모터 혁명 : 희토류 영구 자석 재료가 고효율과 에너지 절약의 미래를 재구성하는 방법

전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 핵심 장치로서, 모터는 현대 산업 시스템의 전력 심장 역할을합니다. 가전 제품에서 중장비, 운송 차량에서 산업 생산 라인에 이르기까지 세계 경제를 주도합니다. 전통적인 모터는 주로 전자기 유도 원리를 사용하며, 여기서 전류는 로터를 회전시키기 위해 권선에서 자기장을 생성합니다. 그러나이 모터는 상당한 에너지 효율 제한을 나타냅니다.-그들의 작동은 연속 전류 여기에 의존하며, 로터 와인딩 손실은 총 에너지 손실의 20% -30%를 차지하므로 효율성 병목 현상을 해결하기가 어렵습니다.

연구 데이터에 따르면 모터 시스템은 전 세계 전기 생성의 45% -50%를 차지합니다. 중국에서는 산업용 모터만으로도 전국 총 전력 사용량의 최대 60%를 소비합니다. 상황은 특히 심각합니다. 설계 제한과 재료 제약으로 인해 많은 모터가 장기간 비효율적으로 작동합니다. 통계에 따르면 모터의 약 46.3%가 부하율이 50%미만이며 전체 시스템 효율은 일반적으로 40%미만입니다. 이 엄청난 에너지 폐기물은 재료 혁신과 기술 업그레이드에 대한 긴급한 필요성을 강조합니다.

영구 자석 모터의 핵심 혁신은 전류 여기를 영구 자석으로 대체하는 데 있으며 로터 구리 손실을 완전히 제거하고 운동 효율의 질적 도약을 달성합니다. 다양한 영구 자석 재료 중에서도 희토류 영구 자석은 뛰어난 자기 특성으로 인해 고급 고효율 모터의 "소울 재료"가되었습니다. 이들 재료의 통합은 최대 부하에서 운동 효율을 크게 향상시킬뿐만 아니라 부분 하중 조건에서 우수한 전력 성능 지표 (효율 및 전력 계수의 산물)를 유지합니다.

세계적인 희토류 영구 자석 시장은 전례없는 빠른 성장을 겪고 있습니다. QYR의 통계에 따르면, 전 세계 시장 판매는 2024 년에 125 억 5 천만 달러에 이르렀으며 2031 년까지 24,95 억 달러로 올라갈 것으로 예상됩니다. 모터 영구 자석 재료의 특수 분야에서는 성장이 강력하게 남아 있으며, 매출은 2031 년까지 RMB 206.28 억을 기록 할 것으로 예상됩니다.

모터에서 희토류 영구 자석 재료의 적용은 모터의 효율 경계 및 전력 밀도 한계를 완전히 재구성했습니다. 핵심 가치는 세 가지 측면에 반영됩니다.

1. 혁신적인 효율성 증가

희토류 영구 자석 동기 모터는 전체 하중 조건 하에서 전통적인 유도 모터에 비해 평균 5% -8% 효율 개선을 달성합니다. 특수 모델 (예 : 유전 펌핑 장치 모터)은 에너지 소비를 15%-20%줄일 수 있습니다. 이 장점은 로터 와인딩 손실을 제거하는 데 비롯됩니다-중요한 요소 : 유도 모터의 총 손실의 약 20% -30%는 로터 전류에서 비롯됩니다. 영구 자석 모터는 안정적인 자기장을 제공하기 위해 영구 자석을 사용 하여이 문제를 근본적으로 해결합니다.

2. 부피와 무게의 상당한 최적화

NDFEB (Neodymium Iron Boron)의 탁월한 자기 에너지 제품을 통해 모터는 상당히 작은 크기를 달성하면서 동등한 전력 출력을 제공 할 수 있습니다. 최근 사례 연구에 따르면 영구 자석 구동 장치는 토크를 30%로 향상시키는 동시에 부피를 50% 줄일 수 있습니다. 이 특성은 전기 자동차 및 항공 우주 응용 분야에서 특히 중요합니다. 대표적인 예는 항공 용 프랑스의 100kW 브러시리스 모터입니다. 무게는 28kg이지만 기존 모터의 전력 밀도의 3 배 이상 달성합니다.

3. 광 하중 성능의 절대적 이점

실제 응용 분야에서 대부분의 모터는 부분 하중 조건에서 작동합니다. 연구에 따르면 모터의 18.1%만이 75% 이상 부하로 실행되며 거의 절반은 50% 미만으로 작동합니다. 전통적인 유도 모터는 광 하중 동안 상당한 효율과 전력 계수 감소를 경험하는 반면, 영구 자석 모터는 탁월한 성능을 보여줍니다. 22% 정격 하중에서 25% 부하의 유도 모터의 30%에 비해 전력 효율 비율 (효율 × 전력 계수)이 80%로 높습니다. 이 광범위한 경제 운영 범위는 영구 자석 모터가 가변 주파수 에어컨 및 CNC 공작 기계와 같은 가변로드 애플리케이션에 없어서는 안될 선택입니다.

주류 희토류 영구 자석 재료 및 기술 트렌드

1. NDFEB 재료의 세 가지 범주 비교 현재, 현재, 모터에 사용되는 희토류 영구 자석 재료는 주로 세 가지 범주로 나뉩니다. 각각의 특정 응용 분야 : 소결 NDFEB : 주류 선택, 생산의 90% 이상을 차지합니다. 파우더 야금을 통해 제조 된이 제품은 새로운 에너지 차량 구동 모터 및 풍력 터빈에 널리 적용되는 50mgoe를 초과하는 최대 에너지 제품으로 최적의 자기 성능을 제공합니다. 그러나 단점에는 복잡한 형태를 처리 할 때 높은 비율과 낮은 수율 속도가 포함됩니다. Bonded NDFEB : 10%미만을 차지합니다. 에폭시 수지와 혼합되어 모양으로 압축 된 것은 복잡한 구조 (예 : 얇은 벽 링과 같은)를 형성하고 높은 차원 정확도를 달성하는 데 탁월하지만 자기 성능은 소결 재료의 60-70%에 불과합니다. 하드 디스크 드라이브 및 작은 스테퍼 모터에 주로 사용됩니다. Hot-Pressed NDFEB : 높은 기술적 장벽과 제한된 생산이 필요합니다. 고도로 배향 된 나노 결정질 구조를 얻기 위해 열 변형 과정을 통해 소결 재료의 자기 성능과 일치하는 동시에 더 나은 내식성을 제공합니다. 현재 자동차 EPS 모터에 주로 사용되는이 제품은 무거운 희토류 이형성 첨가제를 필요로하지 않고 높은 강압을 달성하여 프리미엄 시장의 전략적 자료입니다.

2. 기술 진화의 이중 동인 현재 기술 개발은 두 가지 주요 방향에 중점을 둡니다. 자원 측면 혁신 : 2025 년 7 월, 중국은 Bayan OBO 퇴적물에서 "Neodymium Yellow River Ore"라는 새로운 희토류 광물을 발견했습니다. 이 발견은 Neodymium 추출 효율을 향상시키고 새로운 에너지 차량 산업의 중요한 자원에 대한 공급 압력을 완화시킬 수 있습니다. 한편, 재활용 기술의 발전으로 인해 폐기물 모터에서 네오디뮴 철분 붕소 자석을 회수하는 과정을 가속화하여 95% 희귀 지구 요소 회복 속도를 달성하고 점차 폐쇄 루프 자원 시스템을 확립했습니다.

모터 설계 혁명 : 재료와 모터 시스템 간의 협력 혁신이 트렌드가되고 있습니다. Baizheng Chuangyuan이 개발 한 폐쇄 루프 벡터 제어 기술을 예로 들어 보았을 때이 기술은 영구 자석 모터의 특성과 결합하여 풀 스피드 레인지 스피드 스피드 레귤레이션 및 100% 제동 에너지 회복과 같은 혁신을 포함하여 지하철 자동차에 대한 "4 층 안전 보호"를 달성했습니다. 또한, 무거운 희귀 한 지구가없는 제형 기술은 입자 경계 확산 공정을 통해 디프로움과 테르 비움 사용을 감소시켜 비용을 절감하면서 높은 강압을 유지합니다. 이 기술은 여러 주요 기업에서 대량 생산되었습니다.

응용 시나리오 : 녹색 에너지에서 지능형 장비까지

1. 새로운 에너지 차량 : 전기 자동차의 "심장"으로서 드라이브 모터의 주요 전장 인 드라이브 모터는 매우 엄격한 성능 요구 사항을 가지고 있습니다. 고성능 네오디뮴 철 붕소 (NDFEB) 자석은 토크 밀도와 효율을 향상시켜 주행 범위를 직접 확장 할 수 있습니다. 현재 새로운 에너지 차량 부문은 고성능 NDFEB 자석에 대한 전 세계 수요의 거의 12%*를 차지하며 차량 별 사용량은 계속 증가하고 있습니다. 주류 모델 3을 예를 들어, 영구 자석 동기 모터는 약 4 킬로그램의 NDFEB 블록을 사용합니다. 한편, Byd의 Haibin은 자기 회로 설계를 추가로 최적화하여 자기 재료 활용의 15% 개선을 달성하는 8-in-one-one 전기 구동 시스템을 사용합니다.

2. 풍력 발전 : 청정 에너지 드라이브 영구 자석 풍력 터빈의 "백 스테이지 드라이버"는 전력 생성을 위해 로터 자석과 고정자 코일 사이의 직접 상호 작용을 활용하여 기어 박스 요구 사항을 제거합니다. 이 설계는 기계적 실패 지점을 줄이고 해상 풍력 에너지 시스템의 신뢰성을 향상시킵니다. 단일 6MW 직접 드라이브 터빈은 약 1.2 톤의 NDFEB (Neodymium Iron Boron)를 소비하는 반면, 전세계 풍력 설치 용량은 2030 년까지 2,000GW를 초과하여 고급 자기 재료에 대한 지속적인 수요를 주도 할 것으로 예상됩니다.

3. 산업 에너지 절약 : 고 에너지 소비 산업을위한 변환 도구 희토류 영구 자석 가변 주파수 모터는 펌프 및 팬과 같은 가변 하중 시스템에 대한 상당한 에너지 절약 잠재력을 보여줍니다. 국립 의무 표준 GB18613-2020은 IE3를 최소 에너지 효율 임계 값으로 설정하여 기업이 비효율적 인 모터를 단계적으로 폐지하도록 유도합니다.

4. 새로운 응용 시나리오 : 로봇 공학, 고급 장비 및 광업 혁신.

2025 년 7 월, 중국의 희토류 영구 자석 철도 차량 출시는 광업 운송에서 혁명을 일으켰습니다. 이 차량에는 수명이 100,000 시간 인 유지 보수가없는 영구 자석 모터가있어 유지 보수 비용이 50% 줄어들면서 시작시 정격 토크의 2.5 배를 전달하여 지하 광산에서 중대한 오르막길의 도전을 효과적으로 해결합니다. 또한, 인간화 로봇 조인트 마이크로 모터 및 반도체 장비의 정밀 선형 모터와 같은 새로운 필드는 모두 Neodymium Iron Boron (NDFEB)의 소형화 및 고정산 특성에 의존합니다.

희토류 영구 자석 재료와 모터 기술의 통합은 단순한 구성 요소 업그레이드를 초월하여 전 세계 산업 녹색 변형을 주도하는 중추적 인 힘으로 떠오르고 있습니다. 새로운 에너지 차량의 서지 전원에서 풍력 터빈의 안정적인 출력 보장에 이르기까지; 무거운 마이닝 트럭을 가능하게하는 것부터 가파른 경사를 정복하는 것에 이르기까지, 손재주 로봇 조인트를 가능하게합니다. "이중 탄소"목표에 대한 전 세계적 합의에 따라 희토류 영구 자석 모터는 응용 프로그램 경계를 계속 확장하여 에너지 생산에서 산업 소비로 모든 역동적 인 순간을 재구성 할 것입니다.