稀土原材料

（稀土礦山現(xiàn)場(chǎng)）

稀土是磁性材料的原料之一，主要是稀土鈷永磁材料和釹鐵硼永磁材料。前者是稀土元素鈰、鐠、鑭、釹等和鈷形成的金屬間化合物，其磁能積可達(dá)碳鋼的150倍、鋁鎳鈷永磁材料的3～5倍 ，永磁鐵氧體的8～10倍，溫度系數(shù)低，磁性穩(wěn)定，矯頑力高達(dá)800千安／米。主要用于低速轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)、傳感器、磁推軸承等的磁系統(tǒng)。

（含有稀土元素的永磁電機(jī)）

釹鐵硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矯頑力和最大磁能積比前者高，不易碎，有較好的機(jī)械性能，合金密度低，有利于磁性元件的輕型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性溫度系數(shù)較高，限制了它的應(yīng)用。

稀土元素的分類 

稀土一共包括17種元素，這17種元素在應(yīng)用之中各有各的不同之處，堪稱國(guó)之大器。

（元素周期表）

我國(guó)的稀土資源主要分為兩類，輕稀土型資源和離子型中重稀土資源，大體來(lái)說(shuō)呈現(xiàn)“北輕南重”的格局，“北輕”以鑭、鈰、鐠、釹為主，代表為內(nèi)蒙古，“南重”以鋱、鏑、鈥、鉺、釔為主，代表為江西。 

比如鐠，用于制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)

（稀土鐠礦石）

稀土元素的共性是：一、它們的原子結(jié)構(gòu)相似；二、離子半徑相近；三、它們?cè)谧匀唤缑芮泄采?/span>

（稀土礦石）

稀土元素的化學(xué)性質(zhì)相近，他們有時(shí)與鐵、鈷、鎳等生成共生礦物。在實(shí)際用途之中，很少情況下會(huì)專門去應(yīng)用稀土元素的化學(xué)性質(zhì)，大多都是應(yīng)用其差異較大的物理性質(zhì)，尤其是光譜學(xué)方面的性質(zhì)。

比如釹，用于電子硬件中的強(qiáng)磁鐵

（稀土釹礦石）

稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過(guò)渡金屬（如鈷、鐵等）組成的合金，用粉末冶金方法壓型燒結(jié)，經(jīng)磁場(chǎng)充磁后制得的一種磁性材料。 

稀土永磁分釤鈷（SmCo）永磁體和釹鐵硼（NdFeB）永磁體。其中SmCo磁體的磁能積在15--30MGOe之間，NdFeB系磁體的磁能積在27--50MGOe之間，被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。釤鈷永磁體，盡管其磁性能優(yōu)異，但含有儲(chǔ)量稀少的稀土金屬釤和稀缺、昂貴的戰(zhàn)略金屬鈷，因此，它的發(fā)展受到了很大的限制。我國(guó)稀土永磁行業(yè)的發(fā)展始于60年代末，當(dāng)時(shí)的主導(dǎo)產(chǎn)品是釤-鈷永磁，釤-鈷永磁體世界銷售量為630噸，我國(guó)為90.5噸（包括SmCo磁粉），主要用于軍工技術(shù)。

稀土(rare earth)有“工業(yè)維生素”的美稱。現(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數(shù)為57 到71 的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧（Sc） 和釔（Y）共17 種元素的氧化物。稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，稀土氧化物的價(jià)值將越來(lái)越大。 

磁性材料，通常所說(shuō)的磁性材料是指強(qiáng)磁性物質(zhì)，是古老而用途十分廣泛的功能材料，而物質(zhì)的磁性早在3000年以前就被人們所認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，例如中國(guó)古代用天然磁鐵作為指南針?，F(xiàn)代磁性材料已經(jīng)廣泛的用在我們的生活之中，例如將永磁材料用作馬達(dá)，應(yīng)用于變壓器中的鐵心材料，作為存儲(chǔ)器使用的磁光盤，計(jì)算機(jī)用磁記錄軟盤等。大比特資訊上說(shuō)，磁性材料與信息化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面緊密相關(guān)。而通常認(rèn)為，磁性材料是指由過(guò)度元素鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。磁性材料按磁化后去磁的難易可分為軟磁性材料和硬磁性材料。磁化后容易去掉磁性的物質(zhì)叫軟磁性材料，不容易去磁的物質(zhì)叫硬磁性材料。一般來(lái)講軟磁性材料剩磁較小，硬磁性材料剩磁較大。

稀土材料在永磁電機(jī)上的應(yīng)用

釤鈷材料：

高溫穩(wěn)定性磁性材料，工作溫度高（ 250～350℃ ）退磁風(fēng)險(xiǎn)低。

磁穩(wěn)定性強(qiáng)，效率保障（磁性下降0.03%/ ℃ ）

鐵含量低：14-17% （不易生銹）

它的穩(wěn)定性極佳，是航天航空和科研首選材料。

釹鐵硼材料：

常規(guī)溫度磁性材料，允許工作溫度低 （ 60～200℃ ），退磁風(fēng)極高

穩(wěn)定性差，退磁溫度低，失效風(fēng)險(xiǎn)高

磁穩(wěn)定性差，6倍差于于釤鈷（磁性下降0.19%/ ℃ ）

鐵含量高：63.95-68.65% （易生銹）

不超過(guò)退磁溫度時(shí)磁性下降，但磁性可恢復(fù)。磁性下降幅度：釤鈷 0.03%/ ℃，釹鐵硼0.13%/ ℃

一定溫度時(shí)急速下降，如釹鐵硼150 ℃時(shí)20分鐘完全退磁，且溫度越高下降越快。

稀土永磁電機(jī)的冷卻方式

風(fēng)冷冷卻：

冷卻效果差，冷卻效率差（失效風(fēng)險(xiǎn)高，風(fēng)冷本身效果差）

另外變頻時(shí)冷卻效果受轉(zhuǎn)速影響大（轉(zhuǎn)速越低，冷卻越差）

油冷冷卻：

更可靠，失效風(fēng)險(xiǎn)低，液態(tài)冷卻，換熱效率高，高效冷卻流道，冷卻更均勻。

（富達(dá)油冷永磁電機(jī)散熱圖）

稀土永磁變頻電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

永磁變頻電機(jī)與普通變頻電機(jī)相比，有著顯著的優(yōu)勢(shì)。

同樣都使用變頻器，但永磁變頻電機(jī)不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，可以顯著提高功率因數(shù)（可達(dá)到1，甚至容性），減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以減小風(fēng)扇（小容量電機(jī)甚至可以去掉風(fēng)扇）和相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，效率比同規(guī)格普通變頻電動(dòng)機(jī)可提高2～8個(gè)百分點(diǎn)。而且，永磁變頻電機(jī)采用的是稀土永磁材料，而普通變頻電機(jī)則是普通的三相異步電機(jī)，永磁變頻電動(dòng)機(jī)在25%～120%額定負(fù)載范圍內(nèi)均可保持較高的效率和功率因數(shù)，使輕載運(yùn)行時(shí)節(jié)能效果更為顯著，工作效率高，較同功率的普通變頻電機(jī)平均要高5%-7%，比普通變頻電機(jī)要節(jié)能省電。 

另外，永磁變頻電機(jī)會(huì)根據(jù)用戶端設(shè)備的變化，自動(dòng)調(diào)頻改變電機(jī)功率，很好地匹配電機(jī)輸出功率，無(wú)論是在輕載或過(guò)載的情況下其工作效率依然保持在高水平。 

目前生產(chǎn)的永磁變頻電機(jī)已應(yīng)用在油田、紡織化纖工業(yè)、陶瓷玻璃工業(yè)和運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)水泵、空壓機(jī)等領(lǐng)域。