【產(chǎn)通社，3月16日訊】隨著電動(dòng)汽車和卡車興起，一場(chǎng)制造理想的綠色環(huán)保汽車的競(jìng)賽正在進(jìn)行。人們的目標(biāo)是制造一臺(tái)至少與當(dāng)今行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)稀土永磁同步電機(jī)一樣強(qiáng)大、可靠和輕便的牽引電機(jī)。然而，像釹和鏑這樣的稀土元素也是一個(gè)主要瓶頸，后者是最強(qiáng)大的磁體所必需的，但開采和加工是以環(huán)境成本為代價(jià)的，中國(guó)在其中擁有近乎壟斷地位。這就是為什么制造無(wú)稀土電動(dòng)汽車的競(jìng)賽如此重要。

馬達(dá)R&D項(xiàng)目有多種形式，包括改進(jìn)感應(yīng)電機(jī)和各種特殊類型同步電機(jī)的長(zhǎng)期任務(wù)，以及制造不使用稀土的強(qiáng)大永磁同步電機(jī)的努力。例如，通用電氣航空航天公司（GE Aerospace）在材料科學(xué)方面的突破，讓人們對(duì)同步磁阻電機(jī)的興趣激增。當(dāng)暴露在強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，材料的不同區(qū)域會(huì)以完全不同的強(qiáng)度磁化——要么完全不磁化，要么磁化程度非常高。在去年的一篇令人震驚的論文中，通用電氣研究人員稱使用一種叫做雙相磁性材料的材料生產(chǎn)了一種不含稀土的同步磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有令人印象深刻的特性。

測(cè)試中，通用電氣公司的電機(jī)輕而易舉地超過(guò)了同步磁阻電機(jī)，除了轉(zhuǎn)子由傳統(tǒng)的磁性材料制成外，同步磁阻電機(jī)或多或少是相同的。例如，在一次試驗(yàn)中，帶有雙相轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)在14，000 rpm時(shí)具有23千瓦的功率輸出；相比之下，傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子電機(jī)只能達(dá)到3.7千瓦。這種雙相電機(jī)的質(zhì)量功率密度相當(dāng)可觀，為每千克1.4千瓦。（沒(méi)有達(dá)到1.87 kW/kg的預(yù)測(cè)值，因?yàn)樵擃A(yù)測(cè)是基于實(shí)驗(yàn)室規(guī)�；蚰M零件的屬性而不是生產(chǎn)零件的屬性。）目前市場(chǎng)上的電動(dòng)汽車通常具有1.1至3.0 kW/kg之間功率密度的電動(dòng)機(jī)。通用電機(jī)的峰值效率為94%，與目前商用電動(dòng)汽車中使用的最佳電機(jī)相當(dāng)。

要了解雙相材料的前景，先從同步磁阻電機(jī)的一些基礎(chǔ)知識(shí)開始。與其他電機(jī)一樣，它們有一個(gè)定子和一個(gè)轉(zhuǎn)子。定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁化并接合轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通常由稱為電工鋼的鐵磁合金制成。然后，轉(zhuǎn)子由于一種稱為磁阻的現(xiàn)象而旋轉(zhuǎn)，磁阻是一種使鐵磁材料與磁場(chǎng)磁通線對(duì)齊的特性。隨著定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，磁化的轉(zhuǎn)子不斷嘗試與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)齊，從而產(chǎn)生扭矩。

然而，這種機(jī)器的一個(gè)缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子。使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁力集中在轉(zhuǎn)子和定子上均勻間隔的位置，稱為磁極。轉(zhuǎn)子磁極的磁力線必須與定子上相應(yīng)的磁極緊密相連。然而，來(lái)自轉(zhuǎn)子磁極的這些場(chǎng)線具有相互干擾的趨勢(shì)，這減少了可用于連接到相應(yīng)定子磁極的場(chǎng)線或通量。結(jié)果是，降低了電機(jī)產(chǎn)生的總扭矩，因?yàn)榕ぞ刂饕怯赊D(zhuǎn)子和定子中電機(jī)磁極之間的磁鏈引起的。

因此，為了使磁極彼此磁性隔離，一種選擇是將轉(zhuǎn)子磁極周圍的結(jié)構(gòu)（稱為橋和柱）最小化。由于磁性材料較少，這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的磁通量較少，因此干擾也較少。然而，這實(shí)際上不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)樽钚』@些結(jié)構(gòu)會(huì)使這些區(qū)域變窄，因此機(jī)械性能變?nèi)�。這一弱點(diǎn)將極大地限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而限制電機(jī)的功率。

有了雙相材料，就有可能使橋和柱子不可磁化（專業(yè)術(shù)語(yǔ)是“不可滲透”），而且又寬又堅(jiān)固。通用電氣公司的實(shí)驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)就是這么做的。

目前還沒(méi)有一家公司提供適用于大功率牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子的雙相磁性材料。除了通用航空航天公司之外，沒(méi)有人知道該公司是否或何時(shí)可能許可或生產(chǎn)其材料。去年12月發(fā)表在《磁學(xué)與磁性材料雜志》上的一篇調(diào)查文章得出結(jié)論稱，通用電氣的材料通過(guò)一種稱為高溫氮化的工藝生產(chǎn)的，“是生產(chǎn)雙相磁鋼最先進(jìn)的方法。由于生產(chǎn)的高度可制造性，與傳統(tǒng)電工鋼相比，該產(chǎn)品的最終成本具有競(jìng)爭(zhēng)力。”

除了通用電氣，另一家已知正在研究雙相磁性材料的公司是Proterial（前身是日立金屬公司，自20世紀(jì)90年代以來(lái)一直在開發(fā)雙相磁性材料）。研究類似技術(shù)的大學(xué)研究項(xiàng)目包括俄羅斯烏法科技大學(xué)（Ufa University of Science and Technology）、韓國(guó)永南大學(xué)（Yeungnam University）、中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)（Harbin Institute of Technology）和英國(guó)謝菲爾德大學(xué)（University of Sheffield ）。（來(lái)源：IEEE spectrum；編譯：鐠媒體）