今天同大家一起了解DOE电驱2035目标（成本、功率密度、电压、峰值功率），及当前研发项目中关于电驱电机的新材料研究进展与应用。

2030-2035电驱系统目标

峰值功率和功率密度按每5年50%的速度提升，电压平台800V，增加峰值功率但是不增加系统成本。

基金支持4个国家实验室，10所大学，8个工业合作伙伴在进行研究和开发。4个国家实验室：OAK RIDGE-电机与控制器，NREL-热，AMES Laboratory和SANDIA National Laboratory-材料。

电机新材料及应用

硬磁材料

• 锰铋MnBi无稀土磁钢

• FeN永磁体

• 超细晶粒钕铁硼

• 钐钴

锰铋MnBi无稀土磁钢

现有磁体最高高温矫顽力；

成本比铁氧体低30% /kJ，能量密度2-3倍。没有铁氧体的高温煅烧或烧结过程。

与钕铁硼相比，成本/kJ降低高达87.5%；

锰铋的矫顽力随温度升高而增大，在250℃时达到2.6T的最大值。

室温磁能积12MGOe没有什么特别之处，如果运行中的电机达200°C的温度？

匹兹堡大学利用这个永磁体设计了一款电机：

电机重了64.9%，但是成本低了31.9%。

FeN永磁体

磁能积36MGOe

马凯特大学利用FeN永磁体设计电机：

性能边界超过对标电机，比其他永磁电机的最优方案略低。但是成本优势明显。

超细晶粒钕铁硼

细化无重稀土的钕铁硼晶粒，可以提高矫顽力，稳定高温性能；

减少永磁体涡流损耗，在高温下保持驱动系统的成本效益和高效率，减少永磁体冷却需求。

挑战

超细粉体在制造过程中难以生产和处理

-对于较细的粉末，需要极长的研磨时间/强度，需要在无污染的情况下进行细化。

-高可燃性的RE-PM细粉需要高度控制的加工，导致额外的成本

难以制造成大块磁铁

碎片状/高表面积阻碍晶粒排列并促进晶粒快速生长。

需要发展多射流铣削，以促进超细(<2um)圆粉和钝化。

体力学性能变差

表面氧化物残留过多，微结构脆化，饱和磁化强度降低。应制定策略，促进钝化与最小的氧化物生长，以减少脆化。

橡树岭的项目采用了该材料：

钐钴

比较成熟的永磁材料了，优点是耐高温，矿产资源丰富，缺点是剩磁目前最高相当于钕铁硼N33。

北卡大学的钐钴磁钢电机

样机方案采用了HF-10厚0.25硅钢，也比较了Hiperco50。钐钴永磁体，永磁体进行了分层。&nbsp;陶瓷灌封

软磁材料

• Fe4N

• 6.5%Si钢

• Fe-Si-X

Fe4N

Y′-FeN具有较高的饱和极化率和电阻率(Js = 1.89 T;绝缘)比硅钢 （Js = 1.87 T; ρ = 0.05 μΩ-m），利用丰富的元素(铁和氮)将保持低成本。

材料强度测试

普渡大学的双转子同极电机 Dual rotor homopolar ac (DHAM)

6.5%Si钢

与传统的3.2%Si钢相比，6.5%Si的电阻率提高50%，磁致伸缩接近于零。较高频率下的磁芯损耗大大降低，例如，在400赫兹时，减少了60%。更高的频率是唯一可行的方法，以显著增加电机功率密度。

Fe-Si-X下一代软磁材料需要具备:高饱和磁化强度、高电阻率、低成本加入硅增加了电阻率，但稀释了磁矩，导致磁化强度降低。在6.5%Si钢中加入钴可以增强磁化强度，但会降低电阻率添加铈可以提高电阻率，但可能降低磁化强度添加铝对电阻率影响不大，磁化强度降低，但可提高磁导率有大量的合金成分有待探索，以较便宜的元素获得更高的磁化率和电阻率商用合金。