【独家】都有为教授分享稀土永磁在电机中的应用与未来

曾任中国物理学会磁学专业委员会副主任、中国电子学会应用磁学专业委员会委员、中国电子学会会士、中国仪表材料学会副理事长等职。都教授长期从事磁学和磁性材料的教学和研究工作，开展了磁性、磁输运性质与材料组成、微结构关系的研究。

磁性材料是一类重要的基础功能材料，是现代化社会的奠基石。自18世纪以热能为主导的第一次产业革命开始，19世纪以电能为主的第二次产业革命，人类进入到电气化的时代。电动机、发电机、电灯、电话等应运而生，成为磁性材料主要应用领域。20世纪人类进入到信息化时代，磁带、磁盘等离不开磁性材料。21世纪的第四次产业革命主要以纳米科技为主导，其中纳米磁性材料以及自旋电子学 (磁传感器，自旋芯片）为新颖的磁性材料与器件。

根据磁性材料的磁特性，它可以被划分为两大类：

一：

以磁滞回线为主要特性表征的磁性材料：如永磁，软磁，矩磁，磁记录材料；

二：

以交叉效应为基础的磁性材料：如磁致收缩材料，磁光材料，旋磁材料，磁制冷材料,多铁性材料,超(构)材料与器件，自旋电子学材料与器件等。

NdFeB稀土永磁的最高性能，目前国内主要开展:

*采用双合金工艺；降低重稀土元素Dy,Tb

*以丰度高、价廉的稀土元素取代Nd如La,Ce,Y 等元素，如（Ce,Nd)FeB/NdFeB 双主相稀土复合永磁体Ce含量达稀土总量的20-30%，其磁能积可达 40MGOe；Hc 达12kOe。

Ce-Nd稀土永磁合金复合材料：

北京钢研院，物理所，双主相法制备的丰稀土元素Ce-Nd合金永磁复合材料。磁能积40 MGOe 左右。

永磁电机 VS 软磁芯感应电机：

稀土不稀，不少国家都具有稀土矿，日本报道大洋底也有稀土，但难以开产。据2012年国家统计，我国的稀土储量占了世界的23%。主要产地北方包头的白云鄂博富輕稀土的稀土矿，南方赣州的富重稀土的稀土矿，此外还有山东、四川、广西等地。目前我国稀土的生产量是世界第一。

2022年报道土耳其发现6.94亿吨巨大的稀土矿，为已探明全球稀土总量的5.7倍，中国稀土储量的15倍。足以全球使用1000年。中国与美国是目前提炼、分离、纯化稀土原料最强的国家。

图 ｜主要的软磁材料

图 ｜各类软磁材料的性能对比

非晶态合金的特点是：低损耗

非晶材料不具有长程有序。因此磁晶各向异性能低，矫顽力低，力学强度高，韧性高，耐腐蚀性强等优点。电阻率比同类晶态合金高，高磁感应强度的铁基非晶合金的铁损仅为取向硅钢片的1/3～1/4。因此采用非晶材料的配电变压器可以显著的节能，空载损耗比常规硅钢变压器下降75%。

软磁复合材料：SMC

磁性材料对电机应用的重要性不言而喻，使用正确的、先进的磁性材料可以让电机传输磁通更快，消耗更少的能量，同时电机结构也会变的更紧凑。

回顾与期待：

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图 ｜都教授在2021CWIEME展现场演讲