屏蔽吸波 EMC（电磁兼容）纳米晶及软磁新材料

     据报道，华为七合一电驱在电机定子UVW接线端安装了一个环形的纳米晶磁环。那么这个磁环安装在这里发挥什么作用呢？是华为最新技术的探索，还是其他方面的考量呢？

为什么在电机UVW端加纳米晶磁环？

电机控制器输出的是高频PWM方波电压（几千到十几kHz），电机定子端接收的电压信号含有大量高频谐波与共模电压。

这些高频分量会通过定子绕组对地寄生电容耦合，产生以下问题：

共模电流（Common Mode Current）

高频电流会沿电缆屏蔽层、壳体、轴承形成环路，导致电磁干扰（EMI）和轴承电蚀。

电磁干扰（EMI）

高频谐波辐射干扰周边传感器、低压控制线路，甚至影响车载通信（如CAN）。

绝缘应力增加

高频电压尖峰加速绕组绝缘老化，尤其在高压平台下。

（AlisMark微信公众号图片）这颗纳米晶磁环的作用机理是什么呢？

纳米晶磁芯具有：

高磁导率（μ高达10⁴级）

高频损耗低

饱和磁通密度高

当三相电流通过磁环时：

差模电流（驱动电流）：三相电流矢量和为零，磁场互相抵消 → 几乎不受影响；

共模电流（高频干扰电流）：三相电流方向相同，磁场叠加 → 被强烈抑制。

它能有效衰减 100 kHz～30 MHz 的共模干扰，而不会影响电机的驱动电流波形。（AlisMark微信公众号图片）

      屏蔽吸波 EMC（电磁兼容）纳米晶是一类专门针对电磁干扰（EMI）抑制设计的纳米晶材料，其核心特性围绕 “高效屏蔽电磁辐射” 与 “吸收多余电磁波” 展开，通过纳米尺度效应优化电磁参数（磁导率、介电常数、损耗角正切），解决电子设备的电磁兼容问题。以下从核心特性和典型用途两方面详细解析，结合 EMC 场景的实际需求展开说明：

一、屏蔽吸波 EMC 纳米晶的核心特性（适配 EMC 场景的关键能力）

EMC 纳米晶的特性本质是 “纳米尺度磁 / 介电效应” 与 “电磁损耗机制” 的结合，区别于普通纳米晶，其设计目标聚焦 “高效衰减电磁波”，具体表现为以下 4 点核心能力：

1. 宽频高磁导率，覆盖 EMI 主要频段

• 核心表现：在 EMC 关注的关键频段（100kHz~10GHz，涵盖工业控制、消费电子、通信设备的主要干扰频段）内，EMC 纳米晶的初始磁导率（μᵢ）可达 10⁴~10⁵（远高于传统电磁屏蔽材料如硅钢片（μᵢ≈10³）、铁氧体（μᵢ≈10³）），且磁导率在宽频段内保持稳定（无明显衰减）。
• EMC 适配价值：高磁导率意味着材料能高效 “引导” 电磁波穿过自身（而非泄漏到外部），为后续的电磁损耗提供基础，尤其适合抑制低频（100kHz~1MHz）电磁干扰（如电机、变压器的磁场辐射）。
• 典型案例：纳米晶 Fe-Si-B-Cu-Nb 合金（常用 EMC 纳米晶体系）在 1MHz 频段的磁导率可达 8×10⁴，是传统铁氧体的 8 倍以上，能有效吸收低频磁场干扰。

2. 高电磁损耗能力，兼顾 “吸收” 与 “衰减”

EMC 纳米晶通过 “磁损耗” 与 “介电损耗” 双重机制衰减电磁波，避免传统屏蔽材料（如金属板）“仅反射不吸收” 导致的二次干扰问题：

• 磁损耗：纳米晶的晶粒尺寸小（10~50nm），晶界数量多，磁畴壁运动受阻，同时存在 “磁滞损耗”“涡流损耗”“共振损耗” 三种机制：
  • 低频段（100kHz~1MHz）：以磁滞损耗为主，通过磁畴反复翻转消耗电磁波能量；
  • 中高频段（1MHz~10GHz）：以涡流损耗和自然共振损耗为主，涡流在纳米晶内部产生焦耳热，共振损耗则通过磁矩共振吸收电磁波能量。
• 介电损耗：部分 EMC 纳米晶（如掺杂 TiO₂、ZrO₂的复合纳米晶）通过界面极化、偶极子极化产生介电损耗，补充高频段（5~10GHz）的电磁衰减能力（纯磁性纳米晶在高频易因趋肤效应导致损耗下降）。
• EMC 适配价值：双重损耗机制可实现 “宽频衰减”，对 100kHz~10GHz 的电磁波衰减量（SE，屏蔽效能）可达 20~60dB（dB 值越高，屏蔽效果越好，20dB 意味着 99% 的电磁波被衰减），且吸收损耗占比＞60%（避免反射干扰周边设备）。

3. 低矫顽力与高饱和磁感应强度，兼顾 “软磁特性” 与 “抗饱和能力”

• 低矫顽力（Hc＜10A/m）：EMC 纳米晶属于 “软磁材料”，在外部磁场作用下易磁化、去磁，无剩磁残留，避免因磁滞导致的设备磁干扰（如影响传感器精度）。
• 高饱和磁感应强度（Bs＞1.5T）：可承受较高的外部磁场（如靠近电机、变压器的强磁场环境）而不发生 “磁饱和”，饱和后材料磁导率会骤降，屏蔽能力失效，高 Bs 确保材料在强磁场下仍能稳定工作。
• EMC 适配价值：适用于 “强磁场 + 高干扰” 场景（如新能源汽车电机控制器、工业变频器），既避免自身磁干扰，又能稳定屏蔽外部强磁场辐射。

4. 轻量化、薄型化与良好的加工性，适配紧凑电子设备

• 轻量化：EMC 纳米晶的密度约为 7.0~7.5g/cm³，低于传统屏蔽材料如黄铜（8.9g/cm³）、坡莫合金（8.8g/cm³），比金属屏蔽板减重 15%~20%。
• 薄型化：可制备成厚度 0.01~0.5mm 的带材、薄膜或涂层（如纳米晶溅射薄膜、纳米晶复合涂料），远薄于传统金属屏蔽壳（通常≥1mm），适配手机、笔记本电脑、传感器等紧凑设备的空间需求。
• 加工性：纳米晶带材可裁剪、弯曲，复合纳米晶涂料可通过喷涂、刷涂覆盖异形部件（如连接器、芯片引脚），解决传统金属屏蔽难以适配复杂结构的问题。
• EMC 适配价值：满足当前电子设备 “小型化、集成化” 趋势，在有限空间内实现高效屏蔽，且不增加设备重量（如新能源汽车车载芯片屏蔽，需兼顾轻量化以提升续航）。

二、屏蔽吸波 EMC 纳米晶的典型用途（按 EMC 应用场景分类）

EMC 纳米晶的用途聚焦 “抑制电磁干扰、保障设备电磁兼容”，覆盖消费电子、新能源汽车、工业控制、通信等核心领域，具体场景如下：

1. 消费电子领域：抑制高频辐射，保障设备稳定性

应用场景 1：手机、笔记本电脑的 “内部 EMI 屏蔽”手机射频模块（5G 天线）、笔记本 CPU/GPU 工作时会产生 1~10GHz 的高频电磁辐射，易干扰周边芯片（如传感器、摄像头）。将 EMC 纳米晶薄膜（厚度 0.05~0.1mm）贴附在辐射源与敏感芯片之间，可实现 30~40dB 的屏蔽效能，避免信号干扰（如通话杂音、摄像头画质模糊）。

• 典型产品：纳米晶 Fe-Si-B 带材制成的 “屏蔽片”，已应用于苹果、华为等品牌的高端机型。

应用场景 2：充电器、电源适配器的 “低频干扰抑制”充电器中的变压器、电感会产生 100kHz~1MHz 的低频磁场辐射，若泄漏会干扰电视、收音机等设备。将 EMC 纳米晶磁环（内径 5~10mm，外径 10~20mm）套在充电器电源线外侧，利用纳米晶的高磁导率引导磁场，通过磁滞损耗衰减干扰，屏蔽效能可达 25~35dB，满足 GB 9254 电磁兼容标准。

2. 新能源汽车领域：解决 “高压系统 EMI” 难题

新能源汽车的高压系统（电池、电机控制器、OBC 车载充电机）工作电压 300~800V，电流数百安培，会产生 10kHz~1GHz 的宽频电磁干扰，不仅影响车载雷达、导航等电子设备，还可能干扰外部电网（如充电时的谐波干扰）。EMC 纳米晶的主要应用包括：

• 电机控制器屏蔽：在电机控制器外壳内壁喷涂纳米晶复合涂料（厚度 0.1~0.2mm），或贴附纳米晶带材，对 10kHz~100MHz 的磁场干扰衰减 40~50dB，避免干扰车载 CAN 总线（控制信号传输）。
• OBC 电磁滤波：在 OBC 的输入 / 输出线路中串联纳米晶共模电感（磁芯为纳米晶 Fe-Si-B-Cu-Nb 合金），利用纳米晶的高磁导率和低损耗，抑制共模干扰（主要干扰类型），满足 ISO 11452-2 汽车电磁兼容标准。
• 电池包线束屏蔽：在电池包的高压线束外层包裹纳米晶屏蔽网（由纳米晶带材编织而成），替代传统铜网屏蔽，减重 20% 的同时，对 1MHz~1GHz 的辐射干扰衰减 35~45dB。

3. 工业控制领域：保障 “精密设备抗干扰能力”

工业场景中的变频器、伺服电机、PLC 控制器会产生强电磁辐射，易干扰传感器（如温度传感器、位移传感器）、数控机床等精密设备，导致测量误差或设备误动作。EMC 纳米晶的应用包括：

• 变频器屏蔽：在变频器外壳内侧贴附纳米晶带材（厚度 0.2~0.3mm），对 100kHz~1MHz 的磁场干扰衰减 30~40dB，避免干扰周边的压力传感器（测量精度要求 ±0.1%）。
• 伺服电机磁芯：将 EMC 纳米晶制成伺服电机的定子磁芯，替代传统硅钢片，不仅提升电机效率（降低铁损 30%），还能通过纳米晶的磁损耗抑制电机运行时的高频磁场辐射（1~10MHz），屏蔽效能可达 25~35dB，满足 IEC 61800-3 工业电磁兼容标准。

4. 通信与基站领域：减少 “信号互扰”

5G 基站的天线阵列、RRU 射频拉远单元工作在 3.5GHz、26GHz 等频段，会产生高频电磁辐射，若泄漏到周边的广播电视信号塔或其他基站，会导致信号互扰（如通话掉话、网速下降）。EMC 纳米晶的应用包括：

• 基站天线屏蔽罩：在基站天线屏蔽罩的内层添加纳米晶薄膜（厚度 0.05~0.1mm），对 2~10GHz 的电磁波衰减 35~45dB，避免辐射泄漏到外部，同时减少外部干扰（如其他基站的信号入侵）。
• RRU 外壳屏蔽：在 RRU 外壳（铝合金材质）表面溅射纳米晶涂层（厚度 0.01~0.02mm），利用纳米晶的介电损耗和磁损耗，对 1~6GHz 的辐射干扰衰减 30~40dB，满足 YD/T 2592-2010 通信设备电磁兼容标准。

5. 医疗电子领域：确保 “设备电磁安全性”

医疗设备（如 MRI 核磁共振、心电监护仪、超声诊断仪）对电磁干扰极为敏感：MRI 的强磁场（1.5~3.0T）会干扰周边设备，而心电监护仪的微弱信号（μV 级别）易被外部干扰淹没。EMC 纳米晶的应用包括：

• MRI 机房屏蔽：在 MRI 机房的墙壁、天花板内侧铺设纳米晶复合板材（纳米晶颗粒与树脂复合，厚度 5~10mm），对 0.1~10MHz 的磁场干扰衰减 50~60dB，避免干扰隔壁的心电监护仪（信号精度要求 ±5μV）。
• 超声探头屏蔽：在超声探头的线缆外层包裹纳米晶屏蔽层（厚度 0.1~0.2mm），替代传统铜箔屏蔽，减少外部电磁干扰（如医院的高频电刀辐射）对超声图像的影响（避免图像出现杂波）。

总结

屏蔽吸波 EMC 纳米晶的核心价值在于：通过纳米尺度优化磁 / 介电参数，实现 “宽频、高效、低反射” 的电磁屏蔽，同时兼顾轻量化、薄型化与加工性，解决传统屏蔽材料（金属、铁氧体）“窄频、重、厚、易反射干扰” 的痛点。其用途覆盖从消费电子到新能源汽车、工业控制的全场景 EMC 需求，是保障电子设备 “无干扰运行” 的关键材料，尤其适配当前 “高频化、集成化、轻量化” 的技术趋势。

未来，随着 5G、6G 通信、自动驾驶、高精度医疗设备的发展，对 EMC 的要求将进一步提升（如更高频段、更强抗干扰能力），EMC 纳米晶将向 “更高磁导率、更宽频损耗、更低成本” 方向迭代，进一步扩大应用范围。

软磁材料的分类：

1、软磁材料按材料成分分类：

金属软磁：最早使用，包括硅钢、坡莫合金等。

铁氧体软磁：为以氧化铁为主要成分的磁性氧化物，包括锰锌系，镍锌系铁氧体等。

非晶软磁：主要包含铁基、铁镍基、钴基非晶材料、纳米非晶材料等。

 

 

非晶合金生产工艺

 

 

 

 

纳米晶软磁：纳米晶合金有时会被认为是非晶合金的一类，两者的区分并不严格，但两者实际有较大的区别。纳米晶是在非晶态合金制备工艺之后，再经过高度控制的退火环节，形成的具有纳米级微晶体和非晶混合组织结构的材料。

非晶与晶体结构微观对比

 

 

 

 

纳米晶软磁相较前述三者具备更加优异的综合性能：相较于非晶合金，可具有更高的饱和磁感应强度和初始磁导率，同时也更加适应小型化、集成化的发展趋势，相较于铁基非晶，损耗通常还可继续降低，为高频电力电子应用的理想材料。

 

 

2、软磁材料按照产品形态分类

 

 

软磁材料可分为合金类、粉芯类、铁氧体类。

软磁材料的对比:

 

 

软磁材料性能

 

 

 

 

铁氧体、纳米非晶等主要用于高频电子电力元器件，包括各类电容、电感等，可应用于通信、家电、新能源车、无线充电等领域，纳米晶合金在部分领域与铁氧体形成直接竞争。

不同类型非晶合金性能及下游应用

 

 

纳米晶合金较非晶合金整体具有更高的磁导率和更低的损耗，传输效率更高，体积更小，主要应用于中、高频环境的电子磁性元器件，下游包括消费电子、新能源汽车、变频家电、粒子加速器等领域。

随着国家对“碳达峰”、“碳中和”整体规划和目标的确定，以非晶合 金等材料制造的高效节能变压器迎来战略性的发展机遇和更宽广的市 场空间。

纳米晶合金是将含铁、硅、硼、铌、铜等元素的合金熔液，通过急速、高 精度冷却技术，在非晶基础上形成弥散、均匀纳米岛屿结构的材料，具有 较高的饱和磁密、高初始磁导率和较低的高频损耗等特性，广泛应用于中、 高频领域的能量传输与滤波。

纳米晶超薄带产品是制造电感、电子变压器、互感器、传感器、无线充电 模块等磁性器件的优良材料，主要应用于消费电子、新能源发电、新能源 汽车、家电、粒子加速器等领域，满足电力电子技术向大电流、高频化、 小型轻量、节能等发展趋势的要求，目前已在智能手机无线充电模块、新 能源汽车电机等产品端实现规模化应用。

 

纳米晶合金将加速替代铁氧体软磁。与铁氧体软磁材料、非晶软磁材料等 材料相比，纳米晶超薄带因其高饱和磁度、低矫顽力、高初始磁导率等材 料特性可以缩小磁性器件体积、降低磁性器件损耗，属于新型磁性材料， 综合磁性性能更为优异。随着技术进步对磁性材料的要求提高以及消费电 子、新能源汽车等新兴市场领域需求的上升，纳米晶超薄带对传统铁氧体 材料有望逐步形成替代。

 

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