2024電機(jī)材料應(yīng)用10大創(chuàng)新

隨著全球?qū)δ茉葱屎涂沙掷m(xù)發(fā)展的重視，電機(jī)材料的創(chuàng)新正在迎來(lái)一輪前所未有的突破。2024年，電機(jī)領(lǐng)域在多個(gè)新材料的研發(fā)和應(yīng)用上取得了顯著進(jìn)展，這些突破不僅提高了電機(jī)的效率、功率密度和耐用性，也為新能源汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。以下是2024年電機(jī)材料的十大突破，展示了新材料如何推動(dòng)電機(jī)技術(shù)邁向更高的性能標(biāo)準(zhǔn)。

電機(jī)材料創(chuàng)新應(yīng)用

1. 超級(jí)銅（石墨烯銅基復(fù)合材料）

超級(jí)銅是一種基于石墨烯的銅基復(fù)合材料，具有極高的導(dǎo)電性和熱導(dǎo)性。石墨烯的加入使銅材料在保持優(yōu)異導(dǎo)電性的同時(shí)，顯著提高了其機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化性。這使得超級(jí)銅在高電流密度和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性更強(qiáng)，能夠有效減少電機(jī)中的熱損耗和電流損耗。

中國(guó)中車(chē)高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料“超級(jí)銅”，該材料由中車(chē)研究院與上海交通大學(xué)張荻團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)，利用石墨烯極佳的導(dǎo)電性和力學(xué)性能與銅材料片堆疊，制成一種新型的復(fù)合材料 ——“超級(jí)銅”，實(shí)現(xiàn)了石墨烯和銅的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。可以將 20KW 電機(jī)銅耗降低12.33%。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，超級(jí)銅的導(dǎo)電性能超過(guò)銀 10%。

2. 鎂合金

鎂合金是目前最輕的結(jié)構(gòu)金屬之一，具有優(yōu)異的比強(qiáng)度和比剛度。隨著技術(shù)的進(jìn)步，鎂合金的成形工藝和強(qiáng)度性能得到了顯著提高，成為輕量化電機(jī)的理想材料。鎂合金不僅減輕了電機(jī)的整體重量，還能有效降低能耗，提升動(dòng)力效率。

寶武鎂業(yè)與匯川聯(lián)合動(dòng)力的鎂合金輕量化電驅(qū)總成，這是目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)應(yīng)用領(lǐng)域最大的鎂合金零部件之一，該產(chǎn)品不僅在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、創(chuàng)新科技、美學(xué)設(shè)計(jì)等方面表現(xiàn)出色，還在性能、成本、重量上做到了完美結(jié)合。

與傳統(tǒng)鋁合金材料結(jié)構(gòu)相比減重2.5千克-7千克，能夠提升電機(jī)功率密度，改善整車(chē)噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度，有助于優(yōu)化車(chē)輛的前后配重比，改善操控性能和駕駛感受。

3. PEEK（聚醚醚酮）

PEEK是一種高性能的工程塑料，具有出色的熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和機(jī)械性能。PEEK的耐高溫和抗腐蝕特性使其在高負(fù)荷、高溫環(huán)境下表現(xiàn)出色，尤其在電機(jī)中的絕緣材料、密封件和機(jī)械部件中得到廣泛應(yīng)用。

英國(guó)威格斯這家聚醚醚酮生廠商將PEEK用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件如進(jìn)氣歧管、節(jié)氣門(mén)體等，承受高溫、化學(xué)腐蝕與機(jī)械應(yīng)力，提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能與可靠性、降油耗尾氣排放。

4. 稀土永磁材料（釹鐵硼）

稀土永磁材料，特別是釹鐵硼（NdFeB）磁體，因其優(yōu)異的磁性能和高能量積，成為高效電機(jī)中的核心材料。隨著技術(shù)的進(jìn)步，釹鐵硼材料的高溫穩(wěn)定性得到了顯著提升，同時(shí)制造工藝不斷優(yōu)化，降低了成本，提高了可用性。

特斯拉和比亞迪等電動(dòng)汽車(chē)制造商采用了釹鐵硼永磁材料在電動(dòng)機(jī)中，用于提升電動(dòng)機(jī)的效率和功率密度。

5.氮化鐵磁體

氮化鐵具有較高的磁能積，相比傳統(tǒng)的釹鐵硼等稀土永磁材料，它的磁性能相對(duì)較好，可以用于提高電機(jī)的功率密度。由于氮化鐵不含稀土元素，相較于稀土永磁材料，成本相對(duì)較低。這使得它在一些成本敏感的領(lǐng)域具有競(jìng)爭(zhēng)力。

通用汽車(chē)與Stellantis布局無(wú)稀土永磁鐵，向Niron公司的氮化鐵磁體項(xiàng)目投入3300萬(wàn)美元。包括特斯拉的CEO馬斯克宣布，特斯拉下一代永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)中完全不使用任何稀土材料。

6.碳纖維復(fù)合材料（CFRP）

碳纖維因其優(yōu)異的強(qiáng)度、剛性以及輕量化特性，在電機(jī)領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。碳纖維不僅能夠顯著減輕電機(jī)的重量，還能夠提高其耐用性和抗疲勞性能，尤其在高性能電動(dòng)機(jī)中具有重要作用。

特斯拉和寶馬在電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)中應(yīng)用碳纖維材料，減少電機(jī)重量并提高動(dòng)力性能，延長(zhǎng)車(chē)輛續(xù)航里程。

7.液晶聚合物（LCP）

液晶聚合物（LCP）是一種具有高度定向結(jié)構(gòu)的高性能塑料，具有極高的耐熱性和強(qiáng)度，適用于電機(jī)中的絕緣材料、轉(zhuǎn)子和定子部件。LCP的耐高溫性能和電氣性能使其成為高效電機(jī)中的關(guān)鍵材料。

住友LCP E4008 具有出色的耐熱性，其耐熱溫度可達(dá) 260 攝氏度，能夠在高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的物理性能。LCP E4008 具有出色的耐熱性，其耐熱溫度可達(dá) 260 攝氏度，能夠在高溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定的物理性能。

8.氮化硅

氮化硅作為高性能陶瓷材料，具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕和抗電流腐蝕的特性，絕緣的氮化硅可以在各類(lèi)發(fā)電機(jī)軸承中起到減少電流腐蝕的作用，氮化硅的應(yīng)用提升了電機(jī)軸承的耐用性和效率，特別是在新能源汽車(chē)領(lǐng)域。

在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，陶瓷軸承取代鋼球軸承已經(jīng)是一種趨勢(shì)。特斯拉設(shè)計(jì)的電機(jī)中輸出軸是采用混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用氮化硅球組成；奧迪ATA250電機(jī)位于內(nèi)部的2個(gè)轉(zhuǎn)子軸承采用陶瓷材質(zhì)制成。

9.非晶材料 非晶合金特有的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的晶體材料具有更低的磁滯損失和渦流損失，從而能夠在高頻率和高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保持較低的能量損耗。而且非晶合金的高磁導(dǎo)率能夠增強(qiáng)電機(jī)的磁性能，提高磁場(chǎng)傳遞效率，進(jìn)一步提升電機(jī)的整體效率。

廣汽埃安夸克電驅(qū)2.0應(yīng)用了非晶合金材料，非晶合金的磁導(dǎo)率是普通硅鋼片的20-100倍。同時(shí)，其厚度僅為標(biāo)準(zhǔn)A4紙張厚度的1/4，比傳統(tǒng)硅鋼片的材料厚度減薄90%，鐵損下降50%以上。

10.超薄無(wú)取向硅鋼

超薄無(wú)取向硅鋼是一種具有優(yōu)異磁性能和較薄厚度的無(wú)取向硅鋼。與傳統(tǒng)硅鋼相比，超薄無(wú)取向硅鋼的厚度通常小于0.20毫米，甚至可以達(dá)到0.1毫米以下。由于其超薄的厚度，它能有效減少電機(jī)中的鐵損，提升整體能效，降低運(yùn)行時(shí)的能源消耗。同時(shí)，超薄無(wú)取向硅鋼具有較高的磁導(dǎo)率，能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)的磁場(chǎng)耦合，提升電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度，從而提高電機(jī)的運(yùn)行效率和輸出功率。