1、磁性材料在汽車電子器件中的應用與市場分析【轉帖：浪沙淘金2010-05-2901:06只看樓主（-1）淘股論壇瀏覽/回復1210/3復制分享】收藏3推薦2加油券0/11汽車電子的發展對磁性材料的要求淘股吧通常地，對汽車用磁性材料的要求是各類電機對永磁材料的要求。永磁材料在電機中的應用非常廣泛，特別是在汽車永磁電機中的應用占總產量的比重較大（如發達國家50%左右鐵氧體永磁材料用于電機磁瓦，其中70%用于汽車電機），這主要是因為永磁電機比勵磁電機結構緊湊、體小量輕、效率高、工作可靠等。永磁體性能對永磁電機的性能、體積有很大的影響。用作永磁電機的磁體，一般要求有高的磁性能，從而產生較大的氣隙磁場；磁

2、性能穩定性好，溫度系數小；有較高的工作溫度，以防止高溫下退磁；有較好的機械性能和較低廉的價格。根據永磁電機的種類和結構不同，選擇永磁體時考慮的出發點也不同，汽車用永磁電機，一般從價格上考慮較多，故多選用鐵氧體磁體，高性能的稀土NdFeB磁體，由于其磁性能高，磁體的體積就相應地做得較小，隨著稀土永磁價格不斷下降，越來越多的汽車電機米用NdFeB稀土永磁材料。永磁體裝在電機上時，要與電機轉子或定子產生一定距離大小的氣隙（一般為0.51mm）。因此必然在氣隙兩側永磁體的表面上產生磁極，這種磁極在磁體內部產生一退磁場，其方向與原來磁化時的外磁場方向相反，而且氣隙越大，退磁場越強。這就是說永磁體是處于退

3、磁場作用下進行工作，而且就工作在退磁曲線的某一點上，所以希望永磁體在退磁場作用下仍能保持高的磁感應強度，即要求HCB要大，HCB越大表示抵抗退磁場作用能力越大。衡量永磁材料在電機中應用的關鍵因素是：剩磁（Br）、矯頑力（Hc）、磁能積（BH）m、退磁曲線形狀、磁體的溫度穩定性，尺寸、體積與重量、制造成本等。汽車永磁電機對永磁材料的一般要求：1、高的HCB,才能保證電機輸出所需的磁動勢，使電機工作點靠近最大磁能積,充分利用磁鋼的能力;2、高的Br,才能確保電機有較高的轉速、大的輸出扭矩和大功率;3、高的HCJ,可保證電機較強的過載、退磁及抗老化、抗低溫能力;4、高(BH)m,(BH)m越高，表示

4、永磁體在電機中實際運行的工作系數越好;5、磁通量中越大越好，這將極大地提高電機的工作效率;隨著汽車電機向輕量、小型、高效率化發展，要求磁體厚度越來越薄，為保證磁性能的穩定性和電機輸出功率、電壓的穩定I1生，對HCB和HCJ要求更高。表1汽車各部位的最高溫度汽車部位最高溫度蓋板下一一發動機150C底盤外部儀表板140C85C121C內部儀表板(頂部)113C儀表板(其它部位)85C底面85C尾部面板107C85C根據電機在汽車上不同的位置、結構和作用，對永磁材料的要求也各不相同。比如汽車各部分溫度不同，對所用材料的耐熱要求也不同，耐熱標準一般是指不可逆退磁小于3%。這樣就要求材料有高的內稟矯頑力

5、。這是由于磁性元器件關系到汽車正常運轉和各功能的實施。因此耐熱性是防止交通事故，確保人員和財產安全的重要指標之一。表1列出了汽車各部位的最高溫度。由于永磁鐵氧體原材料豐富、價格低廉、居里溫度高、溫度系數小及耐腐蝕性好，適于工作環境較惡劣的汽車電機應用。故目前或將來較長一段時間內，電機中永磁鐵氧體仍占較大比例。尤其是永磁鐵氧體材料性能近年來不斷提高，能更好地滿足汽車電機發展的需要。今后的趨勢是：中低檔鐵氧體將被高檔永磁鐵氧體取代，需要小型化、高性能化永磁電機將不斷增多，其所用磁性材料隨著鉉鐵硼材料價格的下降而被越來越多地使用，對NdFeB的要求是其抗蝕性和耐熱性要好。現對幾種主要電機對鐵氧體的要

6、求作一簡單分析。-啟動電機由于啟動電機安裝在發動機上，必須面對嚴峻的工作環境，如高溫、低溫、塵埃或鹽水，只有鐵氧體材料能完全適用，因此現在啟動電機95%左右批量采用瓦形永磁鐵氧體。根據啟動電機電磁轉矩公式（M=cm（j）Ia）要使電磁轉矩大，就要磁體有高的（BH）max和Br值。另外，由于磁體受溫度變化影響，因此要求其磁通不可逆損失v5%（有的廠家要求3%），因此又要求磁體有高的HCJ值。現在啟動電機用鐵氧體磁性能Br值一般在380mT以上，HCJ至少為358kA/m。隨著整車廠對啟動電機特性要求的提高以及對啟動電機體積和質量的減小，已有一些電機制造商采用Br為430mT和HCJ為395kA/

7、m的永磁鐵氧體磁瓦。-雨刮器電機雨刮器電機對磁性能HCJ取值要求雖無啟動電機高，但也要求做低溫沖擊退磁試驗，多數用戶要求磁通變化小于5%,也有些用戶要求小于3%,將來雨刮器電機的體積與質量比現在要縮小20%左右，因此Br值達450mT的磁體即將用在雨刮器電機上。-燃油泵電機由于燃油泵是連續較平穩地運行的，又整體浸在汽(柴)油中，工作溫度穩定，故對HCJ要求比上述兩種低些。但燃油泵體積很小，要求高的磁通量，故對Br和(BH)max值要求高些。現在大批量用一般Br要求達到420mT,(BH)max要求達到33kJ/m3。又由于燃油泵電機整體安裝在油箱中，故對磁瓦外觀與清潔度有嚴格要求，不允許有紅粉

8、、掉角、碎片出現。已有公司采用Br達460mT的磁瓦，用于燃油泵電機，進一步減小體積。隨著汽車電子技術進步，汽車中的電子控制系統、音響系統、影像系統等所用的軟磁材料也越來越多。這些設備對軟磁材料及元器件總的要求是高磁導率、高飽和磁通密度、高頻下低損耗、高輸出功率、高溫工作穩定性等，在汽車導航、雷達識別及全球定位系統中應該重點關注軟磁器件的抗電磁干擾特性，選擇使用高性能和高可靠性的EMI(EMC)材料。由于汽車部件通常有兩萬之多，而其中磁性部件也有多達數千個，本文不對它們的要求作具體分析。另外，隨著汽車電子的快速發展，將來汽車中新的電子器件配置，對磁性材料及器件的新應用又有新的要求。2永磁材料在

9、汽車電子器件中的應用當今每輛汽車中已有4070處用到永磁材料，大多數用于電機、執行器和傳感器。以汽車電機為例，目前每輛汽車平均使用的永磁電機就超過30只。采用永磁材料的永磁電機可幫汽車實現電子功率控制、剎車控制、駕駛操作等功能。未來的控制功能一般都需要使用永磁材料及永磁電機，汽車上的主驅動將更多地利用計算機控制，這些特點要求增加很多小的電動機，以利用各種不同的控制功能，如燃料或節流控制等。高性能永磁沒有激磁損耗，不發熱。在電機設計中增加了更多的靈活性，改變常規設計，包括圓盤式電機和外轉子型電機的設計，由于其慣性小、電抗低，可達到更好的動態特性和高速度能力，完全滿足現代汽車對發動機高功率與電子系

10、統高可靠的要求。永磁材料的不斷發展又給汽車電機工業帶來了福音。隨著汽車永磁電機向小型化、輕量化、高效率化的不斷發展，以NdFeB,特別是粘結NdFeB永磁材料為代表的高性能稀土永磁材料由于價格不斷下降逐漸取代部份傳統的鐵氧體永磁電機，如用于啟動電機、發電機、自動剎車，以及油泵電機、空調電機等，今后將廣泛用于操縱系統。通用汽車公司自80年代末即開始采用NdFeB粘結磁體于一些車型的啟動電機，在等同的輸出力矩下，用NdFeB的啟動電機重量減輕一半，體積縮小1/3,效率提高。目前汽車中永磁材料，主要用于電機、執行器和傳感器。以電機為例，中低檔轎車要用至V30多臺，豪華轎車使用70多臺，有的甚至多達1

11、00多臺。現在汽車上用的永磁材料一般有永磁鐵氧體、NdFeB永磁、SmCo永磁和AlNiCo永磁。下面分析介紹其主要應用。2.1永磁鐵氧體的典型應用啟動電機、刮水器電機、發動機冷卻風扇電機、調壓式刮水器臂用電機、座椅自動調節用電機、空調器電機、轉向聯動用霧燈電機、前照燈矯正裝置用電機、電動速度表用電機、電動轉向無刷電機、電動水泵、電動油泵、電子空調器、揚聲器、傳感器（位置、速度、壓力等）等汽車部件，均需用到永磁鐵氧體。具體應用情況見表2（詳見磁性材料與應用產業資訊2005年11期）。NdFeB永磁體的主要應用混合電動汽車用NdFeB永磁無刷直流電機近年來，由于世界范圍內資源、環境問題日益突出，

12、石油價格猛漲，各國都在加緊實施電動汽車的研發計劃，混合動力車（HEV）和燃料電池車（FCEV）成為新的熱點。混合動力電動汽車同時擁有電機驅動和發動機驅動系統，這種油和電混合使用的新型交通工具將受到人們青睞。稀土永磁無刷直流電機是其核心部件，這是實現各種工作模式的關鍵，直接影響電動汽車的性能。該無刷電機基本構成與普通無刷電機一樣，主要由永磁電機本體、功率電子換向器和轉子位置傳感器等組成，主要特點是軸向厚度尺寸小、重量輕、輸出功率大、效率高，集電動、發電及制動功能于一體，并能頻繁地進行電動和發電可逆工作。發電裝置隨著農村經濟的發展，我國農用運輸車的產量不斷增加，年產300萬輛以上。目前小型農用車所

13、采用的發電機主要是永磁交流發電機，存在低速時照明效果差的問題，從而容易造成這種車夜間行駛或路況差轉向時易發生交通事故，并且不能直接給車輛駕駛棚的刮雨器、暖風機等提供直流電源。因此稀土永磁發電裝置應運而生，其電壓輸出穩定，成本低，性能可靠。該裝置包括電子穩壓器、發電機殼蓋、定子（由鐵心、線圈構成）以及轉子（由軸、鐵心和NdFeB永磁體構成）。這種將發電機與電子穩壓器設計為一體并采用高性能稀土永磁體作磁極的發電裝置能實現直流恒壓輸出，體積小，重量輕，成本低，使用安全可靠，解決了汽車夜間照明、轉向指示、電喇叭、刮雨器、暖風機等設施所需的直流電源。隨著NdFeB抗蝕技術發展，性價比下降，NdFeB在汽

14、車中的應用也越來越多（參見表2）。2.3AlNiCo和SmCo。由于它們均含戰略物資Co,因而在汽車中應用有所限制。但由于AlNiCo的磁性優于鐵氧體，而抗蝕性又優于NdFeB，故仍有些部件要用它。表2列出了上述幾種材料在汽車各部件電機中的應用情況。隨著汽車永磁電機向小型化、輕量化和高效率化的不斷發展，以NdFeB（尤其是粘結NdFeB）永磁材料為代表的高性能稀土永磁材料由于價格不斷下降逐漸取代部分傳統鐵氧體永磁電機，如用于啟動電機、發電機、自動剎車，以及油泵電機、空調電機等，今后將廣泛用于操縱系統。另外，對汽車高速、安全、舒適的要求，使得其電子化程度越來越高。汽車上需用的磁性材料也越來越多。

15、例如在車載毫米波系統、電子控制系統、通信系統、車載音響、電視、多媒體、路邊攝像機等設備，即需用到永磁體磁場、永磁傳感器、執行器、磁釘、永磁軸承、永磁支撐與夾具、新型功能微電機等等。3軟磁材料在汽車電子器件中的應用隨著汽車技術和電子技術的發展，高頻、微型、超薄型、抗EMI/RFI、低功耗、組件化、智能化等性能優良的車用磁性元器件應運而生，以滿足節能、環保和電子信息設備數字化、多功能、智能化、輕便、靈巧等多種需要。軟磁材料尤其是非晶超微晶和磁性薄膜在這里大有用武之地。下面簡單介紹一下軟磁材料在汽車中的應用情況。感應電動機雖然目前大多數用永磁材料，但美歐的電動汽車，很多使用高頻低損耗金屬軟磁材料作磁

16、芯的感應電動機，其最高輸出功率為70100kW。傳感器一輛普通轎車有數十上百只傳感器，豪華車上的傳感器數字可多達200多只。其種類一般有30多種，多則達百余種。軟磁材料在其中的應用也不可缺少，例如用熱敏鐵氧體和金屬材料作的溫度傳感器、露傳感器、熱敏開關、熱簧繼電器、電磁感應線圈。車載毫米波系統此處所用電源大多為開關電源，其主變壓器、扼流圈、噪聲濾波器，可用高檔功率鐵氧體、高導軟磁鐵氧體或非晶軟磁合金、鐵基納米晶合金作磁芯組件。如多種電感器、變壓器、繼電器、環行器、隔離器、濾波器、開關、調制器、振蕩器、移相器等。用于通信中，軟磁元件的主要作用是：作加感線圈，降低信息衰減，增長通信距離；作信道濾波

17、器,選擇與分離信道信號，防止失真；作線性寬帶變換器和脈沖變壓器，分離電位，調節電壓并轉換效率；作扼流圈，濾除不需要的高頻電流；等等。照明系統照明高壓變壓器、鎮流器和振蕩器變壓器需要軟磁材料作磁芯。車載音響、電視、影像系統這里需要大量的電感器、濾波器、共模扼流圈、變壓器等。要用多種鐵氧體磁芯系列，如BB,RH,T,SH,DR,EE,ER系列等。4汽車電子用磁性材料及器件市場前景汽車電子產業發展驅動磁材產業發展我國汽車工作起步較晚，但改革開放以來，我國逐漸增加對汽車工作的投入。尤其在上世紀末，汽車工作發展較快。2002年以來，中國汽車市場伴隨著銷售熱的是新一輪的“造車熱”：原有的汽車生產企業紛紛擴

18、大生產能力，原來3萬輛規模的要上10萬輛，原來10萬輛的要發展到20、30萬輛，規劃50萬輛的企業已不下5家；一些原來面臨倒閉、甚至已是零產量的企業又都東山再起，欲重振雄風；從未搞過汽車生產的地方和企業，也要抓住汽車騰飛的契機上汽車項目。2004年6月出臺的新汽車產業發展政策中明顯指出：“引導汽車消費者購買和使用低能耗、低污染、小排量、新能源、新動力的汽車，加強環境保護。”旗幟鮮明地給中國汽車產業指出了發展的大方向。近幾年，中國汽車產業的快速崛起，相應的汽車零配件產品市場也隨之發展壯大，在各種汽車零配件產品中，汽車電子產品占據一定的市場份額。隨著汽車技術的不斷進步，以及消費者對汽車安全性、穩定

19、性以及娛樂性的需求逐步提高，汽車電子產品在汽車成本中的比重逐年增加。此外，一些與汽車安全性和排放量有關的相應汽規和標準的出臺，也對中國汽車電子產品市場發展起到了一定的推動作用。2004年，中國汽車電子產品市場規模達到457.9億元。越是高檔車，電子化趨勢越明顯，甚至超出造成成本一半以上。目前，汽車電子產業的毛利竟然高達50%左右。在未來幾年內，中國汽車電子產品市場會在汽車產業發展、電子產業發展、汽車產品和電子產品進步，以及消費者需要力的推動下，保持較好的發展勢頭，中國汽車電子產業作為一門新興的、相對獨立的支柱性朝陽產業，也會在內需的強勁推動下蓬勃發展。此外，全球汽車電子產能向中國轉移，如德國大

20、眾（一汽、上海）、奧地（一汽）；法國雪鐵龍（二汽）；意大利依維克（南京）；德國奔馳（揚州）；美國克萊斯勒（北京吉普）、通用（上海別克）、福特（重慶）、日本本田（廣州）、大發（天津夏利）、鈴木（重慶、西安奧拓）等等，加上中國本土汽車電子企業的發展，如上海汽車電子工程中心、夏新電子、康佳、創維、海爾等紛紛楔入汽車電子產業，將使中國逐漸成為全球主要汽車電子產品生產基地之一。由于許多汽車電子產品在中國電子產業中還屬于新生兒，業界普遍認為中國汽車電子產業在不遠的將來會出現“井噴”式的增長。汽車電子產品主要包括：發動機電子控制系統；ABS防抱死系統；安全氣囊；胎壓檢測系統；汽車空調；汽車音響；汽車防盜系統

21、；GPS（全球定位系統）。在這些系統中，永磁、軟磁、壓磁、旋磁、矩磁等磁性材料和元器件起著不可或缺、不可替代的重要作用。因此可以得出結論：汽車電子產業的發展必然會驅動磁性材料產業發展。汽車電子用磁性材料及器件市場前景廣闊目前未見報道過軟磁材料在汽車中的用量，不過據汽車電子技術的發展趨勢粗略估計，每輛汽車需用軟磁材料數kg到數十kg之間。據統計，汽車（包括轎車）每輛需用永磁鐵氧體約4kg。2005年汽車行業對永磁鐵氧體的需求量為27萬噸。其中，中國市場需2萬噸。在2005年汽車需揚聲器超過1.5億只。據報道，一輛電動汽車可以使用16kgNdFeB稀土永磁體（包括驅動電機、自動控制裝置和各種微型電

22、機用永磁體）。其中，僅一臺驅動電機需使用1.2kg的耐熱NdFeB磁體。大部分自動控制裝置和微電機也使用耐熱磁體。電動汽車是人類歷史發展時期應社會發展的需求而研發成功的新型無公害環保型汽車。2002年，美國通用汽車公司在新墨西哥州的大沙漠中作越野考核試驗，車速可達16km/h200km/h,電池壽命超過300km。車速與電池均達到實用化標準。發動機的研發工作已經完成。目前影響電動汽車銷售市場的主要因素是成本太高，而并非技術問題。美國通用、福特汽車公司在2002年就開始籌建制造低成本發動機的公司；歐洲EMS公司也計劃在兩年內將用戶易接受的發動機推向市場。在2005年，最退不超過2010年，美國通

23、用將實現電動汽車商品化。為了扶持電動汽車，美國聯邦政府作出決定，凡購買電動汽車者，可以減稅，還可免繳養路稅，以推動電勸汽車的不斷發展。日本也早已制造出電動汽車并開始使用。專家預測，隨著能源日益緊張，電動汽車將實現商品化，NdFeB永磁體將獲大量應用。又據報道，發達國家正在執行綠色環保型混合電動車輛系統，這種系統的驅動采用永磁同步電機效率最好，使用的PM馬達（包括永磁同步馬達和無刷DC馬達），其磁材用HCJ>25kOe，表面經過防氧化處理的NdFeB，每輛車用量為2kg。另外國外還有一種現代巡邏援助公路系統（AHS），用于公路援助，其中所需NdFeB用量很大，不過成本太高，故已研究用鐵氧體

24、永磁來替代。還有消息說，日本已開始實施一些項目，以提高汽車燃料使用效率和降低尾氣中的CO2。供電動汽車（EV）混合動力型電動汽車（HEV）用的驅動電機/發電機，即為其中一項。其它還有電力操縱（EPS）。豐田和本田已開始生產HEV和燃料電池電力車(FCEV)，產量每月超過1000輛。這類汽車采用的電機是IPM型，所用磁體(BH)max為300kJ/m3(38MGOe),HCJ為2MA/m(25kOe)，可穩定工作于180C。NdFeB永磁體在無刷電機車輛上應用十分可觀。這類車輛包括電動自行車、電動摩托車、電動三輪車、電動助動車和電動汽車。其關鍵部分為NdFeB無刷電機，其外轉子輪噪音低、易維修，

25、功率為10010000W,控制系統可無極調速，同時有欠壓和過流保護功能。此技術一經推廣，目前NdFeB產量即無法滿足世界上電機的需求。按每輛汽車平均需永磁體4kg計算，若NdFeB永磁在汽車上用上10%,則2005年全世界僅車用NdFeB就需22100噸，而目前世界NdFeB年產量總共才38000噸左右。預計將來NdFeB永磁體的產量與需求量都將猛增。在中國汽車市場上，電子燃油噴射系統、電子控制自動變速系統、防抱死系統、安全氣囊系統已經成為基本配置。隨著16位或32位微處理器在汽車控制中的廣泛應用，預計今后幾年內，車輛導航系統、程控駕駛系統、發動機燃油噴射與點火綜合控制系統、控制器區域網絡(CAN)系統、聲音合成與識別系統、通信與導航合成系統、自動駕駛系統等高度復雜的電子系統也將在中國市場獲得廣泛的應用。如果一來，各種磁體的需求量必然加大。“汽車電子領域存在巨大商業機會，預計未來5年，汽車電子將以平均26%的速度增長”，賽迪顧問有限公