高功率电动机的冷却性能得到提升

Nick Flaherty 报道称，韩国的研究人员开发出一种夹层磁体，可提升车辆及电动船舶中高功率电机的冷却效果。

韩国材料科学研究院（KIMS）的研究团队设计了一种夹层结构的晶界扩散与键合工艺，通过堆叠多层磁体后再将其整合在一起。

随着基于钕铁硼（Nd-Fe-B）磁体的电机功率不断提升，要在整个磁体上保持高矫顽力变得越来越困难。此外，高速运转会在磁体内产生涡流，进而产生热量，导致性能下降和电机效率降低。

传统上，为保持高温下的磁性能，人们会添加重稀土元素。尤其是那种将重稀土元素涂覆在磁体表面并使其向内部扩散的晶界扩散工艺，已被广泛应用。

首先将重稀土元素涂覆或喷涂在磁体表面，然后在900–1000摄氏度的真空环境中对磁体进行加热。熔化的重稀土元素会沿着液态晶界快速移动，并渗透到主要磁晶粒的外缘，从而在Nd-Fe-B磁芯周围形成一层重稀土元素外壳。

然而，这种方法的局限性在于其依赖于晶界表面的扩散机制，因此难以在厚磁体的内部实现足够的性能提升，还可能引发过热问题。

通常，钕、镝和铽等重稀土元素价格昂贵，且从中国采购时可能面临供应链限制。这给供应链带来了巨大挑战，也促使磁体制造商减少这些元素的使用。

为避免使用重稀土元素，KIMS开发的工艺改用熔点较低的轻稀土合金，不仅在磁体表面，还在层间界面使用镨元素。这样一来，扩散作用可以从磁体内部开始。这不仅能让厚磁体保持稳定的矫顽力，还能确保整个结构的性能均匀一致，同时降低对昂贵重稀土元素的依赖。

该技术通过在磁体内部形成高电阻率结构来抑制涡流产生，从而解决发热问题。与传统方法需要分别进行磁体分割、晶界扩散和绝缘粘合等工序不同，此方法仅需通过一次晶界扩散过程即可同时提升磁体的矫顽力和电阻率。这种集成化方法在简化制造流程的同时，还能改善其磁性能、电性能和结构性能。

采用该技术制成的磁体可用于电动汽车的牵引电机，由于发热量更低且磁体本身的效率更高，因此能够提升整个电机的性能与能源利用率。

KIMS高级研究员苏民·金表示：“这项研究实现了在厚磁体中同时获得高矫顽力与降低发热量的突破。”

他进一步指出：“这项技术的独特之处在于将矫顽力提升、电阻率改善以及结构结合整合为单一工艺。它不仅在电动汽车电机领域具有巨大潜力，对于需要大型高性能磁体的应用，如电动船舶，也同样适用，有望成为下一代电机的关键材料技术。”

点击此处阅读最新一期的《电动出行工程》杂志。