非晶电机在新能源汽车行业的应用前景分析
市场规模：据相关数据统计，2024年上半年，中国新能源汽车的销量达到了494.4万辆，同比增长32%，市场占有率达到35.2%。新能源汽车的崛起得益于多方面的因素，其中包括环保意识的增强、政府的支持、技术的不断成熟以及智能化水平的提高等。这些因素都为非晶电机在新能源汽车行业的应用提供了有利的市场环境。
自身优势：非晶电机在高速、高频下性能优势更明显，且非晶电机功率密度高，可减小体积、节省材料，降低电机的材料成本和电机的其他损耗。与传统硅钢电机相比，非晶电机涡流损耗显著低于硅钢片，运行效率可达到97%，而传统电机最高为87%。
发展趋势：随着新能源汽车行业的不断发展，对电机的要求也越来越高，如高效、高速、节能等。非晶电机在这些方面具有独特的优势，因此有望在新能源汽车行业得到广泛应用。
技术突破：近年来，非晶电机技术不断取得突破，如广汽埃安于2023年3月发布的全球首个纳米晶-非晶超效率电机，该电机能以极小的体积迸发出强劲的功率，电机功率密度高达12kw/kg，相比行业6kw/kg的平均水平，提升了100%。
非晶电机在新能源汽车领域的发展面临以下一些挑战：
材料相关挑战
非晶材料特性局限：
硬度高：薄而硬，加工难度大，几乎没有延展性，非晶材料维氏硬度达到900左右，几乎与钨钢相当，是硅钢的5倍。这导致在铁芯制造过程中如冲压、切割等环节刀具磨损严重、设备要求高、成本上升。
磁饱和磁感应强度偏低：在高转矩输出场景处于劣势，限制了其在一些对动力要求极高工况下的应用。
磁滞伸缩系数大：是硅钢片的几倍，且应力敏感，导致铁芯叠压系数低、电机振动噪声偏大。
温度敏感性：退火后脆性大且磁性能对温度较为敏感，在不同温度下性能不稳定，影响电机在不同环境下的可靠性。
退火脆性：退火后材料变脆，后续成型加工难度大，产品一致性和稳定性较差，在电机装配过程中易出现碎片影响电机性能。
精度要求高：非晶片料薄（0.025mm左右），相比于硅钢片（0.35mm），在层叠对中度、精度、加工稳定性等方面要求更高，增加了制造难度。
材料供应稳定性和成本：
目前非晶带材等原材料的生产工艺还在发展完善中，生产效率相对较低，导致供应稳定性可能存在一定风险。
初期成本较高，相比成熟的硅钢电机材料体系，成本上的竞争劣势会影响车企的选择和市场推广速度。
制造工艺挑战
成型工艺复杂：
线切割工艺：相对成熟但效率低，加工时大电流会产生熔融层，增加能量损耗。
冲压工艺：虽然效率高，但对模具精度和质量要求极高，模具成本高且模具寿命可能受材料硬度影响。
铁芯叠装工艺：因材料特性要求高精度的叠装来保证电机性能，难度较大。
退火工艺控制：退火是为了降低内应力恢复磁性，但会使非晶合金变脆，使后续加工难度变大，成品率降低，产品一致性和稳定性变差；在电机装配过程中易出现碎片。
缺乏成熟的自动化生产体系：在实现大规模、高质量、一致性的生产方面，还没有形成成熟高效的自动化产线和制造流程。
设计挑战
电磁设计难度：
由于非晶材料的磁特性与传统材料有较大差异，缺乏丰富、标准的材料B - H、B - P（多频率下）库，不利于电机设计工程师选型和精确设计。
磁场分布复杂，在设计中如何充分利用非晶材料特性来优化电机磁场分布、减少损耗、提高电机效率和功率密度等是难点。
结构设计挑战：
要考虑非晶铁芯特性来设计电机结构以优化散热、降低振动噪声等，目前经验和成熟方案较少。
如何与新能源汽车其他部件进行最优化的空间布局和系统集成设计。
性能验证和可靠性挑战
长期可靠性缺乏数据：作为一种新兴技术应用在新能源汽车上，其长期运行的可靠性和耐久性数据积累不足，难以让车企和消费者完全信任。
性能验证复杂：由于非晶电机的特性，对其性能如效率、功率密度、噪声、振动、电磁兼容性等验证方法和标准体系还不完善，使得难以全面准确评估其性能。
市场和产业协同挑战
产业链配套不成熟：上下游企业之间的协作还不够紧密和成熟，比如非晶材料供应商、电机生产企业、汽车主机厂之间在产品规格、质量标准、供货周期等方面的协同性较差。
市场接受度：在初期面临市场对新技术的认知度和接受度不高的问题，在与传统电机竞争中，需要花费大量时间和成本进行市场推广和教育。
标准体系缺乏：行业内缺乏统一的非晶电机设计、制造、检测等相关标准体系，影响产品的规模化生产和应用。
如何应对非晶电机在新能源汽车领域发展面临的挑战？
以下是一些可以提高非晶电机在新能源汽车领域性能的方法：
材料优化
研发高性能非晶合金：通过调整合金成分和制备工艺，开发具有更高磁导率、更低损耗和更好机械性能的非晶合金材料。
例如，引入特定的微量元素来改善磁性能和降低脆性。
改进非晶带材的质量：提高带材的平整度、厚度均匀性和表面质量，减少缺陷，以提高电机的性能和一致性。
电磁设计改进
精确的磁场建模：采用更先进的电磁仿真软件和算法，建立更准确的电机磁场模型，优化磁路设计。
比如考虑非晶材料的非线性磁特性和各向异性，进行精细化的磁场分析。
优化绕组设计：采用合适的绕组形式（如分布式绕组、分数槽绕组等），减少绕组电阻和漏磁，提高电机的效率和功率密度。
结构优化
优化铁芯结构：设计更合理的定子和转子铁芯形状，如采用斜槽、闭口槽等结构，降低齿槽转矩和转矩脉动，减少振动和噪声。
改进冷却系统：采用更高效的冷却方式，如油冷、水冷等，提高电机的散热能力，以允许更高的电流密度和功率输出。
控制策略优化
先进的驱动控制算法：采用矢量控制、直接转矩控制等先进的控制策略，实现更精确的电机转速和转矩控制，提高动态性能。
例如，根据不同的工况实时调整控制参数，以优化电机的运行效率。
智能控制技术：引入模糊控制、神经网络控制等智能控制技术，自适应地调整电机的运行状态，提高系统的鲁棒性和适应性。
制造工艺提升
高精度加工技术：采用激光切割、精密冲压等高精度加工技术，提高铁芯和绕组的制造精度，减少制造误差对电机性能的影响。
先进的叠装工艺：开发新的铁芯叠装方法，确保铁芯的紧密结合和良好的磁路性能。
系统集成优化
与整车动力系统匹配：根据新能源汽车的动力需求和行驶工况，对非晶电机进行系统级的优化匹配，实现整车性能的最大化。
能量管理优化：结合电池管理系统，实现电机和电池的协同工作，提高能源利用效率。
多物理场协同设计
据2024年5月的一些信息，吉利汽车计划2024年5月进行样车测试，预计2025年在某款车型量产非晶电机相关车辆，规划产量5000 - 10000台，如果效果明显后续将推广至全平台。
综上所述，非晶电机在新能源汽车行业具有广阔的应用前景，但也需要克服一些技术和成本方面的挑战。未来，随着技术的不断进步和产业化进程的加快，非晶电机有望在新能源汽车行业发挥更加重要的作用。
