2019-2024年中国非晶电机行业应用现状和市场前景分析报告完整

2019-2024年中国非晶电机行业应用现状和

市场前景分析报告

2019年

前言

非晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒和晶界存在。非晶合金具有许多独特的性能，如优异的导磁性、耐腐蚀性、耐磨性、高的强度和硬度，高的电阻率和机电耦合性能，这些决定了非晶电机具有体积小、效率高、损耗低、温升低等优点。

目前传统电机的铁心材料均使用热轧或者冷轧的硅钢片，其中冷轧硅钢片的性能高于热轧硅钢片。电机铁心内部由于磁滞和涡流现象而引起的磁滞和涡流损耗统称为铁心损耗，简称为铁耗。对于电机而言，铁心损耗由磁滞损耗和涡流损耗两部分构成，其中磁滞损耗和磁场交变的频率、铁心的体积以及磁滞回线的面积正相关，涡流损耗与铁磁材料厚度的平方成正比。

电机的铁耗正比于频率的1.3次方，当工作频率较低（几十赫兹）时，电机铁耗占总损耗的比重较小，使用非晶合金替代硅钢意义不大。随着频率的升高，硅钢的磁导率会明显减小，电机的铁耗显著增大，当频率很高（≥300 Hz）时，硅钢电机的温升会因为铁心损耗的大幅增加而急剧上升，但是铁基非晶合金的磁导率几乎不随频率的升高发生改变，非晶合金电机在高频下仍能良好工作。由此可见，非晶合金电机在高频应用领域有较明显的性能优势。

非晶电机优缺点各有两条，其优点是效率高、功率密度高，缺点是生产成本高、振动噪声大。

1、优点：

效率高

非晶合金电机的高效率得益于非晶合金材料的低损耗特性。与传统电机所采用的硅钢片材料相比，非晶合金材料具有较大的电阻率，其电阻率一般为130UQ ／cm，为传统硅钢片电阻率的3倍。在高频磁场中，大电阻率有效抑制了非晶合金带材的涡流损耗，此外，涡流损耗与冲片厚度的平方成正比，非晶合金带材的单片厚度仅有0．025mm，所以非晶合金带材的涡流损耗显著低于冷轧硅钢片。尤其是对于高频电机，由于频率的升高，铁心损耗占电机总损耗的比例很高，使用非晶合金铁心效率提高更加明显。例如，LE公司开发的7kW、2500r／min和24kW、3500r／min非晶合金永磁发电机效率比相近功率和转速的常规硅钢片发

电机产品高出1．5个百分点。2011年，中国钢研科技集团及安泰科技股份有限公司李广敏等人分别将非晶与硅钢片铁心装配在一台额定功率5kW、额定转速8000r／min的无刷直流电机中进行仿真与测试，测试结果表明，当电机定子为非晶合金时，电机效率可达88．58％，硅钢片铁心电机的效率为85．5％，非晶合金电机的效率提高了3．08个百分点。

可见非晶合金在电机上的应用明显降低了电机铁耗，通过优化非晶合金电机的设计就可以实现高效率。

功率密度高

现代电机发展的显著特点是高效、节能、重量轻、体积小，在工业设备有限的空间里留给电机的安装空间十分有限，这就对电机的功率密度提出了很高的要求。非晶合金电机的优异磁特性与电机优化设计的结合使得非晶合金电机的功率密度相对传统电机来说更具优越性。

在相同功率、相同转速情况下，非晶合金电机的极数和频率可以提高，可高达上千赫兹，这也使得非晶合金电机在高功率密度方面更具竞争力。例如，LE 官方网站的数据显示，LE的非晶高效发电机的功率密度涵盖了0．375—1．765kW ／kg的范围，其中G42L2型号的非晶合金高效发电机的额定功率为100kW，峰值功率高达150kW，功率密度最高为1．765kW／kg；LE的非晶高效节能驱动电机的功率密度则覆盖了1．404～2．353kW／kg的范围，其中M42L2型号的非晶合金驱动电机额定功率120kW，峰值功率200kW，其功率密度高达2．35kW ／kg。功率密度高意味着同样电机可以节省材料，降低电机的材料成本和电机的其他损耗。

2、缺点：

生产成本高

传统硅钢片电机定转子叠片通常采用冲床进行冲压成型，随着冲压技术的逐渐成熟，传统硅钢片电机定转子叠片的加工费用也越来越低。非晶合金材料虽然具有优异的电磁特性，但是其薄、脆、硬的物理特性导致非晶合金材料冲压加工困难，冲模磨损快，工艺成本增加。同时，非晶合金材料对应力非常敏感，因此优异性能的非晶合金铁心对其加工工艺提出了非常严格的要求。在非晶合金电机的研发过程中必须重视非晶合金铁心的加工工艺，力争在成本允许的情况下降低

非晶合金电机铁心损耗，充分发挥非晶合金电机的性能优势。

振动噪声大

非晶合金带材的磁滞伸缩系数是硅钢片的几倍，而且非晶合金材料对应力敏感，为了保证磁性能，压紧力不宜过大，铁心叠压系数低，相对比较松散，因此，非晶合金电机的振动噪声较传统硅钢片电机要大。非晶合金在变压器上的应用已经比较成熟，欧洲电力部门曾对非晶合金变压器和硅钢片变压器的噪声比较进行了试验。结果显示，非晶变压器的声级比同类规格的硅钢片变压器高6～8dB。非晶合金电机虽然没有相关的数据公布，但是可以预见其噪声要高于相同规格的硅钢片电机。

从上世纪80年代开始，国内外材料科学界的一直在研究开发非晶电机。非晶电机，是用一种特殊的非晶合金代替电机里面的硅钢作为定子材料。非晶合金电机具有损耗低、效率高、可以在高频高速下良好运转的优点，是电机技术的一种新选择。随着全球气候的巨大变化，环境和能源问题越来越受到世界各国的高度重视，节能减排已成为全人类共同关注的焦点。电机在工业生产和人民生活中都是极为重要的动力设备，电机的耗电量在各种电气设备中位居首位。目前我国电机的效率普遍比发达国家低很多，电机的效率还有很大的提升空间。在能源日趋紧缺和环境问题日趋严重的今天，降低电机损耗、提高电机效率具有重大意义，能够在节约能源、控制环境污染等方面具提供帮助。随着非晶电机可量产规模化这一问题的解决，非晶电机未来有望为环境和能源做出重大的贡献。

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