陜西稀土永磁材料——永磁同步牽引電機(jī)的關(guān)鍵材料
永磁牽引系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的關(guān)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(dòng)力品質(zhì)、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(dá)到35 MGOe，工作溫度高，居里溫度670～850℃，使用溫度高達(dá)500℃；因鈷資源短缺，價(jià)格昂貴，大范圍商業(yè)化永磁牽引系統(tǒng)采用釤鈷磁體成本壓力較大。
據(jù)了解目前年釤鈷磁體毛坯產(chǎn)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(wěn)定性，中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司開發(fā)的高速動(dòng)車組永磁牽引電動(dòng)機(jī)考慮采用釤鈷磁體。有關(guān)研究報(bào)告對(duì)635kW永磁牽引電機(jī)各部的溫場(chǎng)分布表明電機(jī)繞阻處溫度最高，但未超過140℃。標(biāo)志釹鐵硼磁體性能的主要指標(biāo)磁能積的理論最大值為64 MGOe，目前工業(yè)化批量生產(chǎn)的釹鐵硼永磁體的磁能積已經(jīng)超過55MGOe， 另外已經(jīng)開發(fā)出了磁能積為59.6 MGOe的實(shí)驗(yàn)室樣品。可以說，釹鐵硼的磁性能要優(yōu)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(jīng)得到廣泛應(yīng)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(jìn)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(tǒng)附加冷卻系統(tǒng)降低釹鐵硼磁體工作環(huán)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(lǐng)域永磁同步傳動(dòng)系統(tǒng)中的永磁材料要求其綜合磁性能指標(biāo)即內(nèi)稟矯頑力Hcj(kOe)+最大磁能積(BH)max(MGOe)>60，目前，我國(guó)已經(jīng)開發(fā)出綜合磁性能指標(biāo)高于75的高性能燒結(jié)釹鐵硼磁體, 最高工作溫度高達(dá)230℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過634kW永磁電機(jī)對(duì)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(tǒng)。
在良好的產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境推動(dòng)下，依托自主開發(fā)的第3代永磁牽引技術(shù)，“十三五”期間我國(guó)永磁軌道交通將得到迅猛發(fā)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(dòng)系統(tǒng)市場(chǎng)占有率將分別達(dá)到30%和50%。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組車輛保有量密度約為1輛/km。“十三五”期間，我國(guó)的高鐵營(yíng)業(yè)里程將增加1.1萬km，高鐵新線建設(shè)的動(dòng)車組新增需求約1.1萬輛，平均每年增加2 200輛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛“4動(dòng)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(tǒng)，則“十三五”新增高鐵列車對(duì)釹鐵硼的總需求約為2 750t。另“十三五”期間城市軌道交通規(guī)劃線路總規(guī)模為7 305.3km，若全部采用永磁牽引系統(tǒng)，大約需要釹鐵硼1 827t。我國(guó)軌道交通對(duì)釹鐵硼的總需求約4 577t，按照45萬元/t高性能釹鐵硼價(jià)格計(jì)算，“十三五”期間軌道交通可拉動(dòng)20.6億元的稀土永磁市場(chǎng)。受市場(chǎng)需求影響，目前我國(guó)高性能釹鐵硼永磁材料僅占釹鐵硼永磁體產(chǎn)量的約25%，未來軌道交通的發(fā)展將進(jìn)一步刺激高性能釹鐵硼材料的市場(chǎng)需求。
目前，國(guó)外主要軌道交通企業(yè)法國(guó)阿爾斯通、加拿大龐巴迪、日本東芝的永磁同步電機(jī)牽引列車已進(jìn)入商業(yè)化的推廣應(yīng)用階段。我國(guó)已經(jīng)掌握永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)，為我國(guó)發(fā)展現(xiàn)代軌道交通產(chǎn)業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，并在地鐵、城軌、動(dòng)車和高鐵等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。有報(bào)道表明，沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線采用190kW永磁牽引系統(tǒng)，“永磁地鐵”長(zhǎng)沙地鐵1 號(hào)線已投入載客運(yùn)營(yíng)，南車690kW 永磁同步牽引系統(tǒng)已通過裝車測(cè)試考驗(yàn)。我國(guó)自主研發(fā)的軌道交通永磁同步電機(jī)牽引系統(tǒng)已打破了國(guó)外對(duì)軌道交通永磁同步電機(jī)牽引技術(shù)的壟斷。
