Европейские учёные ищут способ повысить КПД электродвигателей
11.03.2026
Группа европейских исследователей под руководством профессора Ральфа Буша из Саарского университета (Германия) работает над революционным решением для повышения энергоэффективности электродвигателей. Учёные разрабатывают материалы на основе металлического стекла — они способны заметно сократить потери энергии в моторах, которые используются в дронах, электровелосипедах и бытовой электронике.
Проблема «потерь в железе»
Преобразование электрической энергии в механическую в электродвигателях никогда не бывает стопроцентно эффективным: часть энергии неизбежно теряется в виде тепла. Причина кроется в работе магнитных полей внутри двигателя — они постоянно меняют направление в процессе эксплуатации.
Профессор Буш поясняет суть проблемы:
«Чем меньше габариты двигателя, тем ниже его эффективность. Это явление известно как „потери в железе“».
В большинстве современных моторов статоры и роторы делают из кристаллических сплавов железа. При смене направления магнитного поля крошечные магнитные участки в материале вынуждены переориентироваться, что вызывает внутреннее трение и, как следствие, нагрев — а значит, потерю энергии.
Решение: аморфные сплавы вместо кристаллических
Команда Буша предлагает заменить традиционные материалы на аморфные металлические сплавы. В отличие от обычных металлов с упорядоченной кристаллической решёткой, металлические стёкла имеют хаотичное расположение атомов.
«Наша цель — заменить привычные кристаллические сплавы на стекловидные, аморфные. При перемагничивании такие материалы практически не теряют энергию», — подчёркивает профессор.
Благодаря отсутствию кристаллической структуры магнитные области в металлических стёклах легче меняют ориентацию при смене направления магнитного поля. Это существенно снижает энергетические потери при циклах намагничивания.
Буш уточняет:
«Потери резко сокращаются, если кристаллиты очень мелкие — то есть имеют нанокристаллическую структуру, — либо если кристаллическая структура отсутствует полностью, то есть материал находится в стекловидном, аморфном состоянии».
Состав и технология производства
Процесс выглядит так:
Особенности металлического стекла
Несмотря на название, металлическое стекло не имеет ничего общего с хрупкостью обычного стекла. По словам Буша, этот материал может превосходить по прочности сталь. Ключевое отличие от традиционных металлов — хаотичное расположение атомов без дальнедействующей периодичности.
«В обычных металлах атомы организованы в упорядоченные кристаллические решётки. В металлических стёклах они находятся в аморфном состоянии, без строгой периодичности», — объясняет профессор
.
Сложности и первые успехи
Подобрать подходящий сплав оказалось непростой задачей: материал должен:
Исследователи провели масштабную работу:
В результате удалось выделить три состава, которые успешно печатаются с сохранением аморфной структуры.
Перспективы и финансирование
Проект получил название AM2SoftMag. Это общеевропейская инициатива с участием научных групп из Германии, Испании, Италии и Польши. Работа финансируется Европейским советом по инновациям в рамках программы Horizon Europe Pathfinder Open — объём поддержки составил 3,5 миллиона евро.
На следующем этапе команда сосредоточится на доработке производственного процесса. Цель — адаптировать новые материалы для массового применения в промышленных электродвигателях. Это откроет путь к созданию более энергоэффективной техники — от компактных дронов до бытовой электроники.
Проблема «потерь в железе»
Преобразование электрической энергии в механическую в электродвигателях никогда не бывает стопроцентно эффективным: часть энергии неизбежно теряется в виде тепла. Причина кроется в работе магнитных полей внутри двигателя — они постоянно меняют направление в процессе эксплуатации.
Профессор Буш поясняет суть проблемы:
«Чем меньше габариты двигателя, тем ниже его эффективность. Это явление известно как „потери в железе“».
В большинстве современных моторов статоры и роторы делают из кристаллических сплавов железа. При смене направления магнитного поля крошечные магнитные участки в материале вынуждены переориентироваться, что вызывает внутреннее трение и, как следствие, нагрев — а значит, потерю энергии.
Решение: аморфные сплавы вместо кристаллических
Команда Буша предлагает заменить традиционные материалы на аморфные металлические сплавы. В отличие от обычных металлов с упорядоченной кристаллической решёткой, металлические стёкла имеют хаотичное расположение атомов.
«Наша цель — заменить привычные кристаллические сплавы на стекловидные, аморфные. При перемагничивании такие материалы практически не теряют энергию», — подчёркивает профессор.
Благодаря отсутствию кристаллической структуры магнитные области в металлических стёклах легче меняют ориентацию при смене направления магнитного поля. Это существенно снижает энергетические потери при циклах намагничивания.
Буш уточняет:
«Потери резко сокращаются, если кристаллиты очень мелкие — то есть имеют нанокристаллическую структуру, — либо если кристаллическая структура отсутствует полностью, то есть материал находится в стекловидном, аморфном состоянии».
Состав и технология производства
- Разрабатываемые сплавы содержат 70–80 % железа и предназначены для применения в качестве магнитомягких материалов в двигателях.
- Важный элемент проекта — использование аддитивных технологий. Исследователи применяют 3D‐печать металлом, чтобы создавать детали двигателя прямо из порошкового металлического стекла.
Процесс выглядит так:
- Лазер плавит металлический порошок.
- Послойно формируются детали толщиной около 50 мкм.
- Охлаждение тщательно контролируется, чтобы избежать кристаллизации и сохранить аморфное состояние материала в готовых компонентах.
Особенности металлического стекла
Несмотря на название, металлическое стекло не имеет ничего общего с хрупкостью обычного стекла. По словам Буша, этот материал может превосходить по прочности сталь. Ключевое отличие от традиционных металлов — хаотичное расположение атомов без дальнедействующей периодичности.
«В обычных металлах атомы организованы в упорядоченные кристаллические решётки. В металлических стёклах они находятся в аморфном состоянии, без строгой периодичности», — объясняет профессор
.
Сложности и первые успехи
Подобрать подходящий сплав оказалось непростой задачей: материал должен:
- сохранять аморфную структуру;
- обладать необходимыми магнитными свойствами;
- быть совместимым с технологией 3D‐печати.
Исследователи провели масштабную работу:
- отобрали сотни вариантов сплавов;
- протестировали их устойчивость к кристаллизации.
В результате удалось выделить три состава, которые успешно печатаются с сохранением аморфной структуры.
Перспективы и финансирование
Проект получил название AM2SoftMag. Это общеевропейская инициатива с участием научных групп из Германии, Испании, Италии и Польши. Работа финансируется Европейским советом по инновациям в рамках программы Horizon Europe Pathfinder Open — объём поддержки составил 3,5 миллиона евро.
На следующем этапе команда сосредоточится на доработке производственного процесса. Цель — адаптировать новые материалы для массового применения в промышленных электродвигателях. Это откроет путь к созданию более энергоэффективной техники — от компактных дронов до бытовой электроники.