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有著國(guó)內(nèi)近千億臺(tái)市場(chǎng)潛力的非晶電機(jī)在多遠(yuǎn)的未來?

2023-03-23 10:12:00

中國(guó)冶金報(bào) 中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 趙萍 報(bào)道
 
圖為會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)
  “非晶合金電機(jī)重點(diǎn)對(duì)應(yīng)有高功率密度需求的中高頻電機(jī),市場(chǎng)容量將超過1000億臺(tái)以上,應(yīng)用前景非常廣闊?!?/div>
  “非晶合金材料被國(guó)內(nèi)外學(xué)者稱作‘雙綠色’軟磁功能材料?!?/div>
  “非晶合金永磁電機(jī)在高速高頻場(chǎng)合具有顯著優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景?!?/div>
  “高速電機(jī)由于高轉(zhuǎn)速使鐵芯損耗、電樞銅耗和轉(zhuǎn)子渦流損耗大幅增加,有效抑制手段包括采用高頻低損耗的非晶合金鐵芯等?!?/div>
  …………
  3月21日,在首屆非晶電機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)上,來自國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者、企業(yè)代表圍繞非晶電機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用主題分析了非晶合金在電機(jī)應(yīng)用中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),并剖析了其當(dāng)前面臨的技術(shù)問題成因,提出了解決問題的新思路、新方法,為非晶電機(jī)高質(zhì)量發(fā)展助力。
  01  用非晶合金制造的電機(jī)具有顯著發(fā)展優(yōu)勢(shì)
  根據(jù)已公開統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),電機(jī)用電量占社會(huì)所有用電量的50%,如果將所有電動(dòng)機(jī)效率提高5%,則全年可節(jié)約電量達(dá)1806億千瓦時(shí)??梢灶A(yù)見,電機(jī)增效降耗將帶來巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。而非晶合金作為一種新型軟磁材料,具有優(yōu)異的電磁性能(高磁導(dǎo)率、低損耗)。將非晶合金應(yīng)用于電機(jī)鐵芯來替代常規(guī)硅鋼片材料,能夠顯著降低電機(jī)的鐵耗,提高電機(jī)效率,節(jié)能效果顯著,尤其對(duì)于鐵耗占主要部分的高頻電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合,如電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高速電主軸、航空發(fā)電機(jī)、艦船發(fā)電機(jī)和其他軍事領(lǐng)域等,節(jié)能效果更好,具有廣闊的應(yīng)用前景。
  會(huì)上,桂林電子科技大學(xué)教授唐成穎介紹,用非晶軟磁材料作為鐵芯材料制造的變壓器比硅鋼變壓器空載節(jié)能60%~80%。其代替硅鋼、坡莫合金和鐵氧體等作為變壓器鐵芯、電機(jī)鐵芯、電抗器、互感器、傳感器等,可提高變壓器效率、縮小體積、減輕重量、降低能耗。
  沈陽工業(yè)大學(xué)教授佟文明在報(bào)告中也指出,目前,非晶電機(jī)產(chǎn)業(yè)化已取得初步進(jìn)展。可見,我國(guó)同時(shí)具有非晶合金材料與稀土永磁材料的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),發(fā)展非晶合金永磁電機(jī)符合國(guó)情,大有可為。他建議,非晶合金材料、非晶合金鐵芯、高速高頻永磁電機(jī)、控制系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)單位可聯(lián)合開展攻關(guān),推動(dòng)非晶合金永磁電機(jī)發(fā)展。
  除了自身具有電磁性能優(yōu)勢(shì)外,作為”雙綠色”軟磁功能材料的非晶合金在生態(tài)環(huán)保方面的表現(xiàn)也頗為亮眼。佟文明認(rèn)為,非晶電機(jī)性能優(yōu)越,尤其在“雙碳”戰(zhàn)略背景下有很好的應(yīng)用前景。Unique Transformer Technologies Ltd.聯(lián)合創(chuàng)始人Iftah Ries介紹,其公司生產(chǎn)的非晶電機(jī)較傳統(tǒng)電機(jī)減重40%,在更高效率的同時(shí)損耗降低超50%。他表示,如果把所有電機(jī)換為非晶電機(jī),那么每年在全球可節(jié)約144太瓦時(shí),相當(dāng)于5500萬噸二氧化碳,生態(tài)環(huán)境改善將非常明顯。
  中科院院士、中科院物理研究所研究員汪衛(wèi)華在這次會(huì)議上明確指出,非晶合金有可能是助力突破“卡脖子”難題的軟磁材料之一。而在兩年前的非晶合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展新態(tài)勢(shì)研討會(huì)上,中科院院士、南京大學(xué)教授都有為介紹了應(yīng)用非晶軟磁材料的自旋芯片具有非易失性、抗輻射性、高集成度、高運(yùn)算速度、低功耗、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn),并明確表達(dá)了對(duì)非晶軟磁材料發(fā)展前景的看好,足見其發(fā)展?jié)摿Α?/div>
  會(huì)后,中電協(xié)非晶分會(huì)秘書長(zhǎng)張華告訴《中國(guó)冶金報(bào)》記者,非晶合金電機(jī)產(chǎn)業(yè)通過多年探索,產(chǎn)業(yè)化取得一定進(jìn)展。去年,國(guó)內(nèi)有12家企業(yè)實(shí)現(xiàn)小批量供應(yīng),有約60萬只非晶小電機(jī)在無人機(jī)、吸塵器、空氣壓縮機(jī)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。比亞迪、蔚來、長(zhǎng)安等新能源汽車也在該領(lǐng)域建立相關(guān)研究部門。今年,新能源汽車(廣汽埃安)發(fā)布非晶驅(qū)動(dòng)電機(jī),其優(yōu)異性能引發(fā)業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注,極大地提振了產(chǎn)業(yè)發(fā)展信心。
  “可以說,從專利布局、加工設(shè)備升級(jí)、多學(xué)科交叉及資本風(fēng)投風(fēng)向等角度看,非晶電機(jī)產(chǎn)業(yè)化已到‘臨門一腳’,發(fā)展前景可期?!睆埲A說道。
  02  用于電機(jī)的非晶合金仍有難題需攻克
  盡管非晶合金用于制造電機(jī)具有顯著優(yōu)勢(shì),但當(dāng)前仍有需要重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)難題。
  “在實(shí)踐中,不是所有材料都能穩(wěn)定形成非晶態(tài)?!蓖粜l(wèi)華指出,非晶合金領(lǐng)域的“卡脖子”難題就是非晶形成能力(GFA),嚴(yán)重制約了非晶合金優(yōu)異性能的發(fā)揮和應(yīng)用。他同時(shí)也介紹道,通過原子制造可以實(shí)現(xiàn)非晶形成能力的穩(wěn)定。
  廣東工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)王成勇指出,鐵基非晶/納米晶合金是電機(jī)轉(zhuǎn)子/定子的理想材料,但存在明顯的加工缺陷,如層壓材料加工易產(chǎn)生毛刺和分層,表面質(zhì)量差;熱穩(wěn)定性差,容易過度晶化;強(qiáng)度大、硬度高,刀具/工具磨損大等。
  寧波海天驅(qū)動(dòng)有限公司電機(jī)設(shè)計(jì)總監(jiān)林井福明確指出,相比硅鋼片,伺服電機(jī)用非晶合金材料需要在4方面提高。一是磁感偏低,導(dǎo)磁性能需要加強(qiáng)。雖然非晶合金鐵耗為硅鋼片的1/5~1/10,但磁感不夠高,在高轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)處于劣勢(shì),設(shè)計(jì)時(shí)磁路飽和程度不及硅鋼片,需要提高磁感。二是加工困難、工藝成本高。非晶材料薄、硬、脆的物理性能導(dǎo)致其沖壓加工困難、沖模磨損快,工藝成本高。三是磁滯伸縮系數(shù)大。非晶帶材的磁滯伸縮系數(shù)是硅鋼片的幾倍,而且應(yīng)力敏感;為保證磁性能,壓緊力不宜過大,鐵芯疊壓系數(shù)低,相對(duì)硅鋼片鐵芯較為松散,易導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)噪聲偏大。高速電機(jī)轉(zhuǎn)子表面用碳纖維或非導(dǎo)磁合金套筒以一定預(yù)緊力漲緊轉(zhuǎn)子時(shí),也會(huì)導(dǎo)致非晶材料磁性能的變化。四是目前暫無豐富、標(biāo)準(zhǔn)的材料B-H、B-P(多頻率下)庫(kù),不利于電機(jī)設(shè)計(jì)工程師選型;暫無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;上下游配套應(yīng)用還不夠成熟等。
  同時(shí),與會(huì)專家就非晶電機(jī)發(fā)展當(dāng)前面臨的問題提出了新思路,如是否可以利用冰凍輔助切削,降低切削溫度,減少晶化?是否可以利用激光直接制造電機(jī)相關(guān)零件,實(shí)現(xiàn)鐵基非晶電機(jī)裝備全激光制造技術(shù)等,為破解發(fā)展難題提供了新解法。
  在會(huì)議間隙,《中國(guó)冶金報(bào)》記者也了解到,目前硅鋼片電機(jī)市場(chǎng)占有率呈壓倒性態(tài)勢(shì),非晶電機(jī)僅占極少的一部分。不過,從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,隨著非晶合金材料相關(guān)技術(shù)難題得到破解和逐步推廣應(yīng)用,現(xiàn)有硅鋼片電機(jī)的市場(chǎng)地位將受到挑戰(zhàn)。
  鏈接
  首屆非晶電機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)召開——
  作為軟磁材料的非晶合金進(jìn)入重要發(fā)展機(jī)遇期
  3月21日,由中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)非晶合金材料應(yīng)用分會(huì)(下稱中電協(xié)非晶分會(huì))主辦的第1屆非晶電機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)在江蘇鹽城召開。此次研討會(huì)圍繞非晶合金材料制造技術(shù)、非晶電機(jī)相關(guān)技術(shù)研究與發(fā)展、非晶電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望等行業(yè)前沿?zé)狳c(diǎn)進(jìn)行了深入研討。
  江蘇鹽城亭湖區(qū)人民政府區(qū)長(zhǎng)田海波,中科院院士、中科院物理研究所研究員汪衛(wèi)華為會(huì)議致辭,亭湖區(qū)人民政府副區(qū)長(zhǎng)錢成銀介紹了當(dāng)?shù)赝顿Y環(huán)境,中電協(xié)非晶分會(huì)理事長(zhǎng)王貴東、秘書長(zhǎng)張華等出席會(huì)議。亭湖區(qū)新洋經(jīng)濟(jì)區(qū)管委會(huì)黨工委書記楊志剛主持開幕式;杭州三相科技有限公司董事長(zhǎng)、總經(jīng)理、高級(jí)工程師郝鶴,浩亭(HARTING)技術(shù)集團(tuán)創(chuàng)新科學(xué)家丁樂慧分別主持上、下午會(huì)議。
  在致辭中,汪衛(wèi)華指出,非晶合金有可能是助力突破“卡脖子”難題的軟磁材料之一,目前進(jìn)入了重要發(fā)展機(jī)遇期。他同時(shí)表示,要實(shí)現(xiàn)新材料的突破發(fā)展,需要政府支持,需要資本支持,需要產(chǎn)學(xué)研合作,也需要企業(yè)家來共同參與。
  上午,汪衛(wèi)華,臺(tái)灣清華大學(xué)榮譽(yù)教授、知名熱管理專家林唯耕(線上),廣東工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)王成勇,中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員趙全忠,沈陽工業(yè)大學(xué)教授佟文明就非晶合金領(lǐng)域“卡脖子”難題如何破解、鐵基非晶合金發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)、非晶合金電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展與應(yīng)用情況等內(nèi)容做專題報(bào)告。
  下午,香港城市大學(xué)博士商穎慧,北京航空航天大學(xué)無人系統(tǒng)研究院研究員邢偉,林泉電機(jī)起發(fā)電機(jī)系統(tǒng)研發(fā)部專業(yè)副總工程、副部長(zhǎng)施道龍,華傳智感(上海)技術(shù)有限公司總工程師荊紅民,Unique Transformer Technologies Ltd.聯(lián)合創(chuàng)始人Iftah Ries(線上),郝鶴,寧波海天驅(qū)動(dòng)有限公司電機(jī)設(shè)計(jì)總監(jiān)林井福,寧波吉兆電氣科技有限公司總經(jīng)理、總工程師王晶,桂林電子科技大學(xué)教授唐成穎就高速電機(jī)應(yīng)用情況和發(fā)展趨勢(shì)、非晶電機(jī)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等內(nèi)容做專題報(bào)告。
  值得一提的是,此次研討會(huì)備受業(yè)內(nèi)外關(guān)注。張華介紹,參會(huì)的科研單位有42家,上市企業(yè)、央企有26家,外資企業(yè)有18家,知名新能源汽車企業(yè)有8家,投資公司有8家,參會(huì)人數(shù)達(dá)200余人。
圖為會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)

來源:中國(guó)冶金報(bào)-中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:張雨恬

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