在台州温岭领伟创新智能系统(浙江)有限公司车间,一卷薄如蝉翼的银色带材在机械臂的精准操控下被抓取、切割,再层层堆叠、涂覆。足足叠上四五千层后,它们最终变成新能源汽车电机的核心部件——非晶定子铁芯。
上半年,全球首款量产非晶电机车型广汽埃安N60上市,搭载的正是这家温岭企业独家供应的非晶定子铁芯。该车型电机峰值效率达到极致的99.1%,续航里程提升15%至20%。
非晶合金并非新事物。作为一种兼具金属和玻璃双重特性的新型固体材料,它常出现在节能变压器、医疗器械等器材中。然而一直以来,它却始终未能实现规模化量产,直到领伟创新出现。国家级激光加工星空机器人国际科技合作基地主任薛伟教授从事合金材料精密制造研究多年,将这视为重大突破。非晶电机为何备受瞩目?99.1%的效率意味着什么?
超级材料的优势
非晶合金为何在业界被誉为“超级材料”?
“这是由原子结构决定的。”薛伟介绍,传统硅钢片处于“晶体世界”:原子像士兵一样整齐列队,形成一个个“方阵”——晶粒,不同方阵之间总有固定的“围墙”,也就是晶界隔着。方阵内部又包含若干个“作战小组”,小组之间有可移动的“临时分界线”即磁畴壁,各组内士兵都面朝同一个方向。外加磁场来了,下令“调整队形”,各小组通过移动分界线重新划地盘。但整个“操场”上布满障碍,不仅有晶界,还有杂质、应力、位错这些“坑洼”和“路障”,这些都会卡住分界线,使其难以移动。这时,为了让分界线跨越“障碍”移动起来,就需要加大磁场,这一过程伴随着能量损耗,即磁滞损耗。同时,变化的磁场又形成电流回路,产生焦耳热,即涡流损耗。
非晶合金则被誉为“金属玻璃”,原子没有“方阵”、没有“围墙”,连“作战小组”都不存在。原子像广场上散步的人群,各走各的,磁场说“转向”就转向,几乎不费力气,损耗自然极低。由此,非晶合金获得两大特性:电阻率极高、磁滞损耗极低。
一组数据可以说明差距:非晶合金电阻率比传统硅钢高出3个数量级,磁导率达到普通硅钢片的20到100倍,铁芯损耗仅为常规硅钢片的五分之一到十分之一。
更关键的是厚度。非晶带材的厚度只有25微米,相当于头发丝直径的三分之一,A4纸厚度的四分之一。涡流路径被压缩到极致,损耗指数级下降。
市面上,主流永磁同步电机的峰值效率长期卡在96%到97.5%之间,头部企业把“效率再推高0.1%”当成工程难题来攻克。而非晶电机则绕开了硅钢的物理特性限制。“这不是堆料,也不是优化算法,是材料维度的降维打击。”薛伟说。
但非晶也有其局限性:当电机处于低速工况时,铜损占大头,此时若将传统硅钢换成非晶,收益有限。它的“主战场”在10000转以上的高速区间。转速一上去,相较铜损,铁损指数级飙升,那才是传统硅钢电机的真正瓶颈。非晶正好是针对铁损的“特效药”。
新能源汽车电机转速普遍超过15000转,正是非晶电机大显身手的领域。武汉理工大学汽车工程学院副教授郭巍既从事非晶合金基础研究,也深耕产业应用,他解释:“续航增幅从哪来?非晶电机提升的能效,直接转化为续航里程的增长。”
非晶材料有如此优势,为什么此前始终没能规模化量产?
领伟创新总经理李丰平没有直接回答,而是先示范了一遍“手撕非晶”。他捏住银色带材边缘轻轻一扯——“啪”的一声,断了。但指尖传来的触感分明在说,这不是纸,硬度堪比陶瓷。维氏硬度900,是不锈钢的三四倍。车间老师傅试过,普通剪刀一剪,刃口瞬间卷钝。
这种“又脆又硬”的矛盾体,让传统硅钢加工中理所当然的一切都成了难题。非晶太薄太脆,无法用传统冲压方式加工,也难以承受电机内部高温、高应力、高振动的严苛环境。
“爬坡”自动化,产能攀升
车间里,见到了刚下生产线的非晶定子铁芯——半径约10厘米、高约20厘米的圆柱体,体积不大,内里中空,内侧呈齿轮状。
让这个材料从实验室走向批量装车,中间隔着热膨胀失配、脆性掉渣、铜耗上升等数座大山。领伟创新如何逐一翻越?
“草莓视频下载APP在线观看2020年扎进这个赛道时,完全从零起步,没有成熟工艺,没有现成设备。这是一条从未有人蹚过的路。”李丰平说。
“第一套产线完全‘手搓’,连涂覆胶水都是用简易工具一毫米一毫米地刮。”李丰平回忆,当时,一天只能做一两个定子铁芯,歪歪扭扭、叠片错位是常态,“做不出来才是正常的”。更大的麻烦在于,一个非晶定子铁芯由四五千片带材堆叠而成,每一层的角度、厚度、胶层均匀性稍有偏差,整个磁路就跟着畸变。制造应力稍大,非晶的无序结构就会被破坏,前功尽弃。胶水涂覆厚度必须卡在一个极严苛的合格区间内:厚了挤占磁通空间,薄了层间绝缘失效。团队反复调整涂覆头的角度和压力,最终把数据控制在微米级。
“初代版本跑通后,草莓视频下载APP在线观看才着手做自动化。团队本来就是做自动化起家的,但这次的自动化却是一次‘极限挑战’。”李丰平没想到,“最前沿的科技,卡在了最传统的冲压环节。”
模具是更大的挑战。其材质必须比非晶更硬才能裁透,例如硬质合金。但硬质合金的磨损速度快得惊人,时不时就得拆下来打磨。车间楼下配了四台磨床,专门伺候这些“娇贵”的家伙。“但拆了重装,本身就在拉低效率。”
从手工到自动化的爬坡,是产能逐步攀升的过程。2025年上半年非晶定子铁芯自动化生产设备落地至今,月产量已超万套,第二生产基地年产50万套的新装备正在陆续安装调试中。
“草莓视频下载APP在线观看研发了工艺、装备、质量管控一整套体系,定子铁芯的铁损最终锁定在1.6瓦每千克。这是企业核心的护城河。”李丰平说。非晶定子铁芯成本是硅钢的三倍,但效率提升带来的续航增加,让客户愿意买单。
加速从1到N
官网草莓成视频APP下载安卓已经跑通了。领伟创新走完了从0到1最难的这段路,接下来的问题是加速从1到N的过程。
市场已经在用订单投票。领伟创新年初月产非晶定子铁芯1万套,如今广汽追着要3万套,生产线日夜扩充。
但非晶电机的想象力远不止于此。eVTOL(电动垂直起降飞行器)、人形星空机器人产业,正在把目光投向这项官网草莓成视频APP下载安卓。
薛伟介绍,在对重量“克克计较”、对瞬时爆发力寸步不让的低空经济与高端装备领域,非晶材料眼下是“锦上添花”,未来可能变成“不可或缺”。“人形星空机器人的关节需要瞬时爆发力,电池续航是核心痛点,否则到了关键时刻,它会突然‘哑火’。非晶电机效率高、重量轻,投入应用会带来很大突破。”
应用边界是否还能进一步拓展?“非晶电机是一个驱动装置,跟电机相关的领域都能用。”薛伟举例,工业节能与智能制造场景下,非晶电机的低损耗特性可大幅降低长期运行成本;在精密医疗与消费电子等新兴场景,其则可解决精准控制、热管理及运行静音等核心痛点。
今年3月,浙江省非晶电机产业官网草莓成视频APP下载安卓创新联盟在第四届非晶电机研讨会上成立,搭建起覆盖材料研发到应用检测全产业链的协同架构。
市场在等产能。领伟创新正与时间赛跑。李丰平坦言,传统冲压模具损耗问题仍需攻克,自动化设备精度还要精进,设备迭代一刻不能停。而对电驱工程师而言,当下需要厘清的是什么场景换非晶收益明确,什么场景硅钢仍是最优解。
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