有著國內近千億臺市場潛力的非晶電機在多遠的未來？

2023-03-23 10:12:00

中國冶金報中國鋼鐵新聞網

記者趙萍報道

圖為會議現場

　　“非晶合金電機重點對應有高功率密度需求的中高頻電機，市場容量將超過1000億臺以上，應用前景非常廣闊?！?/div>

　　“非晶合金材料被國內外學者稱作‘雙綠色’軟磁功能材料?！?/div>

　　“非晶合金永磁電機在高速高頻場合具有顯著優勢和應用前景?！?/div>

　　“高速電機由于高轉速使鐵芯損耗、電樞銅耗和轉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，在首屆非晶電機技術發展與應用研討會上，來自國內外相關領域的專家學者、企業代表圍繞非晶電機技術發展與應用主題分析了非晶合金在電機應用中的獨特優勢，并剖析了其當前面臨的技術問題成因，提出了解決問題的新思路、新方法，為非晶電機高質量發展助力。

　　01 用非晶合金制造的電機具有顯著發展優勢

　　根據已公開統計數據，電機用電量占社會所有用電量的50%，如果將所有電動機效率提高5%，則全年可節約電量達1806億千瓦時。可以預見，電機增效降耗將帶來巨大的社會效益和經濟效益。而非晶合金作為一種新型軟磁材料，具有優異的電磁性能(高磁導率、低損耗)。將非晶合金應用于電機鐵芯來替代常規硅鋼片材料，能夠顯著降低電機的鐵耗，提高電機效率，節能效果顯著，尤其對于鐵耗占主要部分的高頻電機應用場合，如電動車驅動電機、高速電主軸、航空發電機、艦船發電機和其他軍事領域等，節能效果更好，具有廣闊的應用前景。

　　會上，桂林電子科技大學教授唐成穎介紹，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。

　　沈陽工業大學教授佟文明在報告中也指出，目前，非晶電機產業化已取得初步進展?？梢?，我國同時具有非晶合金材料與稀土永磁材料的產業優勢，發展非晶合金永磁電機符合國情，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、控制系統技術和產業優勢單位可聯合開展攻關，推動非晶合金永磁電機發展。

　　除了自身具有電磁性能優勢外，作為”雙綠色”軟磁功能材料的非晶合金在生態環保方面的表現也頗為亮眼。佟文明認為，非晶電機性能優越，尤其在“雙碳”戰略背景下有很好的應用前景。Unique Transformer Technologies Ltd.聯合創始人Iftah Ries介紹，其公司生產的非晶電機較傳統電機減重40%，在更高效率的同時損耗降低超50%。他表示，如果把所有電機換為非晶電機，那么每年在全球可節約144太瓦時，相當于5500萬噸二氧化碳，生態環境改善將非常明顯。

　　中科院院士、中科院物理研究所研究員汪衛華在這次會議上明確指出，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業發展新態勢研討會上，中科院院士、南京大學教授都有為介紹了應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、高運算速度、低功耗、長壽命等優點，并明確表達了對非晶軟磁材料發展前景的看好，足見其發展潛力。

　　會后，中電協非晶分會秘書長張華告訴《中國冶金報》記者，非晶合金電機產業通過多年探索，產業化取得一定進展。去年，國內有12家企業實現小批量供應，有約60萬只非晶小電機在無人機、吸塵器、空氣壓縮機等領域得到應用。比亞迪、蔚來、長安等新能源汽車也在該領域建立相關研究部門。今年，新能源汽車（廣汽埃安）發布非晶驅動電機，其優異性能引發業內廣泛關注，極大地提振了產業發展信心。

　　“可以說，從專利布局、加工設備升級、多學科交叉及資本風投風向等角度看，非晶電機產業化已到‘臨門一腳’，發展前景可期?！睆埲A說道。

　　02 用于電機的非晶合金仍有難題需攻克

　　盡管非晶合金用于制造電機具有顯著優勢，但當前仍有需要重點關注的技術難題。

　　“在實踐中，不是所有材料都能穩定形成非晶態?！蓖粜l華指出，非晶合金領域的“卡脖子”難題就是非晶形成能力（GFA），嚴重制約了非晶合金優異性能的發揮和應用。他同時也介紹道，通過原子制造可以實現非晶形成能力的穩定。

　　廣東工業大學副校長王成勇指出，鐵基非晶/納米晶合金是電機轉子/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生毛刺和分層，表面質量差；熱穩定性差，容易過度晶化；強度大、硬度高，刀具/工具磨損大等。

　　寧波海天驅動有限公司電機設計總監林井福明確指出，相比硅鋼片，伺服電機用非晶合金材料需要在4方面提高。一是磁感偏低，導磁性能需要加強。雖然非晶合金鐵耗為硅鋼片的1/5～1/10，但磁感不夠高，在高轉矩輸出時處于劣勢，設計時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。三是磁滯伸縮系數大。非晶帶材的磁滯伸縮系數是硅鋼片的幾倍，而且應力敏感；為保證磁性能，壓緊力不宜過大，鐵芯疊壓系數低，相對硅鋼片鐵芯較為松散，易導致電機振動噪聲偏大。高速電機轉子表面用碳纖維或非導磁合金套筒以一定預緊力漲緊轉子時，也會導致非晶材料磁性能的變化。四是目前暫無豐富、標準的材料B-H、B-P(多頻率下)庫，不利于電機設計工程師選型；暫無行業標準規范；上下游配套應用還不夠成熟等。

　　同時，與會專家就非晶電機發展當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相關零件，實現鐵基非晶電機裝備全激光制造技術等，為破解發展難題提供了新解法。

　　在會議間隙，《中國冶金報》記者也了解到，目前硅鋼片電機市場占有率呈壓倒性態勢，非晶電機僅占極少的一部分。不過，從長遠看，隨著非晶合金材料相關技術難題得到破解和逐步推廣應用，現有硅鋼片電機的市場地位將受到挑戰。

　　鏈接

　　首屆非晶電機技術發展與應用研討會召開——

　　作為軟磁材料的非晶合金進入重要發展機遇期

　　3月21日，由中國電器工業協會非晶合金材料應用分會（下稱中電協非晶分會）主辦的第1屆非晶電機技術發展與應用研討會在江蘇鹽城召開。此次研討會圍繞非晶合金材料制造技術、非晶電機相關技術研究與發展、非晶電機發展現狀與未來展望等行業前沿熱點進行了深入研討。

　　江蘇鹽城亭湖區人民政府區長田海波，中科院院士、中科院物理研究所研究員汪衛華為會議致辭，亭湖區人民政府副區長錢成銀介紹了當地投資環境，中電協非晶分會理事長王貴東、秘書長張華等出席會議。亭湖區新洋經濟區管委會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、總經理、高級工程師郝鶴，浩亭(HARTING)技術集團創新科學家丁樂慧分別主持上、下午會議。

　　在致辭中，汪衛華指出，非晶合金有可能是助力突破“卡脖子”難題的軟磁材料之一，目前進入了重要發展機遇期。他同時表示，要實現新材料的突破發展，需要政府支持，需要資本支持，需要產學研合作，也需要企業家來共同參與。

　　上午，汪衛華，臺灣清華大學榮譽教授、知名熱管理專家林唯耕（線上），廣東工業大學副校長王成勇，中科院上海光學精密機械研究所研究員趙全忠，沈陽工業大學教授佟文明就非晶合金領域“卡脖子”難題如何破解、鐵基非晶合金發展現狀與趨勢、非晶合金電機關鍵技術研究進展與應用情況等內容做專題報告。

　　下午，香港城市大學博士商穎慧，北京航空航天大學無人系統研究院研究員邢偉，林泉電機起發電機系統研發部專業副總工程、副部長施道龍，華傳智感(上海)技術有限公司總工程師荊紅民，Unique Transformer Technologies Ltd.聯合創始人Iftah Ries（線上），郝鶴，寧波海天驅動有限公司電機設計總監林井福，寧波吉兆電氣科技有限公司總經理、總工程師王晶，桂林電子科技大學教授唐成穎就高速電機應用情況和發展趨勢、非晶電機產業化發展等內容做專題報告。

　　值得一提的是，此次研討會備受業內外關注。張華介紹，參會的科研單位有42家，上市企業、央企有26家，外資企業有18家，知名新能源汽車企業有8家，投資公司有8家，參會人數達200余人。

圖為會議現場

來源：中國冶金報-中國鋼鐵新聞網

編輯：張雨恬

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