Metglas：讓電動汽車電機更小、更高效！
-日立金屬開發非晶合金-
– 使用 Metglas 增加 10% 的續航里程 –
2022.09.15
EV電機新材料：
EV等“驅動電機芯材”
有一種用新材料代替傳統電工鋼板的運動。
這是為了“抑制隨著電機轉速升高而增加的能量損失並提高效率”。
要求更高的電機速度：
在世界範圍內，“電機旋轉增加”正在取得進展。
當前電動汽車：
轉數最多達到約20,000 rpm。
電機輸出由扭矩和轉速的乘積決定。
扭矩與電機的體積成正比。
為了“在使電機小型化的同時增加輸出”，高轉速是必不可少的。
如何達到高轉速：
這是通過減薄電機的電磁鋼板來實現的。
為了使電機加速，
必須“降低隨轉速增加而增加的鐵損”。
防止渦流造成的鐵損：
-構成電機鐵芯的電磁鋼板-
渦電流在每個電磁鋼板的厚度方向上流動。
電磁鋼板越厚，渦流引起的鐵損越大。
目前的主流是通過減薄厚度來降低鐵損。
電工鋼板減薄：
“用於EV驅動電機的電磁鋼板”
隨著轉速的提高，板材厚度從0.35mm減少到0.25mm。
但，
在超過20,000 rpm的高轉速區域，有必要使板更薄。
有一種觀點認為“用電工鋼板很難解決這個問題。”
日立金屬
東北磁鐵研究所 (TMI)
日立金屬和TMI
我們開發了一種與電磁鋼板相比可以降低鐵損的電機鐵芯材料。
目前，我們正在嘗試將其用於驅動電機。
日立金屬
非晶合金
日立金屬的非晶合金即將被採用。
日立金屬開發了一種名為“Metglas”的鐵 (Fe) 基非晶合金（圖 2）。
電力電子事業部總經理
鈴木勝
“我們正按部就班地進行審批”，以實現大規模生產。
非晶合金“Metglas”：
最大特點是鐵損可以降低到電磁鋼板的1/10以下。
結構和薄度特點：
普通金屬材料具有晶體結構，原子排列規則。
然而，非晶合金的原子排列缺乏規律性（圖 3）。
因為它“在形成晶體結構之前迅速冷卻和凝固”，所以無需軋製就可以做得很薄。
非晶合金的厚度：
“標稱厚度為 0.025mm”。
這是“用於驅動電機鐵芯的電磁鋼板的不到 1/10”。
正確使用非晶合金：
當非晶合金僅用於定子的齒時，
用於整個定子時，
現在可以響應客戶請求（圖 4）。
“Metglas”的性能對比：
樣機電機實測測試結果：
如果整個定子由“Metglas”製成，
範圍高達 8000rpm：
與高轉速範圍的電磁鋼板相比，效率提高約 3%，損耗減半。
範圍從 8000rpm 到 20,000rpm：
在模擬中確認了最大效率提高了 8%。
如果電機輸出和電池容量相同：
充滿電後的續航里程可以通過效率提升來擴展。
日經交叉科技 (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.