Metglas：EVモーターを小型高効率化！
rendre les moteurs de EV plus petits・efficaces!
E-Motoren kleiner・effizienter machen!
Making EV motors smaller・efficient!
Metglas：讓電動汽車電機更小、更高效！
ー日立金属、アモルファス合金を開発ー
ーMetglasで航続距離1割増へー
2022.09.15
EVモーター新材料：
EVなど「駆動モーターの鉄心（コア）材料」を、
「従来の電磁鋼板から、新材料に置き換える動き」が出てきた。
「モーターの高回転化で増えるエネルギー損失を抑え、効率を高める」ためだ。
モーター高回転化の要請：
世界では、「モーターの高回転化」が進んでいる。
現在のEV：
回転数は、多いもので約2万rpmに達する。
- モーター出力は、トルクと回転数の積で決まる。
- トルクは、モーターの体積に比例する。
「モーターを小型化しながら、出力を高める」ために、高回転化が不可欠だ。
高回転化実現の方法：
モーターの電磁鋼板を薄くするのだ。
モーターを高回転化するためには、
「回転数の増加で増える鉄損を減らすこと」が不可欠だ。
渦電流による鉄損防止：
ーモーターコアを構成する電磁鋼板ー
- 電磁鋼板1枚ごとに、厚さ方向に渦電流が流れる。
- 電磁鋼板1枚が厚いほど、渦電流による鉄損が大きくなる。
「厚さを薄くして、鉄損を減らすこと」が現在の主流だ。
電磁鋼板の薄板化：
「EV駆動用モーターに使う電磁鋼板」では、
高回転化に伴い0.35mmから0.25mmまで、薄板化が進んできた。
しかし、
2万rpmを超える高回転の領域では、さらに薄板化する必要がある。
「電磁鋼板では、この対応が難しくなる」との見方がある。
日立金属
東北マグネットインスティテュート（TMI）日立金属やTMIが、
電磁鋼板に比べ鉄損を減らせる、モーターコア用材料を開発した。
現在、駆動用モーターでの実用化に挑んでいる。
日立金属
アモルファス合金採用に近づいているのが、日立金属のアモルファス合金だ。
日立金属は、鉄（Fe）主成分のアモルファス合金「Metglas」を開発した（図2）。
パワーエレクトロニクス統括部長
鈴木 勝氏量産へ向けて「段階的な承認プロセスを経ながら、順調に進んでいる」
アモルファス合金「Metglas」とは：
最大の特徴は、鉄損を電磁鋼板の10分の1以下に、減らせる点だ。
構造と薄さが特長：
通常の金属材料は結晶構造を取り、原子配列が規則的である。
しかし、アモルファス合金は原子配列に規則性がない（図3）。
「結晶構造を成す前に急速に冷却して固める」ため、圧延せずに非常に薄く造れる。
アモルファス合金の薄さ：
「厚さの公称値が0.025mm」だ。
これは、「駆動用モーターコアに使う電磁鋼板の10分の1以下」なのだ。
アモルファス合金を使い分け：
アモルファス合金をステーター（固定子）のティース部のみに使う場合と、
ステーター全体に使う場合のどちらにも、
顧客の要望に合わせて対応できるようになった（図4）。
「Metglas」の性能比較：
試作モーター実測試験の結果：
ステーター全体を「Metglas」で造る場合、
回転数8000rpmまでの領域：
高回転領域で電磁鋼板に比べ、効率を約3％改善し、損失を半減できる。
8000rpmから2万rpmの領域：
シミュレーションで最大8％の効率改善を確認できた。
モーター出力と電池容量をそろえた場合：
満充電での航続距離を、効率改善分だけ伸ばせることになる。
日経クロステック（xTECH）
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/07163/
Metglas : rendre les moteurs de véhicules électriques plus petits et plus efficaces !
-Hitachi Metals développe un alliage amorphe-
– Augmentation de 10% de l’autonomie de croisière avec Metglas –
2022.09.15
Nouveaux matériaux pour moteur EV :
Véhicules électriques et autres “matériaux de base de moteur d’entraînement”
Il y a un mouvement pour remplacer les tôles d’acier électriques conventionnelles par de nouveaux matériaux.
Il s’agit de “supprimer la perte d’énergie qui augmente à mesure que le moteur tourne plus haut et d’améliorer l’efficacité”.
Demande d’augmentation de la vitesse du moteur :
Dans le monde, “la rotation du moteur augmente” progresse.
EV actuel :
La vitesse de rotation atteint environ 20 000 tr/min au maximum.
La puissance du moteur est déterminée par le produit du couple et de la vitesse de rotation.
Le couple est proportionnel au volume du moteur.
Afin “d’augmenter le rendement tout en miniaturisant le moteur”, une rotation élevée est indispensable.
Comment atteindre un régime élevé :
Cela se fait en amincissant les tôles d’acier électromagnétiques du moteur.
Pour accélérer le moteur,
Il est indispensable de “réduire les pertes fer qui augmentent avec l’augmentation de la vitesse de rotation”.
Prévention de la perte de fer due aux courants de Foucault :
-Tôles d’acier électromagnétiques qui composent le noyau du moteur-
Un courant de Foucault circule dans le sens de l’épaisseur de chaque tôle d’acier magnétique.
Plus la tôle d’acier magnétique est épaisse, plus la perte de fer due aux courants de Foucault est importante.
Le courant dominant actuel est de réduire la perte de fer en amincissant l’épaisseur.
Amincissement des tôles électriques :
“Tôles d’acier électromagnétiques utilisées dans les moteurs d’entraînement EV”
Avec l’augmentation de la vitesse de rotation, l’épaisseur de la tôle a été réduite de 0,35 mm à 0,25 mm.
mais,
Dans le domaine des fortes rotations supérieures à 20 000 tr/min, il est nécessaire d’amincir encore le plateau.
Il y a une opinion selon laquelle “ il sera difficile de gérer cela avec des tôles d’acier électriques.”
Hitachi Métaux
Institut de l’aimant du Tohoku (TMI)
Hitachi Metals et TMI
Nous avons développé un matériau de noyau de moteur qui peut réduire la perte de fer par rapport aux tôles d’acier électromagnétiques.
Actuellement, nous essayons de le mettre en pratique dans les moteurs d’entraînement.
Hitachi Métaux
alliage amorphe
L’alliage amorphe d’Hitachi Metals est sur le point d’être adopté.
Hitachi Metals a développé un alliage amorphe à base de fer (Fe) appelé « Metglas » (Fig. 2).
Directeur Général de la Division Electronique de Puissance
Masaru Suzuki
“Nous sommes sur la bonne voie avec un processus d’approbation étape par étape” vers la production de masse.
Alliage amorphe “Metglas”:
La plus grande caractéristique est que la perte de fer peut être réduite à moins de 1/10 de la tôle d’acier électromagnétique.
Caractéristiques de structure et de finesse :
Les matériaux métalliques ordinaires ont une structure cristalline et l’arrangement atomique est régulier.
Cependant, les alliages amorphes manquent de régularité dans l’arrangement atomique (Fig. 3).
Parce qu’il “refroidit et se solidifie rapidement avant de former une structure cristalline”, il peut être rendu très mince sans rouler.
Finesse de l’alliage amorphe :
“L’épaisseur nominale est de 0,025 mm”.
C’est “moins de 1/10 de la tôle d’acier électromagnétique utilisée pour les noyaux des moteurs d’entraînement”.
Bon usage des alliages amorphes :
Lorsque l’alliage amorphe est utilisé uniquement pour les dents du stator,
Tant lorsqu’il est utilisé pour l’ensemble du stator,
Il est désormais possible de répondre aux demandes des clients (Fig. 4).
Comparaison des performances de “Metglas”:
Résultats des tests de mesure réels du moteur prototype :
Si tout le stator est en “Metglas”,
Gamme jusqu’à 8000 tr/min :
L’efficacité est améliorée d’environ 3% et la perte est divisée par deux par rapport aux tôles d’acier électromagnétiques dans la plage de rotation élevée.
Plage de 8 000 tr/min à 20 000 tr/min :
Une amélioration maximale de l’efficacité de 8 % a été confirmée dans la simulation.
Si la puissance du moteur et la capacité de la batterie sont identiques :
La plage de croisière sur une charge complète peut être étendue par l’amélioration de l’efficacité.
Nikkei CrossTech (xTECH)
Metglas: E-Motoren kleiner und effizienter machen!
-Hitachi Metals entwickelt amorphe Legierung-
– 10 % mehr Reichweite mit Metglas –
2022.09.15
Neue Materialien für EV-Motoren:
Elektrofahrzeuge und andere „Kernmaterialien für Antriebsmotoren“
Es gibt eine Bewegung, herkömmliche Elektrobleche durch neue Materialien zu ersetzen.
Dies dient dazu, “den Energieverlust zu unterdrücken, der zunimmt, wenn der Motor höher dreht, und die Effizienz zu verbessern”.
Wunsch nach höherer Motordrehzahl:
In der Welt schreitet die “Motorrotation zu” voran.
Aktueller EV:
Die Drehzahl erreicht höchstens etwa 20.000 U/min.
Die Motorleistung wird durch das Produkt aus Drehmoment und Drehzahl bestimmt.
Das Drehmoment ist proportional zum Volumen des Motors.
Um “die Leistung zu steigern und gleichzeitig den Motor zu miniaturisieren”, ist eine hohe Rotation unerlässlich.
So erreichen Sie hohe Drehzahlen:
Dies erfolgt durch Ausdünnen der elektromagnetischen Stahlbleche des Motors.
Um den Motor zu beschleunigen,
Es gelte, „den mit steigender Drehzahl steigenden Eisenverlust zu reduzieren“.
Vermeidung von Eisenverlusten durch Wirbelströme:
-Elektromagnetische Stahlbleche, aus denen der Motorkern besteht-
Ein Wirbelstrom fließt in der Dickenrichtung jedes magnetischen Stahlblechs.
Je dicker das Magnetstahlblech ist, desto größer sind die Eisenverluste durch Wirbelströme.
Der derzeitige Mainstream besteht darin, den Eisenverlust durch Verdünnen der Dicke zu reduzieren.
Dünnen von Elektroblechen:
“Elektromagnetische Stahlbleche, die in Antriebsmotoren von Elektrofahrzeugen verwendet werden”
Mit der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit wurde die Blechdicke von 0,35 mm auf 0,25 mm reduziert.
aber,
Im Bereich hoher Drehzahlen über 20.000 U/min ist es notwendig, die Platte noch dünner zu machen.
Es wird die Ansicht vertreten, „dass dies bei Elektroblechen schwierig zu bewältigen sein wird.“
Hitachi-Metalle
Tohoku Magnet Institute (TMI)
Hitachi Metals und TMI
Wir haben ein Motorkernmaterial entwickelt, das den Eisenverlust im Vergleich zu elektromagnetischen Stahlblechen reduzieren kann.
Derzeit versuchen wir, es in Antriebsmotoren praktisch einzusetzen.
Hitachi-Metalle
amorphe Legierung
Die amorphe Legierung von Hitachi Metals steht kurz vor der Einführung.
Hitachi Metals hat eine auf Eisen (Fe) basierende amorphe Legierung namens „Metglas“ entwickelt (Bild 2).
General Manager des Geschäftsbereichs Leistungselektronik
Masaru Suzuki
„Wir sind mit einem schrittweisen Zulassungsprozess auf dem richtigen Weg“ in Richtung Massenproduktion.
Amorphe Legierung “Metglas”:
Das größte Merkmal ist, dass der Eisenverlust auf weniger als 1/10 des elektromagnetischen Stahlblechs reduziert werden kann.
Struktur- und Dünnheitsmerkmale:
Gewöhnliche Metallmaterialien haben eine kristalline Struktur und die Atomanordnung ist regelmäßig.
Amorphen Legierungen mangelt es jedoch an Regelmäßigkeit in der atomaren Anordnung (Abb. 3).
Da es “schnell abkühlt und sich verfestigt, bevor es eine Kristallstruktur bildet”, kann es ohne Walzen sehr dünn gemacht werden.
Dünnheit der amorphen Legierung:
“Die Nenndicke beträgt 0,025 mm”.
Dies ist “weniger als 1/10 des elektromagnetischen Stahlblechs, das für Antriebsmotorkerne verwendet wird”.
Richtige Verwendung von amorphen Legierungen:
Wenn eine amorphe Legierung nur für die Zähne des Stators verwendet wird,
Sowohl bei Verwendung für den gesamten Stator,
Auf Kundenanfragen kann nun reagiert werden (Abb. 4).
Leistungsvergleich von „Metglas“:
Testergebnisse der tatsächlichen Messung des Prototypmotors:
Wenn der gesamte Stator aus “Metglas” besteht,
Bereich bis 8000 U/min:
Der Wirkungsgrad verbessert sich um ca. 3 % und die Verluste halbieren sich im Vergleich zu elektromagnetischen Stahlblechen im hohen Drehzahlbereich.
Bereich von 8000 U/min bis 20.000 U/min:
In der Simulation wurde eine maximale Effizienzsteigerung von 8 % bestätigt.
Bei gleicher Motorleistung und Akkukapazität:
Die Reichweite bei voller Ladung kann durch die Effizienzsteigerung verlängert werden.
Nikkei Cross Tech (xTECH)
Hitachi Develops Higher-Efficiency Motor Technology Using Amorphous Magnetic Metal from Subsidiary MetGlas
– Magnetics Magazine
Hitachi Metals reports that
it has made an important advancement in the use of amorphous magnetic metal for cost-effectively manufacturing electric motors,
a development that could bode well for improving the energy efficiency of electric vehicles, industrial equipment and electrical appliances.
Using specialized amorphous metal from its subsidiary Metglas to form the motor teeth,
Hitachi released data demonstrating a four to five-fold reduction in core loss than experienced in a comparable motor with standard magnetic steel sheet teeth –
and has applied this to a new design that it says can be economically mass produced.