Hiệu suất của động cơ điện-trung tâm của các hệ thống công nghiệp hiện đại - chủ yếu bị ảnh hưởng bởi thiết kế và phương pháp chế tạo động cơ điện; tuy nhiên, ngày càng có nhiều đổi mới trong công nghệ vật liệu đã giúp cải thiện hiệu suất của động cơ điện – và rộng hơn là, các hệ thống động cơ như xe điện – trở nên khả thi. Nhu cầu về các động cơ tiết kiệm năng lượng, nhẹ và bền đang thúc đẩy nhu cầu lớn về đổi mới trong vật liệu động cơ, điều này sẽ thúc đẩy làn sóng thay đổi công nghệ tiếp theo.
Xu hướng đổi mới vật liệu chính:
Hiệu quả: Vật liệu từ tính hiệu suất cao
Vật liệu từ tính hiệu suất cao phổ biến nhất là nam châm neodymium-iron-boron (NdFeB), có hiệu suất từ tính cao. Để khắc phục các vấn đề về khử từ nhiệt, sự phụ thuộc lẫn nhau vào các nguyên tố hiếm và sự thải ra từ các nguyên tố hiếm không thân thiện với môi trường, nghiên cứu tập trung vào các hợp chất chịu nhiệt độ cao từ NdFeB và phát triển các nam châm mới được pha tạp đất hiếm nặng (ví dụ: dysprosium, terbium) và không chứa đất hiếm.
Hiệu quả: Thép điện tổn hao thấp
Lõi động cơ được làm từ các tấm thép điện mỏng, mật độ từ thông cao và tổn hao thấp trên toàn cầu. Thép điện định hướng hạt (GOES) và thép điện không định hướng hạt (NOES) cao cấp đã giảm thiểu tổn thất năng lượng do dòng điện xoáy, giúp các hệ thống hiệu quả hơn để cung cấp năng lượng cho xe điện và động cơ công nghiệp chất lượng tốt nhất.
Hiệu quả:Vật liệu composite nhẹ và có độ bền cao
Để giảm thiểu trọng lượng động cơ và cải thiện mật độ công suất và hiệu quả, các kỹ sư đang bắt đầu sử dụng vật liệu composite sợi carbon và nhựa kỹ thuật cho các bộ phận hỗ trợ rôto, tấm chắn cuối và vỏ. Các thiết kế mới sẽ kết hợp độ bền độc đáo với trọng lượng rất nhẹ, điều này sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và tiết kiệm năng lượng.
Độ bền:Vật liệu cách điện tiên tiến
Động cơ hiện đại phải chịu tần số cao và điện áp cao ngày càng tăng, đòi hỏi khả năng cách điện vượt trội. Những đổi mới và phát triển gần đây trong vật liệu cách điện gốc polyme như lớp phủ thông thường và nano composite và màng chịu nhiệt linh hoạt đã cung cấp độ bền điện môi cực cao, giúp kéo dài tuổi thọ động cơ một cách đáng kể.
Tác động đến ngành
Các công ty sản xuất người dùng cuối đang cải thiện và mở rộng các công nghệ vật liệu đang được phát triển để cho phép kết hợp nhiều kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn, hiệu quả cao hơn và độ bền cao hơn. Các động cơ thế hệ tiếp theo này đang được sử dụng trong các lĩnh vực như xe điện, năng lượng gió và thiết bị CNC cao cấp hoặc môi trường và các công ty người dùng cuối đó đang cải thiện khả năng cạnh tranh của họ.
Trong tương lai gần, trong sự chuyển đổi toàn cầu hướng tới sự phát triển thông minh và ít carbon, các sản phẩm động cơ mới sẽ xuất hiện khi việc thương mại hóa từ sản xuất xanh tiên tiến và vật liệu có thể tái chế và khả năng hoạt động cực cao của động cơ xuất hiện trên thị trường.
Hiệu suất của động cơ điện-trung tâm của các hệ thống công nghiệp hiện đại - chủ yếu bị ảnh hưởng bởi thiết kế và phương pháp chế tạo động cơ điện; tuy nhiên, ngày càng có nhiều đổi mới trong công nghệ vật liệu đã giúp cải thiện hiệu suất của động cơ điện – và rộng hơn là, các hệ thống động cơ như xe điện – trở nên khả thi. Nhu cầu về các động cơ tiết kiệm năng lượng, nhẹ và bền đang thúc đẩy nhu cầu lớn về đổi mới trong vật liệu động cơ, điều này sẽ thúc đẩy làn sóng thay đổi công nghệ tiếp theo.
Xu hướng đổi mới vật liệu chính:
Hiệu quả: Vật liệu từ tính hiệu suất cao
Vật liệu từ tính hiệu suất cao phổ biến nhất là nam châm neodymium-iron-boron (NdFeB), có hiệu suất từ tính cao. Để khắc phục các vấn đề về khử từ nhiệt, sự phụ thuộc lẫn nhau vào các nguyên tố hiếm và sự thải ra từ các nguyên tố hiếm không thân thiện với môi trường, nghiên cứu tập trung vào các hợp chất chịu nhiệt độ cao từ NdFeB và phát triển các nam châm mới được pha tạp đất hiếm nặng (ví dụ: dysprosium, terbium) và không chứa đất hiếm.
Hiệu quả: Thép điện tổn hao thấp
Lõi động cơ được làm từ các tấm thép điện mỏng, mật độ từ thông cao và tổn hao thấp trên toàn cầu. Thép điện định hướng hạt (GOES) và thép điện không định hướng hạt (NOES) cao cấp đã giảm thiểu tổn thất năng lượng do dòng điện xoáy, giúp các hệ thống hiệu quả hơn để cung cấp năng lượng cho xe điện và động cơ công nghiệp chất lượng tốt nhất.
Hiệu quả:Vật liệu composite nhẹ và có độ bền cao
Để giảm thiểu trọng lượng động cơ và cải thiện mật độ công suất và hiệu quả, các kỹ sư đang bắt đầu sử dụng vật liệu composite sợi carbon và nhựa kỹ thuật cho các bộ phận hỗ trợ rôto, tấm chắn cuối và vỏ. Các thiết kế mới sẽ kết hợp độ bền độc đáo với trọng lượng rất nhẹ, điều này sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và tiết kiệm năng lượng.
Độ bền:Vật liệu cách điện tiên tiến
Động cơ hiện đại phải chịu tần số cao và điện áp cao ngày càng tăng, đòi hỏi khả năng cách điện vượt trội. Những đổi mới và phát triển gần đây trong vật liệu cách điện gốc polyme như lớp phủ thông thường và nano composite và màng chịu nhiệt linh hoạt đã cung cấp độ bền điện môi cực cao, giúp kéo dài tuổi thọ động cơ một cách đáng kể.
Tác động đến ngành
Các công ty sản xuất người dùng cuối đang cải thiện và mở rộng các công nghệ vật liệu đang được phát triển để cho phép kết hợp nhiều kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn, hiệu quả cao hơn và độ bền cao hơn. Các động cơ thế hệ tiếp theo này đang được sử dụng trong các lĩnh vực như xe điện, năng lượng gió và thiết bị CNC cao cấp hoặc môi trường và các công ty người dùng cuối đó đang cải thiện khả năng cạnh tranh của họ.
Trong tương lai gần, trong sự chuyển đổi toàn cầu hướng tới sự phát triển thông minh và ít carbon, các sản phẩm động cơ mới sẽ xuất hiện khi việc thương mại hóa từ sản xuất xanh tiên tiến và vật liệu có thể tái chế và khả năng hoạt động cực cao của động cơ xuất hiện trên thị trường.
