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人形机器人磁材——钕铁硼、钐钴的应用趋势

时间：2025-06-30 14:57:50 来源：

人形机器人对高性能磁材的需求人形机器人作为人工智能与精密机械的融合产物，关节驱动高度依赖高性能电机系统。电机中的永磁材料相当于心脏

人形机器人

对高性能磁材的需求

人形机器人作为人工智能与精密机械的融合产物，关节驱动高度依赖高性能电机系统。

电机中的永磁材料相当于“心脏”，性能直接影响机器人关节的扭矩输出、尺寸重量和能效。要实现拟人化机器人的灵活运动和负载能力，电机必须提供高功率密度和快速响应，这对永磁体提出了极高要求。

伺服电机已成为机器人关节的核心部件，其中钕铁硼等稀土永磁体在直流伺服电机中的成本占比约45%，可见磁材对提升电机性能至关重要。

新一代稀土永磁材料——钕铁硼（NdFeB）和钐钴（SmCo）——因优异的磁性能成为人形机器人电机的关键材料选择。随着人形机器人产业的发展，行业分析预计对高性能钕铁硼磁材的需求将大幅增长，有望成为继新能源车之后稀土磁材的又一增长引擎。

钕铁硼在机器人关节

和电机中的应用

钕铁硼被广泛应用于各类机器人关节驱动电机中，凭借目前商用磁材中最高的磁能积和良好的性价比，成为机器人伺服系统的首选永磁体。在工业机器人和人形机器人的关节驱动中，高性能钕铁硼磁钢使伺服电机能够实现小型化、轻量化，并提供高扭矩和快速响应，满足机器人灵活运动的要求。

据统计，在典型机器人成本结构中，伺服电机约占整机成本的20%，而伺服电机中永磁体成本占比接近一半。可见钕铁硼磁材不仅是性能核心，也是机器人硬件成本的重要部分。

实际应用数据表明，机器人对钕铁硼磁材的需求量正在快速攀升。每台人形机器人往往搭载数十个电机：特斯拉Optimus原型具有超28个关节自由度，小米人形机器人也有21个自由度，一台人形机器人使用的电机可能不少于40台。

预测每台人形机器人约需4公斤的钕铁硼磁钢、每台大型工业机器人需约25公斤，那么预计到2025年仅机器人领域对钕铁硼的年需求量将达到约2.13万吨（其中工业机器人约1.73万吨、人形机器人约0.4万吨）。另一份券商测算亦显示，在乐观情景下，2025年全球机器人产业对高性能钕铁硼的需求可达6.1万吨，市场规模超300亿元人民币。这些数据印证了机器人产业（特别是人形机器人）正成为推动钕铁硼磁材需求的新兴力量。

目前钕铁硼永磁材料在磁性材料市场中占据主导地位。中国作为全球最大稀土磁材生产国，烧结钕铁硼产量约占国内稀土永磁总产量的95%，而粘结钕铁硼和钐钴磁体仅占4%和1%。

钕铁硼凭借磁性能高出钐钴约一倍、成本更低的优势，满足了大规模工业化应用需求，已经成为产量最高、应用最广泛的稀土永磁材料。在机器人关节电机、减速电机以及各类伺服马达中，钕铁硼磁钢因强磁力和经济性，承担了主要的驱动磁场角色。

国内多家磁材龙头企业（金力永磁等）已经明确将人形机器人作为新市场方向，积极布局相关高性能钕铁硼产能。可以预见，随着机器人产业的扩张，钕铁硼磁材在其中的应用比例还将继续提升。

钐钴磁材的特点

在特定场景的使用

钐钴永磁体是第二代稀土永磁材料，以钐和钴为主要成分，具有独特的高温稳定性和抗腐蚀性。

与钕铁硼相比，钐钴磁体在高温环境下工作性能更为优异：

居里温度和最高工作温度可达250～350℃，在180℃以上仍能保持出色的磁性能稳定性。同时钐钴的温度系数极低，受温度变化影响的磁通密度衰减很小；再加上材料本身抗氧化抗腐蚀，不需要像钕铁硼那样依赖电镀涂层保护。

而且，钐钴具有很高的内禀矫顽力，对外部磁场和高温的退磁抗力强。这些特性使它成为目前耐高温永磁材料的最佳选择。钐钴磁体自20世纪70年代问世以来，一直被用于航空航天、国防军工、微波器件、通讯和医疗设备等需要在严苛环境下保持磁稳定性的领域。

在人形机器人的特定应用场景下，钐钴磁材的优势也开始受到重视。尤其当机器人电机需要在高温或长时间高负载下工作、且要求极低的退磁风险时，钐钴磁体是理想选择。

企业案例显示，人形机器人腰部旋转电机采用了耐200℃以上高温的钐钴磁钢，以确保在发热工况下仍能保持0.01°的姿态控制精度。这一实际应用场景表明，在机器人大扭矩关节（腰部、髋关节）或散热受限的部位，引入钐钴磁体可以防止因电机温升导致的磁钢退磁，保证机器人运行的可靠性和精度。

当人形机器人被用于高热环境（火灾救援、冶炼作业）或者需要长时间连续运转时，钐钴磁体的耐高温、抗退磁优势更为突出。

随着工业机器人和服务机器人的渗透率提高，对于更高可靠性磁材的需求将被激发，这有望推动钐钴永磁材料市场需求的增长。

尽管当前钐钴磁体市场规模相对较小（2022年中国钐钴磁体消费量约0.2万吨），但在特定高端领域，它的不可替代的性能使其成为面向未来的一种战略性补充材料。

钕铁硼及钐钴

性能、成本与应用比较

第三代稀土永磁钕铁硼和第二代钐钴各有优缺点，应用取舍考虑性能需求和成本约束。总体而言，钕铁硼在常温磁性能和经济性上占优，而钐钴在高温稳定性和可靠性上见长：

磁性能：

钕铁硼拥有目前最高的磁能积和剩磁，磁场强度往往比钐钴高出几十个百分点，适合追求最大扭矩密度的设计。钐钴磁能积略逊于钕铁硼，但依然远胜传统铁氧体等磁体，可满足高性能需求。

耐温与退磁：

钕铁硼磁体在高温下磁性能显著下降，一般工作温度不宜超过150~180℃（高等级添加重稀土后可略有提升）。相反，钐钴可在300℃甚至更高温度下稳定工作，温度每升高一度磁性能变化很小。钐钴磁体具有更高矫顽力，受热或外界磁场冲击不易退磁，非常适合严苛环境。而钕铁硼在高温或强磁扰下更易出现部分退磁，需要在设计上留有余量。

抗腐蚀性：

钕铁硼材料化学活泼，易被氧化腐蚀，通常必须做镀层防护；钐钴天生抗腐蚀和抗氧化能力强，大多数场合可不电镀，可靠性更高。这使钐钴更适用于高湿度、腐蚀介质环境或需超长寿命的应用。

成本与资源：

由于生产工艺和原材料差异，钕铁硼磁体目前量产成本显著低于钐钴。钕铁硼主要原料为廉价的铁和较丰富的轻稀土钕（高耐温牌号需少量镝/铽），规模化生产成熟；钐钴则含有金属钴和钐，钴价昂贵且资源集中，导致磁体价格偏高。因此在大批量应用上钕铁硼具备经济优势，而钐钴多用于对成本敏感度低但要求极高可靠性的场合。

钕铁硼凭借更强磁力和更低成本，已成为绝大多数机器人电机的首选磁材。而钐钴以高温下稳定、安全裕度大的特性，在一些特殊机器人应用中发挥不可或缺的作用。

应用趋势

人形机器人及高端装备的发展将对磁性材料提出更极端的要求，钕铁硼和钐钴的应用格局也将相应演进。在更高扭矩密度的驱动需求下，电机功率继续提升但尺寸受限，这意味着磁钢需在更高磁加载和温升下工作。钕铁硼磁材技术正朝着提升耐温能力和内禀矫顽力方向改进，通过晶界扩散技术在保持高磁能积的同时，将重稀土用量减少50%以上以提高高温性能。

未来新一代高耐温钕铁硼（加入铽、镝或采用特殊微结构）有望在150～200℃工况下保持较高磁性能，从而拓展钕铁硼在机器人高负载关节中的适用范围。

钐钴磁材也有望在机器人领域获得更广泛的关注。如果人形机器人需要在近极限温度或长时间满负荷下运行，为了降低退磁风险，设计者可能更频繁地考虑使用钐钴磁体来保障可靠性。特别是在服务型机器人、特种机器人（消防、太空作业等）中，钐钴的高温优势和稳定性将成为吸引力。此外，传感器、制动器等部件也可能更多采用钐钴，以追求极致的环境稳定性。鉴于目前钐钴磁体基数较小，来自机器人领域的新需求增量将对钐钴产业形成明显拉动，使钐钴进入新的增长阶段。一些磁材企业已经开始将业务延伸至下游应用，以期待抓住这一潜在的市场机遇。

但总体来看，在相当长时间内钕铁硼仍将主导主流机器人应用。即使在更高要求下，多半会首先考虑改进钕铁硼磁钢（通过配方优化、涂层改良、提高工作温度等级等）来满足需求，因为性能-成本的优势无可匹敌。钐钴则会作为特殊场景的优选存在，与钕铁硼形成互补。

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