中國冶金報社 中國鋼鐵新聞網(wǎng)
記者 趙萍 報道
“2022年，六部門聯(lián)合發(fā)布的《工業(yè)能效提升計劃》提出到2025年新增高效節(jié)能電機占比達到70%以上的目標(biāo)。在高效、高速、節(jié)能方面顯露獨特優(yōu)勢的非晶材料，有望為電機產(chǎn)業(yè)帶來革命性發(fā)展機遇。”5月16日，中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金應(yīng)用分會秘書長張華在第二屆全國非晶電機技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研討會上介紹了非晶電機的發(fā)展現(xiàn)狀及8大發(fā)展方向，并為非晶電機產(chǎn)學(xué)研合作提出建議。
圖為張華。（非晶分會供圖）
張華介紹，非晶合金是全生命周期綠色新型合金軟磁材料，具有使用節(jié)能、制造節(jié)能、回收節(jié)能的特點。非晶電機則是基于非晶合金材料制造而成，核心是由非晶鐵芯替代硅鋼鐵芯，比傳統(tǒng)硅鋼電機在能效提升、小型化和輕量化等方面具有明顯優(yōu)勢。
當(dāng)前，非晶電機行業(yè)市場規(guī)模不斷擴大，已成為電機行業(yè)的一個重要分支。我國非晶電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)創(chuàng)新取得明顯成效，已有多項全球首發(fā)，如全球首個“納米晶-非晶”超效電機首次突破“大功率與小體積”不可兼得的技術(shù)難題，在最大功率達到260千瓦的情況下，電機重量僅為21.5千克，體積為2.65升，功率密度高達12千瓦/千克，領(lǐng)先于行業(yè)平均水平的6千瓦/千克，電機工況效率提升至97.5%，電機最高效率達到98.5%等。此外，全球首臺使用非晶電機的載人飛行汽車成功試飛，為解決交通擁堵問題提供新范式。
“非晶合金憑借高磁導(dǎo)率、高電阻率等優(yōu)異電磁性能，應(yīng)用于電機具有明顯發(fā)展優(yōu)勢，尤其在高頻、高速應(yīng)用場合，具有廣闊的發(fā)展前景。”隨后，張華介紹了非晶電機的8個主要發(fā)展方向。
一是非晶電機適用性材料的成分設(shè)計。他建議，可通過合金成分的調(diào)控和微觀結(jié)構(gòu)的控制，改善非晶合金的導(dǎo)磁性能和穩(wěn)定性，結(jié)合非晶電機特點開發(fā)出適用性材料。
二是非晶電機適用性材料的制備工藝。由于非晶態(tài)材料的制備過程較為復(fù)雜，需要采用特殊的制備技術(shù)和設(shè)備，如何制備出適合電機用的高性能、易加工材料是當(dāng)前新課題。
三是非晶電機鐵芯的加工方式。目前，國內(nèi)有兩條主要工藝路線，分別是線切割和沖壓，新加工方式包括激光加工、3D打印、過冷液相區(qū)壓鑄、粉未冶金、超聲成型等，但有待進一步進行可行性驗證。
四是非晶電機設(shè)計開發(fā)模型的建立。他介紹，非晶電機設(shè)計開發(fā)模型涉及電磁學(xué)、材料科學(xué)、力學(xué)等多領(lǐng)域，還需充分考慮非晶態(tài)材料的特性和制造工藝的限制，以確保設(shè)計的可實施性和可行性。
五是非晶電機的應(yīng)用拓展。目前，除新能源汽車外，當(dāng)前值得關(guān)注領(lǐng)域有數(shù)據(jù)中心、飛行汽車、AI大模型、人形機器人、醫(yī)療電機、火箭發(fā)動機等。
六是非晶電機的檢測評價系統(tǒng)搭建。搭建非晶電機的檢測評價系統(tǒng)包括確定檢測參數(shù)(轉(zhuǎn)速、功率、效率、溫度、噪聲等)、選擇合適的儀器、設(shè)計檢測系統(tǒng)、開發(fā)數(shù)據(jù)采集與處理軟件等。
七是與競爭材料優(yōu)勢互補開發(fā)。例如，可利用稀士永磁材料制造非晶電機的勵磁系統(tǒng)，提高磁場強度和效率；使用高溫超導(dǎo)材料制造非晶電機的繞組，提高功率輸出和能效等。
八是應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)輔助材料開發(fā)。他介紹，涉及的輔助材料有磁性材料、絕緣材料、散熱材料、導(dǎo)電材料、結(jié)構(gòu)材料等，具體有碳化硅控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等。
“非晶電機產(chǎn)學(xué)研合作需要合作雙方充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，通過資源共享、人才引進、技術(shù)交流等方式，實現(xiàn)合作共贏，共同推動非晶電機在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。”最后，張華對非晶電機產(chǎn)學(xué)研合作提出建議。
一是參與實際項目的研究。可加入或組建一個正在進行非晶電機研究的團隊或?qū)嶒炇遥e累實踐經(jīng)驗，并尋求合作。
二是注重對知識產(chǎn)權(quán)的保護。可對于非晶電機的新發(fā)明、創(chuàng)新技術(shù)或獨特設(shè)計申請專利，也可在與合作伙伴進行交流或合作時簽署保密協(xié)議。
三是積極參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定、修訂。標(biāo)準(zhǔn)化可以促進非晶電機產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，提高技術(shù)可靠性，并利于加速非晶電機的推廣應(yīng)用。
