2024電機材料應(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，電機材料的創(chuàng)新正在迎來一輪前所未有的突破。2024年，電機領(lǐng)域在多個新材料的研發(fā)和應(yīng)用上取得了顯著進展，這些突破不僅提高了電機的效率、功率密度和耐用性，也為新能源汽車、工業(yè)自動化等領(lǐng)域的進一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。以下是2024年電機材料的十大突破，展示了新材料如何推動電機技術(shù)邁向更高的性能標(biāo)準(zhǔn)。

電機材料創(chuàng)新應(yīng)用

1. 超級銅（石墨烯銅基復(fù)合材料）

超級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，顯著提高了其機械強度和抗氧化性。這使得超級銅在高電流密度和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性更強，能夠有效減少電機中的熱損耗和電流損耗。

中國中車高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料“超級銅”，該材料由中車研究院與上海交通大學(xué)張荻團隊聯(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 ——“超級銅”，實現(xiàn)了石墨烯和銅的優(yōu)勢互補。可以將 20KW 電機銅耗降低12.33%。經(jīng)過實驗驗證，超級銅的導(dǎo)電性能超過銀 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)異的比強度和比剛度。隨著技術(shù)的進步，鎂合金的成形工藝和強度性能得到了顯著提高，成為輕量化電機的理想材料。鎂合金不僅減輕了電機的整體重量，還能有效降低能耗，提升動力效率。

寶武鎂業(yè)與匯川聯(lián)合動力的鎂合金輕量化電驅(qū)總成，這是目前國內(nèi)外汽車應(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，能夠提升電機功率密度，改善整車噪聲、振動與聲振粗糙度，有助于優(yōu)化車輛的前后配重比，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，尤其在電機中的絕緣材料、密封件和機械部件中得到廣泛應(yīng)用。

英國威格斯這家聚醚醚酮生廠商將PEEK用于制造發(fā)動機周邊部件如進氣歧管、節(jié)氣門體等，承受高溫、化學(xué)腐蝕與機械應(yīng)力，提升發(fā)動機性能與可靠性、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，成為高效電機中的核心材料。隨著技術(shù)的進步，釹鐵硼材料的高溫穩(wěn)定性得到了顯著提升，同時制造工藝不斷優(yōu)化，降低了成本，提高了可用性。

特斯拉和比亞迪等電動汽車制造商采用了釹鐵硼永磁材料在電動機中，用于提升電動機的效率和功率密度。

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，它的磁性能相對較好，可以用于提高電機的功率密度。由于氮化鐵不含稀土元素，相較于稀土永磁材料，成本相對較低。這使得它在一些成本敏感的領(lǐng)域具有競爭力。

通用汽車與Stellantis布局無稀土永磁鐵，向Niron公司的氮化鐵磁體項目投入3300萬美元。包括特斯拉的CEO馬斯克宣布，特斯拉下一代永磁驅(qū)動電機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)異的強度、剛性以及輕量化特性，在電機領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)用。碳纖維不僅能夠顯著減輕電機的重量，還能夠提高其耐用性和抗疲勞性能，尤其在高性能電動機中具有重要作用。

特斯拉和寶馬在電動汽車的電機中應(yīng)用碳纖維材料，減少電機重量并提高動力性能，延長車輛續(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度，適用于電機中的絕緣材料、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 260 攝氏度，能夠在高溫環(huán)境下長時間保持穩(wěn)定的物理性能。LCP E4008 具有出色的耐熱性，其耐熱溫度可達 260 攝氏度，能夠在高溫環(huán)境下長時間保持穩(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發(fā)電機軸承中起到減少電流腐蝕的作用，氮化硅的應(yīng)用提升了電機軸承的耐用性和效率，特別是在新能源汽車領(lǐng)域。

在新能源汽車領(lǐng)域，陶瓷軸承取代鋼球軸承已經(jīng)是一種趨勢。特斯拉設(shè)計的電機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電機位于內(nèi)部的2個轉(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轉(zhuǎn)時保持較低的能量損耗。而且非晶合金的高磁導(dǎo)率能夠增強電機的磁性能，提高磁場傳遞效率，進一步提升電機的整體效率。

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，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.超薄無取向硅鋼

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