文档介绍：新能源永磁电机用稀土永磁的开发与研究
可行性研究报告
项目简介(简要说明项目立项的必要性、项目目标、技术方案、筹资方案、组织方式、相关基础条件等)
能源危机和环境污染是本世纪摆在人类面前亟待解决的两大难题。全球性大气污染加剧了温室效应与臭氧层破坏,这种污染所造成的伤害已经没有了国界的限制,足以威胁人类能否在地球上继续生存下去,其严峻的后果已引起世界各国普遍的关注。
作为新能源代表的风力发电机、电动汽车及混合动力型电动汽车成为国家“十二五”新能源规划的重点。而作为第三代稀土永磁材料的Nd-Fe-B磁体凭借其优良的磁性能和相对较低的成本必将成为新能源电机用稀土永磁磁钢的首选材料。目前,烧结Nd-Fe-B磁体单项指标分别达到相对较高的值,但新能源永磁电机对永磁材料的特种要求,使磁性材料研究面临再次的创新,需要进一步在微结构和成相理论以及制备技术上有新的突破。
日本住友等几家公司在这方面处于领先地位,日本烧结Nd-Fe-B磁体用于电机的数量逐年约增加15%以上,并占有最大的市场份额。日本烧结Nd-Fe-B磁体在汽车中用量的增加,主要源于磁体的下列技术进步: 1)磁体内禀矫顽力Hcj和磁能积(BH)max的提高,增强了节电的效率;2)通过控制磁体微观结构和改善热稳定性,提高了磁体的使用温度和可靠性;3)磁体整体性能的提高,延长了使用寿命。
永磁电机在我国的应用刚刚起步,市场份额不到20%,而在日本和欧美国家,相应数据已超过60%。目前我国车用电机大部分是有刷直流电机,如雨刷电机、车窗电机等,但随着对耗能要求的提高,永磁电机正逐步取代有刷电机;另外,新能源车用电机、汽车电动助力转向系统用电机,需要具备安全性高、安装空间小,能耗要求低的特点,永磁电机也将成为首选。
国内针对大型风力发电机、电动汽车(EV)或混合动力型电动汽车(HEV)用磁性材料应用技术和性能稳定性的专项研究尚不成熟。在国家新能源汽车的补贴计划的刺激下,国内的新能源公共交通车发展迅速,但是小型轿车的发展缓慢,随着国内整车厂家和科研院所的不断研发以及国家新能源计划的出台,今后几年将迎来新能源汽车的关键发展期。本项目主要是针对于新能源电机所用稀土磁钢进行设计、开发及研究。
研究方案:配方设计:研究重稀土-铁基金属间化合物的磁性随温度变化特征,发现磁通随温度升高而增加的温度区间,利用轻重稀土磁性温度补偿降低磁通可逆温度系数;研究在Nd2Fe14B中,Nd被Dy、Tb等不同重稀土元素取代后,Fe被Co部分取代后,材料的磁性能(尤其是矫顽力)及其温度系数的变化规律;研究Ga、Nb、Zr、Mo、V等微量添加元素对Nd2Fe14B的磁性(尤其是矫顽力)及其温度稳定性的影响。通过以上研究设计合理的配方,达到高性价比的配方状态。
工艺选择:研究新型工艺路线。充分利用薄带工艺、氢破碎工艺、双合金工艺、低氧工艺等各个工艺技术的优点,在此基础之上,采用合金粉共混烧结工艺,合理的控制磁体的显微结构,达到比较优良的显微结构磁体。
本项目下达后,纳入所科研计划管理和质量管理体系,组织项目开题评审,对项目的技术方案进行了评审,由科技处对项目进度进行控制。
二、项目立项的必要性分析

驱动电机是电动汽车的关键部件,直接影响整车的动力性及经济性。驱动电机主要包括直流电机和交流电机。目前电动汽车广泛使用交流电机,主要包括:异步电机、开关磁阻电机和永磁电机。永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等优点。日本近年来问世的电动汽车大多采用永磁同步电机。产品功率等级覆盖3~123kW,电机恒功率范围很宽,最高转速可达基速的5倍。我国具有世界最为丰富的稀土资源,因此高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要发展方向。
目前国内能生产在160℃~180℃工作的烧结NdFeB永磁材料的企业也非常少。在制备高矫顽力烧结钕铁硼磁体方面,我们与日本等发达国家差距比较明显,这对于即将发展壮大的电机和微电机控制系统市场,中国的烧结钕铁硼产业将面临着巨大的机遇和挑战。在电机应用领域所用的磁体,不仅要求磁性能均匀性、一致性好,而且要求高的工作温度(180℃以上),剩磁和矫顽力温度系数不大于-%/℃和-%/℃,国内很少有厂家的产品能满足上述使用要求。而日本最近新开发的高矫顽力磁体(AH系列产品)最高使用温度由原来的220℃提高到250~260℃,磁能积已达到35MGOe,而国内仅有少数厂家只能达到28MGOe左右,一致性还较差。同时,在提高矫顽力的途径上,国内磁体重稀土添加量过多,尤其是Tb,但由于重稀土元素价格昂贵,因此显著增加了磁体的成本。同时由于重稀土元素与铁反铁磁耦合,降低铁原子磁矩,从而导致Bs和Br下降。因此在提高磁体使用温度和保持高磁能积的前提