稀土永磁电机发展综述 

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引言

    电机是以磁场为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。为在电机内建立进行机电
能量转换所必需的气隙磁场，可以有两种方法。一种是在电机绕组内通电流产生，既需要
有专门的绕组和相应的装置，又需要不断供给能量以维持电流流动，例如普通的直流电
机和同步电机；另一种是由永磁体来产生磁场，既可简化电机结构，又可节约能量，这

 

就是永磁电机。

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永磁电机的发展概况

    永磁电机的发展同永磁材料的发展密切相关。我国是世界上最早发现永磁材料的磁特性
并把它应用于实践的国家，两千多年前，我国利用永磁材料的磁特性制成了指南针，在

 

航海、军事等领域发挥了巨大的作用，成为我国古代四大发明之一。

    19 世纪 20 年代出现的世界上第一台电机就是由永磁体产生励磁磁场的永磁电机。但当
时所用的永磁材料是天然磁铁矿石（Fe3O4），磁能密度很低，用它制成的电机体积庞

 

大，不久被电励磁电机所取代。

    随着各种电机迅速发展的需要和电流充磁器的发明，人们对永磁材料的机理、构成和制
造技术进行了深入研究，相继发现了碳钢、钨钢（最大磁能积约 2.7 kJ/m3）、钴钢（最大
磁能积约 7.2 kJ/m3）等多种永磁材料。特别是 20 世纪 30 年代出现的铝镍钴永磁（最大磁
能积可达 85 kJ/m3）和 50 年代出现的铁氧体永磁（最大磁能积现可达 40 kJ/m3），磁性
能有了很大提高，各种微型和小型电机又纷纷使用永磁体励磁。永磁电机的功率小至数毫
瓦，大至几十千瓦，在军事、工农业生产和日常生活中得到广泛应用，产量急剧增加。相
应地，这段时期在永磁电机的设计理论、计算方法、充磁和制造技术等方面也都取得了突

 

破性进展，形成了以永磁体工作图图解法为代表的一套分析研究方法。

    但是，铝镍钴永磁的矫顽力偏低（36～160 kA/m），铁氧体永磁的剩磁密度不高（0.2
～0.44 T），限制了它们在电机中的应用范围。一直到 20 世纪 60 年代和 80 年代，稀土钴
永磁和钕铁硼永磁（二者统称稀土永磁）相继问世，它们的高剩磁密度、高矫顽力、高磁
能积和线性退磁曲线的优异磁性能特别适合于制造电机，从而使永磁电机的发展进入一

 

个新的历史时期。

    稀土永磁材料的发展大致分为三个阶段。1967 年美国 K.J.Strnat 教授发现的钐钴永磁为
第一代稀土永磁，其化学式可表示成 RCo5，简称 1:5 型稀土永磁，产品的最大磁能积超
过 199 kJ/m3(25MG·Oe)。1973 年又出现了磁性能更好的第二代稀土永磁，其化学式为
R2Co17，，简称 2:17 型稀土永磁，产品的最大磁能积达到 258.6 kJ/m3(32. 5MG·Oe)。1983
年日本住友特种金属公司和美国通用汽车公司各自研制成功钕铁硼（NdFeB）永磁，称
为第三代稀土永磁。由于钕铁硼永磁的磁性能高于其他永磁材料，价格又低于稀土钴永磁

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材料，在稀土矿中钕的含量是钐的十几倍，而且不含战略物质

钴，因而引起了国内

外磁学界和电机界的极大关注，纷纷投入大量人力物力进行研究开发。目前正在研究新的

 

更高性能的永磁材料，如钐铁氮永磁、纳米复合稀土永磁等，希望能有新的更大的突破。