2024電機材料應用10大創新

隨著全球對能源效率和可持續發展的重視，電機材料的創新正在迎來一輪前所未有的突破。2024年，電機領域在多個新材料的研發和應用上取得了顯著進展，這些突破不僅提高了電機的效率、功率密度和耐用性，也為新能源汽車、工業自動化等領域的進一步發展奠定了基礎。以下是2024年電機材料的十大突破，展示了新材料如何推動電機技術邁向更高的性能標準。

電機材料創新應用

1. 超級銅（石墨烯銅基復合材料）

超級銅是一種基于石墨烯的銅基復合材料，具有極高的導電性和熱導性。石墨烯的加入使銅材料在保持優異導電性的同時，顯著提高了其機械強度和抗氧化性。這使得超級銅在高電流密度和高溫環境下的穩定性更強，能夠有效減少電機中的熱損耗和電流損耗。

中國中車高電導率銅基復合材料“超級銅”，該材料由中車研究院與上海交通大學張荻團隊聯合研發，利用石墨烯極佳的導電性和力學性能與銅材料片堆疊，制成一種新型的復合材料 ——“超級銅”，實現了石墨烯和銅的優勢互補。可以將 20KW 電機銅耗降低12.33%。經過實驗驗證，超級銅的導電性能超過銀 10%。

2. 鎂合金

鎂合金是目前最輕的結構金屬之一，具有優異的比強度和比剛度。隨著技術的進步，鎂合金的成形工藝和強度性能得到了顯著提高，成為輕量化電機的理想材料。鎂合金不僅減輕了電機的整體重量，還能有效降低能耗，提升動力效率。

寶武鎂業與匯川聯合動力的鎂合金輕量化電驅總成，這是目前國內外汽車應用領域最大的鎂合金零部件之一，該產品不僅在結構優化、創新科技、美學設計等方面表現出色，還在性能、成本、重量上做到了完美結合。

與傳統鋁合金材料結構相比減重2.5千克-7千克，能夠提升電機功率密度，改善整車噪聲、振動與聲振粗糙度，有助于優化車輛的前后配重比，改善操控性能和駕駛感受。

3. PEEK（聚醚醚酮）

PEEK是一種高性能的工程塑料，具有出色的熱穩定性、耐化學性和機械性能。PEEK的耐高溫和抗腐蝕特性使其在高負荷、高溫環境下表現出色，尤其在電機中的絕緣材料、密封件和機械部件中得到廣泛應用。

英國威格斯這家聚醚醚酮生廠商將PEEK用于制造發動機周邊部件如進氣歧管、節氣門體等，承受高溫、化學腐蝕與機械應力，提升發動機性能與可靠性、降油耗尾氣排放。

4. 稀土永磁材料（釹鐵硼）

稀土永磁材料，特別是釹鐵硼（NdFeB）磁體，因其優異的磁性能和高能量積，成為高效電機中的核心材料。隨著技術的進步，釹鐵硼材料的高溫穩定性得到了顯著提升，同時制造工藝不斷優化，降低了成本，提高了可用性。

特斯拉和比亞迪等電動汽車制造商采用了釹鐵硼永磁材料在電動機中，用于提升電動機的效率和功率密度。

5.氮化鐵磁體

氮化鐵具有較高的磁能積，相比傳統的釹鐵硼等稀土永磁材料，它的磁性能相對較好，可以用于提高電機的功率密度。由于氮化鐵不含稀土元素，相較于稀土永磁材料，成本相對較低。這使得它在一些成本敏感的領域具有競爭力。

通用汽車與Stellantis布局無稀土永磁鐵，向Niron公司的氮化鐵磁體項目投入3300萬美元。包括特斯拉的CEO馬斯克宣布，特斯拉下一代永磁驅動電機中完全不使用任何稀土材料。

6.碳纖維復合材料（CFRP）

碳纖維因其優異的強度、剛性以及輕量化特性，在電機領域得到了越來越多的應用。碳纖維不僅能夠顯著減輕電機的重量，還能夠提高其耐用性和抗疲勞性能，尤其在高性能電動機中具有重要作用。

特斯拉和寶馬在電動汽車的電機中應用碳纖維材料，減少電機重量并提高動力性能，延長車輛續航里程。

7.液晶聚合物（LCP）

液晶聚合物（LCP）是一種具有高度定向結構的高性能塑料，具有極高的耐熱性和強度，適用于電機中的絕緣材料、轉子和定子部件。LCP的耐高溫性能和電氣性能使其成為高效電機中的關鍵材料。

住友LCP E4008 具有出色的耐熱性，其耐熱溫度可達 260 攝氏度，能夠在高溫環境下長時間保持穩定的物理性能。LCP E4008 具有出色的耐熱性，其耐熱溫度可達 260 攝氏度，能夠在高溫環境下長時間保持穩定的物理性能。

8.氮化硅

氮化硅作為高性能陶瓷材料，具有優異的耐高溫、耐腐蝕和抗電流腐蝕的特性，絕緣的氮化硅可以在各類發電機軸承中起到減少電流腐蝕的作用，氮化硅的應用提升了電機軸承的耐用性和效率，特別是在新能源汽車領域。

在新能源汽車領域，陶瓷軸承取代鋼球軸承已經是一種趨勢。特斯拉設計的電機中輸出軸是采用混合陶瓷軸承，軸承滾珠采用氮化硅球組成；奧迪ATA250電機位于內部的2個轉子軸承采用陶瓷材質制成。

9.非晶材料 非晶合金特有的無定形結構，相比傳統的晶體材料具有更低的磁滯損失和渦流損失，從而能夠在高頻率和高速運轉時保持較低的能量損耗。而且非晶合金的高磁導率能夠增強電機的磁性能，提高磁場傳遞效率，進一步提升電機的整體效率。

廣汽埃安夸克電驅2.0應用了非晶合金材料，非晶合金的磁導率是普通硅鋼片的20-100倍。同時，其厚度僅為標準A4紙張厚度的1/4，比傳統硅鋼片的材料厚度減薄90%，鐵損下降50%以上。

10.超薄無取向硅鋼

超薄無取向硅鋼是一種具有優異磁性能和較薄厚度的無取向硅鋼。與傳統硅鋼相比，超薄無取向硅鋼的厚度通常小于0.20毫米，甚至可以達到0.1毫米以下。由于其超薄的厚度，它能有效減少電機中的鐵損，提升整體能效，降低運行時的能源消耗。同時，超薄無取向硅鋼具有較高的磁導率，能夠實現更強的磁場耦合，提升電機的轉矩密度和功率密度，從而提高電機的運行效率和輸出功率。