Kovová skla v elektrických motorech: nové materiály

# Kovová skla pro elektromotory: minimalizace ztrát v jádře

Elektromotory ztrácejí účinnost kvůli hysterezi při remagnetizaci v krystalických materiálech. Vědci Saarlandské univerzity navrhují nahradit je kovovými skly – amorfními slitinami bez krystalické struktury. Tyto materiály minimalizují uvolňování tepla, zejména ve vysokorychlostních a kompaktních motorech.

Tradiční měkko-magnetické slitiny železa s velkými zrnky jsou účinné, ale při změně magnetického pole ve statoru se Weissovy domény srážejí s defekty krystalické mřížky. To způsobuje ztráty v jádře úměrné frekvenci otáček rotoru. Amorfni struktura kovových skel tyto bariéry eliminuje: magnetické domény se přeorientují volně, bez energetických ztrát na překonání hranic zrn.

Vlastnosti a výroba kovových skel

Kovová skla se formují rychlým ochlazováním taveniny, „zmrazováním“ atomů v neuspořádaném stavu. To poskytuje pevnost vyšší než u oceli a nízké koercitivní ztráty. Ralf Busch zdůrazňuje: absence krystalitů umožňuje doménám reagovat na pole bez tření.

Výroba součástí využívá:

• Tlakové lití pro hromadnou výrobu.
• Aditivní výrobu (L-PBF – laserové tavení práškové vrstvy) pro složité geometrie rotoru a statoru.

Projekt EU „Aditivní výroba amorfních kovů pro měkko-magnetické materiály“ je financován miliony eur. Klíčový průlom – tři slitiny odolné vůči krystalizaci při 3D tisku:

• Snadno vitrifikují při ochlazování.
• Zachovávají měkko-magnetické vlastnosti.
• Vhodné pro tisk funkčních komponent motoru.

Optimalizace L-PBF pro průmyslové použití

Laserové tavení práškové vrstvy (L-PBF) vyžaduje přesnou kontrolu teploty pro prevenci krystalizace. Tým Busche pracuje na zlepšení reprodukovatelnosti: nastavení laserových parametrů, složení prášku a následného zpracování. To umožní škálovat výrobu bez ztráty amorfnosti.

V laboratorních testech kovová skla vykazují prudký pokles ztrát ve srovnání s nano-krystalickými analogy. Další kroky – prototypy motorů s 3D tištěnými jádry pro ověření za reálných zátěží.

Co je důležité

• Amorfni kovová skla eliminují ztráty při remagnetizaci díky absenci krystalitů a volné pohyblivosti Weissových domén.
• L-PBF umožňuje vytvářet složité díly statoru a rotoru, nedostupné tradičním metodám.
• Identifikovány tři slitiny pro tisk: odolné vůči krystalizaci, měkko-magnetické, pevné.
• Projekt EU se zaměřuje na průmyslovou škálovatelnost L-PBF.
• Potenciál pro vysokorychlostní miniaturní motory s účinností blízkou 100 %.

— Editorial Team