新材料超級軟磁產業化 或將解決無人機續航難

2020-12-06 中國航空新聞網

據媒體報導,8月30日,由中國科學家自主研發的易造超級軟磁材料在滬全球首發。在發布會上,寶汽控股集團正式籤約並委託易造材料研發團隊華博易造首批打造50萬臺新能源車的輪軸電機,並將在3年內擴大到500萬臺,意味著超級軟磁新材料已經受到業內青睞。

易造高密度超級電機/圖 來源網絡

業內人士稱,與傳統材料不同,這一超級軟磁新材料有望在綜合性能、設計思路及工藝路線等多方面顛覆傳統製造業,讓電機、變壓器、逆變器變得更輕、更小、更高效。除了電動汽車外,易造還將為新能源、無人機、航天、醫療器械、空調、輸變電、輪船等諸多領域帶來革命性的轉變。

續航是行業之痛,突破技術迫在眉睫

在電動汽車領域,充電樁少、充電困難、續航能力弱是制約產品推廣的重要原因。為此,電動汽車龍頭特斯拉近年來正積極布局快充領域,計劃建更多的超級充電站以滿足特斯拉的需求。

在無人機領域,雖然視覺定位、高清圖傳、感知壁障等一系列先進技術不斷發展,續航這個根本問題卻始終沒有得到有效解決。

拿警用無人機來說,今年7月湖北等地遭受暴雨期間,武漢市公安局視偵支隊的劉大隊長在接受採訪曾表示,目前常規的無人機航時偏短,扣除掉起降和返場,真正能執行任務的時間並不長,而武漢市區湖泊眾多,長江和漢江穿城而過,在很多場景使用時並不具備返航更換鋰電池的條件,而且有效覆蓋半徑小的話,幹警在執行任務時往往仍然需要先驅車至任務地點,再放飛無人機,因此對一些突發事件的響應也不是很及時。

哈工大信息與電氣工程學院副院長孫明健曾表示:「航時是工業級無人機解決一切作業難題的先決條件。」一旦解決了航時問題,將會極大地擴展工業級無人機應用場景和用途,許多之前因為航時有限而造成的問題將迎刃而解。

隨著技術的改良,以氫燃料和石墨烯等為代表的新能源和新材料正逐漸改變汽車、無人機、航空航天等製造業,「易造」超級軟磁材料的問世,為新材料領域再添了一名成員,其有望通過讓電機、變壓器、逆變器變得更輕小高效,為製造業的續航問題,帶來新的解決方案。

從純鐵到非晶合金,軟磁材料種類豐富

其實軟磁材料已有百年歷史。軟磁材料是指具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料,如矽鋼片、純鐵等,具有易磁化、易去磁且磁滯回線較窄等特點,常用來製作電機、變壓器、電磁鐵等。

軟磁材料的發展始於19世紀,代表材質為純鐵,20世紀以後,在工業化浪潮的推動下,軟磁材料得到迅速發展,並相繼出現了矽鋼、坡莫合金等形式。之後在無線電技術的需求下,上世紀40年代又發展出了適用於射頻的磁粉介質和鐵氧體材料。

時代的發展不斷對軟磁材料性能提出更高的要求,上世紀90年代前後,多種性能優異的非晶合金軟磁材料相繼誕生。特別是1988年,日本學者基於的非晶合金軟磁材料發展的納米晶合金材料,更是憑藉著高飽和磁感、高磁導率、高居裡溫度、低損耗等特性,將軟磁材料推向了一個新的高度。日本日立金屬公司取得專利後,即將這種材料產業化,現如今納米晶合金材料已經進入各個應用領域。

經過百年的快速發展,軟磁材料已經包含多種品類,各有優劣。下表是矽鋼和非晶合金的對比分析:

正是因為不同材料各具特點,業界才一直致力於推陳出新,將不同的優勢相結合,以找出更優的新材料。

兼具非晶和矽鋼優點,超級軟磁有哪些優勢?

華博易造科技發展有限公司CEO王雪蓮介紹:「之所以取名易造,是取意於容易製造,它結合併兼具了非晶和矽鋼的優點,又克服了目前軟磁材料行業內全球性的工藝難題,可以根據應用場景需要隨時修改相關技術參數和規格指標,屬於一種超級軟磁材料。」

有專業人士表示,易造材料因其密度和磁通量的可調節性及天然粉末狀的外形特徵,只需簡單的冷壓和燒結工藝讓高端製造變得非常容易,基本能一攬子解決中國航空、航天、高端裝備製造等諸多尖端領域長期被困擾的「心臟病」問題。其核心原因在於易造材料的飽和磁通量可達到2.06特斯拉、壓制密度高達7.69c?,遠超軟磁材料最高標準創立者日本日立非晶材料(日本日立非晶材料的實際測得最高飽和磁通量為1.64特斯拉、密度為7.18g/c?)。

此外,軟磁材料還具備輕小的優勢,易造研究院首席研究員黃穗舉例道,以市面上某國際知名品牌純電動車為例,其設計值是整車重量950公斤,但是實際上線銷售後,整車重量1120公斤左右,如果使用易造輪軸電機作為改良的話,可以把整車重量降到約650公斤,在其他參數不變的情況下,續航裡程能翻倍。「如果製造一個變壓器需要100公斤傳統材料,那麼使用易造材料大概只需要40公斤不到,節省60%以上」。

在價格和利潤方面,王雪蓮表示,「因易造材料的核心技術獨佔性及產品的稀缺性,我們完全擁有產品的定價權。」目前國內市場上以非晶帶材加工獲得的磁通量1.2特斯拉的非晶合金粉末價格約為12萬元/噸;國際市場上磁通量1.65特斯拉的非晶合金粉末價格在30—50萬元/噸;國際市場上與易造材料部分性能接近的高端軟磁材料價格區間為50萬元—350萬元/噸。磁通量為2.06特斯拉以上的易造超級軟磁粉末,即便是按國際高端材料的低位數價格50萬元/噸計算,利潤也十分可觀。

從多方報導來看,易造材料的優勢和前景都十分可觀,產業化的消息更是讓業內為之興奮,基於這種超級軟磁而製造的電機、變壓器等產品,能否解決包括電動汽車、無人機在內的眾多領域的續航短、功效低等核心問題,待控股集團50萬臺新能源汽車問世後,或許就可以得到初步答案。

據媒體報導,8月30日,由中國科學家自主研發的易造超級軟磁材料在滬全球首發。在發布會上,寶汽控股集團正式籤約並委託易造材料研發團隊華博易造首批打造50萬臺新能源車的輪軸電機,並將在3年內擴大到500萬臺,意味著超級軟磁新材料已經受到業內青睞。

易造高密度超級電機/圖 來源網絡

業內人士稱,與傳統材料不同,這一超級軟磁新材料有望在綜合性能、設計思路及工藝路線等多方面顛覆傳統製造業,讓電機、變壓器、逆變器變得更輕、更小、更高效。除了電動汽車外,易造還將為新能源、無人機、航天、醫療器械、空調、輸變電、輪船等諸多領域帶來革命性的轉變。

續航是行業之痛,突破技術迫在眉睫

在電動汽車領域,充電樁少、充電困難、續航能力弱是制約產品推廣的重要原因。為此,電動汽車龍頭特斯拉近年來正積極布局快充領域,計劃建更多的超級充電站以滿足特斯拉的需求。

在無人機領域,雖然視覺定位、高清圖傳、感知壁障等一系列先進技術不斷發展,續航這個根本問題卻始終沒有得到有效解決。

拿警用無人機來說,今年7月湖北等地遭受暴雨期間,武漢市公安局視偵支隊的劉大隊長在接受採訪曾表示,目前常規的無人機航時偏短,扣除掉起降和返場,真正能執行任務的時間並不長,而武漢市區湖泊眾多,長江和漢江穿城而過,在很多場景使用時並不具備返航更換鋰電池的條件,而且有效覆蓋半徑小的話,幹警在執行任務時往往仍然需要先驅車至任務地點,再放飛無人機,因此對一些突發事件的響應也不是很及時。

哈工大信息與電氣工程學院副院長孫明健曾表示:「航時是工業級無人機解決一切作業難題的先決條件。」一旦解決了航時問題,將會極大地擴展工業級無人機應用場景和用途,許多之前因為航時有限而造成的問題將迎刃而解。

隨著技術的改良,以氫燃料和石墨烯等為代表的新能源和新材料正逐漸改變汽車、無人機、航空航天等製造業,「易造」超級軟磁材料的問世,為新材料領域再添了一名成員,其有望通過讓電機、變壓器、逆變器變得更輕小高效,為製造業的續航問題,帶來新的解決方案。

從純鐵到非晶合金,軟磁材料種類豐富

其實軟磁材料已有百年歷史。軟磁材料是指具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料,如矽鋼片、純鐵等,具有易磁化、易去磁且磁滯回線較窄等特點,常用來製作電機、變壓器、電磁鐵等。

軟磁材料的發展始於19世紀,代表材質為純鐵,20世紀以後,在工業化浪潮的推動下,軟磁材料得到迅速發展,並相繼出現了矽鋼、坡莫合金等形式。之後在無線電技術的需求下,上世紀40年代又發展出了適用於射頻的磁粉介質和鐵氧體材料。

時代的發展不斷對軟磁材料性能提出更高的要求,上世紀90年代前後,多種性能優異的非晶合金軟磁材料相繼誕生。特別是1988年,日本學者基於的非晶合金軟磁材料發展的納米晶合金材料,更是憑藉著高飽和磁感、高磁導率、高居裡溫度、低損耗等特性,將軟磁材料推向了一個新的高度。日本日立金屬公司取得專利後,即將這種材料產業化,現如今納米晶合金材料已經進入各個應用領域。

經過百年的快速發展,軟磁材料已經包含多種品類,各有優劣。下表是矽鋼和非晶合金的對比分析:

正是因為不同材料各具特點,業界才一直致力於推陳出新,將不同的優勢相結合,以找出更優的新材料。

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華博易造科技發展有限公司CEO王雪蓮介紹:「之所以取名易造,是取意於容易製造,它結合併兼具了非晶和矽鋼的優點,又克服了目前軟磁材料行業內全球性的工藝難題,可以根據應用場景需要隨時修改相關技術參數和規格指標,屬於一種超級軟磁材料。」

有專業人士表示,易造材料因其密度和磁通量的可調節性及天然粉末狀的外形特徵,只需簡單的冷壓和燒結工藝讓高端製造變得非常容易,基本能一攬子解決中國航空、航天、高端裝備製造等諸多尖端領域長期被困擾的「心臟病」問題。其核心原因在於易造材料的飽和磁通量可達到2.06特斯拉、壓制密度高達7.69c?,遠超軟磁材料最高標準創立者日本日立非晶材料(日本日立非晶材料的實際測得最高飽和磁通量為1.64特斯拉、密度為7.18g/c?)。

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