【产通社，3月16日讯】随着电动汽车和卡车兴起，一场制造理想的绿色环保汽车的竞赛正在进行。人们的目标是制造一台至少与当今行业标准稀土永磁同步电机一样强大、可靠和轻便的牵引电机。然而，像钕和镝这样的稀土元素也是一个主要瓶颈，后者是最强大的磁体所必需的，但开采和加工是以环境成本为代价的，中国在其中拥有近乎垄断地位。这就是为什么制造无稀土电动汽车的竞赛如此重要。

马达R&D项目有多种形式，包括改进感应电机和各种特殊类型同步电机的长期任务，以及制造不使用稀土的强大永磁同步电机的努力。例如，通用电气航空航天公司（GE Aerospace）在材料科学方面的突破，让人们对同步磁阻电机的兴趣激增。当暴露在强磁场中时，材料的不同区域会以完全不同的强度磁化——要么完全不磁化，要么磁化程度非常高。在去年的一篇令人震惊的论文中，通用电气研究人员称使用一种叫做双相磁性材料的材料生产了一种不含稀土的同步磁阻电机转子，该转子具有令人印象深刻的特性。

测试中，通用电气公司的电机轻而易举地超过了同步磁阻电机，除了转子由传统的磁性材料制成外，同步磁阻电机或多或少是相同的。例如，在一次试验中，带有双相转子的电动机在14，000 rpm时具有23千瓦的功率输出；相比之下，传统转子电机只能达到3.7千瓦。这种双相电机的质量功率密度相当可观，为每千克1.4千瓦。（没有达到1.87 kW/kg的预测值，因为该预测是基于实验室规模或模拟零件的属性而不是生产零件的属性。）目前市场上的电动汽车通常具有1.1至3.0 kW/kg之间功率密度的电动机。通用电机的峰值效率为94%，与目前商用电动汽车中使用的最佳电机相当。

要了解双相材料的前景，先从同步磁阻电机的一些基础知识开始。与其他电机一样，它们有一个定子和一个转子。定子中产生旋转磁场。这个旋转磁场磁化并接合转子，转子通常由称为电工钢的铁磁合金制成。然后，转子由于一种称为磁阻的现象而旋转，磁阻是一种使铁磁材料与磁场磁通线对齐的特性。随着定子磁场旋转，磁化的转子不断尝试与旋转磁场对齐，从而产生扭矩。

然而，这种机器的一个缺点是转子。使转子旋转的磁力集中在转子和定子上均匀间隔的位置，称为磁极。转子磁极的磁力线必须与定子上相应的磁极紧密相连。然而，来自转子磁极的这些场线具有相互干扰的趋势，这减少了可用于连接到相应定子磁极的场线或通量。结果是，降低了电机产生的总扭矩，因为扭矩主要是由转子和定子中电机磁极之间的磁链引起的。

因此，为了使磁极彼此磁性隔离，一种选择是将转子磁极周围的结构（称为桥和柱）最小化。由于磁性材料较少，这些结构产生的磁通量较少，因此干扰也较少。然而，这实际上不是一个好的选择，因为最小化这些结构会使这些区域变窄，因此机械性能变弱。这一弱点将极大地限制转子的转速，进而限制电机的功率。

有了双相材料，就有可能使桥和柱子不可磁化（专业术语是“不可渗透”），而且又宽又坚固。通用电气公司的实验发动机就是这么做的。

目前还没有一家公司提供适用于大功率牵引电机转子的双相磁性材料。除了通用航空航天公司之外，没有人知道该公司是否或何时可能许可或生产其材料。去年12月发表在《磁学与磁性材料杂志》上的一篇调查文章得出结论称，通用电气的材料通过一种称为高温氮化的工艺生产的，“是生产双相磁钢最先进的方法。由于生产的高度可制造性，与传统电工钢相比，该产品的最终成本具有竞争力。”

除了通用电气，另一家已知正在研究双相磁性材料的公司是Proterial（前身是日立金属公司，自20世纪90年代以来一直在开发双相磁性材料）。研究类似技术的大学研究项目包括俄罗斯乌法科技大学（Ufa University of Science and Technology）、韩国永南大学（Yeungnam University）、中国哈尔滨工业大学（Harbin Institute of Technology）和英国谢菲尔德大学（University of Sheffield ）。（来源：IEEE spectrum；编译：镨媒体）