先进的复合材料助力电机重量的减轻和效率提高

复合材料有两种或两种以上不同元素的组合，会产生与单个部件无关的具有独特特性的材料，它们大多具有多种优点，如独特的设计、强化的传热和更好的性能。复合材料除了在电机设计上有高自由度，另一个优点是集成功能的选择。与轻质金属材料相比，纤维增强塑料还提供了更多的自由度，通过这种自由度，材料和部件特性可能会受到影响。

基体和纤维的类型对特性有影响以及它们之间的比例以及纤维在组件中的取向，重量、结构耐久性以及制造过程的成本和复杂性可根据具体应用的要求进行调整。提高电机效率的方法之一是用软磁复合材料（SMC）或铁粉材料代替传统方法，采用软磁复合材料材料的主要优势在于成本效益比，以及更环保的生产工艺。由于粉末冶金技术，其特点是材料浪费最少，比传统制造工艺的效率高50%，但使用这种材料后，需要对磁路设计进行重新分类，以弥补复合材料的磁性。

实现高效电机的第一个固有因素是集成轻量化技术，以较轻的材料替代与旧技术相关的组件，轻量化有助于我们实现这些目标。使用纤维增强塑料显示出更大的潜力，可以减轻电机的重量，还可以提高驱动系统的电气和机械性能。酚醛复合材料具有电气绝缘性和耐腐蚀性，可以用模具制造的单个塑料组件替换多个金属零件。

尽管这些材料在许多工业驱动应用中具有潜力，但它们主要用于汽车零部件。大多数电机工程师都知道，酚醛复合材料在换向器和电刷架中具有优异的电气绝缘性能。人们对开发和测试轻质材料作为电机中较重材料的替代品非常感兴趣，这一点可以从更新的技术状态中得到证明。事实上，电机工程师正在研究在电机中使用纤维增强塑料的解决方案，将转子、定子和外壳集成设计来增强其冷却功能，现代仿真工具的使用确保了这些组件满足操作要求。

使用软磁性化合物（SMC，铁填充聚酰胺化合物）来更换原来的零件，这些零件是使用注塑工艺生产的，轻质永磁转子开始使用聚合物制造电机和外壳，并在热源附近散热。

与铝外壳相比，聚合物外壳重量轻且简单，重量和成本都得到了节省。导电率低的聚合物材料可以取代金属，转子、定子和外壳的设计采用集成冷却，使用铝基复合材料（AMC）可以提高电机效率和性能，实现了转子重量减少40%，同时增加了转子的惯性功率，并保持了转子的刚性。电机的装配线的数量已经减少，这可能会缩短生产周期，提高了电机的效率和响应能力，增强了热阻，更高的电阻可降低涡流造成的电流损失。

纤维增强聚合物材料将有助于电机设计师实现冷却电机的功能，一种新的冷却概念允许使用聚合物制造电机外壳，电机的功率密度和效率也有所提高。电机和电池对电力驱动很重要，将导热轻质玻璃钢用于电机外壳，来实现电机高功率密度、轻量化配置和高效率的要求。

纤维增强聚合物材料用于制造带有金属销的外壳，以提高除冷却液套之外的整个厚度的导热性，如果设计得当，可以提高刚度，增强材料阻尼性能，并在重量较轻的情况下提高损伤容限。在电机和纤维复合材料连接的区域，可以实现更高的固有频率来增强的阻尼性能。使用高模量纤维，除了具有巨大的轻质潜力外，还可以实现低噪声。

结论

一般来说，电机的效率取决于电机的类型、大小、利用率，还取决于所用材料的质量和数量，从所有这些方面来看，需要使用能源和成本效益高的部件来开发电机。软磁复合材料材料的电磁元件已经在这方面发挥了关键作用，与传统设计相比，实现了制造便携式、成本效益高、重量轻的可持续电机的可能性。通过实验对比，复合材料可在提高磁性时还具有较高的机械强度，这种组合的特性与商业产品的特性相匹配。

审核编辑 ：李倩