科创中国

行业领域

电子信息技术,高新技术改造传统产业,制造业,汽车行业相关技术,电气机械和器材制造业,汽车制造业

需求背景

在某些特定的工业环境中，如深冷储存、低温化学反应控制、液化气体处理（如液氮、液氦）以及极地科考装备等，设备需要在极端低温条件下可靠运行。传统的电磁线圈在低温环境下可能会出现性能衰减，如绝缘材料脆化、导电性降低等问题，从而影响其使用寿命和工作效率。因此，开发能够在低温下保持高性能的电磁线圈成为必要。随着全球对节能减排和能效提升的关注，低温环境下的设备能效也成为一个重要议题。耐低温电磁线圈能够确保在低温工况下，设备仍能高效转换电能为磁能，减少能耗，提高系统整体能效。航天、深海探测等领域的设备经常面临极端温度挑战，包括极低温度。为了保证这些高科技设备的正常运行，需要电磁线圈能在宽温范围内稳定工作，特别是要能承受持续的低温考验。因此急需开发一款低温耐久电磁线圈并进行实验验证。

需解决的主要技术难题

一款低温耐久电磁线圈急需解决的主要技术难题有以下方面：

1. 材料选择与绝缘性：在低温环境下，常规绝缘材料的机械性能和电气性能可能会显著下降，导致绝缘层开裂甚至断裂，从而影响线圈的绝缘性和安全性。因此，需要研发新的低温稳定绝缘材料，这些材料即使在极低温度下也能保持良好的机械强度和介电性能。

2. 导线与导体性能：低温可能导致金属导线电阻增加，影响电磁线圈的电能转换效率。研发低温下电阻变化小、导电性稳定的导线材质和结构设计，是提升线圈性能的关键。

3. 结构设计与稳定性：低温环境下材料的物理性质变化，如收缩率不同，可能导致线圈结构变形或损坏。设计时需考虑材料热膨胀系数的匹配，确保结构在宽温范围内的稳定性。

4. 耐久性与可靠性：在长期低温循环载荷作用下，线圈的耐疲劳性能、抗冷脆性及抗老化能力需得到增强，确保产品长期稳定工作。

5. 制造工艺与质量控制：低温环境下材料处理、焊接和装配工艺难度增加，需要开发适合低温材料加工的新工艺，确保线圈的精密制造和质量一致性。

期望实现的主要技术目标

研发一款低温耐久电磁线圈的主要技术目标可概括为以下几点：

1. 低温适应性：确保电磁线圈在极端低温环境下（例如-50°C至-200°C）仍能保持设计性能，包括维持稳定的磁场强度、电感值和能量转换效率。

2. 高耐久性与可靠性：延长线圈在连续低温工作状态下的使用寿命，减少因材料老化、绝缘损坏或结构变形引起的故障率，确保长期无故障运行。

3. 优化的热管理：设计有效的热管理系统，既能防止低温环境下线圈内部冻结，也要解决工作时产生的热量及时散去，避免局部过热，保持线圈性能稳定。

4. 结构设计优化：设计合理的线圈结构，考虑低温下材料的物理特性变化，确保结构稳定，减少应力集中，提高抗冷脆性和耐疲劳性。

5. 快速响应与稳定性：确保线圈在低温启动时能快速达到工作状态，同时在工作过程中保持输出稳定，响应速度快，波动小。

6. 成本效益：在确保性能和耐久性的基础上，优化设计和制造流程，降低成本，提高产品的市场竞争力。

处理进度