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来源：云想电驱动
电机自问世以来一直伴随着功率和散热问题，小体积、高功率的电机一直是人类所追求的理想结构。然而，由于技术和材料的限制，功率越大的电机往往需要更大的体积。
# 撰文 | 萧洋 编审 | 宇傅
01. 概述
在今年3月，广汽埃安发布了夸克电驱技术，成功解决了电机功率和体积不可兼得的难题，使得电机功率密度达到了行业平均水平的双倍：12kw/kg。其中一个重要的技术突破是纳米晶-非晶铁芯技术。
02. 非晶铁芯
为了提升有效功率密度，电机发展主要有两个方向：一是在重量或体积不变的情况下实现更大的功率输出，或者在功率不变的情况下实现更小的体积和更轻量化；
二是降低高功率输出时的损耗，对电机材料、工艺、软件、封装等方面提出更高要求。目前，实现更大功率输出的主流技术路径包括以下三类：扁线电机、油冷电机、多合一电驱动系统总成。
降低损耗方面：电机的损耗主要包括电机铜耗、铁耗、风磨损耗和杂散损耗。永磁同步电机的转化效率可达到96%-97%。在损耗中，铜耗约占65%，铁耗（包括定子铁芯和转子铁芯中的损耗）约占20%，其余损耗占比相对较低。
铜损是由于电流通过电机线圈时，导体的电阻引起的能量损失。降低铜损的方法之一是使用高导电性的材料，例如纯铜或铜合金。此外，增加导体的截面积也可以减小电流密度，从而降低铜损。
铁损是电机中另一个重要的能量损失来源，主要由磁通变化引起的涡流和磁滞损耗组成。一方面，当电机工作时，磁场随着电流的变化而变化，导致铁芯中产生涡流，这些涡流在铁芯中流动，将能量转化为热能，从而产生铁损。
另一方面，磁滞损耗是由于铁芯在磁场中的磁化和去磁化过程中产生的能量损耗，它与材料的磁性特性有关。
03. 非晶带材
目前，定子铁心通常是由冲压和叠压硅钢片制成。从磁学角度来看，硅钢片具有高磁导率、低磁滞损耗和低矫顽力等优点，这些特性有助于减少能量损失并提高电机的效率。在力学和化学方面，硅钢片具有足够的机械强度和耐腐蚀性，能够承受电机运行时的振动和高温环境的影响。
由于涡流损耗的存在，铁心常常由许多薄片叠加而成，以减少回路的串联效应，即所谓的"化整为零"。
非晶金属是一种没有长程有序结构的材料。它通常被称为"液态金属"或"金属玻璃"，是一种新型的软磁合金材料，主要由铁、硅、硼等元素组成。与大多数金属材料不同，它们具有高度有序的结构（晶体结构金属）相比，非晶金属不具有长程有序结构，而是仅具有短程和中程的有序性。
在快速冷却的过程中，液态金属没有足够的时间进行结晶，从而直接"固定"了它的无序结构。
| 非晶带材 | 非晶块体 | 非经晶层 |
| 包括铁基非晶合金、铁镍基非晶合金、钴基非晶合金等 | 包括锆基非晶合金等 | 包括铁基非晶涂层、镍基非晶涂层、钛基非晶涂层等 |
| 采用熔体急冷法制备 | 采用铜模铸造法制备 | 采用热喷涂技术制备 |
| 主要应用于配电变压器、高效电机等领域 | 主要应用于 3C、医疗等领域 | 主要应用于石油化工、电力、 机械等领域 |
非晶带材有望成为电机定子铁芯主要材料，非晶合金材料与无取向硅钢相
比具有诸多优势，核心在于损耗小、节能环保。
损耗密度：仅为传统硅钢片的 1/5~1/10→提升效率、降低噪音、节能环保、降低发热
物理特点：薄、硬、带宽受限、退火后脆性大→难于加工
机械特点：刚度低、叠压系数较低、强度高→难于加工
电磁特点：饱和磁密低、磁致伸缩系数大
生产过程：绿色：工艺流程短、节能环保；核心在急冷技术：10^6℃/s
| 性能指标 | 铁基非晶带材 | 冷轧硅钢 |
| 饱和磁感(T) | 1.56-1.64 | 1.8-2.0 |
| 损耗(W/kg) | P（50Hz，1.4T）=0.27 P（400Hz，1.4T）=3.05 P（1kHz，1.4T）=9.6 |
P（50Hz，1.4T）=2.04 P（400Hz，1.4T）=35.5 P（1kHz，1.4T）=164.3 |
| 矫顽力(A/m) | <4 | <30 |
| 电阻率(μΩ-cm) | 130 | 45 |
| 厚度(μm) | 25 | 350 |
| 最大磁导率 | >25X10^4 | 4X10^4 |
| 叠片系数 | 0.85-0.95 | 0.95-0.98 |
| 磁致伸缩(X10^-6) | 27 | - |
| 密度(g/cm3) | 7.18 | 7.65 |
| 晶化温度(℃） | 535 | - |
| 居里温度(℃) | 415 | 746 |
| 抗拉强度(Mpa) | 1500 | 343 |
| 维氏硬度(HV) | 900 | 181 |
从车辆角度来看，非晶电机的替代对于新能源车辆的节能和续航能力有显著的帮助，约可提高约15%以上。
根据我们的产业调研数据，与传统电机相比，非晶电机具有更小的体积和更轻的重量，其效率提高了1-2%，从96%提高到98%-99%。每提高1个百分点的效率，相当于节省了9.6%的能量消耗。
在高转速（例如高速公路行驶）情况下，非晶电机可实现约30%的里程节约，在城市道路行驶时，约可实现15%的里程节约。
据日立公司的测试数据显示，对于最高转速达到8,000转/分钟的原型电机，与传统电工钢板相比，效率提高约3%，铁损降低到原来的1/5左右，电机的热发电量可减少一半。
END
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