永磁材料在汽车中的应用与市场分析

随着汽车行业不断追求人性化，以及节能和环保是汽车技术发展的主要方向之一。汽车电子和汽车电动机的发展对磁性材料的要求越来越高。磁性电子元器件在汽车电子中应用十分广泛，主要应用有以下3个主要领域：一是传统电子产品，如汽车音响、汽车仪表、汽车照明等，二是提高汽车安全性、稳定性、舒适性以及娱乐性的产品，如ABS、安全气囊、动力控制系统、底盘控制、GPS等，三是节能环保型电动汽车和混合动力汽车系统，如充电器、电机驱动装置。

当今每辆汽车中已有40～70处用到永磁材料，大多数用于电机、执行器和传感器。以汽车电机为例，目前每辆汽车平均使用的永磁电机就超过30只。采用永 磁材料的永磁电机可帮汽车实现电子功率控制、刹车控制、驾驶操作等功能。未来的控制功能一般都需要使用永磁材料及永磁电机，汽车上的主驱动将更多地利用计算机控制，这些特点要求增加很多小的电动机，以利用各种不同的控制功能，如燃料或节流控制等。高性能永磁没有激磁损耗，不发热。在电机设计中增加了更多的灵活性，改变常规设计，包括圆盘式电机和外转子型电机的设计，由于其惯性小、电抗低，可达到更好的动态特性和高速度能力，完全满足现代汽车对发动机高功率与电子系统高可靠的要求。

永磁材料的不断发展又给汽车电机工业带来了福音。随着汽车永磁电机向小型化、轻量化、高效率化的不断发展，以NdFeB，特别是粘结NdFeB永磁材料为代表的高性能稀土永磁材料由于价格不断下降逐渐取代部份传统的铁氧体永磁电机，如用于启动电机、发电机、自动刹车，以及油泵电机、空调电机等，今后将广泛用于操纵系统。通用汽车公司自80年代末即开始采用NdFeB粘结磁体于一些车型的启动电机，在等同的输出力 矩下，用NdFeB的启动电机重量减轻一半，体积缩小1/3，效率提高。目前汽车中永磁材料，主要用于电机、执行器和传感器。以电机为例，中低档轿车要用到30多台，豪华轿车使用70多台，有的甚至多达100多台。现在汽车上用的永磁材料一般有永磁铁氧体、NdFeB永磁、SMCo永磁和AlNiCo永磁。下面分析介绍其主要应用。

启动电机、刮水器电机、发动机冷却风扇电机、调压式刮水器臂用电机、座椅自动调节用电机、空调器电机、转向联动用雾灯电机、前照灯矫正装置用电机、电动速度表用电机、电动转向无刷电机、电动水泵、电动油泵、电子空调器、扬声器、传感器（位置、速度、压力等）等汽车部件，均需用到永磁铁氧体。

混合动力汽车(HEV)动力系统用软磁铁氧体。为了实现复杂的动力转换和传输功能，HEv动力系统内使用了多件功率转换用变压器和扼流圈。为了确保在恶劣的环境下长期可靠运行，并保持高的效率．这些变压器和扼流圈的磁心均采用高性能、宽温低损耗功率软磁铁氧体材料制成，如TDK PC95或FDK 6H60等材料。混合动力汽车核心部件之一是电能转换用Dc—Dc变换器，其中使用了类似TDK PC95的高性能、宽温低损耗铁氧体磁心，这是未来看好的一个高端市场。

1993年9月美国政府和代表三大汽车公司的美国汽车研究理事会（USCAR）联合提出的“新一代汽车技术（PNCV）”中的目标之一就是开发处燃油经济性3倍于现有车辆的中型汽车，能满足此要求的是混合动力汽车。混合动力汽车分为串联混合型电动汽车和并联混合型电动汽车，磁性材料在电动机中发挥着重要的作用。

近年来，由于世界范围内资源、环境问题日益突出，石油价格猛涨，各国都在加紧实施电动汽车的研发计划，混合动力车（HEV）和燃料电池车（FCEV）成为新的热点。混合动力电动汽车同时拥有电机驱动和发动机驱动系统，这种油和电混合使用的新型交通工具将受到人们青睐。稀土永磁无刷直流电机是其核心部件，这是实现各种工作模式的关键，直接影响电动汽车的性能。该无刷电机基本构成与普通无刷电机一样，主要由永磁电机本体、功率电子换向器和转子位置传感器等组成，主要特点是轴向厚度尺寸小、重量轻、输出功率大、效率高，集电动、发电及制动功能于一体，并能频繁地进行电动和发电可逆工作。

随着农村经济的发展，我国农用运输车的产量不断增加，年产300万辆以上。目前小型农用车所采用的发电机主要是永磁交流发电机，存在低速时照明效果差的 问题，从而容易造成这种车夜间行驶或路况差转向时易发生交通事故，并且不能直接给车辆驾驶棚的刮雨器、暖风机等提供直流电源。因此稀土永磁发电装置应运而生，其电压输出稳定，成本低，性能可靠。该装置包括电子稳压器、发电机壳盖、定子（由铁心、线圈构成）以及转子（由轴、铁心和NdFeB永磁体构成）。这 种将发电机与电子稳压器设计为一体并采用高性能稀土永磁体作磁极的发电装置能实现直流恒压输出，体积小，重量轻，成本低，使用安全可靠，解决了汽车夜间照 明、转向指示、电喇叭、刮雨器、暖风机等设施所需的直流电源。随着NdFeB抗蚀技术发展，性价比下降，NdFeB在汽车中的应用也越来越多。
4、AlNiCo和SmCo的应用

由于它们均含战略物资Co，因而在汽车中应用有所限制。但由于AlNiCo的磁性优于铁氧体，而抗蚀性又优于NdFeB，故仍有些部件要用它。表2列出了上述几种材料在汽车各部件电机中的应用情况。

随着汽车永磁电机向小型化、轻量化和高效率化的不断发展，以NdFeB（尤其是粘结NdFeB）永磁材料为代表的高性能稀土永磁材料由于价格不断下降逐渐取代部分传统铁氧体永磁电机，如用于启动电机、发电机、自动刹车，以及油泵电机、空调电机等，今后将广泛用于操纵系统。

另外，对汽车高速、安全、舒适的要求，使得其电子化程度越来越高。汽车上需用的磁性材料也越来越多。例如在车载毫米波系统、电子控制系统、通信系统、车载音响、电视、多媒体、路边摄像机等设备，即需用到永磁体磁场、永磁传感器、执行器、磁钉、永磁轴承、永磁支撑与夹具、新型功能微电机等等。

我国汽车工作起步较晚，但改革开放以来，我国逐渐增加对汽车工作的投入。尤其在上世纪末，汽车工作发展较快。2002年以来，中国汽车市场伴随着销售热的是新一轮的“造车热”：原有的汽车生产企业纷纷扩大生产能力，原来3万辆规模的要上10万辆，原来10万辆的要发展到20、30万辆，规划50万辆的企业已不下5家；一些原来面临倒闭、甚至已是零产量的企业又都东山再起，欲重振雄风；从未搞过汽车生产的地方和企业，也要抓住汽车腾飞的契机上汽车项目。2004年6月出台的新《汽车产业发展政策》中明显指出：“引导汽车消费者购买和使用低能耗、低污染、小排量、新能源、新动力的汽车，加强环境保护。”旗 帜鲜明地给中国汽车产业指出了发展的大方向。近几年，中国汽车产业的快速崛起，相应的汽车零配件产品市场也随之发展壮大，在各种汽车零配件产品中，汽车电 子产品占据一定的市场份额。随着汽车技术的不断进步，以及消费者对汽车安全性、稳定性以及娱乐性的需求逐步提高，汽车电子产品在汽车成本中的比重逐年增加。此外，一些与汽车安全性和排放量有关的相应汽规和标准的出台，也对中国汽车电子产品市场发展起到了一定的推动作用。2004年，中国汽车电子产品市场规模达到457.9亿元。

越是高档车，电子化趋势越明显，甚至超出造成成本一半以上。目前，汽车电子产业的毛利竟然高达50%左右。在未来几年内，中国汽车电子产品市场会在汽车产业发展、电子产业发展、汽车产品和电子产品进步，以及消费者需要力的推动下，保持较好的发展势头，中国汽车电子产业 作为一门新兴的、相对独立的支柱性朝阳产业，也会在内需的强劲推动下蓬勃发展。此外，全球汽车电子产能向中国转移，如德国大众（一汽、上海）、奥地（一 汽）；法国雪铁龙（二汽）；意大利依维克（南京）；德国奔驰（扬州）；美国克莱斯勒（北京吉普）、通用（上海别克）、福特（重庆）、日本本田（广州）、大发（天津夏利）、铃木（重庆、西安奥拓）等等，加上中国本土汽车电子企业的发展，如上海汽车电子工程中心、华为电子、康佳、创维、海尔等纷纷楔入汽车电子产业，将使中国逐渐成为全球主要汽车电子产品生产基地之一。

由于许多汽车电子产品在中国电子产业中还属于新生儿，业界普遍认为中国汽车电子产业在不远的将来会出现“井喷”式的增长。汽车品牌多，车型变化快，采用新技术迅速，并且生产线为高度自动化，对使用的产品要求严格，用量是小批、多变化。我国只有少数几家磁性材料企业可以提供品种不多的产品，虽然国际上有订单，但有时却无厂家可接。如何使我国磁材行业适应国际汽车行业的要求，是今后的奋斗目标。

在中国汽车市场上，电子燃油喷射系统、电子控制自动变速系统、防抱死系统、安全气囊系统已经成为基本配置。随着16位或32位微处理器在汽车控制中的广泛应用，预计今后几年内，车辆导航系统、程控驾驶系统、发动机燃油喷射与点火综合控制系统、控制器区域网络（CAN）系统、声音合成与识别系统、通信与导航合成系统、自动驾驶系统等高度复杂的电子系统也将在中国市场获得广泛的应用。如果一来，各种磁体的需求量必然加大。汽车电子领域存在巨大商业机会。

总之，随着汽车（尤其是电动汽车）向安全、舒适、自动化、轻量化发展，音响系统、生活保护系统、信息系统将成为汽车的组成部分，汽车用磁性材料将越来越多样化，其单台用量也将迅速加大。这是由于汽车技术发展，用微特电机驱动逐步取代传统的机械系统。在日本、美国汽车工厂，新车的转向系统中使用可调的电控装置，取代老式液压动力转 向装置，驱动力控制中发动机的输出控制采用全新的节流阀电动机械，具有良好的响应性和控制能力。高档轿车的发动机室、驾驶室、乘员室、行李仓以及行驶系统，无一不用各种规格、不同用途的磁电机和磁传感器以及音响设备，这些均与各类磁材密不可分。因此，汽车电子行业是磁性材料巨大的潜在市场。各磁材及元器件厂商应抓住这个大好机会，在汽车电子产品市场中大显身手。