磁场→天然磁石→铝镍钴→铁氧体→稀土永磁发展应用史(看完全明了)

作者:微波与电磁兼容公众号:2018-04-15
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稀土材料元素:稀土就是化学元素周期表中镧系元素--镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu),以及与镧系的15个元素密切相关的元素-钇(Y)和钪(Sc)共17种元素,称为稀土元素。











永磁材料的应用十分普遍,小到儿童玩具、文件夹,大到人造卫星、宇宙飞船、磁悬浮列车;从每个家庭、办公室,到工农医等各个产业部门,随处都可以见到永磁应用产品,例如,电动玩具、电动扬声器、立体声耳机,计算机磁盘驱动器和打印机、微波炉加热用磁控管等等。
永磁材料运用最广的就是铁氧体永磁材料和钕铁硼(NdFeB)永磁材料。还有铝镍钴(AlNiCo)和钐钴(SmCo5和Sm2Co17)应用不怎么广泛。下面主要说说铁氧体永磁材料和钕铁硼(NdFeB)永磁材料。
1、铁氧体永磁材料
永磁铁氧体,由于性能、价格比高,至今仍是产量最高、用途最广的一种永磁材料。烧结磁体主要用于小型电动机、扬声器、磁控管;粘结永磁体主要用于磁辊、旋转检测用频率发生器、显像管中心调整和色彩校正等。
应用:
1)小型电动机

各种办公自动化、印刷机、点钞机、自动售货机等的驱动和输送,几乎都使用输出0.3-10W的小型齿轮传动电动机。这种电动机的重量一般为10-数100g,包括减速齿轮的重量,最重才1kg;外形尺寸不超过数100mm,很紧凑。这种小型直流电动机,多数使用价格便宜的永磁铁氧体作励磁磁体,用2块组成1组,由2极构成。此外,若用齿轮传动电动机作减速器,可以按要求选定转速和转矩,用途正不断扩大。
汽车燃料泵、车窗调节、刮雨器、电动后视镜、遮阳板、电动窗帘等等的驱动,也大量使用铁氧体永磁直流电动机。燃料泵驱动、车窗调节等,使用成本稍高的高性能湿法成型永磁体;其他电动机,用廉价的高矫顽力干法成型磁体。
此外,家用冰箱、空调、洗衣机、电风扇和豆浆机等用电动机,也越来越多地使用永磁铁氧体。
2)扬声器

这是永磁铁氧体的第二大应用市场。一般使用高饱和磁通密度的各向异性钡铁氧体磁环,系标准化产品。
3)磁控管

广泛用于电子加热(微波炉等)、工业加热设备和雷达中,产生微波连续波或脉冲信号。
4)磁辊

用在普通纸复印机、激光打印机、传真机等中,作显像元件。
5)旋转检测用频率发生器
用于控制直流电动机的转速,广泛用于录音机主动轮、录像机主导轴和软磁盘驱动器主轴驱动电动机中。频率发生器使用价格最便宜的烧结铁氧体。
铁氧体磁性材料优点:矫顽力Hc大;重量轻;原材料来源丰富,价格便宜,耐氧化,耐腐蚀;磁晶体的各向异性常数大;退磁曲线近似为直线。
铁氧体磁性材料缺点:剩磁较低,温度系数大,易碎。
2、钕铁硼(NdFeB)永磁材料
钕铁硼(NdFeB)永磁材料的研制成功,使耳机、扬声器、步进电机、无芯电机等实现了超小型化。根据相关行业数据,我国的钕铁硼产品主要集中在电声、磁选、小型电机等低端领域;而世界领先企业如日本的产品主要集中在音圈电机VCM、核磁共振成像MRI和汽车动力转向装置EPS等高端领域。
应用领域:
1)微波通讯技术中的应用
在雷达技术、卫星通讯、遥控遥测技术、电子跟踪、电子对抗技术中需要用到,磁控电子管、磁控行波管、阴极射线管、环行器等都要用到钕铁硼。
2)在电机工程中的应用

稀土永磁材料产量的三分之一以上用来制造各种永磁电机,永磁电机的优点是省铜、省电、重量轻、体积小、比功率高。电动自行车电机、电脑驱动电机、车床等的行速与转速的测量电机、电梯的曳引机电机、麻将电机、冰箱空调电机、风力发动电机、汽车发动电机等等应用领域极其广泛。
3)在电声器件中的应用

如扬声器(喇叭)、话筒、助听器、立体声耳机(MP3、MP4)、电话接收机及电声传感器等等。国内外生产高级音响设备的厂家有些已推出NdFeB扬声器,电声性能有较大改善。我国大量出口的喇叭片磁钢主要用在高性能立体声耳机上。
4)在磁力机械工程中的应用

磁力机械包括磁力传动器、磁性齿轮、磁制动器、磁夹具、磁力打捞器、磁性轴承、磁力泵、磁性阀、磁封门、磁锁和永磁起重器、永磁搬运机等。
5)在交通运输工具中的应用(最经典的复兴号)

2017年6月25日中国标准动车组被正式命名为“复兴号”,于26日在京沪高铁正式双向首发。复兴号、磁悬浮列车其原理是利用车载磁体与轨道磁体间产生的排斥力和吸引力共同作用,从而产生向上悬浮力,使列车脱离轨道运行;现代豪华轿车需要用15-70个永磁器件,如:电动座椅、电动后视镜、电动天窗、电动门窗、电动雨刮、电动去雾、空调器、油泵电机、自动汽控器、起动电机等等。
6)在磁分离技术中的应用
利用磁性方法将铁磁性物质与非铁磁性物质分开的技术称为磁分离技术。磁分离技术在选矿、选煤、原材料处理、水处理、垃圾处理以及在医疗、化工工业和食品工业中得到了广泛应用。
7)在磁化技术中的应用
利用磁场对物质进行磁化作用,改变被磁化物质的键合状态与性质;或改变原子、电子状态,促进物质的化学反应与燃料的燃烧;或改变物质的结晶形态或凝固点,这一技术称为磁化技术。磁化器、汽车中的节油器、石油开采中的石油防蜡器等等。
8)在磁疗和健身器械方面的应用

如磁疗水杯、磁球、磁疗机、磁疗鞋、磁疗帽、磁疗手镯、项链等,还有近年来发展较快的医疗设备核磁共振成像仪(MRI)每台的用量在3-4吨,试想中国每个医院如果配一台MRI钕铁硼的用量应该是多少!
9)在计算机硬盘和软盘驱动器的应用

计算机硬盘和软盘驱动器中的读写磁头的移动是由VCM即音圈电机来驱动的。
10)仪表上的应用

仪表是永磁材料的另一个较广的应用领域,主要包括各种磁电、电磁式仪表,如电流表、电压表、电度表、速度及加速度表等常规测量仪表。由于稀土永磁特别是NdFeB磁体的出现,使得仪表实现了高精度、微型化。
钕铁硼材料优点:高磁能积、高矫顽力、高机械强度等。
钕铁硼材料缺点:温度系数大、使用温度低等。
钕铁硼材料发展:
1)产品的发展:钕铁硼自1983年发明以来前十年发展不快,近十年发展很快,96年中国360吨,日本产量2000吨,美国产量1000吨,但到了2006年中国产量60000吨,日本产量2000吨,其它国家几乎没有了,全世界钕铁硼产量烧结和粘结合起来有10万吨左右(其中粘结2万吨)。
2)企业的发展:1998年前西方世界比中国发展快,中国发展慢。但到目前为止,日本只剩四家企业、美国只剩一家、欧洲也只剩一家,而中国有一百多家,因此中国是世界钕铁硼的生产大国,但不是强国。中国钕铁硼的产量60%在浙江,其它在山西和京津地区,钕铁硼的销售基地在深圳、宁波和北京。
3)性能的发展:钕铁硼性能的发展是依赖于工艺的完善和先进设备的运用才快速发展起来的。96年前中国最好的性能为N38,世界最好为N48,而到2006年中国最好为N52世界最好也为N52(规模化生产),性能提高很快,中国的钕铁硼性能提高更快,中国已经逐步从生产大国转化为生产强国。
4)工艺的发展:最早钕铁硼工艺是湿法生产,用甲苯或汽油作保护剂、球磨生产、性能较低,后来发展到干法生产(气流磨)性能得以大力提高,但最好性能也只能是N45,但自从发明了甩带(SC)工艺后性能得到了极大的提高,目前批量化做可以达到N52。
5)设备的发展:球磨机到气流磨,铸锭到铸片到氢碎,单式烧结炉到连续多式烧结炉,简单压机到自动压机,设备发展工艺突破是钕铁硼成本降低性能提高的关键。
6)后加工工艺的发展:早期钕铁硼的后续加工工艺比较单调而且浪费也大,主要加工工艺有切片、线切割、打孔、无心磨、立磨等,随着钕铁硼的快速发展运用领域的不断扩大,加工工艺和设备也发生了很大变化,套孔(提高了材料的综合利用率)、套瓦、磨瓦双面磨等新的加工工艺被广泛运用,为钕铁硼降低成本,提高精度创造了条件。
总之自从1983年钕铁硼发明以来每年都有新的运用领域出现,每年的增幅在30%以上,应用前景十分广阔。











磁性材料在军事方面的应用不可小觑,下面有两个典型应用:
1)中国最先进电磁炮
我国的电磁炮炮口动能达到了惊人的60焦,其发射的弹丸达到了骇人的7倍音速,在160公里的距离上还能拥有穿透6块半英寸厚钢板的威力!

与之对比,美国目前最先进的电磁炮MK45的炮口动能只有10焦,射程只有“可怜”的24公里,速度也不过两倍音速左右。与中国的差距就像是一个是成年人,一个还是婴儿学步的阶段!
电磁炮,也叫 “电磁轨道炮”
 
电磁炮的工作原理
电磁炮纯粹是一种电气武器,它通过一对金属轨道来加速具有传导性的射弹。这一对金属轨道非常光滑,允许大电流通过并通过“炮弹”形成回路。“炮弹”相当于电磁铁,通过它的大电流与轨道所产生的强大磁场发生作用,并产生强大的作用力,为“炮弹”加速。其典型特征是不必使用燃料推进,而且发射速度远比火力武器要快。
电磁炮的工作原理示意图
向左转|向右转
电磁炮的运行需要经过以下三个步骤:
①炮弹——通常是子弹或者导弹——被固定在电枢内,电枢可以传导电流,它们被固定在两排金属轨道之间。
②巨大的电流通过轨道,从而产生强大的磁场,足以推动电枢以极快的速度前进。
③炮弹与电枢分离,并将以7倍于声音的速度行进,射程可达100英里。
如果提供强大的电流,比如达到100万安培,电磁轨道炮将对射弹产生巨大的推力,其速度可以达到每秒数千米。在先前的实验当中,科学家已经获得了20千米/秒的射弹速度。它的缺点是:由于推进过程中会产生大量热量,因此轨道易于被腐蚀。电磁轨道炮通常需要经常更换轨道,或者使用导电的耐磨材料。
说白了,电磁炮就是一个 “直线电机 ” 。
2)美国超级航母采用电磁弹射

航母上所用的电磁弹射技术也用到了磁性材料。

我国的稀土资源丰富,稀土不稀,号称“稀土王国”。稀土矿石和稀土永磁的产量都居世界前列。稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平。因此,充分发挥我国稀土资源丰富的优势,大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机,对实现我国社会主义现代化具有重要的理论意义和实用价值。


随着技术的发展对于永磁体材料的选择也有过很多种,这其中最优异的莫过于稀土材料了,所以将采用稀土永磁材料的电机又叫做稀土永磁电机。
稀土永磁电机的技术瓶颈
1、控制问题
永磁电机制成后不需外界能量即可维持其磁场,但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。永磁发电机难以从外部调节其输出电压和功率因数,永磁直流电动机不能再用改变励磁的办法来调节其转速。
2、成本问题
由于稀土永磁目前价格还比较贵,稀土永磁电机的成本一般比电励磁电机高,这需要用它的高性能和运行费用的节省来补偿。因此永磁电机适于小功率的场合。
3、退磁问题
稀土永磁电机对于工作环境要求比较苛刻,超过180℃的稀土永磁材料将出现不可逆的退磁和失效情况;在剧烈振动或温差较大的情况下容易出现断裂;材料容易氧化腐蚀,必须进行表面涂装才能使用;稀土永磁电机对于过载十分敏感,一旦过载将导致永磁材料的退磁。
同时,稀土永磁电机的电磁负荷很高,制成后磁场难以调节,其动力控制系统要比感应电机复杂得多。传统的电机设计理论、计算方法、电机控制系统都不能适应高性能电机的研制要求。




一块条形的磁铁,他的磁力线总是从北极(红色N)出发绕了一圈回到南极(蓝色S)。
条形磁铁磁力线
由于磁力线方向总是这样,同时异极相吸。当在它的上方放上另外一支磁铁的时候,在磁力力矩作用下,上方的磁铁就会旋转,最终上方磁铁的北极靠近下方磁铁南极;而上方磁铁南极则靠近下方磁铁北极。可以这么理解(但是绝对不科学),磁力线由于希望尽量的短,则必须使得异极足够靠近,从而使得上方磁铁转动。

磁铁受磁力转动
根据法拉第电磁感应原理可以知道线圈通上电之后就会产生类似条形磁铁的磁场。而处于线圈产生的磁场中的磁铁也会受到磁力的作用而趋向于异极相吸的效果。

线圈磁力线
说了这些之后再来看看永磁同步电机的构造,下方是一个三相永磁同步电机示意图。外圈灰色是固定在车身上的定子壳体,上面间隔绕制着红、绿、蓝三组六匝线圈,对角线为相同组。而中间白色轮转为转子,连接着输出轴到轮胎;其上间隔分布着SN极间隔的磁铁,实时上你可以理解为四根条形磁铁首尾相连的粘附在定子上。

永磁同步电机结构
说完了电机的构造,现在再来解释一下他的工作原理。
首先我们假设一组线圈(绿色组)通电,那么通电后可以看作是一个竖直的线圈通电,那么它将产生类似条形磁铁的磁场(当然中间是空的,磁场线是膨胀的而不是像条形磁铁一样紧束的)。因此,当线圈通电时候则就相当于定子上放了一根条形磁铁。

一组线圈通电
上边只是一组线圈通电,三组线圈的磁场就相当于三根条形磁铁成“米”字型放在定子内部。当三组线圈依次通电时候,就会产生不断旋转的磁场。

三组线圈通电
Ok接上面的话在不断旋转的磁场中,放上一根条形磁铁,那么条形持铁就会由于磁力矩的作用,跟着旋转的磁场发生转动。

条形磁铁受三组线圈旋转
在这里大家请注意,由于磁力的作用是瞬间的,因此在线圈发生变化时候,磁铁能够马上受力。这就引出了一个词语——“同步”。同步的意思就是磁场发生改变的瞬间能够马上产生跟随的趋势以及力量,所以这也是为什么称这种电机为同步电机。“同步”二字既是这样得来,因为他能够始终跟随着线圈的变化而变化,和线圈中的磁场变化是同步状态的。
上一步三组线圈依次通电形成了旋转的磁场,但是这个磁场并不平顺,因为线圈在切换通电过程中磁力会发生变化。同时如果定子只有一根磁铁,那受到的力很小以外,也因为磁极分布不均匀(只有对角线两个方向),同样使得受力是不平顺的波浪形。因此为了解决这个问题,将更多根磁铁(这里是4根)放在定子上组成定子磁组,这样就形成了一个SN极间隔的永磁转子。这个时候三组线圈都在不停地变化着通电的方向(注意,不是断开绿组接通蓝组那种通断的形式),使得定子产生三个不断变化的磁场,而处于磁场中的转子由于任意方向都有磁铁受力,因此这就使得转子稳定的旋转起来。

永磁同步电机工作
现在再来说一下“永磁”的由来,刚才已经说了,转子是类似多根条形磁铁组装而成的一个SN极间隔的磁铁。线圈的磁场会因为断电而消失,但是转子却是磁性很强的磁铁组成,磁场并不会消失,因此他的磁场理论上可以长久存在,因此称之为——永磁(虽然随着时间的流逝磁场会逐渐消失,但是速度也是很慢的)。
所以“永磁同步电机”说的就是转子火定子有一方是永磁材料制成的,同时能够跟随着磁场的变化而同步变化的电动机。


与传统的电励磁电机相比,永磁电机,特别是稀土永磁电机具有结构简单,运行可靠;体积小,质量轻;损耗小,效率高;电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。因而应用范围极为广泛,几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域。它包括永磁同步电动机、永磁发电机、直流电动机、无刷直流电动机、交流永磁伺服电动机、永磁直线电机、特种永磁电机及相关的控制系统,几乎覆盖了整个电机行业。下面介绍几种典型永磁电机的主要特点及其主要应用场合。
1、稀土永磁发电机
永磁同步发电机与传统的发电机相比不需要集电环和电刷装置,结构简单,减少了故障率。采用稀土永磁后还可以增大气隙磁密,并把电机转速提高到最佳值,提高功率质量比。当代航空、航天用发电机几乎全部采用稀土永磁发电机。其典型产品为美国通用电气公司制造的150kVA14极12000r/min~21000r/min和100kVA60000r/min的稀土钴永磁同步发电机。国内研发的第一台稀土永磁电机即3kW20000r/min的永磁发电机。
永磁发电机也用作大型汽轮发电机的副励磁机,80年代我国研制成功当时世界容量最大的40kVA~160kVA稀土永磁副励磁机,配备200MW~600MW汽轮发电机后大大提高电站运行的可靠性。
目前,独立电源用的内燃机驱动小型发电机、车用永磁发电机、风轮直接驱动的小型永磁风力发电机正在逐步推广。
2、高效永磁同步电动机
永磁同步电动机与感应电动机相比,不需要无功励磁电流,可以显著提高功率因数(可达到1,甚至容性),减少了定子电流和定子电阻损耗,而且在稳定运行时没有转子铜耗,进而可以减小风扇(小容量电机甚至可以去掉风扇)和相应的风摩损耗,效率比同规格感应电动机可提高2~8个百分点。而且,永磁同步电动机在25%~120%额定负载范围内均可保持较高的效率和功率因数,使轻载运行时节能效果更为显著。这类电机一般都在转子上设置起动绕组,具有在某一频率和电压下直接起动的能力。
目前主要应用在油田、纺织化纤工业、陶瓷玻璃工业和年运行时间长的风机水泵等领域。
我国自主开发的高效高起动转矩钕铁硼永磁同步电动机在油田应用中可以解决“大马拉小车”问题,起动转矩比感应电动机大50%~100%,可以替代大一个机座号的感应电动机,节电率在20%左右。
纺织化纤行业中负载转动惯量大,要求高牵入转矩。合理设计永磁同步电动机的空载漏磁系数、凸极比、转子电阻、永磁体尺寸和定子绕组匝数可以提高永磁电机的牵入性能,促使它应用于新型的纺织和化纤工业。
大型电站、矿山、石油、化工等行业所用几百千瓦和兆瓦级风机、泵类用电机是耗能大户,而目前所用电机的效率和功率因数较低,改用钕铁硼永磁后不仅提高了效率和功率因数,节约能源,且为无刷结构,提高了运行的可靠性。目前1120kW永磁同步电动机是世界上功率最大的异步起动高效稀土永磁电机,效率高于96.5%(同规格电机效率为95%),功率因数0.94,可以替代比它大1~2个功率等级的普通电动机。
3、交流伺服永磁电动机和无刷直流永磁电动机
现在越来越多地用变频电源和交流电动机组成交流调速系统来替代直流电动机调速系统。在交流电动机中,永磁同步电机的转速在稳定运行时与电源频率保持恒定的关系,使得它可直接用于开环的变频调速系统。这类电机通常由变频器频率的逐步升高来起动,在转子上可以不设置起动绕组,而且省去了电刷和换向器,维护方便。
变频器供电的永磁同步电动机加上转子位置闭环控制系统构成自同步永磁电动机,既具有电励磁直流电动机的优异调速性能,又实现了无刷化,主要应用于高控制精度和高可靠性的场合,如航空、航天、数控机床、加工中心、机器人、电动汽车、计算机外围设备等。
现已研制成宽调速范围、高恒功率调速比的钕铁硼永磁同步电动机和驱动系统,调速比高达1:22500,极限转速达到9000r/min。永磁同步电动机高效、小振动、低噪声、高转矩密度的特点在电动车、机床等驱动装置中是最理想的电动机。
随着人民生活水平的不断提高,对家用电器的要求越来越高。例如家用空调器,既是耗电大件,又是噪声的主要来源,其发展趋势是使用能无级调速的永磁无刷直流电动机。它既能根据室温的变化,自动调整到适宜的转速下长时间运转,减少噪声和振动,使人的感觉更为舒适,还比不调速的空调器节电1/3。其他如电冰箱、洗衣机、除尘器、风扇等也在逐步改用无刷直流电动机。
4、永磁直流电动机
直流电动机采用永磁励磁后,既保留了电励磁直流电动机良好的调速特性和机械特性,还因省去了励磁绕组和励磁损耗而具有结构工艺简单、体积小、用铜量少、效率高等特点。因而从家用电器、便携式电子设备、电动工具到要求有良好动态性能的精密速度和位置传动系统都大量应用永磁直流电动机。500W以下的微型直流电动机中,永磁电机占92%,而10W以下的永磁电机占99%以上。
目前,我国汽车行业发展迅速,汽车工业是永磁电机的最大用户,电机是汽车的关键部件,一辆超豪华轿车中,各种不同用途的电机达70余台,其中绝大部分是低压永磁直流微电机。汽车、摩托车用起动机电动机,采用钕铁硼永磁并采用减速行星齿轮后,可使起动机电动机的质量减轻一半。
5、几种新型结构的永磁电机
1)无铁芯钕铁硼永磁电机
利用钕铁硼永磁材料高矫顽力的优异特性不用或少用硅钢片,制成无铁心电机,质量大大减轻。无铁心永磁电机采用聚磁型结构和正余弦充磁,所产生的磁场呈正弦分布,因此可以不斜槽,可以采用集中绕组,便于AC控制。绕组端部短,损耗小,转矩密度高,振动噪声显著降低。应用在汽车方向盘驱动、机器人、电梯及DVD的驱动等许多方面。
2)横向磁通钕铁硼永磁电机
为了解决安放线圈的槽的宽度与磁通流经的齿部的宽度之间的矛盾,提高电机的功率密度和转矩密度,人们不断探索新的磁路结构,出现了横向磁通电机(TransverseFluxMachine)结构思想。这种电机定子齿槽结构和电枢线圈在空间上相互垂直,主磁通沿电机轴向流通,电流和磁负荷在空间上不存在竞争,因而定子尺寸和通电线圈的大小相互独立,在一定范围内可以任意选取,提高了功率密度。目前国际上对这种结构电机的研发刚刚起步,有广阔的发展前景。
6、永磁特种电机
控制电机和特种电机的种类很多,其共同的发展趋势之一是永磁化,以高性能的永磁体励磁逐步取代电励磁。
由于稀土永磁具有高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积的特点,可以容许所制成的电机具有较大的气隙长度和气隙密度,因而在永磁体安放和磁路结构设计上有很大灵活性,可以根据使用场合,特别是汽车、计算机和航天工程的需要,制成与传统电机不同的结构形状和尺寸,例如盘式电机、无槽电机等。这既可以进一步减少电机的质量和转动惯量,提高电机的反应灵敏度;又可以减少电机转矩的脉动,增加运行的平稳性;还可以简化电机的结构和工艺。因而在计算机外围设备、办公设备和要求精度定位控制的场合得到广泛应用。
计算机磁盘驱动器中用以驱动读写磁头作往复运动的动圈式直线电动机——音圈电动机VCM需要高性能磁体,以保证足够的灵敏度,缩小体积和减轻质量。钕铁硼永磁正好能满足这一要求。20世纪60年代采用铁氧体永磁研制的是14in磁盘驱动器用音圈电动机。自采用钕铁硼永磁后,驱动器尺寸不断缩小,存取时间明显减少,存储容量增加。1984年磁盘驱动器缩小到以5.25in盘为主;进入20世纪90年代,3.5in磁盘驱动器迅速增长,成为主体。今后几年内2.5in和1.8in磁盘驱动器将大为发展。因此,日、美等国钕铁硼永磁销售量的一半左右用于制造音圈电动机VCM。
此外,在步进电动机、开关磁阻电动、低速同步电动机等特种电机中增加钕铁硼永磁励磁后,其技术经济性能、动态响应特性都有明显提高与改进。
我国稀土资源丰富,稀土矿的储藏量居世界首位。稀土永磁材料和稀土永磁电机的科研水平都达到了国际先进水平,充分发挥我国稀土资源丰富的优势,大力研究和推广应用以稀土永磁电机为代表的各种永磁电机,对加快实现我国全面进入小康社会具有重要的意义。
稀土永磁电机正向大功率化(高转速、高转矩)、高功能化和微型化方向发展,不断扩展新的电机品种和应用领域,应用前景非常乐观。为了满足需要,稀土永磁电机的设计和制造工艺尚需不断地进行创新,电磁结构将更为复杂,计算结构将更为精确,制造工艺更为先进适用。这些复杂问题需要应用多学科理论和系统工程进行优化设计,提高性价比,促进电机等学科和行业进一步发展。

稀土永磁电机在汽车领域的应用是以前所未有的速度在推进之中。特别是新能源汽车。
驱动电机是新能源汽车的"心脏",而稀土永磁材料则是驱动电机的首选材料。
驱动电机行业产业链图


目前,应用于新能源汽车的驱动电机主要包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机,其中,永磁同步电机的市场占有率超过90%。
新能源驱动电机发展历程


永磁同步电机具有效率高、功率密度高、转矩特性好、转速范围大、成本低、尺寸小、控制性强、重量轻、温升低等优势。随着电子电力技术和稀土永磁材料的迅速发展,业内普遍认为永磁同步机是最合适的新能源汽车电机类型。永磁同步电机正在成为新能源汽车发动机的主流技术,特斯拉Model 3 采用永磁同步电机取代原来Model S 的三相异步电机也已经证明。永磁电机的磁铁为稀土永磁材料。
2017新能源汽车电机装机量十大企业(单位:台)





最后附上几张精美电机原理动态图
▼1、永磁电机
是利用永磁体提供磁场的电动机。电动机做功,需要2个条件,一个是存在磁场,另外一个是磁场中有运动的电流存在。

▼2、直流电动机
是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。

直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。
▼3、量子磁电机

▼4、单相感应电动机
用在只有单相电源的动力场合,带动小型机械,如小型粉碎机,砂轮机等等,一般功率小于1500W。

▼5、步进电机
是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。

▼6、平衡电机

▼7、交流电机

▼8、三相感应电机

▼9、无刷直流电机

▼10、永磁直流电机

▼11、鼠笼式电机

▼12、电机产生电流的原理

▼13、电机剖视



▼14、电动机


▼15、电机磁场变化图

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