稀土永磁材料在风力发电机中的应用

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1、稀土永磁材料在风力发电机中的应用白书欣，李顺，张虹(国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：本文介绍了稀土永磁材料在风力发电机中的应用情况，并结合风力发电机的特点，对风电用稀土永磁材料的特性提出了要求．文章也对我国当前风力发电机用稀土永磁材料的需求状况作了分析．关键词：稀土永磁；风力发电；永磁电机l前沿我国是世界上风力资源较为丰富的国家之一，据估计，中国近海风能资源约为陆地的3倍，所以，中国可开发风能资源总量约为10亿千瓦，其中青海、甘肃、新疆和内蒙可开发的风能储量分别为1143万千瓦、2421万千瓦、3433万千瓦和6178万千瓦，是中国大陆

2、风能储备最丰富的地区。根据全球风能理事会(GWEC)公布的数字，截止2006年底，世界装机容量已达73904MW，2006年新增装机容量为14900MW，世界风机装机容量增长率为25％。世界各国累计装机容量最多的前五个国家分别是德国、西班牙、美国、印度、丹麦，中国由20年的第8位上升为第6位。目前，风力发电量占全球电量的1％，部分国家及地区已达20％甚至更多。中国风力发电起步较晚，但发展很快。截止2006年底，全国累计装机容量达2405MW，2006年新增装机容量为1145MW，年增长率是90．9％。除台湾省外，全国共计16个省、自治区、直辖市安装风力发电机。20

3、06年分省累计风电装机容量的前五名分别为内蒙古508．89MW、河北325．75MW、吉林252．71MV、辽宁232．26MW、广东211．14MW。在风力发电系统中，风力发电机组是最关键的部件，其生产和制造水平是反映一个国家风电发展水平的重要因素。在风力发电机组中，稀土永磁同步发电机由于结构简单、无需励磁绕组、效率高的特点而在中小型风力发电机中应用广泛。直驱式永磁风力发电机采取风机叶轮直接驱动发电机旋转，取消了传统的交流励磁双馈式异步风力发电机所需的增速齿轮箱，避免了运行中齿轮箱的故障和维护。同时，永磁风力发电机采取永磁励磁，无励磁绕组，转子上也没有集电环和电

4、刷，结构简单、运行可靠。从1993年德国埃纳康公司(EnerconGmbH)研制出第一台大型直驱式永磁风力发电机，到2008年新疆金风科技股份有限公司生产出数百台1．5兆瓦直驱式永磁风力发电机，永磁风力发电机的发展方兴未艾。中国的永磁风力发电机的整体水平已走在世界前列。2稀土永磁材料的发展永磁电机的发展与稀土永磁材料的发展密切相关。稀土永磁材料是以稀土金属与过渡金属所形成的金属间化合物为基体的永磁材料。它是上世纪六十年代以来发现的，图1描述了稀土永磁材料的发展历程。图1稀土永磁材料的发展历程2．1第一代稀土永磁材料从50年代开始，随着对稀土—过渡族合金的研究，E．

5、A．Nesbitt等于1959年发现了具有强各向异性的GdC05合金。1967年K．J．Stmat等发现了高磁化强度、高居里温度及高单轴磁晶各向异性的YC05磁体，并首先采用粉末法制造2oOo罢v芑暑口o．I盘h咖Ja口。暑暑暑Ix嚣_’I出第一块YC05永磁体，接着K．J．Strnat等人又用同样的方法研制出了SmC05永磁体。1968年K．H．J．Busehow等人采用等静压工艺，制造出相对密度达95％的SmC05永磁体，其磁性能达到：Br．o．84T，iHc-'-1257．7kA／m，(BH)m默=147．3l(J／m3，创造了当时永磁材料性能的记录，标志着

6、第一代稀土永磁材料的诞生。随后这一记录不断被刷新，到20世纪七十年代，SmC05系列永磁体已经商品化，人们习惯把这种SmC05合金称为第一代稀土永磁材料。2．2第二代稀土永磁材料2：17型永磁体是第二代稀土永磁材料，它是70年代末期出现的，80年代初已商品化。1977年T．Ojima等人用粉末冶金法研制出(脚max=238．8kJ／m3的Sm(Co，Cu，Fe，Zr)7．2永磁体，创造了实用稀土磁体磁能积的最高纪录。按矫顽力的高低，2：17型永磁体又可分为低矫顽力与高矫顽力两种。前者的矫顽力约为398--477kA／m，后者的矫顽力高达1194～2388kA／m。

7、这类永磁材料居里温度高、温度稳定性好、耐腐蚀性强，因此高性能Sm．Co永磁体的出现极大地推动了仪器仪表工业和其它现代技术的发展。近年来发展的高温Sm．Co磁体可以在高达500"C下正常工作，这也是稀土永磁合金目前研究的热点之一。但Sm．Co永磁体的推广应用仍然有它的局限性。主要是它的资源短缺，原材料昂贵。Sm．Co永磁体的售价相当于铁氧体永磁的60～150倍。2．3第三代稀土永磁材料1983年，M．Sagawa、J．J．Croat和M．C．Koon等几乎同时报道了以四方相Nd2Fel4B为主相的Nd．Fe．B稀土永磁材料。M．Sagawa等人用粉末冶金法研制出的高

8、性能的Nd