01
磁性材料概述
1.磁性材料定义
磁性材料又称磁性功能材料,通常指强磁材料,系具有铁磁性或亚铁磁性并具有实际应用价值的磁有序材料,它与其他材料的一个根本区别是对外加磁场具有敏感的响应性。广义的磁性材料还包括具有实际应用或可能应用价值的反铁磁性材料和其他弱磁性材料。
2.磁性材料分类
磁性材料是个范围较大的概念，按照应用功能来分类，可以分为硬（永）磁材料、软磁材料以及其他功能性磁材等，其中最主要的是硬磁和软磁。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。衡量磁性材料性能的指标主要包括三大系列：稳定性、抗退磁性、抗温性。简单而言，永磁一经磁化后，能保持恒定磁性，不容易退磁，即所谓矫顽力高，主要用于产生恒定磁场；而软磁则正相反，易于磁化，也易于退磁，即矫顽力较低，主要用于导磁，完成电磁能量的转换与传输。
新能源汽车当中应用较多的磁性材料主要是永磁中钕铁硼永磁、铁氧体永磁和软磁中的硅钢、金属磁粉芯、铁氧体软磁。
3.磁性材料性能特点
磁性材料的磁性能衡量指标如下：稳定性：主要参数是剩余磁化强度、最大磁能积。值越高表示磁场强度越强，磁体越能保持自身磁性能。抗退磁性：主要参数是内禀矫顽力。值越高表示抗退磁能力越强，使用效率值越高。抗温性：主要参数是内禀矫顽力、最高工作温度、居里温度。值越高表示抗温性能越好，磁材性能越稳定。
4.永磁材料
永磁材料通常具有较高的矫顽力，其矫顽力Hc一般不小于104/m，一经磁化并拥有较高的磁能积，在受到外界的磁场、温度以及振动等干扰时，具有较高的保持磁性的稳定度。
（1）金属永磁材料
金属永磁材料是以铁和铁族元素(如镍、钴等)为重要组成元素的合金型永磁材料，主要有铝镍钴(AlNiCo)系和铁铬钴(FeCrCo)系两大类永磁合金。铝镍钴系永磁合金以铁、镍、铝元素为主要成分，并且包含铜、钴、钛等元素，具有高剩磁感应强度和低温度系数，磁性稳定。铁铬钴系永磁合金以铁、铬、钴元素为主要成分，还含有钼和少量的钛、硅元素。其加工性能好，可进行冷热塑性变形，磁性类似于铝镍钴系永磁合金，并可通过塑性变形和热处理提高磁性能。用于制造各种截面小、形状复杂的小型磁体元件。
（2）稀土永磁材料
稀土永磁材料是最大磁能积最高的一大类永磁材料，是指以稀土金属元素与过渡族金属所形成的金属间化合物为基础的永磁材料。稀土永磁至今已发展到第四代。第一代和第二代为钐钴永磁，第三代为钕铁硼合金，是目前应用最广的稀土永磁，其剩磁、矫顽力和最大磁能积比前者高，不易碎，有较好的机械性能，合金密度低，有利于磁性元件的轻型化、薄型化、小型和超小型化，在各类稀土永磁材料中产量最高，广泛应用于电机、医疗器械、玩具、包装、五金机械、航天航空等领域。第四代为稀土铁氮（碳）系永磁材料，目前尚未进入商业化生产阶段。
永磁中钕铁硼永磁在剩余磁感应强度、内禀矫顽力、最大磁能积均优于其他两类磁体。剩余磁感应强度较大说明电机的力矩大、负载转速高、空载和负载电流小；内禀矫顽力较大，电机在不同环境下较为稳定，工作表现稳定可靠；最大磁能积较大说明产生磁场强度所需要的材料体积越小。
虽然钕铁硼的居里温度较小，在高温下工作表现不佳，但其他三项性能均较优，是当之无愧的“磁王”。有研究表明，通过增加Dy（镝）能明显改善钕铁硼磁体的耐高温性能。
（3）铁氧体永磁
铁氧体永磁又称为硬磁铁氧体，是一种新型的非金属磁性材料，它只需外部提供一次充磁能量，就能产生稳定的磁场，从而向外部持续提供磁能。永磁铁氧体是是以SrO或BaO及Fe₂O₃为原料，通过粉末冶金工艺（预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工）制造而成，具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁、一经磁化即能保持恒定磁性的功能性材料。
与金属永磁相比，铁氧体永磁电阻率高，稳定性好，耐环境变化强，原材料来源丰富、性能价格比较高、工艺成熟，且不存在氧化问题，因此应用在诸多领域。铁氧体永磁技术较为成熟，成本较低，在性能要求相对较低的微特电机领域应用广泛。
（4）应用领域
永磁板块下游应用领域包括传统家电、IT、电声、电机、智能手机、服务器、新能源、工业电源、汽车电子、无线充电等行业。新能源汽车行业的发展带动了永磁电机需求猛增，对永磁产品的需求保持较高水平。另外，受到电子元器件向高稳定、高可靠、轻薄短小、宽适应性等方向发展的影响，我们预计未来永磁铁氧体行业将进入优化升级调整阶段，下游新应用领域将继续拓宽。
5.软磁材料
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，易于磁化，也易于退磁，其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输，广泛用于各种电能变换设备中。软磁材料主要包括金属软磁材料、软磁铁氧体材料以及非晶、纳米晶软磁材料等,应用最多的软磁材料是铁硅合金（硅钢片）以及各种软磁铁氧体等。由软磁材料制成的磁芯是磁性元器件的核心部件。
（1）硅钢
软磁中硅钢片和非晶为竞争关系，传统硅钢片在高频下磁导率变小，铁损较大，非晶合金的磁导率则几乎不改变，因此在高频电机如驱动电机和发电机，非晶合金有一定优势，但缺点是薄、脆、硬，成型后冲压加工困难，成本较高，高频下振动噪声大，因此需要开发新的拓扑结构和制造工艺。二者更适合中低频场景。
（2）铁氧体软磁
铁氧体和合金软磁粉芯相互补充又有所竞争，铁氧体饱和磁感应强度低于合金软磁粉芯，在大功率电流下表现不佳，但磁导率低、电阻率高，有利于降低损耗及提高磁芯的工作频率，减小磁芯的体积和质量，因此铁氧体软磁适用于高频低功场景，在小电流小功率应用方面始终占主导地位。
（3）合金软磁粉芯
合金软磁粉芯结合了金属和铁氧体软磁材料的优势，其电阻率较软磁金属大幅提高，能有效降低涡流损耗，且比软磁铁氧体具有较高的饱和磁感应强度，能满足电力电子器件小型化、高功率密度，高频化，集成化的要求，同时也具有更好的抗机械冲击能力，更宽的工作温度范围（-55℃-200℃)等特点，在大电流大功率部分会一定程度替代铁氧体软磁，但因存在老化、散热、损耗高等缺陷，在要求大功率小型化的地方应用更广泛。
（4）应用领域
软磁板块下游应用领域早期主要集中于传统家电、PC市场以及照明等行业，随着以手机为标志的无线充电应用在国内市场开始趋热并火爆发展，同时充电桩、电动汽车、NFC市场、光伏逆变器、服务器等领域将出现爆发式增长，软磁材料的产业结构出现变化，行业未来前景广阔，随着下游新能源汽车、光伏、服务器等领域新技术、新产品不断涌现，行业渗透率提高，软磁板块的需求也持续增加。
02
磁性材料产业链及应用领域
磁性材料制造产业链主要包括研发、设计、制造、销售、运输、品牌塑造等环节。其中，研发、销售和品牌塑造是决定磁材企业盈利水平的关键环节。目前，中国磁性材料行业的主要经营模式为直销，即磁性材料生产商向下游供应商直接销售产品。影响磁材行业盈利水平不同的关键因素是产品附加值，即技术含量、功能、和质量。
上文中我们已经对磁性材料的具体分类有了相关了解，下面我们重点了解下磁性材料的下游应用领域。
1.新能源汽车是磁材的关键下游
新能源汽车的蓬勃发展给磁性材料带来巨大的发展空间。我国新能源汽车销量从2016年的的50.7万辆提高到2021年的352.1万辆，年均增长率达到47.34%，2022年1-9月实现销量387.7万辆，已超过去年全年销售量,9月新能源车零售渗透率首次突破30%，我国新能源汽车产业发展已进入规模化快速发展的新阶段。无论从关键磁材未来的下游占比还是增长率来看，新能源汽车领域的发展都举足轻重，影响深远。磁性材料作为关键电子元器件的基础核心材料，大量应用到了汽车电机、车体、车身底盘和信息部件的各个方面，在汽车工业的发展中扮演越来越重要的角色。据统计，汽车部件通常有2万左右，其中磁性部件多达数千个。
电动化尚未止步，智能化犹有可为。新能源汽车上半场主要围绕电动化进行，电动化更多的是围绕市场需求提高性价比，降本增效展开，磁材作为电动化不可或缺的一部分肩负着提高能效，降低成本的重任。一方面，企业需要改进现有磁材的性能或是研发新一代磁材，提高饱和磁通密度、矫顽力、电阻率等关键指标，从而提高汽车能量的利用率，避免过多的能量损耗；另一方面，磁材制作的电感、电子变压器都是定制性，需要与客户沟通，从材料、工艺、机械生产化等方面探索降低成本的可能性。
智能化方面，主要以电动化为基础，需要全车各关键设备能够根据车载处理器要求自行工作，微特电机等需求进一步增加，车联网趋势下，对图像和信息采集、数据传输，数据即时处理等方面的要求会越来越高，因此对磁性器件数量和性能的要求也在提高。
2.电机中的磁材—钕铁硼、硅钢居主导地位
（1）定子和转子是永磁同步电机的关键零部件
新能源汽车中的电机主要包括驱动电机和微特电机两类。驱动电机能够根据电磁感应定律将电能转换成机械能为电动汽车提供动力，主要由定子、转子、机壳、端盖、连接器、旋转变压器等零部件组成。主流的电机类型主要包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机以及开关磁阻电机。其中永磁同步电机是目前应用最为广泛的电机，普及率达到90%以上。
与普通电机相比，永磁同步电机使用永磁体取代了转子的励磁绕组，无需通电即可维持磁场，通过调整电压或电阻的方式进行调速，不仅使用的硅钢片、铜等材料更少，更降低了定子、转子的电流损耗和定子损耗。因此，永磁同步电机具有节能高效、调速性能优越、体积小、重量轻、结构简单的优点，但缺点是成本偏高，高位震动可靠性较差，且温差较大时容易退磁，一般系能源汽车使用电机的工作温度通常在180-200摄氏度之间，而钕铁硼磁体的居里温度在340度左右。
永磁同步电动机工作原理：永磁同步电动机通过转子绕组的异步转矩实现启动。启动完成后，转子绕组不再起作用，由永磁体和定子绕组产生的磁场相互作用产生驱动转矩。
定子和转子是电机中的核心部件。定子是电机中静止不动的部分，圆筒内侧缠绕有很多绕组，绕组与外部电源接通，整个圆筒与机座固定在一起。定子由铁芯导磁体（硅钢片）和三相绕组（线圈在定子内每120度为一个单元，相互对称排列，形成360度的圆柱形定子）组成。
转子是定子内部缠有绕组的圆柱体，是电机中的旋转部件。它们与电动机的动力输出轴连接在一起并同速旋转。定子和转子之间没有任何链接和接触。转子由永磁体和铁芯导磁体组成，永磁体通常安装在转子铁芯周围，安装方式包括表面凸出式、表面嵌入式和内嵌式。凸出式安装成本较低，内嵌式安装可以在表面制成极靴，改善磁场的线性分布，有助于提高电机本身的功率密度和过载能力。
（2）微特电机数量最高近百台
微特电机是指原理、结构、性能、作用等与常规电机不同,并且体积和输出功率都很小的电机。汽车用微特电机主要类型有单相异步电机、永磁无刷电机等，由于汽车用微特电机技术发展重点为高效节能电机，永磁无刷电机是大势所趋。
一般微特电机的外径不大于130mm,功率在数百毫瓦和数百瓦之间，主要分布于汽车的发动机、底盘、车身三大部位及附件中，是汽车动力系统的重要组成部分，未来将逐渐取代传统的机械系统，成为汽车的“关节”。
通常情况下，新能源汽车需要配备1-2台驱动电机，若干数量微特电机，微特电机使用数量多少与汽车档次成正比，据统计，每辆经济型汽车配备20台以上小电机，高级轿车配备50台以上小电机，豪华型轿车配备近百台小电机。
微特电机主要应用在以下零部件上；1）汽车发动机部件上的应用：主要是在汽车起动机、电喷控制系统、发动机水箱散热器及发电机中的应用；2）汽车底盘车架上的微特电机，主要应用在汽车电子悬架控制系统、电动助力转向装置（EPS）、汽车稳定性控制系统、汽车巡航控制系统、防抱死控制系统及驱动动力控制系统中；3）汽车车身部件上的微特电机，主要使用在中央门锁装置、电动后视镜、自动升降天线、电动天窗、自动前灯、电动汽车座椅调整器、电动玻璃升降器、电动刮水器、空调系统、电子车速里程表等；4）汽车附件上的微特电机，主要应用于吸尘器、充气机、气泵、抛光机、电动座椅按摩器等装置。
（3）电机核心材料——钕铁硼、硅钢
驱动电机中构成定子、转子的主要材料是高性能钕铁硼（以速凝甩带法制成、内禀矫顽力Hcj(kOe)和最大磁能积(BH)max(MGOe)之和大于60的烧结钕铁硼永磁）和无取向硅钢（钢中Si含量高于0.5%、具有特定磁性能的Fe-Si或Fe-Si-Al软磁合金）。根据测算，钕铁硼磁材和硅钢片占电机原材料成本的30%和20%，占整车成本的4.5%和3%。
3.软磁材料是新能源汽车电气电路关键元器件材料
（1）软磁材料在新能源汽车广泛应用
随着汽车电子多功能化应用普及，在汽车电子配套的软磁元器件朝着高频化、低损耗、耐高温、抗干扰性强方向发展。软磁材料主要是作为电感器、变压器、扼流圈、滤波器中的磁芯，应用在车载DC/DC变换器、充电桩、OBC车载充电机、HEV动力系统功率转换、照明系统、ECU（电子控制系统改）、BMS（电池管理系统）、PDU（电源分配单元）、倒车雷达系统、胎压检测系统、无人驾驶感应系统、车身EMI、传感系统等部件，发挥调节电压、滤波、储能等作用。
（2）高端铁氧体利润空间较大，800V趋势下合金软磁粉芯受益颇多
软磁铁氧体在汽车电子中需求最多，应用最广。软磁铁氧体作为一种高频电气特性优良、成本相对低廉、易于加工成不同形状尺寸产品的电子的功能材料，广泛应用于汽车上的各种电感器、变压器、扼流圈、滤波器，其中高档材料领域利润空间较大。目前EV、HEV所用的技术含量较高的铁氧体产品，大多为日本和欧美等先进铁氧体厂家垄断。
非晶和纳米晶合金是电动汽车目前最为理想的软磁材料，在新能源汽车中的应用有待进一步扩展。
金属软磁粉芯在800V高压平台趋势下受益较多。对应到软磁需求来看，金属软磁粉芯软磁由于饱和磁通密度大等综合性能优越，将进一步打开增长空间。
4.充电桩保有率及直流充电桩占比提升打开软磁增长空间
（1）合金软磁粉芯与高端铁氧体更适配充电桩
充电桩可以分为接触式充电装置和无接触式充电装置，接触式充电桩包括直流充电桩和交流充电桩，除了交流充电桩不需要用到磁性元件外，其他均涉及电能形式的转换，充电桩即可以视为大的变压器，磁材是变压电感的主要材料之一。据统计，磁性材料在变压器等核心器件中占据15%以上成本，占充电桩成本的2.25%-3%左右。假设建设一台充电桩需要2万元，需要消耗500-600元的磁性材料，2022-2025年预计将为磁性材料带来82-98亿元左右的市场空间。充电桩的指数性增长将为变压器电感以及使用的磁材带来极大增长空间。
充电桩用到的变压器功率从几百到几千瓦都有，对功率、漏感、输入输出电压等有严格要求，其中主要用到的软磁材料通常有铁氧体、金属软磁粉芯等软磁材料。由于传统铁氧体功率损耗随温度变大较大，仅能在很窄的温度范围内实现低功耗，而充电桩大多处于室外露天环境下，环境温度范围较宽，因此合金软磁粉芯或低功耗铁氧体在充电桩应用上略有优势。
（2）直流充电桩占比有望提升，软磁需求量达47.24%
根据横店东磁投资者关系活动，充电桩依功率不同软磁用量约0.5-2kg，至少用到20多个磁性元器件，目前直流交流充电桩的比例约在4:6左右，但随着社会对快充的需求不断增加，预计直流充电桩占比将进一步提升。根据我们测算，2025年中国新能源汽车保有量将达到4166万辆，我们假设1）车桩比逐年提升，直流交流充电桩比例平均为50%。2）软磁用量平均为1.2公斤/根。3）直流交流充电桩的比例将从4:6左右上升至5:5。4）合金软磁粉芯与高性能铁氧体的比例为3:7，后续随着快充要求的不断提高，合金软磁粉芯占比逐渐提升。综上，2025年充电桩的软磁用量将达到1.14万吨。
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