陜西稀土永磁材料——永磁同步牽引電機的關鍵材料

永磁牽引系統驅動電機的關鍵材料是稀土永磁材料。稀土永磁材料的性能決定了軌道交通車輛的動力品質、能耗和控制特性，可以采用釤鈷永磁體或者釹鐵硼永磁體。釤鈷永磁體的最大磁能積可達到35 MGOe，工作溫度高，居里溫度670～850℃，使用溫度高達500℃；因鈷資源短缺，價格昂貴，大范圍商業化永磁牽引系統采用釤鈷磁體成本壓力較大。

據了解目前年釤鈷磁體毛坯產量約2 400t，難以滿足軌道交通稀土的未來需求。出于安全性、可靠性和穩定性，中車株洲電力機車研究所有限公司開發的高速動車組永磁牽引電動機考慮采用釤鈷磁體。有關研究報告對635kW永磁牽引電機各部的溫場分布表明電機繞阻處溫度最高，但未超過140℃。標志釹鐵硼磁體性能的主要指標磁能積的理論最大值為64 MGOe，目前工業化批量生產的釹鐵硼永磁體的磁能積已經超過55MGOe， 另外已經開發出了磁能積為59.6 MGOe的實驗室樣品?？梢哉f，釹鐵硼的磁性能要優于釤鈷磁體，其居里溫度320～460℃，工作溫度與釤鈷磁體相比較低，在150℃以下已經得到廣泛應用，最高工作溫度200℃左右，但要添加較多的重稀土金屬鋱鏑；考慮到高速鐵路的安全性，必須進一步提高釹鐵硼永磁體的工作溫度，或者為使用釹鐵硼磁體的牽引系統附加冷卻系統降低釹鐵硼磁體工作環境溫度，才有可能使釹鐵硼磁體滿足高速鐵路需求。軌道交通領域永磁同步傳動系統中的永磁材料要求其綜合磁性能指標即內稟矯頑力Hcj(kOe)+最大磁能積(BH)max(MGOe)>60，目前，我國已經開發出綜合磁性能指標高于75的高性能燒結釹鐵硼磁體, 最高工作溫度高達230℃，遠遠超過634kW永磁電機對永磁材料工作溫度的要求?？梢?，釹鐵硼永磁體完全可以用于高速鐵路牽引系統。

在良好的產業政策環境推動下，依托自主開發的第3代永磁牽引技術，“十三五”期間我國永磁軌道交通將得到迅猛發展。有資料表明，到2020年新增高鐵、城市軌道交通列車永磁同步傳動系統市場占有率將分別達到30%和50%。我國標準動車組車輛保有量密度約為1輛/km?！笆濉逼陂g，我國的高鐵營業里程將增加1.1萬km，高鐵新線建設的動車組新增需求約1.1萬輛，平均每年增加2 200輛。據統計，一輛“4動4拖”永磁列車使用高性能稀土永磁為0.25 t，若新增高鐵列車全部采用永磁牽引系統，則“十三五”新增高鐵列車對釹鐵硼的總需求約為2 750t。另“十三五”期間城市軌道交通規劃線路總規模為7 305.3km，若全部采用永磁牽引系統，大約需要釹鐵硼1 827t。我國軌道交通對釹鐵硼的總需求約4 577t，按照45萬元/t高性能釹鐵硼價格計算，“十三五”期間軌道交通可拉動20.6億元的稀土永磁市場。受市場需求影響，目前我國高性能釹鐵硼永磁材料僅占釹鐵硼永磁體產量的約25%，未來軌道交通的發展將進一步刺激高性能釹鐵硼材料的市場需求。

目前，國外主要軌道交通企業法國阿爾斯通、加拿大龐巴迪、日本東芝的永磁同步電機牽引列車已進入商業化的推廣應用階段。我國已經掌握永磁牽引系統技術，為我國發展現代軌道交通產業提供了堅實的技術保障，并在地鐵、城軌、動車和高鐵等領域實現應用。有報道表明，沈陽地鐵2號線采用190kW永磁牽引系統，“永磁地鐵”長沙地鐵1 號線已投入載客運營，南車690kW 永磁同步牽引系統已通過裝車測試考驗。我國自主研發的軌道交通永磁同步電機牽引系統已打破了國外對軌道交通永磁同步電機牽引技術的壟斷。