Шыны туралы сөз қозғалғанда, әдетте оны нәзік әрі сынғыш материал ретінде елестетеміз, ал оны жоғары жүктемелі электромеханикалық компоненттердің негізі ретінде елестету қиын. Алайда Германиядағы Саар университетінің зерттеушілері шыны тәрізді металды қолданып, электрқозғалтқыштардың тиімділігін айтарлықтай арттырды.

Электрқозғалтқыштардың жұмыс принципі және энергия шығындары

Электрқозғалтқыштар түрлі құрылғыларда — электрлік тіс щеткаларынан бастап электромобильдерге дейін — қолданылады. Бұл қозғалтқыштарда айналмалы ротор қозғалмайтын статордың ішінде орналасып, үнемі өзгеріп тұратын магнит өрісін тудырады. Бұл процесс металл ішіндегі ұсақ магниттік аймақтардың қайта-қайта қайта құрылуына әкеледі. Кристалдық құрылымы бар материалдарда бұл ішкі кедергіге, микроскопиялық үйкеліс пен энергияның жылу түрінде жоғалуына (темір шығындары) себеп болады.

Дәстүрлі материалдардың шектеулері

Қазіргі қозғалтқыштар әдетте жұмсақ магниттік, ірі түйіршікті темір қорытпаларынан жасалады. Барлық оңтайландыруларға қарамастан, мұндай қорытпаларда гистерезис әсерінен магнит өрісі өзгергенде энергия шығыны салыстырмалы түрде жоғары болып қалады. Бұл шығындарды азайту үшін зерттеушілер дәстүрлі кристалдық қорытпаларды аморфты, шыны тәрізді материалдарға ауыстыруға тырысады, олар магнит өрісі өзгергенде энергияны іс жүзінде жоғалтпайды.

Металдық шынылардың ерекшеліктері

Кәдімгі металдардан айырмашылығы, металдық шыныларда кристалдық тор болмайды. Олардың атомдары ретсіз орналасқан, бұл құрылымды аморфты әрі шыныға ұқсас етеді. Қатаң кристалдық құрылымның болмауы магниттік домендердің магнит өрісі өзгергенде еркін қайта бағдарлануына мүмкіндік береді, бұл энергия шығынын айтарлықтай азайтып, жылу бөлуді төмендетеді.

Мықтылық және өндіріс

Атауы шыны болғанымен, металдық шыны көбіне болаттан да берік болады. «Шыны» термині тек материалдың аморфты атомдық құрылымын білдіреді. Мұндай құрылым арнайы құрамды таңдау, балқыту және балқыманы тез салқындату арқылы алынады, сонда атомдар кристалдық тор түзуге үлгермейді.

Электрқозғалтқыш компоненттерін өндіру үшін команда лазерлік қабат-қабат ұнтақ балқыту әдісін — металды 3D-басып шығарудың бір түрін қолданды. Бұл процесте қорытпа ұнтағы лазермен қабаттап балқытылып, тез салқындатылады, нәтижесінде аморфты, шыны тәрізді күй сақталады. Бұл тәсіл материалдың қажетті магниттік қасиеттерін сақтауға мүмкіндік береді.

Жаңа қорытпаларды әзірлеу

Жобаның басты мақсаты — электрқозғалтқыштардың дәстүрлі материалдарын алмастыра алатын және 3D-басып шығаруға жарамды металдық шыны қорытпасын алу болды. Зерттеушілер жүздеген қорытпаларды кристалдануға төзімділікке сынап, қозғалтқыш компоненттерін толықтай шыны тәрізді металдан сенімді жасауға мүмкіндік беретін үш құрамды анықтады.

Потенциалды әсері

Электрқозғалтқыштардың кең таралуын ескере отырып, жаңа материалдарды енгізу энергия шығыны аз, жылу бөлінуі төмен, тиімді әрі ұзақ қызмет ететін қозғалтқыштар жасауға жол ашады. Бұл жылдамырақ әрі энергия үнемдейтін электромобильдер, ұшу уақыты ұзақ дрондар, жүріс қоры мол электрвелосипедтер және жоғары өнімділігімен қатар энергия тұтынуы төмен өнеркәсіптік машиналар жасауға мүмкіндік береді.

Қаржыландыру және қолдау

Жобаға Еуропалық Одақ қолдау көрсетіп, AM2SoftMag (Additive Manufacturing of Amorphous Metals for Soft Magnetics) консорциумы аясында 3,5 миллион еуродан астам қаржы бөлді.