高级电机。
成本低廉的先进电动机器
现在，先进的电动机器可提供业界领先的性能、更长的续航时间和更低的总拥有成本，同时还能消除稀土磁铁，并显著提高可回收性。这不是未来的承诺。现在就在实现。.
现代电机已发展到一个转折点。新的拓扑结构和控制策略使电机能够达到或超过传统永磁设计的扭矩密度和效率，而无需依赖稀土材料或沉重的铜绕组。因此，新一代动力传动系统重量更轻、可持续性更强，而且不易受供应链中断的影响。.
可持续发展已成为设计的核心驱动力，而不是事后才想到的问题。工程师们现在正在进行优化，以减少生命周期内的排放、更清洁的材料供应链和更简便的报废拆卸。当电动马达可以通过标准冶金工艺实现完全回收时，汽车制造商和车队运营商的整个等式就会发生变化。.
市场正在响应明确的监管信号。英国和欧盟制定了 2030-2035 年逐步淘汰内燃机的目标。美国《降低通货膨胀法案》为国内清洁能源制造业提供了大量激励措施。与此同时，原始设备制造商也面临压力，需要降低钕和镝等关键材料供应链的风险，因为这些材料仍然集中在少数几个国家。.
这些设备之所以 “先进”，原因很简单：它们在提供市场领先性能的同时，还将稀土材料从等式中剔除，从而实现了绿色交通，而且没有传统磁铁设计所带来的环境和地缘政治包袱。.
先进电动机械如何重新定义性能和效率
先进电动设备的性能涉及多个方面：扭矩密度、实际驱动周期中的效率、热稳定性以及噪声、振动和声振粗糙度（NVH）特性。这些性能的正确与否，决定了电动汽车能否在从乘用车到商用车和非公路车辆等要求苛刻的应用领域中竞争。.
现代无磁和减少铜的拓扑结构打破了人们对没有稀土的可能性的假设。现在，开关磁阻和同步磁阻机器的峰值效率已超过 96%，并在 WLTP 和 EPA 驱动循环中保持高效率。这在十年前是不可能实现的。电磁设计、电力电子和控制算法方面的进步缩小了与永磁同步电机的差距。.
对于原始设备制造商来说，实际效益是巨大的：
- 与前一代电机相比，车辆续航里程增加 10-15%
- 更小的电池组可实现相同的续航能力，降低成本和重量
- 热损耗降低，冷却系统简化
- 通过优化层压设计和控制策略降低 NVH 水平
现在，经过优化的电磁设计可实现 20,000-30,000 rpm 的运行速度，而不会牺牲可靠性。这使得电子轴包装更加紧凑，可与现有车辆结构完美匹配。更高的转速意味着在相同功率输出的情况下，机器的体积更小、重量更轻--当每公斤重量都关系到续航里程和操控性时，这是一项至关重要的优势。.
该技术通过复杂的控制算法来管理扭矩纹波，并最大限度地降低整个工作范围内的损耗，从而实现上述增益。使用宽带隙半导体（碳化硅和氮化镓）的现代逆变器开关频率超过 100 kHz，可实现精确的电流控制并减少谐波损耗。.
不含稀土、减少铜的机器和完全可回收性
稀土磁铁--主要是钕和镝--造成了环境破坏、地缘政治风险和成本波动的三重威胁。开采这些材料会产生大量废物和排放物，而全球超过 90% 的供应来自一个国家。在过去十年中，300-400% 的价格飙升已发生过多次。.
从电动动力系统中去除稀土材料不仅仅是为了控制成本。这关系到通过今天做出更好的选择来保护明天的地球。先进的电动汽车使用替代材料和架构，完全消除了稀土磁铁，同时大幅减少了铜的用量。其结果是，利用欧洲和亚洲已有的工艺，机器几乎可以完全回收利用。.
环境收益是具体的、可衡量的：
- 降低每千瓦电机输出的二氧化碳排放量
- 减少稀土开采产生的采矿废物
- 简化报废时的拆卸工作
- 通过标准冶金工艺回收钢、铝和电工钢
设计选择使这种可回收性成为可能。分段式定子堆叠、标准化层压和消除树脂灌封使回收人员能够快速高效地分离材料。无需专门的稀土回收工艺--这些机器中的材料是常见的、广为人知的，并且已经成为既定回收流的一部分。.
无稀土设计的主要可持续性优势包括
- 完全可回收的钢铝结构
- 无有害稀土加工废料
- 简化供应链，可从多个全球来源获得材料
- 符合欧盟要求在 2030 年前实现 20% 稀土再利用的新规定
- 生产成本效益高，不受商品价格波动的影响
先进电机的主要系列和拓扑结构
先进电机 “一词涵盖多个电机系列，每个系列都针对不同的车辆和工业应用进行了优化。了解这些电机系列有助于工程师和项目经理为其特定用途选择合适的技术。.
高性能开关磁阻驱动器 在商用车辆应用中，坚固性胜过一切。这些设备可在极端温度范围内工作，可承受高过载条件，并且只需极少的维护。它们的转子结构简单（无磁铁、无绕组），使其在卡车、公共汽车和重型设备上具有固有的可靠性。.
同步磁阻机 针对乘用车和轻型车辆，这些车辆的紧凑包装、低 NVH 和快速瞬态响应最为重要。这些设计适合 2025 年以后推出的高档汽车和长程电动汽车。由于不使用磁铁，因此消除了故障条件下的退磁风险，而先进的控制算法则实现了与永磁替代产品相媲美的性能。.
集成式电子轴系统 将电机、变频器和减速箱组合成一个整体。这种方法简化了原始设备制造商和一级供应商的安装，减轻了系统重量，提高了包装效率。集成解决方案对于轻型货车、SUV 和动力总成体积有限的平台尤其具有吸引力。.
AEM 设计所有这些系列的机器，其工程团队专注于针对目标应用优化每种拓扑结构。先进电机部门与客户密切合作，使机器特性与实际工作周期而非实验室条件相匹配。.
重型机器专为商业和非公路应用而设计，坚固耐用。宽温度工作范围（-40°C 至 +150°C）、高过载能力（短时额定扭矩为 200%）以及对冲击和振动的耐受性使这些机器适用于在苛刻环境中工作的卡车、公共汽车、农业机械和拖车。.
应用范围包括公路、非公路、航空航天和航海
先进的电动机器已经在多个领域运行，证明了无磁、可持续技术在实际条件下的有效性。其应用范围远远超出了乘用车。.
道路应用
长途卡车、城市配送车队、垃圾收集车和公交车都受益于坚固耐用、扭矩大且易于维护的机器。商用车运营商将正常运行时间和总拥有成本放在首位。无磁设备消除了因过热而退磁的风险，并简化了报废时的更换工作。.
道路应用中的电动动力总成技术必须应对苛刻的工作周期：城市中的停车起步行驶、高速公路上的持续巡航以及严重的再生制动。现代开关磁阻和同步磁阻机器可满足这些要求，同时在大多数工作点上提供高于 90% 的效率。.
非公路应用
建筑机械、农用拖拉机和矿用车辆受益于高启动扭矩、有效的再生制动和出色的低速效率。这些机器在多尘、潮湿和温度极高的环境中工作，可靠性至关重要。.
AEM 专门为非公路领域生产电动动力总成技术，在这些领域，坚固性、可维护性和较长的使用寿命比峰值功率密度更为重要。开关磁阻机转子结构简单，没有磁铁或铜绕组，因此非常适合这些恶劣的工作条件。.
航空航天应用
自 2019-2023 年以来，混合动力电动支线飞机验证机和全电动教练机一直在飞行。轻质、高效的飞机可延长续航时间并降低运营成本。在航空航天领域，每一克都至关重要，因此功率密度和效率成为关键的设计参数。.
用于航空航天应用的先进电机的目标是比功率超过 5 kW/kg--与最好的永磁设计相媲美，同时消除稀土供应链的担忧。Andy Steven 博士和其他业内人士指出，航空航天认证要求使得可持续、可回收材料对新项目的吸引力与日俱增。.
海洋应用
电动和混合动力渡船、内河船舶和工作船代表了一个不断增长的先进电动机械市场。安静的运行、用于操纵的瞬间扭矩以及与高压直流系统的兼容性，使电力传动系统对海事运营商具有吸引力。.
船舶应用尤其看重无磁设备的坚固性和低维护要求。盐气、湿度和振动造成了极具挑战性的条件，这有利于采用简单可靠的设计，而不使用对温度敏感的永久磁铁。.
从大学研究到工业规模生产
许多先进的电机技术都起源于大学研究实验室和国家创新中心，然后才逐渐发展成为商业公司。从实验室演示器到可投入生产的系统，这一过程遵循一条既定的途径。.
大约在 2010 年至 2020 年期间，英国、欧盟和美国的密集研究计划侧重于高效牵引驱动、无稀土设计和新制造工艺。纽卡斯尔大学和其他领先机构开发了对开关磁阻和同步磁阻机器的基本认识，探索了缩小与永磁电机性能差距的控制策略。.
典型的发展途径会经历不同的阶段：
- 概念验证演示器 在测功机上验证，确认基本电磁性能
- 早期融合 成为试点车辆--第一代电动 SUV、轻型商用货车或原型公共汽车
- 设计优化 基于车辆测试的实际反馈
- 扩大生产规模 每年达到数千台
从大学研究中衍生出来的公司将严谨的学术精神融入到商业产品中。这些机构的世界级团队将深厚的理论理解与实际制造专长相结合。事实证明，这种结合对于扩大生产规模，同时保持实验室所展示的性能优势至关重要。.
与汽车原始设备制造商、航空原始设备制造商和一级供应商的合作通常以特定的旗舰项目为目标。远程电动原型车、用于商业车队的大功率电动轴平台以及混合动力飞机演示器都是推动技术发展的高要求应用。.
英格兰东北部依托该地区的工程传统和毗邻主要汽车制造基地的优势，已成为先进电机开发和制造的中心。华盛顿及周边地区的工厂每年能够生产数以万计的电机。.
合作生态系统和合作伙伴机会
先进的电动机械存在于一个更广泛的合作伙伴生态系统中：大学、材料供应商、软件开发商、汽车原始设备制造商和回收公司。要想取得成功，就必须在这个网络中开展合作。.
客户可以根据自己的要求，在多个层面上参与：
- 标准 “即插即用 ”电子轴装置 适用于经过验证的解决方案
- 半定制电机变体 针对特定工作周期、热环境或包装限制进行了优化
- 完全定制的动力总成合作开发项目 从构思到生产，合作伙伴携手共进
密切的工程合作缩短了开发周期。从早期概念阶段就开始合作，这意味着机器是根据实际驱动情况而不是实验室条件进行优化的。联合验证计划降低了汽车或航空航天标准认证的风险，合作双方都为成功进行投资。.
长期合作伙伴关系通常跨越概念设计、原型制造、验证测试和批量生产。这种方法既能调整激励机制，又能深入了解当前实现差异化所需的条件，同时还能保护客户的未来需求。.
对于有意探索稀土电机可持续替代品的制造商来说，多个领域都存在合作机会。无论应用涉及乘用车、商用车、航空航天还是船舶，工程方法都是一致的：了解现实世界的要求，然后设计和制造能够不折不扣地满足这些要求的机器。.
迈出下一步
从研究到可投入生产的动力总成系统的路径现已得到验证。先进的电动设备可提供业界领先的性能，同时应对使稀土材料日益成为问题的可持续发展挑战。.
如果您是 OEM 工程师、车队运营商或正在探索电动动力总成选项的项目经理，请考虑去除稀土材料对您的供应链复原力、可回收性目标和总拥有成本意味着什么。.
目前投入生产的这一代电动机器代表着根本性的转变--在提供客户所需的性能的同时，提高可回收性并保护地球。问题不在于无磁机床能否与之竞争。问题在于您的下一个计划是否会利用它们所提供的优势。.
如需讨论集成项目、探索合作模式或了解先进的电动机械技术如何适合您的应用，请与我们联系。可持续交通的未来就在这里，而且不需要付出任何代价。.