永磁电机磁材料的应用与迭代实验报告（永磁电机永磁体材料）

在低能效电机逐渐无法满足各种需求的今天，用高能效电机替代低能效电机已成为大势所趋。高能效电机也称为无刷直流(BLDC) 和永磁同步(PMSM) 电机。

永磁同步电机，PMSM，全称永磁同步电机，PMSM是高精度定速驱动的理想选择。电机控制的本质是控制速度和扭矩。 PMSM 利用磁场产生扭矩。 PMSM 和BLDC 最明显的区别是反电动势。我们可以将反电动势理解为电机的特征码。通过确定反电动势的波形和大小，我们可以很容易地区分电机的类型和尺寸。由于BLDC和PMSM定子绕组设计的不同，两种高效电机的反电动势不同，这里不再讨论。

PMSM、永磁体和软磁体中的磁性材料

永磁同步电机利用磁场产生扭矩，自然需要磁性材料。根据磁性材料在磁场中的响应，一般将其分为顺磁性、反磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性。对于永磁同步电机来说，这种磁性材料是指铁磁和亚铁磁材料，因为这两种磁性材料对外部磁场反应强烈，首先是强磁材料。

铁磁材料包括永磁材料、软磁材料和功能磁性材料。永磁体的特点是一旦充磁就很难退磁，而软磁也很容易充磁，但是充磁后很容易退磁。对于永磁同步电机，常用永磁材料和软磁材料。作为磁源，永磁材料提供磁动势，就像电路中的电动势一样。软磁材料具有高导磁率。作为导磁材料，起到传导磁力线的作用。

永磁材料目前分为金属永磁体、铁氧体永磁体和稀土永磁体三大类。软磁材料包括铁氧体软磁、金属粉芯、金属软磁和非晶纳米晶。两种磁性材料最不同的特性是它们不同的矫顽力。矫顽力定义为必须沿与原始磁化方向相反的方向施加的外部磁场强度，以防止磁化的磁性材料向外部磁路提供能量（但磁体内部仍然存在一定的能量） 。单位为Oe 或A/m。简单理解就是矫顽力越高，材料退磁的可能性就越小。永磁材料的目标是不断追求更高的矫顽力和强化不退磁的能力，而软磁材料则开始降低矫顽力并追求更高的磁导率。

软磁体可以变换电能参数，提高磁性元件的效率并节省空间。目前作为各类电机、变压器、继电器、电感、滤波器等部件的磁芯应用于新能源汽车、机器人、光伏等众多领域。

稀土永磁材料升级对比

永磁材料因其优异的抗退磁性能，是制造各类电机的重要原材料。金属永磁合金是第一代永磁材料，一般是指不含稀土金属的铁基、钴基合金永磁体。第一代永磁材料的矫顽力约为0.38-1.53kOe，一般用于电气应用。仪器仪表等领域。以氧化铁为主要原料的第二代永磁体虽然性能不是最优，但其制备原料丰富、工艺简单、成本低廉。其极高的性价比使其广泛应用于各类电机。

就稀土永磁材料而言，目前主要稀土材料已从钐钴永磁发展到烧结钕铁硼。钐钴永磁体工作温度高、耐腐蚀性好、磁性能优良。但由于含有战略化合物元素钴，其性价比不高。烧结钕铁硼无论从磁性能、矫顽力还是磁能积来看，都是目前最受欢迎的稀土永磁材料。它们都具有远优于其他材料的性能，在各类永磁电机中有着旺盛的需求。唯一的缺点是温度稳定性比较差，需要添加其他元素来改善温度性能。

据中国电子材料行业协会磁性材料分会数据显示，钕铁硼稀土永磁材料在汽车行业的应用比例最高，达到49%。不仅是矫顽力的差异，磁能积的巨大差异也意味着单位磁场强度下NdFeB的体积更小，这也非常有利于节省电机内的空间。特别是高性能的NdFeB磁性材料（矫顽力与磁能积之和大于60）可以大大减小电机的尺寸，减轻电机的质量，减少电机的能量损耗，提高电机的性能。整个电机系统的效率。

特斯拉放弃稀土磁性材料，只有技术路线可行

近日，特斯拉宣布下一代永磁电机将完全不使用稀土材料，引发永磁同步电机领域的热议。

抛开整个电动汽车永磁电机的成本和产业链因素，从技术可行性角度来看，完全放弃稀土实现无稀土永磁电机的技术路线并不新鲜。它已经存在很多年了，并被用于许多车辆。企业和电机制造商正在努力消除甚至消除永磁电机中稀土的使用，但多年来进展甚微。

因为事实是，用其他永磁材料实现的永磁电机在各种性能上都不如稀土永磁体，例如铁氧体永磁电机。尤其是在车辆续航方面，采用磁场强度较弱材料的电机需要消耗大量额外的能量来维持磁场强度，这必然会大大降低续航能力。从强磁材料的性能来看，目前稀土磁性材料的综合性能远远超过其他永磁材料。如果完全放弃，短时间内不可能找到类似的最优解。

即使是正在研发的第四代铁氮永磁材料也需要使用稀土，距离商业化还有很长的路要走。

概括

随着技术的进步，去除稀土也不是不可能。但在目前全球磁性材料尚未取得突破的情况下，稀土磁性材料尤其是高性能钕铁硼磁体在永磁电机上的应用尚未找到更具成本效益的解决方案。

审稿人：李茜