전기 모터의 금속유리: 신소재

전기 모터를 위한 금속 유리: 코어 손실 최소화

전기 모터는 결정질 재료의 재자화 과정에서 발생하는 히스테리시스 손실로 인해 효율이 저하됩니다. 자르랜드 대학교 연구원들은 이를 금속 유리—결정 구조가 없는 비정질 합금—으로 대체할 것을 제안합니다. 이러한 재료는 특히 고속 및 소형 모터에서 발열을 최소화합니다.

전통적인 큰 입자를 가진 연자성 철 합금은 효과적이지만, 고정자에서 자기장이 변화할 때 와이스 도메인이 결정 격자의 결함에 부딪히게 됩니다. 이는 로터의 회전 주파수에 비례하는 코어 손실을 유발합니다. 금속 유리의 비정질 구조는 이러한 장벽을 없애줍니다: 자기 도메인이 결정립 경계를 극복할 에너지 소비 없이 자유롭게 재배향됩니다.

금속 유리의 특성 및 제조

금속 유리는 용융물을 급속 냉각하여 원자를 무질서한 상태로 "동결"시켜 형성됩니다. 이는 강철보다 우수한 강도와 낮은 보자 손실을 제공합니다. 랄프 부쉬는 강조합니다: 미세결정의 부재가 도메인이 마찰 없이 자기장에 반응할 수 있게 합니다.

부품 제조에는 다음이 사용됩니다:

• 대량 생산을 위한 압력 다이캐스팅.
• 복잡한 로터 및 고정자 형상을 위한 적층 제조 (L-PBF—레이저 분말 베드 융합).

EU 프로젝트 "Additive Manufacturing of Amorphous Metals for Soft Magnetic Materials"는 수백만 유로의 자금을 지원받고 있습니다. 핵심 돌파구는 3D 프린팅 중 결정화에 강한 세 가지 합금입니다:

• 냉각 시 쉽게 유리화됩니다.
• 연자성 특성을 유지합니다.
• 기능적인 엔진 부품 인쇄에 적합합니다.

산업 응용을 위한 L-PBF 최적화

레이저 분말 베드 융합 (L-PBF)은 결정화를 방지하기 위해 정밀한 온도 제어가 필요합니다. 부쉬 팀은 재현성을 높이기 위해 레이저 매개변수, 분말 조성, 후처리를 최적화하고 있습니다. 이는 비정질성을 유지하면서 생산을 확대할 수 있게 합니다.

실험실 테스트에서 금속 유리는 나노결정질 대안에 비해 손실이 급격히 줄었습니다. 다음 단계는 실제 부하 조건에서 검증을 위한 3D 프린팅 코어를 사용한 모터 프로토타입 제작입니다.

중요한 점

• 비정질 금속 유리는 미세결정의 부재와 와이스 도메인의 자유로운 이동성 덕분에 재자화 손실을 없앱니다.
• L-PBF는 전통 방법으로는 제작 불가능한 복잡한 고정자 및 로터 부품을 만들 수 있게 합니다.
• 인쇄용으로 확인된 세 가지 합금: 결정화에 강하고, 연자성이며, 강합니다.
• EU 프로젝트는 L-PBF의 산업적 확장성에 초점을 맞춥니다.
• 효율이 100%에 가까운 고속 소형 모터의 잠재력.

— Editorial Team