本報記者 趙萍
“未來，全球頂尖電機技術的來源在‘材料’，高品質電機制造靠‘工藝’。”
“節能降耗和產品高頻化、小型化是主流發展趨勢。在高速、高頻、高功率密度條件下，非晶電機優勢明顯。”
“隨著新能源汽車、無人機、機器人、航空航天等高新技術產業發展，高效非晶電機應用前景廣闊，市場潛力巨大。”
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5月16日，在第二屆全國非晶電機技術發展與應用研討會上，與會代表一致認為，新能源汽車、無人機、機器人、AI（人工智能）、智能制造等新興戰略產業對高效、高功率密度、高頻電機有重要需求，在高效、高速、節能方面有著獨特優勢的非晶電機發展潛力巨大。
與會代表介紹，非晶電機具有損耗低、效率高的特點，在高速、高頻下性能優勢更明顯，且非晶電機功率密度高，可減小體積、節省材料，降低電機的材料成本和電機的其他損耗。尤其是與傳統硅鋼電機相比，非晶電機有兩大明顯優勢。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。二是非晶電機的運行效率高達97%，而傳統電機最高為87%。
同時，與會代表還介紹了非晶電機在國內外的研發情況。從國際上看，美國、日本、波蘭、澳大利亞、德國等的公司和高校均開展了非晶電機相關研究，已研發出多款樣機。從國內來看，我國也有多家研發團隊開展了非晶電機研究和樣機研制，如中車電機、清華大學、北京航空航天大學、北京交通大學等。
隨后，與會代表分享了非晶電機在新能源汽車、無人機、機器人等新興戰略領域的最新應用情況及發展前景。
在新能源汽車領域，廣汽埃安于2023年3月份發布了全球首個納米晶-非晶超效率電機。在此次會議上，該公司代表介紹，納米晶-非晶鐵芯可顯著降低鐵損，極具發展潛力。目前，非晶材料已在變壓器與小型高速電機上大量使用，利用速冷模具制備的非晶合金板材可通過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鐵芯材料厚度的極限。針對非晶電機在實際應用中存在的噪聲問題，他還介紹了3種非晶電機降噪結構。一是提高徑向壓緊力，降低徑向磁致伸縮應變。二是定向優化定轉子結構拓撲。三是優化加工工藝。
非晶電機在新能源跑車上的應用也備受關注。與會代表介紹，隨著電機高頻高速化，定子鐵芯損耗隨轉速的提高急劇增大，導致電機的冷卻條件惡化，使電機的效率、功率密度等性能受限。而近10年來，非晶材料的開發和應用，可以有效解決電機高轉速下的高鐵損問題，為超高速電機的開發打開了新的思路和廣闊的應用前景。可以說，非晶高頻高速電機將導致新一代電驅性能極致化。不過，目前非晶鐵芯成形方法一般采用切割法。這種方法會使得槽邊緣易出現破損和毛刺，導致材料性能惡化，且加工成本高。
在低空領域，與會代表介紹了應用非晶電機的智能飛行汽車。該汽車采用自研效率更高、可靠性更強、體積更小的飛行動力電機，最大起飛重量為800千克，可連續飛行超2000米。非晶動力電機成為該智能飛行汽車高效續航的有力保障。不過，該智能飛行汽車在實驗中發現有風擾影響。目前，該智能飛行汽車已研制出第三代樣機，在地面狀態可搭載兩名駕駛員，可融入目前的交通體系，并可在道路上完成垂直起降。同時，與會代表還介紹了非晶材料應用于無人機的實測結果，指出非晶電機鐵損消耗低為最大優勢，但此次實測由于材料的磁密過低，并未完全凸顯出非晶電機的優勢，下一步將在更高頻驅動控制應用場域來驗證。
此外，與會代表還介紹了非晶電機在機器人高轉矩密度電動關節上的應用情況。非晶電機具有高轉速、低轉矩、鐵耗占總損耗較高的特點，可以滿足機器人在跑跳過程中的高爆發需求。不過，非晶電機雖然有很大優勢，但局限性也很明顯，如成本高、材料易損傷、磁飽和點較低等。該代表指出，非晶材料的飽和磁感應強度普遍在約1.5T（特斯拉），最新研究實現了1.8T，但與實際需求強度還有較大差距。
對非晶電機未來發展趨勢，中國電器工業協會非晶合金應用分會秘書長張華認為，當前，政策導向、市場需求、技術工藝、材料發展等均有利于非晶電機產業發展，非晶電機發展進入“提檔加速”期，將為推動新質生產力發展做出積極貢獻。但同時，也應該注意將基礎研究、應用研究與產業發展有機結合起來，根據非晶合金材料特性建模設計，避免做材料簡單替代。此外，還要遵循發展規律，注重知識產權保護，努力把高門檻產品做成高競爭力產業。
《中國冶金報》（2024年05月29日 03版三版）
