通常地,，對汽車用磁性材料的要求是各類電機(jī)對永磁材料的要求,。
用作永磁電機(jī)的磁體,，一般要求有高的磁性能，從而產(chǎn)生較大的氣隙磁場;磁性能穩(wěn)定性好,，溫度系數(shù)小;有較高的 工作溫度,，以防止高溫下退磁;有較好的機(jī)械性能和較低廉的價格。根據(jù)永磁電機(jī)的種類和結(jié)構(gòu)不同,，選擇永磁體時考慮的出發(fā)點(diǎn)也不同,。
汽車用永磁電機(jī)，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(yīng)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(jī)采用NdFeB稀土永磁材料,。
永磁體裝在電機(jī)上時,，要與電機(jī)轉(zhuǎn)子或定子產(chǎn)生一定距離大小的氣隙(一般為0.5～1mm)。因此必然在 氣隙兩側(cè)永磁體的表面上產(chǎn)生磁極,，這種磁極在磁體內(nèi)部產(chǎn)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(qiáng),。這就是說永磁體是處 于退磁場作用下進(jìn)行工作，而且就工作在退磁曲線的某一點(diǎn)上,，所以希望永磁體在退磁場作用下仍能保持高的磁感應(yīng)強(qiáng)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(jī)中應(yīng)用的關(guān)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(wěn)定性,，尺寸,、 體積與重量,、制造成本等。
汽車永磁電機(jī)對永磁材料的一般要求：
1,、高的HCB,，才能保證電機(jī)輸出所需的磁動勢，使電機(jī)工作點(diǎn)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(jī)有較高的轉(zhuǎn)速,、大的輸出扭矩和大功率;
3,、高的HCJ，可保證電機(jī)較強(qiáng)的過載,、退磁及抗老化,、抗低溫能力;
4、高(BH)m,，(BH)m越高,，表示永磁體在電機(jī)中實(shí)際運(yùn)行的工作系數(shù)越好;
5、磁通量Ф越大越好,，這將極大地提高電機(jī)的工作效率;
隨著汽車電機(jī)向輕量,、小型、高效率化發(fā)展,，要求磁體厚度越來越薄,，為保證磁性能的穩(wěn)定性和電機(jī)輸出功率、電壓的穩(wěn)定性,，對HCB和HCJ要求更高,。
表1 汽車各部位的最高溫度
汽車部位最高溫度發(fā)動機(jī)150℃儀表板140℃ 底盤 85℃外部121℃儀表板(頂部)113℃ 儀表板(其它部位)85℃尾部面板107℃裝貨室85℃
根據(jù)電機(jī)在汽車上不同的位置、結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)一般是指不可逆 退磁小于3%,。這樣就要求材料有高的內(nèi)稟矯頑力。這是由于磁性元器件關(guān)系到汽車正常運(yùn)轉(zhuǎn)和各功能的實(shí)施,。因此耐熱性是防止交通事故,，確保人員和財產(chǎn)安全的 重要指標(biāo)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(shù)小及耐腐蝕性好,，適于工作環(huán) 境較惡劣的汽車電機(jī)應(yīng)用,。故目前或?qū)磔^長一段時間內(nèi)，電機(jī)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(jī)發(fā) 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(jī)將不斷增多，其所用磁性材料隨著釹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(xiàn)對幾種主要電機(jī)對鐵氧體的要求作一簡單分析。
啟動電機(jī)
由于啟動電 機(jī)安裝在發(fā)動機(jī)上,，必須面對嚴(yán)峻的工作環(huán)境,，如高溫、低溫,、塵?；螓}水，只有鐵氧體材料能完全適用,，因此現(xiàn)在啟動電機(jī)95%左右批量采用瓦形永磁鐵氧體,。 根據(jù)啟動電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式(M=cmφIa)要使電磁轉(zhuǎn)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≤5%(有的廠家要求≤3%),，因此又要求磁體有高的HCJ值?，F(xiàn)在啟動電機(jī)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(jī)特性要求的提高以及對啟動電機(jī)體積和質(zhì)量的減小,，已有一些電機(jī)制造商采用Br為430mT和HCJ為395kA/m 的永磁鐵氧體磁瓦。
雨刮器電機(jī)
雨刮器電機(jī)對磁性能HCJ取值要求雖無啟動電機(jī)高,，但也要求做低溫沖擊退磁試驗(yàn),，多數(shù)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(jī)的體積與質(zhì)量比現(xiàn)在要縮小20%左右,，因此Br值達(dá)450mT的磁體即將用在雨刮器電機(jī)上。
燃油泵電機(jī)
由于燃油泵是連續(xù)較平穩(wěn)地運(yùn)行的,，又整體浸在汽(柴)油中,，工作溫度穩(wěn)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?，F(xiàn)在大批量用一般Br要求達(dá)到420mT,，(BH)max要求達(dá)到33kJ/m3。又由于燃油泵電機(jī)整體安裝在油箱中,，故對 磁瓦外觀與清潔度有嚴(yán)格要求,，不允許有紅粉、掉角,、碎片出現(xiàn),。已有公司采用Br達(dá)460mT的磁瓦，用于燃油泵電機(jī),，進(jìn)一步減小體積,。
隨著汽 車電子技術(shù)進(jìn)步，汽車中的電子控制系統(tǒng),、音響系統(tǒng),、影像系統(tǒng)等所用的軟磁材料也越來越多。這些設(shè)備對軟磁材料及元器件總的要求是高磁導(dǎo)率,、高飽和磁通密 度,、高頻下低損耗、高輸出功率,、高溫工作穩(wěn)定性等,，在汽車導(dǎo)航、雷達(dá)識別及全球定位系統(tǒng)中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)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(dá)數(shù)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(fā)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(yīng)用又有新的要求。
永磁材料在汽車電子器件中的應(yīng)用
當(dāng)今每輛汽車中已有40～70處用到永磁材料,，大多數(shù)用于電機(jī),、執(zhí)行器和傳感器。以汽車電機(jī)為例,，目前每輛汽車平均使用的永磁電機(jī)就超過30只,。采用永 磁材料的永磁電機(jī)可幫汽車實(shí)現(xiàn)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(jī),，汽車上的主驅(qū)動將更多地利用計(jì) 算機(jī)控制，這些特點(diǎn)要求增加很多小的電動機(jī),，以利用各種不同的控制功能,，如燃料或節(jié)流控制等。高性能永磁沒有激磁損耗,，不發(fā)熱,。在電機(jī)設(shè)計(jì)中增加了更多的 靈活性，改變常規(guī)設(shè)計(jì),，包括圓盤式電機(jī)和外轉(zhuǎn)子型電機(jī)的設(shè)計(jì),，由于其慣性小、電抗低,，可達(dá)到更好的動態(tài)特性和高速度能力,，完全滿足現(xiàn)代汽車對發(fā)動機(jī)高功率 與電子系統(tǒng)高可靠的要求。
永磁材料的不斷發(fā)展又給汽車電機(jī)工業(yè)帶來了福音,。隨著汽車永磁電機(jī)向小型化,、輕量化、高效率化的不斷發(fā)展,，以 NdFeB,，特別是粘結(jié)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(tǒng)的鐵氧體永磁電機(jī)，如用于啟動電機(jī),、發(fā)電機(jī),、自動 剎車，以及油泵電機(jī),、空調(diào)電機(jī)等,，今后將廣泛用于操縱系統(tǒng)。通用汽車公司自80年代末即開始采用NdFeB粘結(jié)磁體于一些車型的啟動電機(jī),，在等同的輸出力 矩下,，用NdFeB的啟動電機(jī)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(jī),、執(zhí)行器和傳感器,。以電機(jī)為例，中低檔轎車要用 到30多臺,，豪華轎車使用70多臺,，有的甚至多達(dá)100多臺?，F(xiàn)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(yīng)用。
永磁鐵氧體的典型應(yīng)用
啟動電機(jī),、刮水器電機(jī),、發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇電機(jī)、調(diào)壓式刮水器臂用電機(jī),、座椅 自動調(diào)節(jié)用電機(jī),、空調(diào)器電機(jī),、轉(zhuǎn)向聯(lián)動用霧燈電機(jī),、前照燈矯正裝置用電機(jī)、電動速度表用電機(jī),、電動轉(zhuǎn)向無刷電機(jī),、電動水泵、電動油泵,、電子空調(diào)器,、揚(yáng)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(yīng)用情況見表2(詳見《磁性材料與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)資訊》2005年11期),。
NdFeB永磁體的主要應(yīng)用
混合電動汽車用NdFeB永磁無刷直流電機(jī)
近年來，由于世界范圍內(nèi)資源,、環(huán)境問題日益突出,，石油價格猛漲，各國都在加緊實(shí)施電動汽車的研發(fā)計(jì)劃,，混合動力車(HEV)和燃料電池車(FCEV)成 為新的熱點(diǎn),。混合動力電動汽車同時擁有電機(jī)驅(qū)動和發(fā)動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),，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(jī)是其核心部件， 這是實(shí)現(xiàn)各種工作模式的關(guān)鍵,，直接影響電動汽車的性能,。該無刷電機(jī)基本構(gòu)成與普通無刷電機(jī)一樣，主要由永磁電機(jī)本體,、功率電子換向器和轉(zhuǎn)子位置傳感器等組 成,，主要特點(diǎn)是軸向厚度尺寸小,、重量輕、輸出功率大,、效率高,，集電動、發(fā)電及制動功能于一體,，并能頻繁地進(jìn)行電動和發(fā)電可逆工作,。
發(fā)電裝置
隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國農(nóng)用運(yùn)輸車的產(chǎn)量不斷增加,，年產(chǎn)300萬輛以上,。目前小型農(nóng)用車所采用的發(fā)電機(jī)主要是永磁交流發(fā)電機(jī)，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(zhuǎn)向時易發(fā)生交通事故,，并且不能直接給車輛駕駛棚的刮雨器、暖風(fēng)機(jī)等提供直流電源,。因此稀土永磁發(fā)電裝置應(yīng)運(yùn)而 生,，其電壓輸出穩(wěn)定，成本低,，性能可靠,。該裝置包括電子穩(wěn)壓器、發(fā)電機(jī)殼蓋,、定子(由鐵心,、線圈構(gòu)成)以及轉(zhuǎn)子(由軸、鐵心和NdFeB永磁體構(gòu)成),。這 種將發(fā)電機(jī)與電子穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)為一體并采用高性能稀土永磁體作磁極的發(fā)電裝置能實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)向指示,、電喇叭、刮雨器,、暖風(fēng)機(jī)等設(shè)施所需的直流電源,。
隨著NdFeB抗蝕技術(shù)發(fā)展，性價比下降,，NdFeB在汽車中的應(yīng)用也越來越多,。
AlNiCo和SmCo
由于它們均含戰(zhàn)略物資Co，因而在汽車中應(yīng)用有所限制,。但由于AlNiCo的磁性優(yōu)于鐵氧體,，而抗蝕性又優(yōu)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(jī)中的應(yīng)用情況,。
隨著汽車永磁電機(jī)向小型化,、輕量化和高效率化的不斷發(fā)展，以NdFeB(尤其是粘結(jié)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(tǒng)鐵氧體永磁電機(jī),，如用于啟動電機(jī),、發(fā)電機(jī)、自動剎車,，以及油泵電機(jī),、空調(diào)電機(jī)等，今后將廣泛用于操縱系統(tǒng),。
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,。例如在車載毫米波系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng),、通信系統(tǒng),、車載音響、電視,、多媒 體,、路邊攝像機(jī)等設(shè)備，即需用到永磁體磁場,、永磁傳感器,、執(zhí)行器、磁釘,、永磁軸承,、永磁支撐與夾具、新型功能微電機(jī)等等,。
軟磁材料在汽車電子器件中的應(yīng)用
隨著汽車技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展,，高頻、微型,、超薄型,、抗EMI/RFI、低功耗,、組件化,、智能化等性能優(yōu)良的車用磁性元器件應(yīng)運(yùn)而生,，以滿足節(jié)能、環(huán)保 和電子信息設(shè)備數(shù)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(yīng)用情況,。
感應(yīng)電動機(jī)
雖然目前大多數(shù)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芯的感應(yīng)電動機(jī),，其最高輸出功率為70～100kW,。
傳感器
一輛普通轎車有數(shù)十上百只傳感器，豪華車上的傳感器數(shù)字可多達(dá)200多只,。其種類一般有30多種,，多則達(dá)百余種。軟磁材料在其中的應(yīng)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(guān),、熱簧繼電器,、電磁感應(yīng)線圈。
車載毫米波系統(tǒng)
此處所用電源大多為開關(guān)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(dǎo)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(huán)行器,、隔離器、濾波器,、開關(guān),、調(diào)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(diào)節(jié)電壓并轉(zhuǎn)換效率;作扼流圈，濾除不需要的高頻電 流;等等,。
照明系統(tǒng)
照明高壓變壓器,、鎮(zhèn)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(tǒng)
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。