新能源汽车机械基础课件：新能源汽车钕铁硼永磁材料的应用

新能源汽车钕铁硼永磁材料的应用目录01钕铁硼永磁材料的核心特性02工艺分类与发展历程03新能源汽车中的多场景应用04市场趋势与技术挑战任务目标：1.掌握钕铁硼永磁材料的定义和核心性能优势。2.了解钕铁硼永磁材料的分类及发展。3.了解钕铁硼永磁材料在新能源汽车中的应用。钕铁硼永磁材料的核心特性01定义与核心性能优势钕铁硼是目前世界上磁能积最高的永磁材料，被誉为“现代永磁之王”，产生相同的磁通量时，其材料体积最小。高磁能积特性钕铁硼（Nd-Fe-B）是以金属间化合物Nd₂Fe₁₄B为基础的稀土永磁材料，主要成分为铁（63.9-68.7%）、钕（29-32.5%）及硼（1.1-1.2%）。钕铁硼的成分材料种类最大磁能积内禀矫顽力剩磁居里温度最高使用温度抗氧化性和腐蚀性能价格SmCo515-2415-308.5-10.5740250好贵Sm2Co1722-326.9-2110-11.4926550好贵烧结钕铁硼30-5211-4011-15.2310230差中等粘结钕铁硼3-137-186-8350160好中等热压钕铁硼15-4210-2512-14--好中等定义与核心性能优势磁性材料重要指标定义与核心性能优势钕铁硼具有高内禀矫顽力和高剩磁，代表要实现相同磁力所需磁性材料的体积更小、质量更轻，磁体的抗退磁能力更强，使用效率更高。高矫顽力与剩磁特性01、与SmCo5、Sm2Co17等传统材料相比，烧结钕铁硼的最大磁能积可达30-52，内禀矫顽力为11-40，剩磁为11-15.2，在磁性能上表现更优。对比传统材料的性能优势02、成本与稳定性优势01我国稀土储量占世界总储量的80％，丰富的稀土资源造就了钕铁硼永磁材料较低的原材料成本。中国稀土资源优势带来的成本竞争力02磁体的最高使用温度和居里温度用来衡量抗温性特征，钕铁硼永磁材料的最高使用温度可达230℃（TH系列），居里温度也较高，磁体性能相对稳定。温度适应性分析工艺分类与发展历程02烧结、粘结、热压工艺对比制造流程：采用粉末冶金工艺，熔炼后制成粉末并在磁场中压制成压坯，再在气体或真空中烧结成型。性能特点：磁性能高，具有高磁能积、高矫顽力、高工作温度，但制造周期长，抗氧化和腐蚀性能差。适配场景：适用于对磁性能要求高的领域，如新能源汽车驱动电机、工业电机、航空航天等，目前产量占比约超过90%。制造流程：粘结剂与钕铁硼永磁粉末混合制成磁性可塑性粒料，再通过各种可塑性材料的成型工艺制成。性能特点：工艺简单、造价低廉、体积小、精度高、磁场均匀稳定，但磁性能及机械强度相对较弱。适配场景：常用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表和小型马达等领域，市场份额不到10%。烧结工艺粘结工艺牌号最大磁能积(BH)max内禀矫顽力Hcj(kOe)磁感矫顽力Hcb(kOe)矫顽力分类剩磁Br(kGs)最高使用温度Tm(℃)主要应用领域N系列33-55≥1110.5-10.8低11.8-14.580MRI、音响家电系列产品M系列33-53≥1310.8-13.0中等11.8-14.2100VCM、磁选机、消费电子等H系列31-51≥1610.6-13.0高11.4-13.9120线性电机、微型电机、传感器SH系列31-49≥2010.5-12.8超高11.4-13.7150风力发电机、工业电机等UH系列28-46≥249.5-12.5特高10.8-13.3180汽车电机、空调压缩机等EH系列26-43≥299.5-12.2极高10.5-12.5200混合动力汽车、电磁阀门、传感器等TH系列26-39≥339.5-11.6至高11.5-12.2230

烧结钕铁硼永磁材料产品系列表烧结、粘结、热压工艺对比烧结、粘结、热压工艺对比制造流程：通过热挤压、热变形工艺制成。性能特点：致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高，但目前仅少数公司掌握生产工艺，专利壁垒和制作成本高，总产量比较小。适配场景：主要应用于汽车EPS电机。热压工艺定义与核心性能优势类型工艺原料制造周期磁性能产业化产量产品形状优点应用领域烧结钕铁硼采用粉末冶金工艺，熔炼后制成粉末并在磁场中压制成压坯，压坯短信气体或真空中烧结成型稀土、铁、硼铁长高高95%方块、瓦片、

圆环高磁能积、高矫顽力、高工作温度汽车、工业电机、消费电子、清洁能源、航空航天粘结钕铁硼粘结剂与钕铁硼永磁粉末混合制成磁性可塑性粒料，再通过各种可塑性材料的成型工艺制成MQ或HDDR粉短高高3%圆环工艺简单、造价低廉、体积小、精度高、磁场均匀稳定办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪

表和小型马达热压钕铁硼通过热挤压、热变形工艺制成MQ粉

短

中低

2%

方片，薄壁圆环致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高汽车EPS电机钕铁硼永磁材料性能从实验室到产业化1983年，日本住友特殊金属公司和美国通用汽车公司各自研制成功钕铁硼（NdFeB）永磁，这是第三代稀土永磁材料。钕铁硼永磁体以其体积小、重量轻和磁性强的特点，成为迄今为止性能价格比最佳的磁体，自此得到了广泛应用，特别是在电子计算机磁盘驱动器和光盘等领域。进入21世纪后，随着稀土永磁材料的研究和应用不断深入，中国已经成为全球最大的钕铁硼永磁材料生产国和出口国之一。随着新能源汽车、节能家电、节能电梯、机器人等智能装备、无人机等消费电子领域需求的持续扩张，叠加“双碳”政策的有力支撑，中国钕铁硼永磁材料产业不断发展壮大，产能在全球占据主导地位。1983年：第三代钕铁硼诞生中国产能占全球主导地位新能源汽车中的多场景应用03驱动电机：永磁同步电机的核心在永磁同步电机中，永磁体用来提供永久磁场。钕铁硼永磁体具有高磁能积、高内禀矫顽力、高剩磁的特点，有效提高电机的功率密度和转矩密度，因此广泛应用于永磁电机转子中。高性能钕铁硼提升功率密度预计到2022年全球新能源汽车产量为578万辆，单辆纯电、混动汽车对高性能钕铁硼的需求量为6/3kg，预计2022年全球高性能钕铁硼的需求量将达到30915吨。2022年全球需求超3万吨20192020E2021E2022E纯电动汽车产量（万辆）162.8234.0340.7452.9混合动力汽车产量（万辆）57.289.299.6124.7单位消耗钕铁硼

纯电动汽车（kg/辆）6666混合动力汽车（kg/辆）3333全球新能源汽车钕铁硼需求量（吨）11484167172342930915项目类别直流电机交流感应电机（交流异步电机）永磁同步电机开关磁阻电机功率密度方面较低中高较高过载能力%200300-500300300-500峰值效率%85-8994-9595-9790负荷效率%80-8790-9285-9778-86功率因数%/82-8590-9360-65最高转速(r/min)3500-600012000-200003500-10000>1500可靠性方面一般较好优良较好结构坚固性方面较差较好一般优良重量及外形尺寸大、重中、中小、轻小、轻成本高低高低于感应电机优点因具有较为宽广的恒功率范围，启动性能好，调速性能优良，拉制系统简单，技术已经成熟效率高、成本低、结构简单、坚固可靠体积较小、重量轻、转矩大且效率高、功率密度大、能耗小于20%结构简单、效率高(>85%)、成本低、可靠性强、调速好缺点效率低、维护困难、转速低、质量重、体积大质量重、体积大、功率密度低成本高运行噪音大、震动大、控制困难四种驱动电机性能对比驱动电机：永磁同步电机的核心微型电机与传感器应用汽车上的距离传感器、刹车传感器、安全带传感器等霍尔传感器，需要永磁体产生磁场使霍尔元件产生偏移电流从而产生电动势。随着霍尔传感器发展呈现微型化、集成化，其永磁体选用偏向于选用磁性能好、体积小的钕铁硼永磁体。传感器微型化依赖高磁性能EPS（电动助力转向系统）中助力微电机为永磁电机，对性能、重量和体积的要求很高，其永磁材料主要为高性能烧结或热压钕铁硼磁体，热压钕铁硼致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高，能满足EPS电机轻量化需求。EPS电机轻量化匹配热压工艺车载扬声器的音质革新车载扬声器中永磁体性能对音质有直接影响，永磁体磁通量密度越高，扬声器的灵敏度越高，瞬态越好。钕铁硼的磁性能要远远优于铝镍钴和铁氧体，能实现高灵敏度。钕铁硼在扬声器上应用广泛，尤其是高端扬声器。其优点是同等磁通量下体积小，功率大，频率范围宽，目前HiFi耳机基本上用此类磁体，在高端扬声器市场占据领先地位。钕铁硼磁体实现高灵敏度高端扬声器市占率领先市场趋势与技术挑战04“双碳”政策驱动的需求激增新能源汽车主要包括混合动力汽车和纯电动汽车，高性能钕铁硼永磁材料广泛应用于其驱动电机。预计到2022年全球新能源汽车产量为578万辆，单辆纯电、混动汽车对高性能钕铁硼的需求量为6/3kg，2022年全球高性能钕铁硼的需求量达到30915吨。新能源汽车领域的强劲需求1风力发电也是钕铁硼永磁材料的