 자기 저항과 부품들의 긴밀한 접촉이 요구되는 형태에서 상기 결합 면 11,12,15,16 들 중 어디에도 존재하지 않는다. 상기 피복층은 특히 권선 부들이 직접 부품 2,3에 적용되는 경우 유용한 데, 그 이유는 그렇지 않으면 마모, 단선 또는 그 밖의 손상이 상기 와이어 권선 부의 절연에서 일어날 수 있기 때문이다. 상기 피복층은 에폭시 수지 또는 종이 또는 폴리머 함유 테이프, 또는 그 밖의 알려진 절연 재료들을 포함하여 각각의 부품 표면에 감길 수 있다.

본 발명의 C-I 코어의 다른 구현 예가 도 3C에 도시되어 있다. 이러한 형태에서는, 코어 51가 C-형상 부품 52 및 사다리꼴 부품 53 들을 포함한다. C-부품 52의 다리 10,14의 말단부들은 내측으로 경사진 각도로, 바람직하게는 45°로 끝이 뾰쪽하게 형성되고, 끝이 뾰쪽한 결합면 33,36으로 종료한다. 그리고, C-부품 52는 그 각각의 코너에서 외측 및 내측 정점 42,43 들을 둥글게(radiused) 형성시킨다. 그와 같이 둥글게 형성된 정점들은 본 발명의 구현에 사용되는 많은 부품 들에 존재할 수 있다. 사다리꼴 부품 53은 끝이 뾰쪽한 결합 면 34,37으로 종료한다. 상기 부품 53의 뾰쪽 형성은 C-부품 52의 것과 상보적인 각도로 형성되고, 바람직하게는 45°이다. 이와 같은 뾰쪽한 각도의 구성으로서, 부품 52,53 들은 병렬로 형성되어 그들 각각의 결합 면들이 긴밀한 접촉 또는 도 2C에 도시된 바와 같이, 다소 떨어져서 스페이서 33,38가 선택적으로 끼워지는 공기 간격을 형성한다.

도 5-7은 본 발명의 "E-I" 장치 100를 제공하는 형태들을 도시하며, "E" 와 "I" 형상을 갖는 구성 부품들을 포함한다. E 부품 102은 강자성 금속 스트립으로부터 준비된 다수의 층들을 포함한다. 각각의 층은 거의 동일한 E- 형상을 갖는다. 상기 층들은 서로 접합되어 E 부품 102을 형성하고 거의 균일한 두께를 가지며, 백 부 104, 중앙 다리 106, 제1 측방 다리 110, 제2 측방 다리 114 들을 갖는다. 각각의 중앙 다리 106 와 측방 다리 110,114 들은 백 부 104의 공통 측면으로부터 수직으로 연장하고 그리고 각각 직사각형 면 107,111,114 으로 멀리서 종료한다. 중앙 다리 106는 백 부 104의 중앙으로부터 매달리지만, 측방 다리 110,114들은 백 부 104의 동일한 측방의 대향 단부 들로부터 각각 매달린다. 상기 중앙 다리 106와 측방 다리들 110,114들의 길이는 일반적으로 거의 동일하여 상기 각각의 면 107,111,114들이 거의 공유 평면(co-planar)을 이룬다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 중앙 다리 104와 각각의 측방 다리 110,114 들 사이의 백 부 104의 단면 A-A은 거의 직사각형으로 이루어지고, 적재된 층의 높이에 의해서 정해지는 두께와 각각의 층의 폭에 의해서 형성되는 폭을 갖는다. 바람직하게는, 단면 A-A에서 백 부 104의 폭은 적어도 상기 면 107,111,114 들 만큼 넓게 선택된다.

I 부품 101은 직사각형의 프리즘 형상을 갖고, E 부품 102내의 층과 동일한 강자성 금속 스트립을 사용하여 준비된 다수의 층들을 포함한다. 상기 층들은 서로 접착되어 거의 균일한 두께를 갖는 I 부품을 형성한다. I 부품 101은 일정 두께와 폭을 갖고 이는 단면 A-A에서 백 부 104의 두께와 폭에 일치하며, 그리고 상기 측방 다리 110,114의 외측 표면들 사이에서 측정된 E 부품 102의 길이에 거의 일치하는 길이를 갖는다. 상기 I 부품 101의 일측 상에는 그 중앙부에 중앙 결합 면 108이 제공되고, 제1 단부의 결합 면 112과 제2 단부의 결합 면 116 들은 부품 101의 대향 단부 들에 위치된다. 각각의 결합 면 107,111 및 115 들은 거의 크기에서 상보적인 면 108,112 및 116에 각각 일치한다.

도 5 및 도 7에 기재된 바와 같이, 장치 100의 조립은 (i) 권선 부 120,121 및 122 와 같이, 부품 102 또는 101의 하나 혹은 그 이상의 부분들을 포위하는 하나 혹은 그 이상의 전기 권선 부 들을 제공하고; (ii) E 부품 102 와 I 부품 101들을 인접하게 그리고 그 내부의 모든 층들이 거의 평행한 평면들로 배치되는 상태로 정렬하며; (iii) 상기 부품 101 및 102 들을 병렬의 관계로 기계적으로 고정하는 것들을 포함한다. 부품 102 및 101 들은 정렬되어 면 107 및 108, 111 및 112, 그리고 114 및 115들이 각각 근접 배치된다. 상기 각각의 면들 사이의 공간들은 거의 동일한 두께의 공기 간격들을 형성한다. 스페이서 109, 113 및 117 들은 이들 간격내에 선택적으로 배치되어 장치 100 내에서 각각의 자기 회로의 자기 저항을 증가시키고, 장치 100 내의 각각의 자기 회로들의 에너지 저장 용량을 증가시킨다. 다르게는, 상기 각각의 면들은 긴밀한 결합 접촉을 하여 상기 공기 간격을 최소화하고 초기 인덕턴스를 증가시킨다.

상기 "E-I" 장치 100는 1차 권선 부와 2차 권선 부를 갖는 단일 위상의 변압기내에 수용될 수 있다. 하나의 그와 같은 구현 예에서, 권선 부 122는 1차로 작용하고, 권선 부 120 및 121들은 직렬로 연결되어 2차로 작용하는 데에 도움을 준다. 이러한 구현 예에서 각각의 측방 다리 151 및 152들 각각의 폭은 적어도 중앙 다리 140의 폭의 절반 정도인 것이 바람직하다.

도 5-7에 도시된 구현 예는 "E-I" 장치 100에서 통로 130,131 및 132 들을 개략적으로 갖는 3개의 자기 회로들을 제공한다. 그 결과, 장치 100는 3상 유도기로서 사용 가능하고, 3개의 다리 각각은 3상 중의 어느 한 상(phase)을 위한 하나의 권선 부를 형성하는 것이다. 3상 회로 내에 사용하도록 된 대부분의 E-I 장치의 구현 예에서는, 다리 106,110 및 114들이 3상을, 보다 좋게 균형 유지하도록 동일한 폭으로 이루어지는 것이 바람직하다. 임의의 특정 설계에서는, 다른 다리들은 다른 단면, 다른 간격 또는 다른 권선 수 등을 가질 수 있다. 다양한 다상(polyphase) 응용 예에 적절한 다른 형태들이 당 업계의 숙련된 자들에게는 명확할 것이다.

도 8은 다른 E-I 구현 예를 나타내며, 여기서는 E-I 장치 180가 끝이 뾰쪽한 E 부품 182과 끝이 뾰쪽한 I 부품 181 들을 포함한다. 부품 182의 중앙 다리 106의 말단은 각각의 그 측방 상에 대칭적인 테이퍼를 구비하여 끝이 뾰쪽하게 가공되어 결합 면 140a,140b 들을 형성하고, 외측 다리 110,114의 말단에서 내측으로 경사가 형성된 끝이 뾰쪽한 부분을 구비하여 결합 면 144,147 들을 형성한다. I 부품 181은 그 단부에서 다리 110,114의 뾰쪽하게 형성된 부분에 상보적인 각도로 뾰쪽하게 형성되어 단부 결합 면 145,148 들을 형성하고, 그 중앙에서 다리 106의 뾰쪽하게 형성된 부분과 상보적인 V 형상의 일반적인 노치가 형성된 결합 면 141a, 141b들을 구비한다. 바람직하게는, 각각의 면들은 그것이 위치되는 부품의 각각의 부분의 긴 방향에 대하여 45°의 각도로 뾰쪽하게 형성된다. 상기 다리 106,110,114 들의 길이는 부품 181,182들이 긴밀한 접촉 또는 그 사이에 선택적인 스페이서 142,146 및 149들이 위치되는 간격으로 이격 되는 해당 결합 면들에 병렬로 배치되도록 선택된다. 도 3C 및 8에 도시된 결합 면들을 뾰쪽하게 하는 것은 유익하게는 결합 면의 영역을 증가시키고, 그리고 누설 자속과 국부적인 과다 에디 전류손실(eddy current losses)을 감소시킨다.

I 형상을 갖는 부품들은 특히 본 발명의 실행에 있어서 편리하며, 이는 광범위한 구조를 갖는 자기 장치가 몇가지 표준화된 I 부품들로부터 조립될 수 있다는 점에서 이다. 그러한 부품들을 사용하는 것은, 설계자가 어느 구조를 쉽게 주문 제작하여 주어진 회로 응용에 대한 필요한 전기적인 특성들을 갖는 장치를 쉽게 생산할 수 있도록 하여 준다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같은 E-I 장치 100가 적합하게 사용되는 많은 응용 예는, 도 9에 도시된 바와 같은 5개의 직사각형 프리즘 자기 부품들의 구성을 갖는 장치 200를 사용하여 만족 될 수 있다. 상기 부품들은 제1의 백 부품 210 과 제2의 백 부품 211들을 포함하며, 이들은 거의 동일한 크기이고; 그리고 중앙 다리 부품 240, 제1 단부 다리 부품 250 및 제2 단부 다리 부품 251 등 거의 동일한 크기이다. 각각의 5개의 부품 210,211,240,250 및 251 들은 박판으로 된 강자성 스트립 층들을 포함하여 거의 동일한 적층 높이의 부품들을 생산하지만, 상기 백 부품들과 다리 부품들은 일반적으로 다른 각각의 길이 및 폭들로 이루어진다. 상기 부품들은 모든 내부의 비정질 금속 층들이 평행한 평면에 위치하여 배치된다. 상기 부품들의 적절한 크기 선택은 창(windows)들을 제공하여 당 업계에서 인식된 원리를 사용하여 최적화된 전기 권선 부들을 수용하도록 한다. 상기 권선 부 들은 바람직하게는 장치 100의 구성과 유사한 방식으로 다리 240, 250 및 251상에 배치된다. 다르게는 또는 부가적으로는, 권선 부들이 다리 사이의 백 부품 210,211의 각각 또는 모두 위에 놓여질 수 있다. 스페이서들은 선택적으로는 장치 200의 부품들 사이의 간격 내에 놓여져서 장치 100에 관련하여 상기에서 설명한 방식으로 장치 200의 자기 회로들의 자기 저항을 조절할 수 있다. 도 3C 및 8에 도시된 것과 유사한 뾰쪽하게 형성된 연결부들이 몇몇의 경우에서 유익한 것이다.

도 10에는, 본 발명의 일 실시예가 도시되어 있으며, 여기서는 4개의 거의 동일한 직사각형 프리즘 부품 301들이 하나의 일반적인 정사각형 구성으로 조립되어 있다. 그에 따라서 형성된 장치 300는 몇몇 응용 예에서, 도 2에 도시된 "C-I" 장치의 대체품으로서 사용될 수 있다. 하나 또는 그 이상 크기의 직사각형 형상 부품들을 사용하는 다른 구성들은 본 발명의 유도 장치를 제작하는 경우에 유용하다. 유도 장치를 제작하기 위한 이러한 구성들과 방식들은 당 업계의 숙련된 자들에게는 명백할 것이며, 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치는 적어도 하나의 다면체 형상의 부품을 활용한다. 여기서 사용되는 바와 같이, 다면체란 용어는 다수의 면 또는 다수의 측방을 갖는 고체를 의미한다. 그것은 3차원의 직사각형, 정사각형 및 공동으로 직교하는 측면들과 다른 형태를 갖는, 예를 들면 몇몇의 비 직교 측면들을 갖는 사다리꼴 프리즘과 같은 프리즘 형상들을 포함하지만, 이들에 제한되는 것은 아니다. 그리고, 상기에서 언급한 기하학적 형상들 어떠한 것이라도 적어도 하나의, 그리고 바람직하게는 2개의 호형 표면들 또는 측면들을 포함할 수 있으며, 이들은 서로에 대해 대향으로 배치되어 일반적인 호형의 부품을 형성한다. 도 11에 관련하여, 본 발명의 장치를 제작하는 데에 사용되고 직사각형 프리즘의 형상을 갖는 자기 부품 56의 한가지 형태가 도시되어 있다. 상기 부품 56은 비정질 금속 스트립 재료로 이루어지고 서로 접착되며, 다수의 거의 유사한 형상의 일반적인 평면 층 57으로 이루어진다. 본 발명의 한 가지 형태에서, 상기 층들은 아닐링 처리되고, 접착제 58의, 바람직하게는 저 점성의 에폭시 침투에 의해서 박판이 겹쳐진다. 도 12는 다른 형상의 부품을 나타내며 본 발명의 유도 장치를 제작하는 데에 사용된다. 호형 부품 80은 다수의 호형 박판 층 81들을 포함하고, 그 각각은 바람직하게는 고리형의 부분이다. 상기 층 81들은 서로 접착되며, 그에 따라 외측의 호형 표면 83과 내측 호형 표면 84 및 단부 결합 표면 85 및 86 들을 포함하는 다면 형상의 부품을 형성한다. 바람직하게는, 부품 80은 인접한 층들 사이의 공간으로 침투하도록 된 접착제 82 들로 침투된다. 바람직하게는, 결합 면 85 및 86들은 거의 동일한 크기를 갖고 그리고 스트립 층 81의 평면에 대해 수직을 이룬다.

표면 85 및 86들이 공유 평면인 "U" 형상의 호형 부품 80들이 특히 유용하다. 또한, 바람직한 것은 표면 85,86들이 서로에 대해 120°또는 90°의 각도로 유지되는 호형 부품들이다. 2,3 또는 4개의 그러한 부품들은 각각 쉽게 조립되어 거의 폐쇄형의 자기 회로인 환형 코어를 형성한다.

또 다른 유용한 형상의 부품은 사다리꼴 프리즘이다. 본 발명의 장치의 한가지 실시예는 두 쌍의 사다리꼴 부품들을 포함하며, 각 쌍의 부재들은 거의 동일한 크기를 갖는다. 각각의 부품은 그 신장 축으로부터 45°로 끝이 뾰쪽하게 형성된 단부들을 갖추어 결합 면들을 형성한다. 상기 두 쌍은 도 13에 도시된 바와 같이 조립될 수 있으며, 상기 45°면들을 결합시킴으로써 4변형의 직사각형 구조 99를 형성하고 각 쌍의 부재들이 4변형의 대향 측면에 배치되는 끝이 뾰쪽하게 형성된 모서리 연결부들을 갖는다. 유익하게는, 상기 끝이 뾰쪽하게 형성된 연결부들은 각각의 연결부에서 접촉 영역을 확대시키고, 자속 누설과 증가된 코어 손실의 악 영향을 감소시킨다.

본 발명에 따라서 벌크 비정질 금속 자기 부품들로 제작된 유도장치는 유익하게 저 코어 손실을 나타낸다. 자기 재료 분야에서 알려진 바와 같이, 장치의 코어 손실은 여자 주파수 "f" 와 상기 장치가 여자되는 피크 유도 레벨 "Bmax"의 함수이다. 한 가지 형태에서, 상기 자기 장치는 (i) 대략 60 Hz의 주파수에서 그리고 대략 1.4 테스라(T)의 자속 밀도에서 작동되는 경우, 1 와트/킬로그램(w/kg)의 비정질 금속 재료보다 작은 또는 대략적으로 동일한 코어 손실; (ii) 대략 1000 Hz의 주파수에서 그리고 대략 1.4 테스라(T)의 자속 밀도에서 작동되는 경우, 20 와트/킬로그램(w/kg)의 비정질 금속 재료보다 작은 또는 대략적으로 동일한 코어 손실; 또는 (iii) 대략 20,000 Hz의 주파수에서 그리고 대략 0.30 테스라(T)의 자속 밀도에서 작동되는 경우, 70 와트/킬로그램(w/kg)의 비정질 금속 재료보다 작은 또는 대략적으로 동일한 코어 손실을 갖는다. 다른 형태에 따르면, "f"의 여자 주파수에서 피크 유도 레벨 "Bmax" 까지 여자되는 장치는 실온에서 "L" 보다는 작은 여자 손실을 가질 수 있으며, 여기서 L은 아래의 수식으로 주어지고,

L = 0.005f(Bmax)^1.5 + 0.000012f¹ ^.5(Bmax)^1.6이며,

본 발명의 부품은 유익하게는, 상기 부품 또는 그 어느 부분이 그 내부에 포함된 비정질 금속 부재들의 평면 내에서 임의의 방향을 따라 자기적으로 여자되는 경우, 저 코어 손실을 나타낸다. 본 발명의 유도 장치는 차례로, 그 구성된 자기 부품들의 저 코어 손실에 의해서 매우 효과적으로 주어진다. 그 결과 상기 장치의 코어 손실의 낮은 값은 특히 고주파수 작동을 위한, 즉 적어도 대략 1 kHz의 주파수에서 자기 여자를 위한 유도기 또는 변압기 등으로 사용되기에 적합하다. 고주파수에서 종래의 철재의 코어 손실은 통상적으로 그와 같은 유도 장치에서 사용되기에는 부적절한 것이다. 이러한 코어 손실 성능 값은, 상기 유도 장치를 제작하는 데에 사용되는 벌크 비정질 금속 부품의 특정 기하학적 크기와는 무관하게 본 발명의 다양한 실시예 들에 적용된다.

또한, 본 발명의 장치 내에서 사용되는 벌크 비정질 금속 부품들을 제작하는 방법이 제공된다.

본 발명은 벌크 비정질 금속 부품을 제작하는 방법을 제공한다. 한 가지 실시예에서, 상기 방법은 강자성 비정질 금속 스트립 공급재료로부터 필요한 형상의 박판 들을 스탬핑하는 단계, 상기 박판 들을 3차원의 물체로 적층하는 단계, 접착 수단을 도포 또는 활성화하여 상기 박판 들을 서로 접착시키고, 상기 부품이 충분한 기계적인 일체감을 주는 단계 및 상기 부품으로부터 과다한 접착제를 제거하고 적절한 표면 마감을 부여하여 최종 부품 크기로 마감하는 단계들을 포함한다. 상기 방법은 또는, 선택적인 아닐링 단계를 포함하여 상기 부품의 자기 특성을 향상시킬 수 있다. 이러한 단계들은 다양한 순서를 통하여, 그리고 여기에서 제시되는 것 및 당 업계에서 숙련된 자들에게는 자명한 다른 여러 가지 기술들을 사용하여 실행될 수 있다.

역사적으로, 3개의 팩터들이 조합되어 비정질 금속 부분들을 형성하는 데에 대한 실용적인 접근으로서 스탬핑의 사용을 배제하여 왔다. 첫째로 그리고 중요한 것은 비정질 금속 스트립이 비-지향적인(non-oriented) 전기 철재 시트와 같은 종래의 자기 재료 스트립보다 전형적으로 얇은 것이다. 보다 얇은 재료의 사용은 보다 많은 박판들이 주어진 형상 부분을 제작하기 위해 필요하다는 것을 나타낸다. 보다 얇은 재료의 사용은 또한, 스탬핑 공정에서, 보다 작은 공구와 다이의 간격을 필요로 한다.

둘째로, 비정질 금속은 전형적인 금속 펀치 및 다이 재료들보다 현저하게 강한 경향이 있다. 철 베이스의 비정질 금속은 전형적으로 1100 kg/㎟ 를 초과하는 경도를 나타낸다. 비교에 의하면, 공냉, 오일 급냉(quench) 및 수 급냉 된 공구 철재들은 800 내지 900 kg/㎟ 범위의 경도로 제한된다. 따라서, 그들의 경도를 그들 고유의 분자 구조 및 화학적 성질로부터 얻은 비정질 금속들은 종래의 금속 펀치 및 다이 재료들보다 강한 것이다.

세째로, 비정질 금속은 스탬핑 도중에 펀치와 다이 사이에서 수축되는 경우, 파단하기에 앞서 파열(rupture) 보다는 현저한 변형을 겪을 수 있다. 비정질 금속은 고도로 국소적인 전단 휨에서 변형한다. 장력하에서 변형되는 경우, 즉 비정질 금속이 당겨지는 경우, 단일 전단 밴드의 변형은 작은 전체적인 변형에서 파단으로 이어질 수 있다. 장력하에서, 파단은 1% 또는 그 이하의 신장에서 일어날 수 있다. 그러나, 기계적인 수축이 소성적인 불안정을 배제하는 방식, 즉 스탬핑 도중에 공구와 다이의 사이에서 굽혀지는 경우와 같이 변형되는 때에는, 다수의 전단 밴드들이 형성되고 현저하게 국소적인 변형이 일어날 수 있다. 그러한 변형 모드에서는, 파단에서의 신장이 국소적으로 100%를 초과할 수 있다.

이러한 후자의 2가지 팩터들은 예외적인 경도와 현저한 변형 등이 조합되어 종래의 스탬핑 장치, 공구 및 공정들을 사용하여 스탬핑 압하하는 펀치 및 다이 부품들 상에 예외적인 마모를 일으킨다. 상기 펀치와 다이 상의 마모는 강한 비정질 금속이 파단 하기에 앞서서 변형하는 동안, 보다 약한 펀치와 다이 재료에 마찰하면서 일어난다.

본 발명은 스탬핑 공정 동안 펀치와 다이 상에서의 마모를 최소화하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 카바이드(carbide) 재료로부터 상기 펀치와 다이 투링(tooling)을 조립하는 단계, 상기 투링을 조립하여 상기 펀치와 다이 사이의 간격이 작고 균일하게 하는 단계, 그리고 고 변형 율(strain rate) 에서 스탬핑 공정을 작동시키는 단계들을 포함한다. 상기 펀치와 다이 투링에 사용되는 카바이드 재료들은 적어도 1100 kg/㎟의 경도, 바람직하게는 1300 kg/㎟ 보다 큰 경도를 가져야 한다. 비정질 금속의 경도 이상의 경도를 갖는 카바이드 투링은 스탬핑 공정 도중에 비정질 금속으로부터의 직접적인 마모에 저항하여 펀치와 다이 상의 마모를 최소화할 것이다. 상기 펀치와 다이 사이의 간격은 0.050 mm(0.002 인치)이어야 하고, 바람직하게는 0.025mm(0.001 inch)보다 작아야 한다. 상기 스탬핑 공정에서 사용되는 변형 율은 초당 적어도 한 번의 펀치 스트로크에 의해서, 바람직하게는 초당 적어도 5회의 펀치 스트로크에 의해서 생성되는 것이어야 한다. 0.025 mm(0.001 인치) 두께의 비정질 금속 스트립에 대하여, 이러한 범위의 스트로크 속도는 대략 적어도 10⁵/초의, 바람직하게는 적어도 5 X 10⁵/초의 변형 율에 대략적으로 동등하다. 상기 펀치와 다이 사이의 작은 간격 및 스탬핑 공정에 사용되는 고 변형 율은 조합되어 스탬핑 공정 도중에 파단 하기 전에 비정질 금속의 기계적인 변형량을 제한하게 된다. 다이 공간에서 비정질 금속의 기계적인 변형을 제한하는 것은 비정질 금속과 펀치 및 다이 공정 사이에서의 직접적인 마모를 제한하여 펀치와 다이 상의 마모를 최소화한다.

본 발명의 부품에 대한 박판 펀칭 방법의 한가지 형태가 도 14에 도시되어 있다. 강자성 비정질 금속 스트립 재료 272의 롤 270이, 그 온도를 일정 레벨까지 그리고 스트립 272의 자기 특성에 개선을 이루기에 충분한 시간 동안 그 온도를 상승시키는 아닐링 오븐 276을 통하여 연속적으로 공급된다. 스트립 272은 그 다음 저 점성의 열-활성의 에폭시가 접착제 보관조 294로부터 공급되는 그라비어 롤러(gravure roller) 292를 포함하는 접착제 도포 수단 290을 통하여 통과된다. 상기 에폭시는 롤러 292로부터 스트립 272의 하부 표면상으로 이동된다. 상기 아닐링 오븐 276과 접착제 도포 수단 290 사이의 거리는 스트립 272의 통과 시간 도중에 충분히 스트립 272 이 그 온도를 적어도 에폭시의 열 활성 온도 이하로 냉각시키기에 충분하다. 다르게는, 냉각 수단(미도시)이 사용되어 오븐 276 과 도포 수단 280 사이에서 더욱 급속한 냉각을 얻을 수 있다. 스트립 재료 272는 그 다음 자동 고속 펀치 프레스 278의 내부로, 그리고 펀치 280와 개방된 하부 다이 281의 사이로 통과된다. 상기 펀치는 다이 내로 구동되어 형성하고자 하는 필요한 형상의 박판 57을 형성한다. 그 다음, 상기 박판 57은 낙하되거나 또는 수집 메거진(magazine) 288으로 이송되며, 펀치 280는 복귀된다. 스트립 재료 272의 뼈대(skeleton) 273 는 남아 있고, 그리고 박판 57들이 제거된 구멍 274 들을 포함한다. 뼈대 273는 취출 스풀(take-up spool) 271 상에 수집된다. 각각의 펀칭 작동이 이루어진 후, 스트립 272 은 인덱스 되어 다른 펀칭 싸이클에 대해 스트립을 준비하게 된다. 상기 펀칭 공정은 계속되고, 다수의 박판 57 들은 충분하게 잘 정돈된 정렬 상태로 매거진 288 내에 수집된다. 필요한 수의 박판 57들이 펀칭 가공되고, 매거진 288 내에 보관된 후, 펀치프레스 278의 동작은 정지된다. 필요한 숫자는 사전에 선택되거나 또는 매거진 288 내에 수용된 박판 57 들의 높이 또는 중량에 의해서 결정될 수 있다. 그 다음, 매거진 288은 펀치 프레스 278로 부터 또 다른 가공을 위하여 제거된다. 부가적인 저 점성의 열 활성 에폭시(미도시)들이 매거진 288의 벽들에 의해서 정렬된 상태로 유지되는 박판 57들 사이의 공간으로 침투될 수 있다. 그 다음 상기 에폭시는 그 전체 매거진 288과 그 내부에 위치된 박판 57 들을 열원에 에폭시의 충분한 양생을 이룰 수 있는 시간만큼 노출시킴으로써 활성화된다. 이와 같이 이루어진 박판 층 57들은 매거진으로부터 제거되고, 상기 층의 표면은 여분의 에폭시들을 제거시킴으로써 선택적으로 마감된다.

작고 복잡하게 형성된 박판들을 절단하기에 특히 적합한 방법은 석판 에칭(Photolithographic etching) 이며, 종종 포토에칭(photoetching)으로 간단하게 불려진다. 일반적으로 설명하면, 석판 에칭은 금속 가공 분야에서 잘 알려진 기술이고, 이는 상대적으로 얇은 판, 스트립 또는 리본 등의 형태로 공급되는 재료 부재를 가공하기 위한 것이다. 상기 포토 에칭 공정은 (i) 판 상에 광의 침해에 대응하는 광 경화성 물질 층을 도포하는 단계; (ii) 상기 광 경화성 물질과 그것이 반응하는 광원 사이에서 사전에 선택된 형상을 이루는 상대적으로 투명한 그리고 불투명한 영역을 갖는 감광 마스크를 중첩시키는 단계; (iii) 상기 마스크에 광을 충돌시켜 선택적으로 상기 마스크의 투명 영역 후방에 위치된 광 경화성 물질의 영역들을 선택적으로 노출시키는 단계; (iv) 열 또는 화공 약품으로 처리하여 상기 광 경화성 물질을 현상시키고 상기 광 경화성 층의 노출 영역이 노출되지 않은 영역과 다르게 하는 단계; (v) 선택적으로 상기 현상된 광 경화성 층의 노출 부분을 제거하는 단계; 그리고 (vi) 상기 판을 부식 약품 욕(bath)에 넣어 선택적으로 상기 현상된 광 경화성 물질이 제거된 상기 판의 일 부분으로부터 재료를 에칭 또는 부식시키고, 그렇지만 광 경화성 물질이 남아 있는 부분을 부식시키지 않으며, 그에 따라서 사전에 선택된 형상을 갖는 박판을 형성하는 단계들을 포함한다. 일반적으로 상기 마스크는 최종적인 조립에 앞서서 취급하기 용이하도록 각각의 박판들이 판에 약하게 연결된 작은 고정 영역들을 형성하는 특성을 가질 것이다. 이러한 고정 영역은 쉽게 절단되어 그 메인 판으로부터 각각의 박판들이 제거되도록 하여 준다. 추가적인 화학적 단계는 통상적으로 상기 부식 에칭 단계 후에 박판으로부터 잔류하는 광 경화성 물질을 제거하는 것이다. 당업자들은 또한 상기 단계(v)에서 노출 부분 대신에 광 경화성 물질의 미노출 부분들이 제거되는 상보적인 광 경화성 물질을 사용하는 석판 에칭 공정을 잘 알고 있을 것이다. 그러한 변화도 포토 마스크에서의 불투명 영역과 투명 영역의 치환을 필요로 하여 동일한 최종 박판 구조를 생산하는 것이다.

버(burrs)나 또는 그 밖의 모서리 결함들을 나타내지 않는 박판 형성 방법들이 바람직하다. 특히, 박판의 평면으로부터 돌출하는 이러한 여러 가지 결함들은 임의의 조건하에서 몇몇의 공정에서 이루어진다. 박판 내의 전기적인 단선은 종종 그러한 결함 있는 박판들을 포함하는 자기 부품에서 초래하며, 부품의 철손(iron loss)을 나쁘게 증가시킨다.

유익하게, 일부분의 포토 에칭은 이러한 목적을 증진시키는 것으로 알려졌다. 전형적으로 포토 에칭된 부분들은 그 모서리들의 바로 근방에서 그 부분 두께의 둥근 모서리들 및 테이퍼 형상을 나타내고, 그에 따라 해당 부분의 박판 층에서 상기 언급한 내부 층간 단선을 최소화하는 것이다. 그리고, 접착제로 그러한 층의 내부에 침투시키는 것은 테이퍼 형성된 모서리의 근방에서 심지(wicking) 및 모세관 작용의 향상으로 용이하게 이루어진다. 상기 침투 효능은 각각의 박판들을 관통하는 적어도 하나의 작은 구멍들을 형성함으로써 보다 향상될 수 있다. 개별적인 박판들이 정렬되어 적층된 경우, 그러한 구멍들은 정렬되어 침투물질이 용이하게 흐르는 채널을 형성할 수 있고, 그에 따라서 상기 침투가 적어도 각각의 박판이 인접된 박판 들과 짝을 이루는 지점에서의 표면 영역에 걸쳐서 형성되도록 하는 것을 보장한다. 다른 구조물, 예를 들면 표면 채널 및 슬롯 등이 각각의 박판 내에 형성되어 침투 물질의 흐름 향상 수단으로 작용할 수 있다. 상기 설명된 구멍들과 흐름 향상 수단들은 포토 에칭된 박판 내에서 쉽고 효과적으로 형성된다. 그리고, 다양한 스페이서 들이 상기 박판 층 내에 위치되어 흐름을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 벌크 비정질 금속 자기 부품들을 형성하기에 필요한 박판 들은 스탬핑 공정에 의해서 형성될 수 있다.

복수의 비정질 금속 스트립 재료의 조각 또는 박판을 서로 적절하게 정렬 부착하여 삼차원의 벌크 물체를 제공하도록 본 발명의 실행에서 접착 수단을 사용할 수 있다. 이 결합은 해당 부품이 높은 코어 손실이나 다른 수용 불가능한 자성 특성의 저하를 야기하는 과도한 응력을 동시에 일으키지 않고도 더 큰 구조로 처리 및 통합될 수 있도록 충분한 구조적 일체성을 제공한다. 에폭시, 니스, 혐기성 접착제, 시아노아크릴레이트 및 실온 경화(RTB) 실리콘 재료로 구성된 것들을 비롯한 다양한 접착제를 적용할 수 있다. 접착제는 바람직하게는, 낮은 점성, 낮은 수축률, 낮은 탄성률, 높은 박리 강도 및 높은 유전 강도를 갖는다. 접착제는 인접한 박판이 서로 적절하게 결합될 만큼 충분히 각각의 박판의 표면 영역의 일부를 덮어 최종 부품의 기계적 일체성을 주는 충분한 강도를 부여할 수 있다. 접착제는 거의 모든 표면 영역을 덮을 수 있다. 에폭시는 경화가 화학적으로 활성화되는 다중 부분이거나 경화가 열적으로 또는 자외선 방사에 노출되는 것에 의해 활성화되는 단일 부분일 수 있다. 바람직하게는, 접착제는 1000cps의 점성보다 낮은 점성과 금속과 거의 동일하거나 약 10ppm의 열팽창 계수를 갖는다.

접착제를 도포하는 적절한 방법은 디핑(dipping), 분사(spraying), 브러싱 및 정전기적 침착(deposition)을 포함한다. 스트립 또는 리본 형태에서, 비정질 금속은 또한 접착제를 비정질 금속으로 이동시키는 봉 또는 롤러들 위로 통과되도록 함으로써 피복될 수 있다. 그래비어(gravure) 또는 와이어가 감긴 것과 같은 결이 형성된(textured) 표면을 갖는 롤러 또는 봉들은 비정질 금속상에 균일한 접착제 코팅을 형성시키는 데에 특히 효과적이다. 상기 접착제는 절단되기 전의 스트립 재료에 또는 절단된 후의 박판들에, 일시에 비정질 금속의 각 층에 도포 될 수 있다.

이와 달리, 접착 수단은 적층된 이후의 박판에 일괄적으로 적용할 수 있다. 바람직하게는, 적층제는 적층체 사이의 접착제의 모세관 흐름에 의해 함침된다. 함침 단계는 대기 온도와 압력에서 수행될 수 있다. 이와 달리 바람직하게, 적층체는 더 완전한 충진을 달성하고 첨가된 접착제의 전체 체적을 최소화하도록 유체정역학 압력 또는 진공에 배치된다.

이러한 공정은 높은 적층 팩터를 보장하고 그에 따라서 바람직하다. 에폭시 또는 사이노아크릴레이트와 같은 저점성 접착제가 바람직하게 사용된다. 접착제의 점성을 줄이도록 완만한 가열을 적용하여 박판층 사이의 침투를 강화할 수 있다. 접착제는 결합 증진 필요성에 따라 활성화된다. 접착제가 필요한 활성화와 경화를 수용한 후에, 부품을 마무리하여 과잉 접착제의 제거, 적절한 표면 마무리 부여 및 최종 부품 치수 부여 중의 적어도 하나를 완수한다. 약 175℃ 이상의 온도에서 수행하면, 접착제의 활성화 또는 경화는 아래에서 더 상세히 논하는 바와 같이 자기 성질에도 영향을 주게 된다.

바람직한 접착제는 P. D. George Co에서 상품명 Epoxylite 8899로 판매하는 열 활성화 에폭시이다. 본 발명의 장치는 바람직하게는, 점성을 감소시키고 리본의 층들 사이의 침투성을 강화하도록 아세톤에 1:5의 체적비로 희석한 이 에폭시로 함침하여 결합된다. 에폭시는 예컨대 약 2 내지 3 시간 범위의 시간 동안 약 170 내지 180℃의 온도 범위에서 상승된 온도에 노출되어 활성화 및 경화될 수 있다.

바람직한 것으로 알려진 다른 접착제로는 National Starch and Chemical Company에서 상품명 Permabond 910FS로 판매하는 메틸 시아노아크릴레이트가 있다. 본 발명의 장치는 이 접착제를 모세관 현상에 의해 리본의 층들 사이로 침투하도록 적용함으로써 바람직하게 결합된다. Permabond 910FS는 단일 부분의 저점성 액체이며 습기가 있는 실온에서 5초에 경화한다.

본 발명은 복수의 벌크 비정질 금속 자성 부품을 조립하여 자성 코어를 갖는 유도 장치를 형성하는 방법도 역시 제공한다. 상기 방법은 (i) 하나 이상의 부품을 전기 권선으로 감는 단계, (ii) 부품을 병렬 관계로 배치하여 하나 이상의 자기 회로를 갖는 코어를 형성하고, 각각의 부품의 층들이 실질적으로 평행한 평면에 놓이게 되도록 하는, 코어 형성 단계 및 (iii) 상기 부품들을 병렬 관계로 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 장치에서 조립된 부품의 배치는 적절한 유지 수단에 의해 유지된다. 바람직하게는, 상기 유지 수단은 투자율 및 코어 손실과 같은 자기 성질의 저하를 초래하게 되는 높은 응력을 구성 부품에 부가하지 않는다. 상기 부품들은 바람직하게는, 금속, 폴리머 또는 섬유로 된 권선 띠, 스트립, 테이프 또는 시트로 묶인다. 본 발명의 다른 실시예에서, 유지 수단은 구성 부품들이 끼워지는 하나 이상의 공동을 갖고 바람직하게는 플라스틱 또는 폴리머 재료로 만든 비교적 경질의 하우징 또는 프레임을 포함한다. 하우징을 위한 적절한 재료로는 나일론 및 유리 충진 나일론(glass-filled nylon)이 있다. 더 바람직한 재료로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리부틸렌 테레프탈레이트가 있으며, 이들은 Rynite PET 열가소성 폴리에스터라는 상품명으로 DuPont에서 상업적으로 구입 가능하다. 공동의 형태와 배치는 부품을 필요한 정렬 상태로 유지한다. 또 다른 실시예에서, 유지 수단은 경질 또는 준경질 외부 절연 코팅 또는 포팅(potting)을 포함한다. 구성 부품은 필요한 정렬 상태로 배치된다. 이어서, 코팅 또는 포팅은 장치의 외면의 적어도 일부에 적용되고, 부품을 유지하도록 적절하게 활성화 및 경화된다. 소정 실행 형태에서, 하나 이상의 권선을 코팅 또는 포팅의 적용 이전에 적용한다. 에폭시 수지를 비롯한 다양한 코팅과 방법이 적절하다. 필요하다면, 마무리 작업은 과잉 코팅을 제거를 포함할 수 있다. 외부 코팅은 부품 표면의 전기 권선의 절연체가 날카로운 금속 모서리에서 벗겨지는 것을 방지하며, 부품에서 떨어지거나 그렇지 않다면 장치 또는 다른 인접 구조에 부적절하게 박히기 쉬운 박편 또는 다른 재료를 포획하게 된다.

선택적으로 상기 마감은 적어도 하나의 표면 연마, 절단, 광택, 화학 에칭 및 전기-화학 에칭 또는 그와 유사한 작업을 포함하여 평면의 결합 면을 제공한다. 전형적으로, 그러한 공정은 각각의 부품의 결합 면들을 정련시키고, 상기 표면상의 어떠한 거칠음이나 비평면 부품들을 제거한다.

다양한 고정 기술은 조합으로 실행되어 작동 도중에 상기 부품의 여자에 수반한 외부적으로 부과된 기계적인 힘 및 자기 힘들에 대해 부가적인 강도를 제공한다.

본 발명에 따라 구성된 비정질 금속 벌크 자기 부품을 포함하는 유도 장치는 매우 다양한 전기 회로 장치, 그 중에서도, 전원 공급 장치와 같은 전원 제어 회로 장치, 전압 변환기 및 1kHz 이상의 전환 주파수에서 스위치 모드 기법을 사용하여 동작하는 유사한 전원 제어 장치를 포함하는 장치를 위한 유도기와 변압기로서 특히 적절하다. 본 발명의 유도 장치의 저손(low loss)은 그러한 전기회로장치의 효율을 유익하게 개선한다. 자기 부품 제조가 단순해지고 제조 시간이 단축된다. 비정질 금속 부품의 제작 중에 직면할 수도 있는 응력이 최소화한다. 최종 장치의 자기 성능이 최적화된다.

본 발명의 실행에 사용되는 비정질 금속 벌크 자기 부품은 다수의 비정질 금속 합금을 사용하여 제조할 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 부품 구성 용도로 적절한 합금은 M_70-85Y_5-20Z_0-20의의 식에 의해 정의되며, "M"은 Fe, Ni 및 Co 중의 적어도 하나이고, "Y"는 B, C 및 P 중의 적어도 하나이며, "Z"는 Si, Al 및 Ge 중의 적어도 하나이다. 단, (i) M 성분은 10 원자 퍼센트까지 Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta 및 W의 금속종들 중의 적어도 하나로 선택적으로 대체되고, (ii) Y+Z 성분은 10 원자 퍼센트까지 In, Sn, Sb 및 Pb의 비-금속종들 중의 적어도 하나로 선택적으로 대체된다. 본 명세서에 사용되는 것으로, "비정질 금속 합금"이라는 용어는 장 범위(long range) 규칙성이 실질적으로 없는 금속 합금을 의미하며, 액상 또는 무기 산화물 글래스에 대해 관찰되는 것들과 정량적으로 유사한 성질의 X선 회절 강도 최대치를 특징으로 한다.

본 발명의 실행에 있어서 공급 재료로 적절한 비정질 금속 합금은 상업적으로 구입 가능하며, 대체로 20cm 이상의 폭과 대략 20~25㎛의 두께를 갖는 연속된 얇은 스트립 또는 리본 형태이다. 이들 합금은 실질적으로 완전한 유리질의 미소 구조로 형성된다. (예컨대, 적어도 재료의 약 80 체적% 이상이 비결정 구조이다) 비결정 구조를 갖는 금속을 본질적으로 100% 사용하여 합금을 형성하면 바람직하다. 비결정 구조의 체적 분율은 x-선, 중성자 또는 전자 회절, 투과 전자 현미경(TEM) 또는 시차 주사 열량측정(DSC)과 같은 업계에 공지된 방법에 의해 결정된다. 저가의 최고 유도값은 "M", "Y" 및 "Z"가 각기 철, 붕소 및 실리콘이거나 이들이 우세한 성분인 합금에 대해 달성된다. 따라서, 합금이 70 원자% 이상의 Fe, 5 원자% 이상의 B 및 5 원자% 이상의 Si를 함유하면 바람직하다. 단, B와 Si의 전체 함량은 15 원자% 이상이다. 철-붕소-실리콘 합금으로 구성된 비정질 금속 스트립도 역시 바람직하다. 가장 바람직하게는 약 11 원자% 붕소 및 약 9 원자% 실리콘으로 실질적으로 이루어진 성분을 갖고 잔부가 철과 부수 불순물로 된 비정질 금속 스트립이다. 약 1.56 T의 포화 유도 및 약 137μΩ-cm의 비저항(resistivity)을 갖는 이 스트립은 상업적 표기 METGLAS^® alloy 2605SA-1로 Honeywell International Inc.에서 판매된다. 다른 적절한 비정질 스트립은 약 13.5 원자% 붕소 및 약 4.5 원자% 실리콘 및 2 원자%의 탄소로 실질적으로 이루어진 성분을 갖고 잔부가 철과 부수 불순물로 된 것이다. 약 1.59 T의 포화 유도 및 약 137μΩ-cm의 비저항(resistivity)을 갖는 이 스트립은 상업적 표기 METGLAS^® alloy 2605SC로 Honeywell International Inc.에서 판매된다. 더 높은 포화 유도가 요망되는 용례를 위해서는, 철로 본질적으로 이루어지고, 약 18 원자%의 Co, 약 16 원자%의 붕소 및 약 1 원자%의 실리콘 및 철과 부수 불순물의 잔부로 된 조성을 갖는 스트립이 적절하다. 이 스트립은 상업적 표기 METGLAS^® alloy 2605CO로 Honeywell International Inc.에서 판매된다. 하지만 이 재료로 구성된 부품의 손실은 METGLAS 2605SA-1을 사용하는 것보다 약간 더 높은 경향이 있다.

업계에 공지된 바와 같이, 강자성 재료는 포화 유도 또는 균등하게는 포화 자속 밀도 또는 자화를 특징으로 한다. 본 발명의 용도에 적절한 합금은 바람직하게는 약 1.2T 이상의 포화 유도를 갖고, 더 바람직하게는 1.5T 이상의 포화 유도를 갖는다. 합금은 또한 바람직하게는 약 100μΩ-cm 이상, 더 바람직하게는 약 130μΩ-cm 이상의 높은 전기 비저항을 갖는다.

성분에 사용하기 위해 지정된 비정질 금속 스트립의 기계적, 자기적 성질은 스트립의 실질적으로 완전한 유리질의 미소 구조를 변경시키지 않고 필요한 향상을 제공하도록 소정 온도에서 충분한 시간 동안 열처리에 의해 향상될 수 있다. 일반적으로, 온도는 합금의 결정화 온도 아래의 약 100 내지 175℃로 선택되고 시간은 약 0.25 내지 8시간이다. 열처리는 가열 부분, 광학 소크(optical soak) 부분 및 냉각 부분을 포함한다. 열처리의 일부 예컨대 적어도 냉각 부분에서 스트립에 자기장을 선택적으로 인가할 수 있다. 부품의 작용 중에 자속이 놓인 방향을 실질적으로 따르는 방향으로 자기 장을 인가하면, 부품의 자기 성질을 더 개선하고 코어 손실을 줄일 수 있다. 선택적으로, 열처리는 그와 같은 열순환(열사이클)이 1회를 초과한다. 또한, 하나 이상의 열처리 사이클은 상이한 부품 제조 단계로 수행될 수 있다. 예컨대, 접착제 결합 이전 또는 이후에, 불연속 박판을 가열하거나 박판 적층체를 열처리할 수 있다. 바람직하게는, 열처리는 접착 이전에 수행되는데, 이는 다수의 매력적일 수도 있었던 접착제가 필요한 열처리 온도에 견딜 수 없기 때문이다.

비정질 금속의 열처리는 금속에 필요한 열 프로파일을 경험하게 해주는 모든 가열 수단을 채용할 수 있다. 적절한 가열 수단은 적외선 열원, 오븐, 유동층 베드(fluidized bed), 상승한 온도로 유지되는 흡열원(heat sink)이 있는 열접촉(heat contact), 스트립을 통한 전류의 통과에 의해 발생한 저항 가열 및 유도 (RF) 가열을 포함한다. 가열 수단의 선택은 전술한 필요한 공정 단계의 순서에 의존할 수 있다.

또한, 상기 열처리는 본 발명의 상기 부품과 장치를 처리하는 도중에 다른 단계에서 실행될 수 있다. 몇가지 경우에서, 별개의 박판들의 형성에 앞서서 공급 재료인 스트립 재료의 열처리가 바람직하다. 벌크 스풀들은 오프-라인으로, 바람직하게는 오븐에서 또는 유동성 베드에서 처리될 수 있고, 또는 인-라인으로 연속적인 스풀-대-스풀 공정으로 처리될 수 있으며, 여기서는 스트립이 풀림 스풀(pay-off spool)로부터 공급되어 열처리 영역을 통과하고 수집 스풀(take-up spool)에 감기는 공정이 사용될 수 있다. 스풀-대-스풀 공정은 연속적인 펀칭 또는 석판 에칭 공정과 통합될 수 있다.

또한, 상기 열처리는 석판 에칭 또는 펀칭 단계 후에, 그렇지만 적층 전에 불연속적인 박판들 상에서 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 박판들은 절단 공정을 거쳐서, 그리고 이동벨트 상에 직접 놓여져서 가열 영역으로 이동되며, 그에 따라서 상기 박판들은 적절한 시간-온도 프로파일로 처리되는 것이다.

또 다른 구현예에서, 상기 열 처리는 불 연속적인 박판들이 정렬되어 적층된 후에 이루어진다. 그러한 층을 아닐링하기 위한 적절한 가열 수단으로는 오븐, 유동성 베드(fluidized beds) 및 유도 가열 등을 포함한다.

스탬핑 전에 상기 스트립 재료를 열처리하는 것은 비정질 금속의 기계적인 특성을 변경시킬 수 있다. 특히, 열처리는 비정질 금속의 연성(ductility)을 감소시킬 것이고, 그에 따라 스탬핑 공정 도중에서 파단하기 전에 비정질 금속의 기계적인 변형량을 제한할 것이다. 비정질 금속의 감소된 연성(ductility)은 변형하는 비정질 금속에 의한 상기 펀치와 다이 재료의 직접적인 마찰 및 마모를 감소시킬 것이다.

본 발명의 부품들로 사용하기에 적절한 일정한 비정질 금속의 자기 성질은 나노결정 미소 구조를 형성하도록 합금을 열처리하여 현저히 개선할 수 있다. 이러한 미소 구조는 고밀도 입자의 존재가 특징이며, 이 입자의 평균크기는 약 100nm 미만, 바람직하게는 50nm 미만, 더 바람직하게는 10-20nm이다. 입자는 바람직하게는 철계 합금의 체적의 50% 이상을 차지한다. 이들 바람직한 재료는 낮은 코어 손실과 낮은 자기변형을 갖는다. 후자(latter)의 성질에 의해 또한 재료는 이 부품으로 된 장치의 제작 및/또는 동작으로 야기되는 응력에 의한 자기 성질의 하락에 덜 취약해진다. 주어진 합금에서 나노결정 구조를 형성하는데 필요한 열처리는 실질적으로 완전한 유리질 미소 구조를 유지하기 위한 열처리에 필요한 것보다 더 높은 온도 또는 더 긴 시간으로 수행되어야 한다. 본 명세서에 사용한 것으로서, 비정질 금속 및 비정질 합금이라는 용어는 실질적으로 완전히 유리질인 미소 구조로 처음에 형성된 다음 나노결정 미소 구조를 갖는 재료에 열처리 또는 다른 공정을 하여 변형시킨 재료도 역시 포함한다. 나노결정 미소 구조를 형성하도록 열처리될 수 있는 비정질 합금도 역시 종종 단순히 나노결정 합금으로 부르기도 한다. 본 발명의 방법에 따라, 나노결정 합금은 최종 벌크 자기 부품의 필요한 기하학적 형태로 형성될 수 있다. 그와 같은 형성 작업은 일반적으로 취성이 더 커지고 다루기가 더 어려워지는 나노결정 구조를 형성하는 열처리 이전에, 애즈-캐스트(as-cast) 상태의 연성이 있으며 실질적으로 비결정 형태에 있는 동안 유리하게 수행된다. 전형적으로, 나노결정 열처리는 합금의 결정화 온도의 약 50℃ 아래로부터 약 50℃ 위까지의 온도 범위에서 수행한다.

나노결정 미소 구조를 내부에 형성하여 자기 성질이 현저히 향상되는 두 가지의 바람직한 합금 종류는 아래의 식으로 주어지며, 이 식에서 아래 첨자는 원자%이다.

바람직한 제1 종의 나노결정 합금은 Fe₁₀₀ _-u-x-y-z- _wR_uT_xQ_yB_zSi_w이며, R은 Ni, Co, T 중의 적어도 하나이고, T는 Ni, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo 및 W 중의 적어도 하나이고, Q는 Cu, Ag, Au, Pd 및 Pt 중의 적어도 하나이고, u는 0 내지 약 10의 범위이고, x는 약 3 내지 12의 범위이고, y는 0 내지 약 4의 범위이고, z는 약 5 내지 12의 범위이며, w는 0 내지 약 8 미만의 범위이다. 이 합금은 열처리되어 내부에 나노결정 미소 구조를 형성하면, 높은 포화 유도(예컨대 약 1.5T 이상), 낮은 코어 손실 및 낮은 포화 자기 변형(예컨대 4x10^-6 미만의 절대값을 갖는 자기 변형)을 갖게 된다. 그와 같은 합금은 최소 크기의 장치가 요구되는 용례에 특히 바람직하다.

바람직한 제2 종의 나노결정 합금은 Fe₁₀₀ _-u-x-y-z- _wR_uT_xQ_yB_zSi_w이며, R은 Ni과 Co 중의 적어도 하나이고, T는 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo 및 W 중의 적어도 하나이고, W는 Cu, Ag, Au, Pd 및 Pt 중의 적어도 하나이고, u는 0 내지 약 10의 범위이고, x는 약 1 내지 5의 범위이고, y는 0 내지 약 3의 범위이고, z는 약 5 내지 12의 범위이며, w는 약 8 내지 18의 범위이다. 이 합금은 열처리되어 나노결정 미소 구조를 내부에 형성하면, 약 1.0T 이상의 포화 유도, 특히 낮은 코어 손실 및 낮은 포화 자기 변형(예컨대 4x10^-6 미만의 절대값을 갖는 자기 변형)을 갖는다. 그와 같은 함금은 예컨대 1000Hz 이상의 여자 주파수에서 동작해야 하는 장치에 사용하기에 특히 적절하다.

벌크 비정질 자기 부품은 다른 철계 자기 금속으로 제조한 부품보다 더 효과적으로 자화되고 소자될 것이다. 유도 장치에 구현되면, 벌크 비정질 금속 부품은 동일한 유도 및 주파수로 자화될 때 다른 철계 자기 금속으로 제조한 비교 가능한 부품보다 더 적은 열을 발생할 것이다. 벌크 비정질 금속 부품을 사용하는 유도 장치는 다른 철계 자기 금속으로 제조한 부품을 포함하는 유도 장치와 비교할 때, (i) 낮은 동작 온도, (ii) 감소한 크기와 중량 및 증가한 에너지 저장 및 전달을 달성하는 높은 유도, 또는 (iii) 감소한 크기와 중량을 달성하도록 높은 주파수로 동작하도록 설계될 수 있다.

업계에 공지된 바와 같이, 코어 손실은 강자성 재료의 자화가 시간에 따라 바뀔 때 강자성 재료 내부에 발생하는 에너지 소실이다. 주어진 자기 부품의 코어 손실은 일반적으로 부품을 주기적으로 여기(excitation)시켜 측정한다. 부품에 시간 변화(시변) 자기장을 인가하여 부품 내에 자기 유도 또는 자속 밀도의 해당 시간 변화를 일으킨다. 측정의 표준화를 위해, 통상, 자기 유도가 샘플에서 균질이고 피크 진폭 B_max를 갖고 주파수 "f"로 시간에 따라 사인 곡선으로 변화하도록, 여기를 선택한다. 그러면, 코어 손실은 공지된 전기 측정 수단 및 기술에 의해 정해진다. 손실은 통상, 여기되는 자기 재료의 단위 질량 또는 체적 당 와트로 한다. 손실은 f와 B_max에 대해 단조 관계(monotonically)로 증가하는 것으로 업계에 공지되어 있다. 유도 장치에 사용되는 연질 자기 재료의 코어 손실을 시험하는 가장 표준적인 프로토콜{예컨대 ASTM Standards A912-93 및 A927 (A927M-94)}은 실질적으로 폐쇄된 자기 회로 내에 위치하는 그와 같은 재료의 샘플을 요구한다. 즉 폐쇄된 자속선들이 샘플의 체적 내에 담겨지고 자기 재료 횡단면이 자기 회로에서 실질적으로 동일한 구성이다. 다른 한편, 실제 유도 장치, 특히 플라이백 트랜스포머 또는 에너지 저장 유도기 내의 자기 회로는 자속선이 지나가야 하는 높은 자기 저항 간극의 존재에 의해 상대적으로 개방될 수 있다. 가장자리 영역 효과(fringing field effect)와 영역의 비 균일성 때문에, 개방 회로에서 시험되는 주어진 재료는 일반적으로, 더 높은 코어 손실 즉 폐쇄 회로 측정에서 갖는 것보다 더 높은 단위 질량 또는 체적 당 와트 값을 나타낸다. 본 발명의 벌크 자기 부품은 비교적 개방된 회로 구성에서도 넓은 범위의 자속 밀도 및 주파수에서 낮은 코어 손실을 보여준다.

지지하는 이론은 없지만, 본 발명의 저손실 벌크 비정질 금속 장치의 전체 코어 손실은 이력 손실 및 와류 손실에 의한 것으로 여겨진다. 이들 두 가지 요인은 각각 피크 자기 유도 B_max와 여자 주파수 f의 함수이다. 비정질 금속의 코어 손실에 대한 종래의 분석(예컨대 G. E. Fish의 J. Appl. Phys. 57, 3569(1985) 및 G. E. Fish 등의 J. Appl. Phys. 64, 5370(1988) 참고)은 일반적으로 폐쇄 자기 회로의 금속에 대해 얻은 데이터에 의존한다.

본 발명의 장치의 단위 질량 당 전체 코어 손실 L(B_max, f)의 분석은 단일 자기 회로와 실질적으로 동일한 효과의 자기 재료 횡단면 영역을 갖는 구성에서 가장 단순하다. 그 경우, 손실은 일반적으로, L(B_max, f) = c₁f(B_max)ⁿ+c₂f^q(B_max)^m 형태를 갖는 함수로 정의되며, 계수 c₁과 c₂ 및 지수 n, m 및 q는 모두 경험적으로 결정되어야 하며, 그 값을 정밀하게 결정하는 알려진 이론은 없다. 이 식을 사용하면 본 발명 장치의 전체 코어 손실을 모든 요구되는 동작 유도 및 여자 주파수에서 정할 수 있다. 특정한 구성의 유도 장치에서, 특히 3상 장치에서 일반적으로 사용되는 것과 같은 복수의 자기 회로와 재료 단면을 갖는 용례에서, 그 내부의 자기장이 공간적으로 균일하지 않다는 것이 알려져 있다. 실제 장치에서 측정되는 자속 밀도 분포에 매우 근접한 피크 자속 밀도의 공간 및 시간적 변화의 추정을 제공하는 유한 요소 모델링(finite element modeling)과 같은 기법이 업계에 공지되어 있다. 공간적으로 균일한 자속 밀도에서 주어진 재료의 자성 코어 손실을 주는 적절한 경험적 식을 입력으로 사용하면, 이들 기법에 의해, 동작 구성에서 주어진 부품의 해당하는 실제 코어 손실을 장치 체적 전체에서 수식 통합에 의해 적절한 정밀도로 예측할 수 있다.

본 발명의 자기 장치의 코어 손실 측정은 업계에 공지된 다양한 방법을 사용하여 달성할 수 있다. 코어 손실 측정은 단일 자기 회로와 실질적으로 일정한 횡단면을 갖는 장치의 경우에 특히 올바르다. 적절한 방법에는 제1 및 제2 전기 권선 부를 갖춘 장치가 제공되고, 권선 부는 각각 장치의 하나 이상의 부품에 감긴다. 전류를 제1 권선 부에 흘려 기자력을 인가한다. 얻어지는 자속 밀도는 제2 권선 부에 유도되는 전압으로부터 패러데이 법칙에 의해 정한다. 인가된 자기장은 기자력으로부터 암페아 법칙에 의해 정해진다. 이어서, 인가된 자리장과 얻은 자속 밀도로부터 통상의 방법으로 코어 손실을 계산한다.

아래의 실험 예는 본 발명의 더욱 완전한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 본 발명의 원리와 실행을 설명하도록 제시된 특정한 기법, 조건, 재료, 비율 및 보고 데이터는 예시일 뿐이며 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

실험예 1

스탬프 형성된 비정질 금속 호형 부품을 갖는 유도 장치의 준비 및 전기-자기 시험

Fe₈₀B₁₁Si₉ 강자성 비정질 금속 리본 대략 60mm의 폭과 0.022mm의 두께를 갖는 것이 스탬핑되어 개별적인 박판들을 형성하고, 그것들은 각각 외경 100mm 와 내경 75mm 의 90°고리형 부품의 형상을 갖는다. 대략 500의 개별적인 박판들이 적층되고 정렬되며, 도 12에 도시된 바와 같은 12.5 mm 높이, 100 mm 외경 및 75 mm 내경을 갖는 직각 원형 실린더의 90°호형 부품을 형성한다. 상기 실린더 형 부품 조립체는 고정구내에 놓여지고 질소분위기하에서 아닐링 처리된다. 아닐링 처리는 1) 365℃ 까지 상기 조립체를 가열하는 단계; 2) 대략 2시간 동안 대략 365℃로 온도를 유지하는 단계; 그리고 3) 상기 조립체를 대기 온도로 냉각시키는 단계들을 포함한다. 상기 실린더형 부품 조립체는 고정 구로부터 제거된다. 상기 실린더형 부품 조립체는 제2고정구내에 위치되고, 에폭시 수지 용액으로서 진공 침투되며, 그리고 대략 4.5 시간 동안 120℃에서 양생 된다. 완전히 양생 되는 경우, 상기 실린더형 부품 조립체는 제2고정 구로부터 제거된다. 결과적으로 얻어진 에폭시 접착된 비정질 금속 실린더형 부품 조립체는 대략 70 g 정도의 중량이다. 상기 공정은 반복되어 전체적으로 4개의 그러한 조립체들을 형성한다. 상기 4개의 조립체들은 서로 짝을 이루는 관계로 위치되고, 띠로 결속되어 4개의 동일하게 떨어진 간격을 갖는 일반적인 실린더 형 시험 코어를 형성한다. 1차 및 2차 전기적 권선 부들이 전기적인 시험을 위하여 실린더 형 시험 코어에 고정된다.

상기 시험 조립체는 대략 60 Hz의 주파수에서 그리고 대략 1.4 테스라(T)의 자속 밀도에서 작동되는 경우, 1 W/kg 미만의 비정질 금속 재료의 코어 손실 값과, 대략 1000 Hz의 주파수에서 그리고 대략 1.0 테스라(T)의 자속 밀도에서 작동되는 경우, 12 W/kg 미만의 비정질 금속 재료의 코어 손실 값 및, 대략 20,000 Hz의 주파수에서 그리고 대략 0.30 테스라(T)의 자속 밀도에서 작동되는 경우, 70 W/kg 미만의 비정질 금속 재료의 코어 손실 값을 나타낸다. 상기 시험 코어의 낮은 코어 손실은 그것이 본 발명의 유도 장치에서 사용되기에 적절하도록 하는 것이다.

실험예 2

스탬프 형성된 비정질 금속 호형 부품을 갖는 유도 장치의 고주파수 전기-자기 시험

4개의 스탬프 형성된 비정질 금속 호형 부품들을 갖는 실린더형 시험 코어가 실험예 1에서와 같이 준비된다. 1차 및 2차 권선 부들이 상기 시험 조립체에 고정된다. 전기적인 시험이 60, 1000, 5000 및 20,000 Hz에서 그리고 다양한 자속 밀도에서 실행된다. 코어 손실 값들이 측정되고, 유사한 시험 구조(National-Arnold Magnetics, 17030 Muskrat Avenue, Adelanto, CA 92301(1995))의 다른 강자성 재료들에 대한 카탈로그 값들에 비교된다. 상기 시험 데이터는 아래의 표 1,2,3 및 4에 집계되어 있다. 표 3 및 4의 데이터에서 기재된 바와 같이, 상기 코어 손실은 5000 Hz 또는 그 이상의 여자 주파수에서 특히 낮다. 그러한 낮은 코어 손실은 본 발명의 자기 부품이 본 발명의 유도 장치를 제작하는 데에 특히 적합하게 한다. 이러한 실험 예에 따라서 제작된 실린더형 시험 코어는 스위치-모드의 전력 공급원에서 사용되는 유도기와 같은 유도 장치에 사용되기 적합하다.

표 1

표 2

표 3

표 4

실험예 3

스탬핑된 비정질 금속 호형 부품을 포함하는 유도 장치의 고주파수 거동

위의 예 2에서 얻은 코어 손실 데이터를 통상의 비선형 회귀법(non-linear regression method)을 사용하여 분석한다. Fe₈₀B₁₁Si₉ 비정질 금속 리본으로 이루어진 저손 벌크 비정질 금속 장치의 코어 손실은 아래 형태의 함수로 본질적으로 정의될 수 있다.

L(B_max, f) = c₁f(B_max)ⁿ+c₂f^q(B_max)^m

적절한 값의 계수 c₁과 c₂ 및 지수 n, m 및 q를 선택하여 벌크 비정질 금속 부품의 자기 손실의 상한을 정한다. 표 5는 각기 킬로그램 당 와트로 측정한 예 2의 요소의 측정된 손실과 위의 식에 의해 예측되는 손실을 열거하고 있다. f(Hz)와 B_max(T)의 함수인 예측된 손실은 c₁=0.0074 및 c₂=0.000282인 계수와 n=1.3, m=2.4 및 q=1.5인 지수를 사용하여 계산한다. 예 2의 벌크 비정질 금속 요소의 측정된 손실은 식에 의해 예측되는 해당 손실보다 작다.

표 5

실험예 4

비정질 금속의 사다리꼴 프리즘 및 유도기의 준비

Fe₈₀B₁₁Si₉ 강자성 비정질 금속 리본 대략 25mm의 폭과 0.022mm의 두께를 갖는 것이 석판 에칭기술에 의해서 사다리꼴 박판들로 절단된다. 각각의 사다리꼴의 평행 측면들은 리본의 에지에 의해서 형성되고, 그리고 나머지 측면들은 반대의 방향으로 45°각도로 형성된다. 대략 1,300 층의 절단된 강자성 비정질 금속 리본들이 적층되고 정렬되어 각각 대략 30 mm 두께의 사다리꼴 프리즘 형상을 형성한다. 각각의 형상은 대략 365℃의 온도에서 대략 2시간 동안 유지되어 아닐닝 처리되며, 저 점성의 에폭시 수지 내에 잠겨서 침투되며 이어서 양생 된다. 그러한 4개의 부분들이 대략 150 mm의 평행한 긴 측면들 및 대략 100 mm 길이의 짧은 측면들로 형성된다. 각각의 박판들의 각이 형성된 단부들에 의해서 형성되는 끝이 뾰쪽하게 형성된 결합 면들은 각각의 프리즘에서 리본 층들의 평면에 수직하고, 1,300 층의 리본에 해당하는 대략 35 mm 두께의 넓이와 30 mm 두께를 갖는다. 상기 결합 면들은 광 연마에 의해서 정련되어 과도한 에폭시를 제거하고 평면 표면을 형성한다. 상기 결합 면들은 후속적으로 질산/물 용액 내에서 에칭되고, 그리고 수산화 암모늄/물 용액 내에서 세척된다.

전기적 권선 부가 각각의 네 개의 프리즘에 조립되고 고정되어 장방형 사진틀 형상의 변압기를 형성한다. 대향 부품들 상의 각각의 권선 부들을 1차 및 2차를 형성하도록 직렬로 연결한다.

상기 변압기의 코어 손실은 교류 전류를 제1 권선 부에 통과시키고 제2 권선 부에서 유도 전압을 검출한다. 상기 변압기의 코어 손실은 제1 권선 부및 제 2권선 부에 연결된 종래의 Yokogawa 2532 전력계로 측정한다. 주파수 5 kHz와 0.3T의 피크 자속 레벨에서 코어가 여자되고, 대략 10W/kg 미만의 코어 손실이 측정된다.

실험예 5

나노 결정 합금( nanocrystalline alloy) 사각형 프리즘의 준비

직사각형 프리즘이 대략 25 mm의 폭과 0.018 mm 두께의 그리고 Fe_73.5Cu₁Nb₃B₉Si_13. ₅의 공칭 조성을 갖는 비정질 금속 리본을 사용하여 준비된다. 대략 100 mm의 길이를 갖는 스트립의 대략 1600의 직사각형 형상의 부재들이 포토 에칭 공정에 의해서 절단되고, 고정구 내에 정렬되어 적층된다. 상기 적층 체는 열처리되어 비정질 금속의 나노 결정의 미소 구조를 형성한다. 아닐링이 아래의 단계들을 통하여 실행되며: 1) 상기 부분을 580℃ 까지 가열시키는 단계; 2) 대략 1시간 동안 대략 580℃로 온도를 유지하는 단계; 그리고 3) 상기 부분을 대기 온도로 냉각시키는 단계들을 실행한다. 열처리 후에, 상기 적층체는 저 점성의 에폭시 수지내에 잠겨서 침투된다. 상기 수지는 대략 177℃의 온도에서 대략 2.5 시간 동안 활성화되고 양생되어 에폭시 침투된 직사각형 프리즘형의 벌크 자기 부품을 형성한다. 상기 공정은 반복되어 3개의 부가적인 거의 동일한 부품들을 형성한다. 2개의 결합 면들이 광 연마 기술에 의하여 각 프리즘 상에 준비되어 평편 표면을 형성한다. 상기 면들 중의 하나가 각각의 프리즘의 일 단부 상에 위치되고, 거의 동일 크기의 다른 표면은 말단부에서 상기 프리즘의 측면 상에 형성된다. 2개의 결합 면들은 상기 부품의 각각의 층의 평면에 대해 거의 직교하는 것이다.

그 다음 4개의 프리즘들은 조립되고 결속되어, 도 10에 도시된 바와 같은 정사각형의 그림-프레임 구조의 형태를 갖는 유도 장치를 형성한다. 1차 전기 권선 부가 상기 프리즘들 중의 하나를 에워 싸도록 형성되고, 그리고 2차 권선 부가 상기 프리즘 반대 측에 형성된다. 상기 권선 부들은 표준형 전기 전력계에 연결된다. 전류를 제1 권선 부에 통과시키고 제2 권선 부의 유도 전압을 검출하여 장치의 코어 손실을 측정한다. 코어 손실은 Yokogawa 2532 전력계로 측정한다.

나노결정 합금 유도 장치는 5 kHz와 0.3T에서 대략 10W/kg 미만의 코어 손실을 가지므로, 고효율 유도기 또는 변압기에 사용하기에 적절하다.

상기에서는 본 발명을 다소 상세히 설명하였지만, 상세 설명만이 적용되는 것은 아니다. 오히려, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

a. 적어도 하나의 공기 간격을 갖는 자기 회로와 적어도 하나의 저-손 벌크 강자성 비정질 금속 자기 부품을 포함하는 자성 코어를 포함하고;

b. 상기 자성 코어의 적어도 일부분을 에워 싸는 적어도 하나의 전기 권선 부를 포함하며;

c. 상기 부품은 적층되고 정렬되며, 접착제로서 서로 접착된 거의 유사한 형태의 비정질 금속 스트립의 다수 개의 평면 층들을 포함하여 다면 형상 부를 형성하고; 그리고

d. 5 kHz의 여자 주파수 "f"에서 0.3T의 피크 유도 레벨 "Bmax" 까지 작동되는 경우, 대략 10 W/kg 보다 낮은 코어 손실을 갖는 것을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 변압기, 단권 변압기, 가포화 리엑터(saturable reactor) 및 유도기들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 부재임을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 자성 코어는 다수의 상기 저손 벌크 강자성 비정질 금속 자기 부품들을 포함하고, 그 각각은 적어도 2개의 결합 면들을 갖추며, 그리고 상기 부품들은 병렬 관계로 조립되어 각각의 상기 결합 면들은 서로 인접하고 그리고 상기 부품들의 다른 것의 결합 면들 중의 어느 하나에 평행을 이루는 것을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 자성 코어는 하나의 저손 벌크 강자성 비정질 금속 자기 부품을 갖는 것을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 다수 개의 전기적 권선 부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 공기 간격 내에 스페이서를 추가 포함함을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 비정질 금속 층들은 아닐링 처리됨을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 "L"보다 낮은 코어 손실을 가지며, 여기서 L은 아래의 수식으로 주어지고,

L = 0.005f(Bmax)^1.5 + 0.000012f¹ ^.5(Bmax)^1.6이며,

상기 코어 손실, 여자 주파수 및 피크 유도 레벨 등은 와트/킬로그램, 헤르츠(hertz) 및 테스라(teslas) 등으로 각각 측정된 것임을 특징으로 하는 유도 장치.
제1항에 있어서, 상기 자성 코어의 표면의 적어도 일부분은 절연 코팅층으로 피복된 것임을 특징으로 하는 유도 장치.
제9항에 있어서, 상기 코팅층은 상기 자성 코어의 전체 표면을 덮는 것임을 특징으로 하는 유도 장치.
a. 다수의 평면 박판 들을, 그 각각은 거의 동일한 사전에 결정된 형상을 갖는 것들을 형성하기 위하여 비정질 금속 스트립 재료를 절단하는 단계;

b. 상기 박판들을 3차원 형상을 갖는 박판 적층체로 형성하기 위하여 적층하고 정렬(registering)하는 단계;

c. 상기 부품의 자기 특성들을 개선시키기 위하여 상기 박판들을 아닐링하는 단계; 그리고

d. 상기 박판 적층체를 접착제로서 접착시키는 단계들을 포함하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품의 제작방법.
제11항에 있어서, 상기 접착제 접착 단계는 상기 박판 층의 침투를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 접착제는 1 또는 2부의 에폭시, 바니쉬, 아나로빅(anaerobic) 접착제, 시아노아크릴레이트(cyanoacrylates) 및 실온 경화성(RTV) 실리콘 재료들로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 접착제는 저 점성 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 아닐링 단계는 상기 접착제의 접착 단계 후에 이루어지는 것임을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 아닐링 단계는 상기 접착제의 접착 단계 전에 이루어지는 것임을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

a. 상기 부품의 적어도 표면 일부분을 절연 코팅제로 피복하는 것을 추가 포함함을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

a. 과다한 접착제를 제거하고, 상기 부품에 적절한 표면 마감을 부여하며, 최종 부품 크기로 마감하는 단계들 중의 적어도 어느 하나를 이루기 위하여 상기 박판 층을 마감하는 단계를 추가 포함함을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 절단 단계는 스탬핑 및 석판 에칭 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 절단 단계는 상기 비정질 금속 스트립 재료의 석판 에칭을 포함하여 상기 박판을 형성하는 것임을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 절단 단계는 상기 비정질 금속 스트립 재료의 스탬핑을 포함하여 상기 박판을 형성하는 것임을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

a. 상기 부품상에 적어도 2개의 결합 면들을 준비하는 단계를 추가 포함하고, 상기 면들이 거의 평행하고 상기 층들에 대해 직교하는 것임을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서, 상기 준비 단계는 상기 결합 면들의 표면 연마, 절단, 광택, 화학적 에칭 및 전기 화학적 에칭들 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 부품은 "L"보다 낮은 코어 손실을 가지며, 여기서 L은 아래의 수식으로 주어지고,

L = 0.005f(Bmax)^1.5 + 0.000012f^1.5(Bmax)^1.6이며,

상기 코어 손실, 여자 주파수 및 피크 유도 레벨 등은 와트/킬로그램, 헤르츠(hertz) 및 테스라(teslas) 등으로 각각 측정된 것임을 특징으로 하는 방법.
a. 다수의 평면 박판 들을, 그 각각은 거의 동일한 사전에 결정된 형상을 갖는 것들을 형성하기 위하여 비정질 금속 스트립 재료를 절단하는 단계;

b. 상기 박판들을 3차원 형상을 갖는 박판 적층체로 형성하기 위하여 적층하고 정렬(registering)하는 단계;

c. 상기 부품의 자기 특성들을 개선시키기 위하여 상기 박판들을 아닐링하는 단계; 그리고

d. 상기 박판 적층체를 접착제로서 접착시키는 단계들을 포함하는 공정에 의해서 제작된 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
제24항에 있어서, 상기 절단 단계는 석판 에칭을 포함하는 것을 특징으로 하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
제24항에 있어서, 상기 절단 단계는 비정질 금속 스트립으로 부터 상기 박판을 스탬핑하는 것을 포함함을 특징으로 하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
제24항에 있어서, 상기 부품은 여자 주파수 "f"에서 피크 유도 레벨 "Bmax" 까지 작동되는 경우, "L"보다 낮은 코어 손실을 가지며, 여기서 L은 아래의 수식으로 주어지고,

L = 0.005f(Bmax)^1.5 + 0.000012f^1.5(Bmax)^1.6이며,

상기 코어 손실, 여자 주파수 및 피크 유도 레벨 등은 와트/킬로그램, 헤르츠(hertz) 및 테스라(teslas) 등으로 각각 측정된 것임을 특징으로 하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
제24항에 있어서, 각각의 상기 강자성 비정질 금속 스트립은 M_70-85Y_5-20Z_0-20의 식으로 본질적으로 정의되는 조성물이며, 상기 식에서 아래 첨자는 원자 퍼센트이고, M은 Fe, Ni 및 Co 중의 적어도 하나이고, Y는 B, C 및 P 중의 적어도 하나이고, Z는 Si, Al 및 Ge 중의 적어도 하나이며, 단, (i) M 성분은 10 원자 퍼센트까지 Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Ta, Hf, Ag, Au, Pd, Pt 및 W의 금속종들 중의 적어도 하나로 선택적으로 대체되고, (ii) Y+Z 성분은 10 원자 퍼센트까지 In, Sn, Sb 및 Pb의 비-금속종들 중의 적어도 하나로 선택적으로 대체되며, (iii) M+Y+Z 성분은 약 1 원자 퍼센트까지 부수 불순물인 것을 특징으로 하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
제28항에 있어서, 상기 각각의 강자성 비정질 금속 스트립은 적어도 70 원자 퍼센트의 Fe, 적어도 5 원자 퍼센트의 B 및 적어도 5 원자 퍼센트의 Si를 함유하는 조성물이며, 단, B와 Si의 총 함량은 적어도 15 원자 퍼센트인 것을 특징으로 하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
제29항에 있어서, 각각의 상기 강자성 비정질 금속 스트립은 Fe₈₀B₁₁Si₉의 식으로 본질적으로 정의되는 조성물인 것을 특징으로 하는 낮은 코어 손실의 벌크 비정질 금속 자기 부품.
청구항 12의 방법에 따라서 제작된 적어도 하나의 벌크 비정질 금속 자기 부품을 포함하는 유도 장치.
a. 접착제로서 서로 접착된 다수 개의 비정질 금속 스트립의 평면 층들을 갖추어 공기 간격을 갖는 자기 회로를 구비한 일반적인 다면체 부분을 형성하는 적어도 하나의 강자성 벌크 비정질 금속 자기 부품을 갖는 코어를 제공하는 단계; 그리고

b.상기 자기 부품의 적어도 일부분을 적어도 하나의 전기 권선 부로 에워싸는 단계를 포함하는 유도 장치 제조 방법.
a. 복수의 강자성 벌크 비정질 금속 자기 부품을 포함하고, 각각의 상기 부품은 소정 두께의 대체로 다각형인 부분과 다수 개의 결합 면을 형성하도록 절단되고, 정렬 및 적층 되며, 그리고 접착제로 결합된 비정질 금속의 다수 개의 층들을 포함하는 코어를 제공하는 단계;

b. 상기 자기 부품들 중의 적어도 하나를 전기 권선 부로 둘러싸는 단계;

c. 적어도 하나의 자기 회로를 갖는 상기 코어를 형성하도록 상기 부품들을 병렬 관계로 배치하여, 상기 각각의 부품들의 층들이 실질적으로 평행한 평면상에 놓이게 하는 배치 단계;

d. 상기 부품들을 상기 병렬 관계로 고정하는 단계들을 포함하는 유도 장치의 제조 방법.
제32항에 있어서, 상기 공기 간격 사이에는 스페이서를 삽입하는 단계를 추가 포함함을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 상기 고정 단계는 상기 부품들을 접착시키기 위한 접착제의 사용을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 상기 고정 단계는 상기 부품들을 띠로서 결속시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 상기 고정 단계는 상기 부품들을 하우징 내에 위치시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 마감 단계를 추가 포함하고, 상기 결합 면은 마감 처리되어 그 위에 평면의 결합 면을 제공하는 것임을 특징으로 하는 방법.
제37항에 있어서, 상기 마감 단계는 표면 연마, 절단, 광택, 전기적 에칭 및 화학적 에칭들 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제32항에 있어서, 상기 전기적 권선 부는 중공의 내부 체적을 갖는 보빈 상에 감겨지고, 상기 보빈은 상기 코어의 일부분 위에 배치되는 것임을 특징으로 하는 방법.
변압기, 단권 변압기, 가포화 리액터 및 유도기로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 저손 유도 장치를 갖는 전기 회로 장치에 있어서,

a. 병렬 관계로 조립되어 적어도 하나의 자기 회로를 형성하는 복수의 저손 벌크 강자성 비정질 금속 자기 부품을 포함하는 자성 코어를 포함하고, 각각의 상기 부품들은 소정 두께의 다각형 부분과 복수의 결합 면을 형성하도록 접착제로 결합 된 비정질 금속 스트립들의 복수의 실질적으로 유사한 형태의 평면 층들을 포함하고, 각각의 상기 부품들의 두께는 실질적으로 동일하며;

b. 상기 부품들을 상기 관계로 유지하기 위한 유지 수단을 포함하고, 상기 부품들은 각각의 상기 부품의 상기 스트립의 층들이 실질적으로 평행한 평면에 있고, 각각의 상기 결합 면들은 상기 부품들 중의 다른 것의 결합 면과 인접해 있도록 배치되며; 그리고

c. 상기 자성 코어의 적어도 일부를 둘러싼 적어도 하나의 전기 권선 부를 포함하고;

그리고, 상기 유도 장치는 5 kHz의 여자 주파수 "f"에서 0.3T의 피크 유도 레벨 "Bmax" 까지 작동되는 경우, 대략 10 W/kg 보다 낮은 코어 손실을 갖는 전기 회로 장치.
스위치 모드 전원 공급 장치 및 스위치 모드 전압 변환기로 이루어진 그룹에서 선택되는 전원 제어 회로 장치에 있어서,

a. 병렬 관계로 조립되어 적어도 하나의 자기 회로를 형성하는 복수의 저손 벌크 강자성 비정질 금속 자기 부품을 포함하고, 각각의 상기 부품은 소정 두께의 다각형 부분과 복수의 결합 면을 형성하도록 접착제로 결합된 비정질 금속 스트립들의 복수의 실질적으로 유사한 형태의 평면 층들을 포함하며, 각각의 상기 부품들의 두께는 실질적으로 동일한 자성 코어;

b. 상기 부품들을 상기 관계에 유지하기 위하여, 상기 부품들은 각각의 상기 부품들의 상기 스트립 층이 실질적으로 평행한 평면에 배치되고, 각각의 상기 결합면들은 상기 부품 중의 다른 것의 결합 면에 인접해 있는 유지 수단; 및

c. 상기 자성 코어의 적어도 일부를 둘러싼 적어도 하나의 전기 권선 부를 포함하고,

상기 유도장치는 5 kHz의 여자 주파수 "f"에서 0.3T의 피크 유도 레벨 "Bmax" 까지 작동되는 경우, 대략 10 W/kg 보다 낮은 코어 손실을 갖는 것을 특징으로 하는 전원 제어 회로 장치.