高效、高速、節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯

非晶電機(jī)在新興戰(zhàn)略領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮?br>

2024-05-29 08:29:00

　　本報(bào)記者趙萍

　　“未來(lái)，全球頂尖電機(jī)技術(shù)的來(lái)源在‘材料’，高品質(zhì)電機(jī)制造靠‘工藝’?！?/div>

　　“節(jié)能降耗和產(chǎn)品高頻化、小型化是主流發(fā)展趨勢(shì)。在高速、高頻、高功率密度條件下，非晶電機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯。”

　　“隨著新能源汽車、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、航空航天等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，高效非晶電機(jī)應(yīng)用前景廣闊，市場(chǎng)潛力巨大?！?/div>

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　　5月16日，在第二屆全國(guó)非晶電機(jī)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會(huì)上，與會(huì)代表一致認(rèn)為，新能源汽車、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、AI（人工智能）、智能制造等新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)對(duì)高效、高功率密度、高頻電機(jī)有重要需求，在高效、高速、節(jié)能方面有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的非晶電機(jī)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/div>

　　與會(huì)代表介紹，非晶電機(jī)具有損耗低、效率高的特點(diǎn)，在高速、高頻下性能優(yōu)勢(shì)更明顯，且非晶電機(jī)功率密度高，可減小體積、節(jié)省材料，降低電機(jī)的材料成本和電機(jī)的其他損耗。尤其是與傳統(tǒng)硅鋼電機(jī)相比，非晶電機(jī)有兩大明顯優(yōu)勢(shì)。一是非晶材料的電阻率為硅鋼片的3倍，厚度僅為硅鋼片的1/10，渦流損耗顯著低于硅鋼片。二是非晶電機(jī)的運(yùn)行效率高達(dá)97%，而傳統(tǒng)電機(jī)最高為87%。

　　同時(shí)，與會(huì)代表還介紹了非晶電機(jī)在國(guó)內(nèi)外的研發(fā)情況。從國(guó)際上看，美國(guó)、日本、波蘭、澳大利亞、德國(guó)等的公司和高校均開(kāi)展了非晶電機(jī)相關(guān)研究，已研發(fā)出多款樣機(jī)。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，我國(guó)也有多家研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了非晶電機(jī)研究和樣機(jī)研制，如中車電機(jī)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京交通大學(xué)等。

　　隨后，與會(huì)代表分享了非晶電機(jī)在新能源汽車、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人等新興戰(zhàn)略領(lǐng)域的最新應(yīng)用情況及發(fā)展前景。

　　在新能源汽車領(lǐng)域，廣汽埃安于2023年3月份發(fā)布了全球首個(gè)納米晶-非晶超效率電機(jī)。在此次會(huì)議上，該公司代表介紹，納米晶-非晶鐵芯可顯著降低鐵損，極具發(fā)展?jié)摿?。目前，非晶材料已在變壓器與小型高速電機(jī)上大量使用，利用速冷模具制備的非晶合金板材可通過(guò)普通硅鋼制備工藝軋制成0.025毫米的帶材，是目前新能源汽車用電機(jī)鐵芯材料厚度的極限。針對(duì)非晶電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中存在的噪聲問(wèn)題，他還介紹了3種非晶電機(jī)降噪結(jié)構(gòu)。一是提高徑向壓緊力，降低徑向磁致伸縮應(yīng)變。二是定向優(yōu)化定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)拓?fù)?。三是?yōu)化加工工藝。

　　非晶電機(jī)在新能源跑車上的應(yīng)用也備受關(guān)注。與會(huì)代表介紹，隨著電機(jī)高頻高速化，定子鐵芯損耗隨轉(zhuǎn)速的提高急劇增大，導(dǎo)致電機(jī)的冷卻條件惡化，使電機(jī)的效率、功率密度等性能受限。而近10年來(lái)，非晶材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，可以有效解決電機(jī)高轉(zhuǎn)速下的高鐵損問(wèn)題，為超高速電機(jī)的開(kāi)發(fā)打開(kāi)了新的思路和廣闊的應(yīng)用前景。可以說(shuō)，非晶高頻高速電機(jī)將導(dǎo)致新一代電驅(qū)性能極致化。不過(guò)，目前非晶鐵芯成形方法一般采用切割法。這種方法會(huì)使得槽邊緣易出現(xiàn)破損和毛刺，導(dǎo)致材料性能惡化，且加工成本高。

　　在低空領(lǐng)域，與會(huì)代表介紹了應(yīng)用非晶電機(jī)的智能飛行汽車。該汽車采用自研效率更高、可靠性更強(qiáng)、體積更小的飛行動(dòng)力電機(jī)，最大起飛重量為800千克，可連續(xù)飛行超2000米。非晶動(dòng)力電機(jī)成為該智能飛行汽車高效續(xù)航的有力保障。不過(guò)，該智能飛行汽車在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有風(fēng)擾影響。目前，該智能飛行汽車已研制出第三代樣機(jī)，在地面狀態(tài)可搭載兩名駕駛員，可融入目前的交通體系，并可在道路上完成垂直起降。同時(shí)，與會(huì)代表還介紹了非晶材料應(yīng)用于無(wú)人機(jī)的實(shí)測(cè)結(jié)果，指出非晶電機(jī)鐵損消耗低為最大優(yōu)勢(shì)，但此次實(shí)測(cè)由于材料的磁密過(guò)低，并未完全凸顯出非晶電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，下一步將在更高頻驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用場(chǎng)域來(lái)驗(yàn)證。

　　此外，與會(huì)代表還介紹了非晶電機(jī)在機(jī)器人高轉(zhuǎn)矩密度電動(dòng)關(guān)節(jié)上的應(yīng)用情況。非晶電機(jī)具有高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩、鐵耗占總損耗較高的特點(diǎn)，可以滿足機(jī)器人在跑跳過(guò)程中的高爆發(fā)需求。不過(guò)，非晶電機(jī)雖然有很大優(yōu)勢(shì)，但局限性也很明顯，如成本高、材料易損傷、磁飽和點(diǎn)較低等。該代表指出，非晶材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度普遍在約1.5T（特斯拉），最新研究實(shí)現(xiàn)了1.8T，但與實(shí)際需求強(qiáng)度還有較大差距。

　　對(duì)非晶電機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)非晶合金應(yīng)用分會(huì)秘書長(zhǎng)張華認(rèn)為，當(dāng)前，政策導(dǎo)向、市場(chǎng)需求、技術(shù)工藝、材料發(fā)展等均有利于非晶電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，非晶電機(jī)發(fā)展進(jìn)入“提檔加速”期，將為推動(dòng)新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。但同時(shí)，也應(yīng)該注意將基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展有機(jī)結(jié)合起來(lái)，根據(jù)非晶合金材料特性建模設(shè)計(jì)，避免做材料簡(jiǎn)單替代。此外，還要遵循發(fā)展規(guī)律，注重知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，努力把高門檻產(chǎn)品做成高競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)業(yè)。

　　《中國(guó)冶金報(bào)》（2024年05月29日 03版三版）

來(lái)源：中國(guó)冶金報(bào)-中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯：宋玉錚

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