2024年电机材料应用的十大创新趋势

2024电机材料应用10大创新

 

 

随着全球对能源效率和可持续发展的重视，电机材料的创新正在迎来一轮前所未有的突破。2024年，电机领域在多个新材料的研发和应用上取得了显著进展，这些突破不仅提高了电机的效率、功率密度和耐用性，也为新能源汽车、工业自动化等领域的进一步发展奠定了基础。以下是2024年电机材料的十大突破，展示了新材料如何推动电机技术迈向更高的性能标准。

 

电机材料创新应用

 

1. 超级铜（石墨烯铜基复合材料）

超级铜是一种基于石墨烯的铜基复合材料，具有极高的导电性和热导性。石墨烯的加入使铜材料在保持优异导电性的同时，显著提高了其机械强度和抗氧化性。这使得超级铜在高电流密度和高温环境下的稳定性更强，能够有效减少电机中的热损耗和电流损耗。

中国中车高电导率铜基复合材料“超级铜”，该材料由中车研究院与上海交通大学张荻团队联合研发，利用石墨烯极佳的导电性和力学性能与铜材料片堆叠，制成一种新型的复合材料 ——“超级铜”，实现了石墨烯和铜的优势互补。可以将 20KW 电机铜耗降低12.33%。经过实验验证，超级铜的导电性能超过银 10%。

2. 镁合金

镁合金是目前最轻的结构金属之一，具有优异的比强度和比刚度。随着技术的进步，镁合金的成形工艺和强度性能得到了显著提高，成为轻量化电机的理想材料。镁合金不仅减轻了电机的整体重量，还能有效降低能耗，提升动力效率。

宝武镁业与汇川联合动力的镁合金轻量化电驱总成，这是目前国内外汽车应用领域最大的镁合金零部件之一，该产品不仅在结构优化、创新科技、美学设计等方面表现出色，还在性能、成本、重量上做到了完美结合。

与传统铝合金材料结构相比减重2.5千克-7千克，能够提升电机功率密度，改善整车噪声、振动与声振粗糙度，有助于优化车辆的前后配重比，改善操控性能和驾驶感受。

3. PEEK（聚醚醚酮）

PEEK是一种高性能的工程塑料，具有出色的热稳定性、耐化学性和机械性能。PEEK的耐高温和抗腐蚀特性使其在高负荷、高温环境下表现出色，尤其在电机中的绝缘材料、密封件和机械部件中得到广泛应用。

英国威格斯这家聚醚醚酮生厂商将PEEK用于制造发动机周边部件如进气歧管、节气门体等，承受高温、化学腐蚀与机械应力，提升发动机性能与可靠性、降油耗尾气排放。

4. 稀土永磁材料（钕铁硼）

稀土永磁材料，特别是钕铁硼（NdFeB）磁体，因其优异的磁性能和高能量积，成为高效电机中的核心材料。随着技术的进步，钕铁硼材料的高温稳定性得到了显著提升，同时制造工艺不断优化，降低了成本，提高了可用性。

特斯拉和比亚迪等电动汽车制造商采用了钕铁硼永磁材料在电动机中，用于提升电动机的效率和功率密度。

5.氮化铁磁体

氮化铁具有较高的磁能积，相比传统的钕铁硼等稀土永磁材料，它的磁性能相对较好，可以用于提高电机的功率密度。由于氮化铁不含稀土元素，相较于稀土永磁材料，成本相对较低。这使得它在一些成本敏感的领域具有竞争力。

通用汽车与Stellantis布局无稀土永磁铁，向Niron公司的氮化铁磁体项目投入3300万美元。包括特斯拉的CEO马斯克宣布，特斯拉下一代永磁驱动电机中完全不使用任何稀土材料。

6.碳纤维复合材料（CFRP）

碳纤维因其优异的强度、刚性以及轻量化特性，在电机领域得到了越来越多的应用。碳纤维不仅能够显著减轻电机的重量，还能够提高其耐用性和抗疲劳性能，尤其在高性能电动机中具有重要作用。

 

特斯拉和宝马在电动汽车的电机中应用碳纤维材料，减少电机重量并提高动力性能，延长车辆续航里程。

7.液晶聚合物（LCP）

液晶聚合物（LCP）是一种具有高度定向结构的高性能塑料，具有极高的耐热性和强度，适用于电机中的绝缘材料、转子和定子部件。LCP的耐高温性能和电气性能使其成为高效电机中的关键材料。

住友LCP E4008 具有出色的耐热性，其耐热温度可达 260 摄氏度，能够在高温环境下长时间保持稳定的物理性能。LCP E4008 具有出色的耐热性，其耐热温度可达 260 摄氏度，能够在高温环境下长时间保持稳定的物理性能。

　　8.氮化硅

　　氮化硅作为高性能陶瓷材料，具有优异的耐高温、耐腐蚀和抗电流腐蚀的特性，绝缘的氮化硅可以在各类发电机轴承中起到减少电流腐蚀的作用，氮化硅的应用提升了电机轴承的耐用性和效率，特别是在新能源汽车领域。

　　在新能源汽车领域，陶瓷轴承取代钢球轴承已经是一种趋势。特斯拉设计的电机中输出轴是采用混合陶瓷轴承，轴承滚珠采用氮化硅球组成；奥迪ATA250电机位于内部的2个转子轴承采用陶瓷材质制成。

　　9.非晶材料 非晶合金特有的无定形结构，相比传统的晶体材料具有更低的磁滞损失和涡流损失，从而能够在高频率和高速运转时保持较低的能量损耗。而且非晶合金的高磁导率能够增强电机的磁性能，提高磁场传递效率，进一步提升电机的整体效率。

　　广汽埃安夸克电驱2.0应用了非晶合金材料，非晶合金的磁导率是普通硅钢片的20-100倍。同时，其厚度仅为标准A4纸张厚度的1/4，比传统硅钢片的材料厚度减薄90%，铁损下降50%以上。

　　10.超薄无取向硅钢

　　超薄无取向硅钢是一种具有优异磁性能和较薄厚度的无取向硅钢。与传统硅钢相比，超薄无取向硅钢的厚度通常小于0.20毫米，甚至可以达到0.1毫米以下。由于其超薄的厚度，它能有效减少电机中的铁损，提升整体能效，降低运行时的能源消耗。同时，超薄无取向硅钢具有较高的磁导率，能够实现更强的磁场耦合，提升电机的转矩密度和功率密度，从而提高电机的运行效率和输出功率。