Почему спеченные магниты NdFeB являются основой автомобильных двигателей на новой энергии?

В глобальной волне автомобильной электрификации производительность двигателей транспортных средств на новых источниках энергии (NEV) напрямую определяет опыт вождения, запас хода и энергоэффективность. За эффективной работой этих «силовых сердечников» стоит критически важный материал — спеченные магниты NdFeB, известные как «король постоянных магнитов». Их уникальные свойства делают их незаменимыми в двигателях NEV, становясь невидимой основой революции в области зеленого транспорта.

Какие магнитные свойства делают спеченные магниты NdFeB незаменимыми для высокоэффективных двигателей?

Основное преимущество спеченных магнитов NdFeB связано с их исключительными магнитными свойствами, которые составляют основу высокопроизводительных двигателей NEV. Состоящие в основном из неодима (25-35%), железа (65-75%) и бора (около 1%), их уникальная тетрагональная кристаллическая структура наделяет их магнитными способностями, которые намного превосходят традиционные материалы.

Их превосходство определяют три ключевых показателя: высокая остаточная намагниченность (Br), высокая коэрцитивная сила (Hcj) и высокое максимальное энергетическое произведение ((BH) max). Их остаточная намагниченность может достигать 1,3-1,4 Тесла (Тл), что значительно превышает ферритовые магниты (около 0,4 Тл), что напрямую определяет напряженность магнитного поля, доступную для работы двигателя. Максимальный энергетический продукт, всеобъемлющий показатель магнитной емкости, имеет революционные 50 MGOe (мегагаусс) в высококачественных продуктах, что более чем в 10 раз больше, чем у ферритовых магнитов, и значительно выше, чем у самарий-кобальтовых альтернатив. Это означает, что двигатели могут выдавать большую мощность без увеличения объема.

Между тем, их коэрцитивная сила может превышать 1990 кА/м для марок со сверхвысокой коэрцитивностью, а при тяжелом легировании редкоземельными элементами (диспрозий, тербий) доступны марки с коэрцитивной силой более 2600 кА/м, что позволяет им выдерживать температуры до 200°C и выше. Это идеально адаптируется к высокотемпературной среде внутри двигателей NEV и позволяет избежать сбоев при размагничивании. Эти свойства напрямую приводят к ощутимой производительности: синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM), использующие спеченный NdFeB, имеют эффективность, превышающую 95%, при этом каждый 1% увеличения увеличивает диапазон NEV примерно на 2%-3%, что эффективно снижает «беспокойство пользователей о дальности действия».

Как спеченные магниты NdFeB позволяют создавать компактные и легкие двигатели NEV?

Ограничения по пространству и весу являются основными проблемами при производстве NEV, а спеченные магниты NdFeB обеспечивают оптимальное решение благодаря превосходному соотношению прочности и веса. Их высокая магнитная плотность позволяет инженерам проектировать меньшие по размеру и более легкие двигатели, что имеет решающее значение для максимального увеличения места для установки аккумулятора и комфорта в салоне.

Высокая максимальная энергия спеченного NdFeB является ключом к миниатюризации: при тех же требованиях к выходной мощности объем магнита может быть значительно уменьшен по сравнению с другими материалами. Это позволяет приводным двигателям NEV достигать плотности мощности более 5 кВт на килограмм — уровня, которого трудно достичь традиционным магнитным материалам. На практике это означает, что двигатели, использующие спеченный NdFeB, могут уменьшить объем на 30% и вес на 20% по сравнению с обычными двигателями аналогичной мощности. Типичный электромобиль потребляет около 2–5 кг спеченных магнитов NdFeB только для своего приводного двигателя — эти компактные компоненты обеспечивают мощный крутящий момент, необходимый для плавного ускорения, одновременно освобождая ценное пространство для других важных компонентов.

Какие технологии помогают спеченным магнитам NdFeB выдерживать суровые условия эксплуатации двигателя?

Двигатели NEV работают в экстремальных условиях: высокие температуры при непрерывной работе, вибрация во время движения, воздействие влаги или охлаждающих жидкостей. Надежная адаптация к окружающей среде спеченных магнитов NdFeB, улучшенная целевыми технологиями, обеспечивает долгосрочную стабильную работу двигателя.

Термостойкость достигается за счет передовых процессов, таких как диффузия по границам зерен. Эта технология наносит следы тяжелых редкоземельных элементов на границы зерен магнита, значительно улучшая коэрцитивную силу и одновременно сокращая использование тяжелых редкоземельных элементов за счет повышения степени использования до 85%, обеспечивая баланс между производительностью и стоимостью. Передовые разработки даже увеличили максимальную рабочую температуру до более чем 280°C, преодолев традиционные ограничения. Для борьбы с коррозией необходима обработка поверхности после спекания, такая как никелирование, цинкование или алюминиевое покрытие, а также эпоксидное покрытие. Передовые процессы, такие как магнетронное распыление в сочетании с химическим покрытием, могут повысить коррозионную стойкость более чем на 120%, одновременно снижая воздействие на окружающую среду. Кроме того, строгий контроль производства, такой как поддержание содержания кислорода ниже 800 частей на миллион, еще больше повышает стабильность материала в суровых условиях.

Как стрела NEV взаимодействует с инновационными спеченными магнитами NdFeB?

Рост числа NEV вызвал взрывной спрос на спеченные магниты NdFeB, а технологические достижения в области магнитов ускорили электрификацию автомобилей — симбиотические отношения, формирующие обе отрасли. По мере роста внедрения NEV спрос на высокопроизводительные магниты продолжает расти, при этом прогнозируется, что только сектор NEV в Китае приведет к увеличению потребления спеченного NdFeB до 68 000 тонн к 2030 году, что удвоит уровень 2024 года.

Этот спрос стимулировал постоянные инновации. Исследователи разрабатывают технологии диффузии многокомпонентных сплавов, чтобы одновременно улучшить коэрцитивность и максимальный энергетический продукт, преодолевая традиционный компромисс между этими двумя ключевыми показателями. Усилия по снижению сильной зависимости от редкоземельных элементов, например, с помощью новых составов сплавов и методов диффузии, решают проблемы как затрат, так и цепочки поставок. Помимо приводных двигателей, эти магниты находят широкое применение во вспомогательных системах NEV, таких как электроусилитель руля (EPS) и компрессоры кондиционеров, образуя комплексную систему поддержки материалов.

Как отмечают специалисты в области материаловедения, спеченный магнит NdFeB Они решают три основных противоречия двигателей NEV — эффективность, размер и надежность. Без этого материального прорыва нынешние темпы электрификации были бы значительно медленнее. Для потребителей каждое плавное ускорение и пройденная дополнительная миля обязаны этому «магнитному сердечнику», бесшумно работающему под капотом.