NASA的材料研究正在通过提高飞机和其他应用中各种能源产生和转换组件的效率和比功率来帮助解决这些挑战。这项研究的一个重点是推进软磁材料的开发，通过在更高的频率和温度下以低功耗运行，实现整机电气化。
一条25毫米乘1.6公里的旋转铸造带
磁性材料的工作原理
磁性材料有两种：硬的和软的。不同之处在于这些材料对外部施加的磁场的反应。
硬磁铁，类似于家用冰箱上使用的磁铁，很难磁化。但一旦磁化，这种变化是永久性的，因为它们往往能保持磁性几十年，不易被外部因素退磁。
另一方面，软磁体易于磁化和退磁，用于制造更小、更轻的电力电子元件，如电机叠片、变压器、滤波器电路（电感器）和电机（电机和发电机）。
实现未来电动飞机
通过开发低损耗软磁材料和组件，NASA的工程师能够为飞机电力电子设备设计更小、更轻的功率转换组件，这些组件能够在大型电动飞机设计所需的更高频率下运行。
NASA的工程师正在通过开发纳米复合软磁材料来展示这一创新。这些合金的一个优点是，它们能够在比传统材料更高的功率密度、频率和温度下运行，同时保持更低的损耗。它们还可以偏转磁通量，使其成为电磁干扰（EMI）屏蔽的理想选择。
构成小型电机的材料和部件
通用智能电机控制器（GIMC）是NASA开发的一种功率转换器，是该技术设计用于未来电动飞机项目的一个例子。GIMC系统的早期版本使用了商用电感器，该电感器体积庞大，需要单独的电路板和冷却系统（散热器）来处理过多的热量。
位于克利夫兰的NASA格伦研究中心的工程师提出了一种由适形软磁材料制成的“珠子”电感器，由此产生的电感器更小，产生的废热减少了20倍，并且通过消除对专用电路板和冷却系统的需求使系统更轻。
NASA也在探索一种有前景的新型非晶纳米晶复合合金的开发、制造和表征。 最初在美国陆军支持下开发的大型软磁材料旋铸装置已移交给NASA并进行了升级，以提高产量和带材质量。这是美国为数不多的能够生产足够宽的磁性材料带以开发低功耗和高工作频率组件和设备的设施之一。
有各种各样的磁性材料表征设备可供选择，包括定制的铁芯损耗测量系统，以及用于测量材料中磁场域的设备。
NASA格伦的能力
为了支持这些努力，NASA格伦的材料和结构团队专注于基础合金研究和开发、铸造/制造规模扩大、基于计算机的建模和高功率部件测试。
铸造后材料可以通过多种方式进一步加工，以产生定制的磁性能，如磁导率，以满足任何特定应用的独特需求。此外，Glenn还申请了一项特殊合金的专利，该合金不仅保持了理想的损耗性能，而且将这类材料的工作温度提高了一倍。
由旋铸带制成的变压器
格伦使用的快速凝固技术被视为首选方法，因为它锁定了非晶结构（一种像玻璃一样的非重复结构），赋予了材料非常独特的磁性，并允许生产非常薄的带材，这是航空应用的理想选择。
为了实现这一目标，格伦团队建立了一系列公共部门不具备的能力。磁性实验室加工设施的核心是5公斤容量的平面流铸机，这是美国最大的用于研究目的的铸机，旨在生产约一英里长的25-50毫米宽的软磁非晶带。能够大量制造这种尺寸的带状物，使NASA的工程师能够建造原型组件进行测试和演示。
用于制造磁性材料带的5-kg平面流铸机（PFC）
除了大型铸造机外，一台能够生产约25毫米宽带材的60克铸造机也可用于合金开发试验或生产较小规模的组件，如电路板上的组件。这种铸造是在环境室中进行的，这在铸造对氧气敏感的合金时至关重要。
在开发这些独特的合金的过程中，研究人员正在努力将它们从实验室转移到现实世界的组件中。该实验室还拥有各种磁性材料表征设备，包括交流（AC）磁导率仪、振动样品磁强计、永磁体磁滞回线仪和磁光克尔效应（MOKE）显微镜。
航空以外的应用
除了推动航空业的未来发展外，这些技术还可以开发用于造福地面系统。 由于需要更小、损耗更低、废热更少的电路，电动汽车可以从磁学研究中受益。
太阳能系统可以利用这些磁性技术更容易地融入国家电网系统，几乎没有电力变化或中断。低损耗软磁材料还可以显著提高电力基础设施在开发未来可再生能源方面的效率。
参考资料：2023软磁材料在电动飞机应用中的影响，https://wvul7.xetlk.com/s/n9Xin。
