Szkła metaliczne w silnikach elektrycznych: nowe materiały

# Szkła metaliczne dla silników elektrycznych: minimalizacja strat w rdzeniu

Silniki elektryczne tracą efektywność z powodu histerezy remagnetyzacji w materiałach krystalicznych. Badacze Uniwersytetu Saarländzkiego proponują zastąpienie ich szkłami metalicznymi — amorficznymi stopami bez struktury krystalicznej. Te materiały minimalizują wydzielanie ciepła, szczególnie w wysokoszybkościowych i kompaktowych silnikach.

Tradycyjne magnesomiękkie stopy żelaza z dużymi ziarnami są efektywne, ale przy zmianie pola magnetycznego w stojanie domeny Weissa napotykają defekty sieci krystalicznej. To powoduje straty w rdzeniu proporcjonalne do częstotliwości obrotów wirnika. Amorficzna struktura szkieł metalicznych eliminuje takie bariery: domeny magnetyczne przeorientowują się swobodnie, bez zużycia energii na pokonywanie granic ziaren.

Właściwości i produkcja szkieł metalicznych

Szkła metaliczne formuje się poprzez szybkie chłodzenie stopu, "zamrażając" atomy w stanie nieuporządkowanym. To zapewnia wytrzymałość wyższą niż stal oraz niskie straty koercyjne. Ralph Busch podkreśla: brak krystalitów pozwala domenom reagować na pole bez tarcia.

Produkcja elementów wykorzystuje:

• Odlewanie pod ciśnieniem do masowej produkcji.
• Produkcję addytywną (L-PBF — laserowa przetapianie warstwy proszkowej) do skomplikowanych geometrii wirnika i stojana.

Projekt UE "Produkcja addytywna metali amorficznych dla materiałów magnesomiękkich" jest finansowany milionami euro. Kluczowy przełom — trzy stopy odporne na krystalizację podczas druku 3D:

• Łatwo szklą się przy chłodzeniu.
• Zachowują magnesomiękkie właściwości.
• Nadają się do druku funkcjonalnych komponentów silnika.

Optymalizacja L-PBF do zastosowań przemysłowych

Laserowa przetapianie warstwy proszkowej (L-PBF) wymaga precyzyjnej kontroli temperatury, aby zapobiec krystalizacji. Zespół Buscha pracuje nad zwiększeniem powtarzalności: dostosowaniem parametrów lasera, składu proszku i obróbki po. Pozwoli to na skalowanie produkcji bez utraty amorficzności.

W testach laboratoryjnych szkła metaliczne wykazują gwałtowne zmniejszenie strat w porównaniu z nanokrystalicznymi analogami. Kolejne kroki — prototypy silników z rdzeniami drukowanymi 3D do weryfikacji w rzeczywistych obciążeniach.

Co ważne

• Amorficzne szkła metaliczne eliminują straty na remagnetyzację dzięki brakowi krystalitów i swobodnej ruchliwości domen Weissa.
• L-PBF umożliwia tworzenie skomplikowanych detali stojana i wirnika, niedostępnych tradycyjnym metodom.
• Zidentyfikowano trzy stopy do druku: odporne na krystalizację, magnesomiękkie, wytrzymałe.
• Projekt UE koncentruje się na przemysłowej skalowalności L-PBF.
• Potencjał dla wysokoszybkościowych miniaturowych silników o sprawności bliskiej 100%.

— Editorial Team