陕西稀土永磁材料——永磁同步牵引电机的关键材料

永磁牵引系统驱动电机的关键材料是稀土永磁材料。稀土永磁材料的性能决定了轨道交通车辆的动力品质、能耗和控制特性，可以采用钐钴永磁体或者钕铁硼永磁体。钐钴永磁体的最大磁能积可达到35 MGOe，工作温度高，居里温度670～850℃，使用温度高达500℃；因钴资源短缺，价格昂贵，大范围商业化永磁牵引系统采用钐钴磁体成本压力较大。

据了解目前年钐钴磁体毛坯产量约2 400t，难以满足轨道交通稀土的未来需求。出于安全性、可靠性和稳定性，中车株洲电力机车研究所有限公司开发的高速动车组永磁牵引电动机考虑采用钐钴磁体。有关研究报告对635kW永磁牵引电机各部的温场分布表明电机绕阻处温度最高，但未超过140℃。标志钕铁硼磁体性能的主要指标磁能积的理论最大值为64 MGOe，目前工业化批量生产的钕铁硼永磁体的磁能积已经超过55MGOe， 另外已经开发出了磁能积为59.6 MGOe的实验室样品。可以说，钕铁硼的磁性能要优于钐钴磁体，其居里温度320～460℃，工作温度与钐钴磁体相比较低，在150℃以下已经得到广泛应用，最高工作温度200℃左右，但要添加较多的重稀土金属铽镝；考虑到高速铁路的安全性，必须进一步提高钕铁硼永磁体的工作温度，或者为使用钕铁硼磁体的牵引系统附加冷却系统降低钕铁硼磁体工作环境温度，才有可能使钕铁硼磁体满足高速铁路需求。轨道交通领域永磁同步传动系统中的永磁材料要求其综合磁性能指标即内禀矫顽力Hcj(kOe)+最大磁能积(BH)max(MGOe)>60，目前，我国已经开发出综合磁性能指标高于75的高性能烧结钕铁硼磁体, 最高工作温度高达230℃，远远超过634kW永磁电机对永磁材料工作温度的要求。可见，钕铁硼永磁体完全可以用于高速铁路牵引系统。

在良好的产业政策环境推动下，依托自主开发的第3代永磁牵引技术，“十三五”期间我国永磁轨道交通将得到迅猛发展。有资料表明，到2020年新增高铁、城市轨道交通列车永磁同步传动系统市场占有率将分别达到30%和50%。我国标准动车组车辆保有量密度约为1辆/km。“十三五”期间，我国的高铁营业里程将增加1.1万km，高铁新线建设的动车组新增需求约1.1万辆，平均每年增加2 200辆。据统计，一辆“4动4拖”永磁列车使用高性能稀土永磁为0.25 t，若新增高铁列车全部采用永磁牵引系统，则“十三五”新增高铁列车对钕铁硼的总需求约为2 750t。另“十三五”期间城市轨道交通规划线路总规模为7 305.3km，若全部采用永磁牵引系统，大约需要钕铁硼1 827t。我国轨道交通对钕铁硼的总需求约4 577t，按照45万元/t高性能钕铁硼价格计算，“十三五”期间轨道交通可拉动20.6亿元的稀土永磁市场。受市场需求影响，目前我国高性能钕铁硼永磁材料仅占钕铁硼永磁体产量的约25%，未来轨道交通的发展将进一步刺激高性能钕铁硼材料的市场需求。

目前，国外主要轨道交通企业法国阿尔斯通、加拿大庞巴迪、日本东芝的永磁同步电机牵引列车已进入商业化的推广应用阶段。我国已经掌握永磁牵引系统技术，为我国发展现代轨道交通产业提供了坚实的技术保障，并在地铁、城轨、动车和高铁等领域实现应用。有报道表明，沈阳地铁2号线采用190kW永磁牵引系统，“永磁地铁”长沙地铁1 号线已投入载客运营，南车690kW 永磁同步牵引系统已通过装车测试考验。我国自主研发的轨道交通永磁同步电机牵引系统已打破了国外对轨道交通永磁同步电机牵引技术的垄断。