先進(jìn)的復(fù)合材料助力電機(jī)重量的減輕和效率提高

復(fù)合材料有兩種或兩種以上不同元素的組合，會(huì)產(chǎn)生與單個(gè)部件無(wú)關(guān)的具有獨(dú)特特性的材料，它們大多具有多種優(yōu)點(diǎn)，如獨(dú)特的設(shè)計(jì)、強(qiáng)化的傳熱和更好的性能。復(fù)合材料除了在電機(jī)設(shè)計(jì)上有高自由度，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是集成功能的選擇。與輕質(zhì)金屬材料相比，纖維增強(qiáng)塑料還提供了更多的自由度，通過(guò)這種自由度，材料和部件特性可能會(huì)受到影響。

基體和纖維的類(lèi)型對(duì)特性有影響以及它們之間的比例以及纖維在組件中的取向，重量、結(jié)構(gòu)耐久性以及制造過(guò)程的成本和復(fù)雜性可根據(jù)具體應(yīng)用的要求進(jìn)行調(diào)整。提高電機(jī)效率的方法之一是用軟磁復(fù)合材料（SMC）或鐵粉材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法，采用軟磁復(fù)合材料材料的主要優(yōu)勢(shì)在于成本效益比，以及更環(huán)保的生產(chǎn)工藝。由于粉末冶金技術(shù)，其特點(diǎn)是材料浪費(fèi)最少，比傳統(tǒng)制造工藝的效率高50%，但使用這種材料后，需要對(duì)磁路設(shè)計(jì)進(jìn)行重新分類(lèi)，以彌補(bǔ)復(fù)合材料的磁性。

實(shí)現(xiàn)高效電機(jī)的第一個(gè)固有因素是集成輕量化技術(shù)，以較輕的材料替代與舊技術(shù)相關(guān)的組件，輕量化有助于我們實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。使用纖維增強(qiáng)塑料顯示出更大的潛力，可以減輕電機(jī)的重量，還可以提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電氣和機(jī)械性能。酚醛復(fù)合材料具有電氣絕緣性和耐腐蝕性，可以用模具制造的單個(gè)塑料組件替換多個(gè)金屬零件。

盡管這些材料在許多工業(yè)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中具有潛力，但它們主要用于汽車(chē)零部件。大多數(shù)電機(jī)工程師都知道，酚醛復(fù)合材料在換向器和電刷架中具有優(yōu)異的電氣絕緣性能。人們對(duì)開(kāi)發(fā)和測(cè)試輕質(zhì)材料作為電機(jī)中較重材料的替代品非常感興趣，這一點(diǎn)可以從更新的技術(shù)狀態(tài)中得到證明。事實(shí)上，電機(jī)工程師正在研究在電機(jī)中使用纖維增強(qiáng)塑料的解決方案，將轉(zhuǎn)子、定子和外殼集成設(shè)計(jì)來(lái)增強(qiáng)其冷卻功能，現(xiàn)代仿真工具的使用確保了這些組件滿(mǎn)足操作要求。

使用軟磁性化合物（SMC，鐵填充聚酰胺化合物）來(lái)更換原來(lái)的零件，這些零件是使用注塑工藝生產(chǎn)的，輕質(zhì)永磁轉(zhuǎn)子開(kāi)始使用聚合物制造電機(jī)和外殼，并在熱源附近散熱。

與鋁外殼相比，聚合物外殼重量輕且簡(jiǎn)單，重量和成本都得到了節(jié)省。導(dǎo)電率低的聚合物材料可以取代金屬，轉(zhuǎn)子、定子和外殼的設(shè)計(jì)采用集成冷卻，使用鋁基復(fù)合材料（AMC）可以提高電機(jī)效率和性能，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子重量減少40%，同時(shí)增加了轉(zhuǎn)子的慣性功率，并保持了轉(zhuǎn)子的剛性。電機(jī)的裝配線的數(shù)量已經(jīng)減少，這可能會(huì)縮短生產(chǎn)周期，提高了電機(jī)的效率和響應(yīng)能力，增強(qiáng)了熱阻，更高的電阻可降低渦流造成的電流損失。

纖維增強(qiáng)聚合物材料將有助于電機(jī)設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)冷卻電機(jī)的功能，一種新的冷卻概念允許使用聚合物制造電機(jī)外殼，電機(jī)的功率密度和效率也有所提高。電機(jī)和電池對(duì)電力驅(qū)動(dòng)很重要，將導(dǎo)熱輕質(zhì)玻璃鋼用于電機(jī)外殼，來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)高功率密度、輕量化配置和高效率的要求。

纖維增強(qiáng)聚合物材料用于制造帶有金屬銷(xiāo)的外殼，以提高除冷卻液套之外的整個(gè)厚度的導(dǎo)熱性，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以提高剛度，增強(qiáng)材料阻尼性能，并在重量較輕的情況下提高損傷容限。在電機(jī)和纖維復(fù)合材料連接的區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)更高的固有頻率來(lái)增強(qiáng)的阻尼性能。使用高模量纖維，除了具有巨大的輕質(zhì)潛力外，還可以實(shí)現(xiàn)低噪聲。

結(jié)論

一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)的效率取決于電機(jī)的類(lèi)型、大小、利用率，還取決于所用材料的質(zhì)量和數(shù)量，從所有這些方面來(lái)看，需要使用能源和成本效益高的部件來(lái)開(kāi)發(fā)電機(jī)。軟磁復(fù)合材料材料的電磁元件已經(jīng)在這方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，實(shí)現(xiàn)了制造便攜式、成本效益高、重量輕的可持續(xù)電機(jī)的可能性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，復(fù)合材料可在提高磁性時(shí)還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，這種組合的特性與商業(yè)產(chǎn)品的特性相匹配。

審核編輯 ：李倩