Моторная революция: как редкоземельные материалы для постоянных магнитов меняют будущее высокой эффективности и экономии энергии

Как основное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую энергию, двигатели служат силой современных промышленных систем. От бытовых приборов до тяжелой техники, от транспортных транспортных средств до промышленных производственных линий, они управляют мировой экономикой. Традиционные двигатели в основном используют принципы электромагнитной индукции, где ток генерирует магнитные поля в обмотках для вращения роторов. Тем не менее, эти двигатели демонстрируют значительные ограничения энергоэффективности-их операция зависит от непрерывного возбуждения тока, при этом потери намотки ротора составляют 20-30% от общей потери энергии, что затрудняет прорыв с помощью узких мест эффективности.

Данные исследований показывают, что моторные системы составляют 45% -50% глобальной выработки электроэнергии. В Китае только промышленные двигатели потребляют до 60% от общего годового использования электроэнергии страны. Ситуация особенно ужасна: из -за ограничений проектирования и материальных ограничений многие двигатели работают неэффективно в течение длительных периодов. Статистика показывает, что приблизительно 46,3%двигателей имеют скорость нагрузки ниже 50%, а общая эффективность системы обычно менее 40%. Эти ошеломляющие энергетические отходы подчеркивают неотложную потребность в материальных инновациях и технологических обновлениях.

Основной прорыв моторов постоянных магнитов заключается в замене текущего возбуждения постоянными магнитами, которые полностью устраняют потери меди из ротора и достигают качественного скачка в моторной эффективности. Среди различных постоянных магнитных материалов постоянные магниты редкоземелью стали «материалом души» для высококачественных высокоэффективных двигателей из-за их выдающихся магнитных свойств. Включение этих материалов не только значительно повышает эффективность двигателя при полной нагрузке, но и поддерживает превосходные показатели производительности мощности (продукт эффективности и коэффициента мощности) в условиях частичной нагрузки.

Глобальный рынок постоянных магнитов редкоземелью испытывает беспрецедентный быстрый рост. Согласно статистике Qyr, продажи мирового рынка достигли 12,52 млрд. Долл. США в 2024 году и, по прогнозам, увеличатся до 24,95 млрд. Долл. США к 2031 году. В специализированной области моторных материалов с постоянными магнитами, рост остается устойчивым, а продажи, как ожидается, достигнут 206,28 млрд. Юаней, к 2031 году, достигая составного годового роста (CAGR) в размере 7,5%.

Применение материалов для постоянного магнита редкоземелью в двигателях полностью реконструировало границу эффективности и предел плотности мощности двигателей. Его основное значение отражается в трех аспектах:

1. Революционное повышение эффективности

Синхронные двигатели с редкоземельными синхронными магнитами достигают в среднем на 5% -8% повышения эффективности по сравнению с традиционными индукционными двигателями в условиях полной нагрузки. Специализированные модели (например, двигатели насоса нефтяного поля) могут даже снизить потребление энергии на 15%-20%. Это преимущество связано с устранением потерь обмотки ротора-критический фактор: приблизительно 20-30% от общих потерь в индукционных двигателях происходят из тока ротора. Постоянные магнитные двигатели в корне решают эту проблему, используя постоянные магниты для обеспечения стабильного магнитного поля.

2. Значительная оптимизация объема и веса

Исключительный продукт магнитной энергии неодимского железа бора (NDFEB) позволяет двигателям достигать значительно меньших размеров при обеспечении эквивалентной выходной мощности. Недавние тематические исследования показывают, что постоянные магнитные приводные единицы могут уменьшить свой объем на 50% при увеличении крутящего момента на 30%. Эта характеристика оказалась особенно важной в применении электромобилей и аэрокосмической промышленности. Основным примером является бесщеточный двигатель Франции 100 кВт для авиации - весом всего 28 кг, но в три раза превышает плотность мощности обычных двигателей.

3. Абсолютное преимущество производительности легкой нагрузки

В практических приложениях большинство двигателей работают в условиях частичной нагрузки. Исследования показывают, что только 18,1% двигателей работают более чем на 75%, при этом почти половина работает ниже 50%. Традиционные индукционные двигатели испытывают значительную эффективность и падения коэффициента мощности во время легких нагрузок, тогда как постоянные магнитные двигатели демонстрируют исключительную производительность: при нагрузке с рейтингом 22%, их соотношение эффективности мощности (эффективность × коэффициент мощности) остается до 80% по сравнению с 30% для индукционных двигателей при 25% нагрузке. Этот широкий экономический диапазон эксплуатации делает постоянные магнитные двигатели неотъемлемым выбором для приложений с переменной нагрузкой, таких как кондиционеры с переменной частотой и машины с ЧПУ.

Основные материалы для перманентных магнитов редкоземелью и технические тенденции

1. Сравнение результатов трех категорий материалов NDFEB В настоящее время, материалы для постоянных редкоземельных веществ, используемые в двигателях, в основном делятся на три категории, каждая из которых с его конкретными применениями: спеченным NDFEB: основной выбор, составляющий более 90% производства. Изготовленная с помощью порошковой металлургии, он предлагает оптимальные магнитные характеристики с максимальным энергетическим продуктом, превышающим 50 мГО, широко применяется в новых двигателях привода и ветряных турбинах. Тем не менее, его недостатки включают высокую хрупкость и низкую скорость доходности при обработке сложных форм. Связанный NDFEB: составляет менее 10%. Смешанный с эпоксидной смолой и прижатой к форме, она превосходна в формировании сложных структур (таких как тонкостенные кольца) и достигая высокой точности, хотя его магнитные характеристики составляют только 60-70% спеченного материала. В основном используется в жестких дисках и небольших шаговых двигателях. Горячая отдача NDFEB: требует высоких технических барьеров и ограниченного производства. Благодаря процессам горячих деформации для получения высоко ориентированных нанокристаллических структур, он соответствует магнитным характеристикам спеченных материалов, обеспечивая при этом лучшую коррозионную стойкость. В настоящее время в основном используется в автомобильных моторах EPS, он достигает высокой коэрцитивности, не требуя тяжелых приложений для диспрозий с редкоземелью, что делает его стратегическим материалом для рынков премиум -класса.

2. Двойные драйверы технологической эволюции Текущее технологическое развитие фокусируется на двух ключевых направлениях: инновации на стороне ресурса: в июле 2025 года Китай обнаружил новый редкоземельный минерал под названием «неодим-желтая руда реки» в месторождении баянского OBO, характеризующемся высоким неодимским обогащением. Это открытие может повысить эффективность экстракции неодима и уменьшить давление поставок на критические ресурсы для новой индустрии энергетических транспортных средств. Между тем, достижения в области переработки технологий ускорили процесс восстановления магнитов из железа из неодимского железа из отходов, достигнув 95% скорости восстановления редкоземельных элементов и постепенно создавая систему ресурсов с замкнутым контуром.

Революция моторного дизайна: совместные инновации между материалами и моторными системами становится тенденцией. В качестве примера эта технология управления вектором с замкнутым вектором, разработанная Baizheng Chuangyuan, в сочетании с характеристиками постоянных двигателей магнитов достигла «четырехслойной защиты» для подземных железнодорожных автомобилей, включая прорывы, такие как полное регулирование скорости в полном диапазоне и 100% реконструкция рефлектуального рефлексии. Кроме того, тяжелая редкоземельная технология состава снижает использование диспрозиума и тербия посредством процесса диффузии границ зерна, сохраняя высокую коэрцитивность, одновременно снижая затраты. Эта технология производилась массой множеством ведущих предприятий.

Сценарии применения: от зеленой энергии до интеллектуального оборудования

1. Новые энергетические транспортные средства: основное поле боя для моторов привода в качестве «сердца» электромобилей, двигатели приводятся крайне строгими требованиями к производительности. Высокопроизводительные магниты из неодимского железа (NDFEB) могут повысить плотность и эффективность крутящего момента, непосредственно расширяя диапазон вождения. В настоящее время новый сектор энергетических транспортных средств составляет почти 12%* глобального спроса на высокоэффективные магниты NDFEB, причем использование за транспортировку продолжает расти. Принимая основную модель 3 в качестве примера, ее постоянный синхронный двигатель магнитов использует приблизительно 4 килограмма блоков NDFEB. Между тем, в Haibin в Byd используется электрическая система привода из восьми в одном, которая дополнительно оптимизирует конструкцию магнитной цепи, достигая 15% улучшения использования магнитного материала.

2. Выработка ветровой энергии: «закулисный водитель» чистой энергии постоянного привода ветряных турбин с прямым приводом, устраняющие требования коробки передач, используя прямое взаимодействие между магнитами ротора и катушками статора для выработки электроэнергии. Эта конструкция уменьшает точки механического отказа и повышает надежность морских систем ветроэнергетики. Один турбина с прямым приводом 6 МВт потребляет около 1,2 тонны неодимийского железного бора (NDFEB), в то время как к 2030 году глобальная установленная мощность ветра превысит 2000 ГВт, что привело к устойчивому спросу на высококлассные магнитные материалы.

3. Экономия промышленной энергии: инструмент трансформации для высокоэнергетических отраслей промышленности редкоземельных перманентных магнитных переменных частотных двигателей демонстрирует значительный потенциал экономии энергии для систем переменной нагрузки, таких как насосы и вентиляторы. Национальный обязательный стандартный стандартный GB18613-2020 устанавливает IE3 в качестве минимального порога энергоэффективности, приводящего предприятия для выхода из неэффективных двигателей.

4. Новые сценарии применения: робототехника, высококлассное оборудование и инновации в горнодобывании.

В июле 2025 года в Китае выпуск автомобилей с постоянными магнитами редкоземельной земли отметил революцию в сфере добычи полезных ископаемых. Эти транспортные средства оснащены моторами постоянного магнита без технического обслуживания с сроком службы в 100 000 часов, что снижает затраты на техническое обслуживание на 50%, одновременно обеспечивая в 2,5 раза больше крутящего момента при стартапе-эффективно решает вызов тяжелого подъема в гору в подземных шахтах. Кроме того, появляющиеся поля, такие как гуманоидные микромоторные моторы и точные линейные двигатели для полупроводникового оборудования, все полагаются на миниатюризацию и высокие характеристики неодимию железного бора (NDFEB).

Интеграция материалов с постоянными магнитами редкоземелью с помощью моторных технологий превзошла простые обновления компонентов, став ключевой силой, стимулирующей глобальную промышленную экологическую трансформацию. От питания всплеска новых энергетических транспортных средств до обеспечения стабильной продукции в ветряных турбинах; От включения тяжелых горных грузовиков завоевать крутые склоны до обеспечения ловких роботизированных суставов. Согласно глобальному консенсусу целей «двойного углерода», двигатели с редкоземельными перманентными магнитами будут продолжать расширять свои границы применения, изменяя каждый динамический момент от производства энергии до потребления промышленного.