节能环保已成为当今世界的一大主题，为了我 们的生活环境更加美好，则需要从社会各个方面发
体。1987 年，Sagawa 等［2］人通过加强对氧含量的控
磁 材
制，制得磁体的 （ BH） max 高 达 405 kJ / cm3 ，分 析 发 现，其名义成分为 Nd12． 8 Fe80． 7 B6． 5 ，与 Nd2 Fe14 B 相的
硼磁体，Nd 的质量分数约占 30% ；对于需要添加 Dy
电机和同步电机的优点，同时又克服了两者的缺点。 的高矫顽力钕铁硼磁体，通常 Dy 的加入量为 3% ～
郑大
稀土永磁电机的特点概括起来可以大致总结为 以下四点［7］： （ 1 ） 不需要励磁绕组，使用永 磁 体 励
伟
磁，结构简单、质量轻、运行可靠；（2） 运行效率高，
的矫顽力，这将大幅度降低 NdFeB 电机单位体积的
第三阶段：19 世纪 80 年代前期出现第三代烧 功率，此外，NdFeB 磁体容易生锈的缺点在很大程度
结钕铁硼永磁材料。烧结 NdFeB 因其极为优异的 上也限制了它在电机中的应用，为防止生锈而进行
磁性能而被 誉 为“磁 王 ”，由 于 不 含 战 略 资 源 钴，极
通同步电机的励磁绕组和集电环，结构上酷似异步
3 新工艺磁体在永磁电机中应用
电机那样简单，系统上也不像普通同步电机那样需
在烧结钕铁硼永磁体中，稀土元素含量一般占
要励磁调节系统。具有结构简单、易于维护、运行稳 30% 左右。对于不需要添加镝 Dy 的低矫顽力钕铁
定、性能优良等一系列特点。永磁电机集中了异步
了低镝磁体和铈磁体在电机中的应用。在保证电机中永磁体磁性能的前提下，不仅大大降低了电机的成本，而且
耐蚀性也有所改善，在永磁电机未来发展应用中存在巨大前景。
关键词：稀土永磁体；应用；永磁电机；低镝磁体；铈磁体
中图分类号：TM351；TM304 文献标识码：A 文章编号：1004 － 7018（2015）04 － 0081 － 04
料在永 磁
成分非常接近。2000 年，住友金属公司 Yuji Kaneko 电
展绿色环保的产品。永磁电机具有高性能、轻型化 和高效率等优势，可以替代工业电力拖动的大部分 拖动设备，大大降低了一次能源消耗，减少有害气体
等［3］人用速凝甩带、氢破和气流磨工艺成功制备出 磁能积（ BH） max 为 444 kJ / cm3 的高性能烧结 NdFeB 永磁体。2002 年，W． Ｒodewald 等［4］人用双合金法
2． 2 温度特性差
永磁电机是 19 世纪 20 年代初期出现的一种新
用于稀土永磁电机的永磁材料需要有优良的温
型电机，其发展同永磁材料的发展密切相关。永磁 度系数和较高的居里温度，而这正是 NdFeB 永磁体
电机的发展大体上可分为三个阶段。
致命的弱点。如果能突破永磁体温度系数和居里温
第一阶段：1920 ～ 1929 年，第一台完全由永磁 度这一关键指标，使电机长期运行于 150℃ 的高温
Kaneko 课题组等［6］人制备出最大磁能积为 4． 74 ×
本，从而对永磁电机的扩大应用产生了不小的冲击。
106 J / m3 的烧结钕铁硼永磁体，创造出迄今为止烧 2011 年 6 ～ 8 月全国稀土材料的价格动荡就是一个
结钕铁硼永磁材料磁能积的最高纪录。
很好的例子。
1． 2 永磁电机的发展简介
Application of Ｒare Earth Permanent Magnetic Materials for Permanent Magnet Machines
ZHENG Da-wei1，2 ，ZHU Ming-gang1 ，ZHENG Li-Yun1，2 ，LI Wei1
（1． Division of Functional Materials，Central Iron ＆ Steel Ｒesearch Institute，Beijing 100081，China；
稀土材料是一种重要的功能材料，广泛应用于 义。
国民经济和国防建设中。我国的稀土资源十分丰
1 永磁材料及永磁电机的发展简介
富，已探明的资源约占世界已探明的 80% ，不仅质
量高，而且品种齐全，为我国稀土永磁体产业和永磁 1． 1 永磁材料的发展
电机的发展提供了得天独厚的条件。
钕铁硼稀土永磁出现于 1983 年，短短的 30 年
众所周知，如果低镝或含铈的烧结钕铁硼磁体
和摸索。这里以永磁电机中常用的高牌号 42SH 磁
能够在需要较高的环境温度下工作的电机中得以应
体为 例。钢 铁 研 究 总 院 提 出 采 用 双 主 相 合 金 技 术［11］调控磁体中镝的含量，该技术首先制备两种名
进设备的不断出现，钕铁硼永磁体的最大磁能积不 伟
断被提升。
等
性能优异的永磁体在技术磁化至磁化饱和后，撤除 外磁场仍具有很强的磁性，并具有 N、S 两极性，可
1984 年，Sagawa 等［1］人首次采用传统粉末冶金 稀
工艺制备出最大磁能积（ BH） max 约 290
kJ / cm3
的磁
土 永
以用来替代传统电机中的电励磁，这种采用永久磁 铁作为励磁的电机称为永磁电机。
永 隙化，便于构成新型磁路。
加 Dy 的低矫顽力钕铁硼产品，稀土元素在成本中 占 12． 15 万元（ 纯 Nd） ；对于添加 Dy 的产品，Dy 占
磁
材 料在永 磁
2
永磁材料在电机应用中存在的问题
随着 NdFeB 永磁材料的迅速发展，永磁材料在
电 电机领域已开始普及，电机领域也出现了新的变革，
成本 12． 5 万元。我们发现，添加 Dy 元素的成本居 然比占质量分数为 30% 的 Nd 的成本还要高，如果 能在保证矫顽力要求的情况下降低 Dy 的含量，其 磁体的成本必然大大降低；同时如果在满足磁性能
2． 1
钕铁硼磁体价格偏高
通过低镝调控技术和含铈磁体的开发有望能较
82
近年来随着稀土原材料的价格不断上涨，直接 好地满足使用温度较高的电机的要求，并且同传统
T 2015 年第 43 卷第 4 期
综 echnical
述 review
烧结钕铁硼磁体相比，将能够显著降低永磁电机的
的价格猛增的形势下，低镝调控技术的提出，Dy 的
the performance of permanent magnet machines，which not only greatly reduces the cost of the motor，but also improves the
corrosion resistance． There will be a huge application prospect in the future development of the permanent magnet motors．
成本。
添加量的减少，大大降低了稀土永磁体的成本，同时
3． 1 低镝磁体在永磁电机中的应用
有效地解决了稀土资源均衡利用的问题，具有十分
由于长期以来 Dy 的价格始终居高不下，使得 重要的经济和社会意义。
磁体的价格持续偏高，为此，近年来众多的科研单位 3． 2 铈磁体在永磁电机中的应用
和生产厂家在降镝的研发工作中做出了大量的尝试
机 中
NdFeB 永磁电机时代已经到来。为此，磁学界和电
的应用
机界众多科研工作者都进行了大量的探索工作。虽 然我国的 NdFeB 电机开发的较多，但实际投产却低
于预期，由此暴露出的一些问题总结如下［8 － 9］。
的前提下能用价格更为低廉的铈（ Ce） 替代部分的 Nd，同样可以大大地较低成本。此技术一旦时机成 熟，必将对稀土永磁材料在永磁电机中的应用产生 巨大的推动力。
体提供励磁场的永磁式电机诞生。其所用的材料是
条件下（ 有的高达 250℃ ） ，则对电机行业来说将会
四氧化三铁，磁能密度不高，故电机体积很大，运行 是一场革命。为此，国内钕铁硼永磁科研和生产单
效率和稳定性很低。
位多采用添加元素（ 如 Cu，Co，Dy，Tb 等） 的办法来
第二阶段：19 世纪 60 年代至 80 年代，第三代 2∶
人对制备工艺实行优化，成功地将烧结 NdFeB 永磁 81
T综 述
echnical review
2015 年第 43 卷第 4 期
材料的最大磁能积提高到 460
kJ / cm3 ，磁体的取向
对钕铁硼永磁体产生了影响，用于永磁电机的高矫
度达到 98． 5% ，主相的体积分数约为 97． 8% 。一年后， 顽力含镝钕铁硼磁体更是不可避免地大大增加了成
处理的成本是 NdFeB 永磁价格偏高的另一个重要
大地降低了其成本，国内外的永磁和电机领域顿时 原因。因此，无论从电机性能要求着眼，还是从降低
纷纷陷入研究开发的狂热之中。
NdFeB 生产成本出发，都必须彻底解决 NdFeB 永磁
1． 3 稀土永磁电机的特点
的防氧化耐腐蚀性问题。
稀土永磁电机是一种同步电机，但它不需要普
chines was briefly described． The problems of rare earth permanent magnets in the application of permanent magnet motors
were discussed． The low － dysprosium magnets and cerium magnets were mainly discussed． These magnets can guarantee
பைடு நூலகம்
2． Hebei University of Engineering，Handan 056038，China）