钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体是快速发展的电动汽车(EV)市场的基础材料,使轻量化、高功率密度电机成为可能。在电动汽车中,晶界扩散(GBD)磁体可带来更高效、更强劲的驱动电机,从而提升续航、加速与整车性能。在市场需求推动下,近年来工艺持续进步,成本效率提高,并实现了以往难以达到的高磁能积牌号,如 50EH、54UH、56SH。

尽管如此,现有 GBD 方法仍有局限:受扩散深度约束,工程师难以制备厚度超过 6 mm、性能均匀的单块高性能钕铁硼。厚度不足往往需要叠装多片薄磁体,增加制造复杂度,也可能降低整体性能。

5 mm GBD、10 mm GBD、10 mm GBD 钎焊磁体与扩散前磁体的退磁曲线
图 1 5 mm GBD 磁体、10 mm GBD 磁体、10 mm GBD 钎焊磁体以及扩散前磁体的退磁曲线

我们提出一种可突破传统厚度限制的 GBD 工艺,能够制备此前难以实现的单块厚磁体,厚度可达 35 mm,并同步提升关键磁性能。图 1 对比了 5 mm GBD、10 mm GBD 与 10 mm GBD 钎焊磁体的退磁曲线:钎焊磁体的磁性能与 5 mm GBD 相当,矫顽力优于 10 mm GBD。磁体尺寸增大可能带来涡流发热担忧,研究表明通过合理选择扩散剂可有效管控。采用该方法,我们已成功制备出此前无法实现的大块 GBD 磁体,例如 35 mm 厚的 G52UH。

不仅如此。最大磁能积 (BH)max 高意味着磁体“更强”,但单纯使用强磁体并不总是最高效的方案。Halbach 阵列通过特定取向排列永磁体,把磁场集中在工作面一侧、显著削弱另一侧。该工艺可通过 GBD 钎焊磁组件实现这一结构,同时省略涂层后再叠装、粘接等步骤,缩短装配时间,更利于大批量生产。

GBD 钎焊磁组件工艺只需在常规 GBD 流程中增加定位步骤。这一突破在保留高 (BH)max 钕铁硼固有优势的同时,为紧凑、对重量敏感的系统打开新设计空间,尤其适用于消费电子、无人机与人形机器人等轻量化、高功率密度场景。

在平板、智能手表、运动手环等消费电子中,GBD 磁组件有助于在不牺牲功能的前提下做得更薄、更舒适,并为更精细的触觉反馈提供效率支撑。在无人机上,可带来更长航时、更高机动性与更大载荷。人形机器人则需要高转矩重量比的轻量化执行器,以实现拟人运动并延长续航。

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