高效、高速、节能优势明显 非晶电机在新兴战略领域显示出巨大发展潜力

“未来，全球顶尖电机技术的来源在‘材料’，高品质电机制造和实现靠‘工艺’。”

“节能降耗和产品高频化、小型化是主流发展趋势。在高速、高频、高功率密度条件下，非晶电机优势明显。”

“随着新能源汽车、无人机、机器人、航空航天等高新技术产业发展，高效非晶电机应用前景广阔，市场潜力巨大。”

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5月16日，在第二届全国非晶电机技术发展与应用研讨会上，与会代表一致认为，新能源汽车、无人机、机器人、AI、智能制造等新兴战略产业对高效、高功率密度、高频电机有重要需求，在高效、高速、节能方面有着独特优势的非晶电机发展潜力巨大。

图为会场（非晶分会供图）

与会代表介绍，非晶电机具有损耗低、效率高的特点，在高速、高频下性能优势更明显，且非晶电机功率密度高，可减小体积、节省材料，降低电机的材料成本和电机的其他损耗。尤其是与传统硅钢电机相比，非晶电机有两大明显优势。一是非晶材料的电阻率为硅钢片的3倍，厚度仅为硅钢片的1/10，涡流损耗显著低于硅钢片。二是非晶电机的运行效率高达97%，而传统电机最高为87%。

同时，与会代表还介绍了非晶电机在国内外的研发情况。从国际上看，美国、日本、波兰、澳大利亚、德国相关公司和高校均开展了非晶电机相关研究，已研发出多款样机。从国内来看，我国也有多家研发团队开展了非晶电机研究和样机研制，如中车电机、清华大学、北京航空航天大学、北京交通大学等。

随后，与会代表分享了非晶电机在新能源汽车、无人机、机器人等新兴战略领域的最新应用情况及发展前景。

在新能源汽车领域，广汽埃安于2023年3月份发布了全球首个纳米晶-非晶超效率电机。在此次会议上，该公司代表介绍，纳米晶-非晶铁芯可显著降低铁损，极具发展潜力。目前，非晶材料已在变压器与小型高速电机上大量使用，利用速冷模具制备的非晶合金板材通过普通硅钢制备工艺可轧制成0.025毫米的带材（目前普通硅钢片厚度的1/10），是目前新能源汽车用电机铁芯材料厚度的极限突破。针对非晶电机在实际应用中存在的噪音问题，他还介绍了3种非晶电机降噪结构。一是提高径向压紧力，降低径向磁致伸缩应变。二是定向优化定转子结构拓扑。三是优化加工工艺。

非晶电机在新能源跑车上的应用也备受关注。与会代表介绍，随着电机高频高速化，定子铁芯损耗随转速提高的急剧增大，导致电机的冷却条件恶化，使电机的效率、功率密度等性能受限。而近10年来，非晶材料的开发和应用，可以有效解决电机高转速下高铁损问题，为超高速电机的开发打开了新的思路和广阔的应用前景。可以说，非晶高频高速电机将导致新一代电驱性能极致化。不过，目前非晶铁芯成形方法一般采用切割法，这两种方法会使得槽边缘易出现破损和毛刺，导致材料性能恶化，且加工成本高。

在低空领域，与会代表介绍了应用非晶电机的智能飞行汽车。该汽车采用自研效率更高、可靠性更强、体积更小的飞行动力电机，最大起飞重量为800千克，可连续飞行超2000米。非晶动力电机成为该智能飞行汽车高效续航的有力保障。不过，该智能飞行汽车在实验中发现有风扰影响。目前，该智能飞行汽车已研制出第三代样机进行试制与验证，在地面状态可搭载两名驾驶员行驶，可融入于目前交通体系，并可在道路上完成垂直起降。同时，与会代表还介绍了非晶材料应用于无人机的实测结果，指出非晶电机铁损消耗低为最大优势，但此次实测由于材料的磁密过低（1.6T），并未完全突显出非晶电机的优势，下一步将在更高频驱动控制应用场域来验证。

此外，与会代表还介绍了非晶电机在机器人高转矩密度电动关节上的应用情况。非晶电机具有高转速、低转矩、铁耗占总损耗较高的特点，可以满足机器人在跑跳过程中的高爆发需求。不过，虽然非晶电机有很大优势，但也有很大局限性，如成本高、材料易损伤、磁饱和点较低等。他指出，非晶材料的饱和磁感强度普遍在约1.5T，最新研究实现了1.8T，但与实际需求强度还有较大差距。

对非晶电机未来发展趋势，中电协非晶分会秘书长张华认为，当前，政策导向、市场需求、技术工艺、材料发展等均有利于非晶电机产业发展，非晶电机发展进入“提档加速”期，为推动新质生产力发展将作出积极贡献，但同时，也应该注意基础研究、应用研究和产业发展有机结合起来，要根据非晶合金材料特性建模设计，避免做材料简单替代，更要遵循发展规律，要注意知识产权保护，努力把高门槛产品做成高竞争力产业。

为电机产业带来革命性发展机遇 非晶电机八大发展方向值得关注

中国冶金报社 中国钢铁新闻网

记者 赵萍 报道

“2022年，六部门联合发布的《工业能效提升计划》提出到2025年新增高效节能电机占比达到70%以上的目标。在高效、高速、节能方面显露独特优势的非晶材料，有望为电机产业带来革命性发展机遇。”5月16日，中国电器工业协会非晶合金应用分会秘书长张华在第二届全国非晶电机技术发展与应用研讨会上介绍了非晶电机的发展现状及8大发展方向，并为非晶电机产学研合作提出建议。

图为张华。（非晶分会供图）

张华介绍，非晶合金是全生命周期绿色新型合金软磁材料，具有使用节能、制造节能、回收节能的特点。非晶电机则是基于非晶合金材料制造而成，核心是由非晶铁芯替代硅钢铁芯，比传统硅钢电机在能效提升、小型化和轻量化等方面具有明显优势。

当前，非晶电机行业市场规模不断扩大，已成为电机行业的一个重要分支。我国非晶电机产业发展迅速，技术创新取得明显成效，已有多项全球首发，如全球首个“纳米晶-非晶”超效电机首次突破“大功率与小体积”不可兼得的技术难题，在最大功率达到260千瓦的情况下，电机重量仅为21.5千克，体积为2.65升，功率密度高达12千瓦/千克，领先于行业平均水平的6千瓦/千克，电机工况效率提升至97.5%，电机最高效率达到98.5%等。此外，全球首台使用非晶电机的载人飞行汽车成功试飞，为解决交通拥堵问题提供新范式。

“非晶合金凭借高磁导率、高电阻率等优异电磁性能，应用于电机具有明显发展优势，尤其在高频、高速应用场合，具有广阔的发展前景。”随后，张华介绍了非晶电机的8个主要发展方向。

一是非晶电机适用性材料的成分设计。 他建议，可通过合金成分的调控和微观结构的控制，改善非晶合金的导磁性能和稳定性，结合非晶电机特点开发出适用性材料。

二是非晶电机适用性材料的制备工艺。 由于非晶态材料的制备过程较为复杂，需要采用特殊的制备技术和设备，如何制备出适合电机用的高性能、易加工材料是当前新课题。

三是非晶电机铁芯的加工方式。 目前，国内有两条主要工艺路线，分别是线切割和冲压，新加工方式包括激光加工、3D打印、过冷液相区压铸、粉未冶金、超声成型等，但有待进一步进行可行性验证。

四是非晶电机设计开发模型的建立。 他介绍，非晶电机设计开发模型涉及电磁学、材料科学、力学等多领域，还需充分考虑非晶态材料的特性和制造工艺的限制，以确保设计的可实施性和可行性。

五是非晶电机的应用拓展。 目前，除新能源汽车外，当前值得关注领域有数据中心、飞行汽车、AI大模型、人形机器人、医疗电机、火箭发动机等。

六是非晶电机的检测评价系统搭建。 搭建非晶电机的检测评价系统包括确定检测参数(转速、功率、效率、温度、噪声等)、选择合适的仪器、设计检测系统、开发数据采集与处理软件等。

七是与竞争材料优势互补开发。 例如，可利用稀士永磁材料制造非晶电机的励磁系统，提高磁场强度和效率；使用高温超导材料制造非晶电机的绕组，提高功率输出和能效等。

八是应用生态系统辅助材料开发。 他介绍，涉及的辅助材料有磁性材料、绝缘材料、散热材料、导电材料、结构材料等，具体有碳化硅控制系统、冷却系统等。

“非晶电机产学研合作需要合作双方充分发挥各自的优势，通过资源共享、人才引进、技术交流等方式，实现合作共赢，共同推动非晶电机在相关领域的发展。”最后，张华对非晶电机产学研合作提出建议。

一是参与实际项目的研究。 可加入或组建一个正在进行非晶电机研究的团队或实验室，积累实践经验，并寻求合作。

二是注重对知识产权的保护。 可对于非晶电机的新发明、创新技术或独特设计申请专利，也可在与合作伙伴进行交流或合作时签署保密协议。

三是积极参与相关标准的制定、修订。 标准化可以促进非晶电机产业链协同发展，提高技术可靠性，并利于加速非晶电机的推广应用。

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