Pastāvīgi magnētu motori ir šeit, lai paliktu, bet mēs varam padarīt tos mazāk dārgi.
Oyota saka, ka ir izgudrots jauns magnēts tādiem augstas enerģijas pielietojumiem kā elektromotori, kas izmanto daļu no standarta dzelzs, bora, neodīma (NdFeB) magnēta neodīma (retzemju elementa) daudzuma.
Toyota teica "ražošanas tehnoloģijā" cietā stāvoklī, sacīja WSJ
Retzemju magnēti tiek izmantoti daudzos hibrīdautomobiļos, daži elektriskajos transportlīdzekļos un citos lietojumos, piemēram, vēja turbīnās un robotkos.
Lai gan "reti" ir nedaudz nepareiza lietošana tādam materiālam kā neodīms (lielais pieprasījums ir radījis relatīvi augstu ražošanas apjomu), Toyota atzīmē, ka "pastāv bažas par to, ka nepietiekamība attīstīsies, jo elektrificētie transportlīdzekļi, tostarp hibrīdie un akumulatora elektriskie transportlīdzekļi, kļūst par nākotnē kļūst aizvien populārāka. " Šo problēmu papildina retu raktuvju ieguves koncentrācija: lai gan ir mēģināts veikt retzemju metālu raktuvju izmantošanu ASV un citur pasaulē, Ķīnā notiek retzemju metālu ieguves pārsvars. Šī valsts draudēja pārtraukt neodīma un citu retzemju metālu eksportēšanu 2011. gadā, kad metālu cenas pieauga. Ja Ķīna atkārtoti izmantotu retzemju pieeju kā ģeopolitisku instrumentu, tas varētu ievērojami ietekmēt tādus uzņēmumus kā Toyota, kas ir atkarīgi no retzemju metālu, lai izveidotu vadošos produktus, piemēram, Prius.
Izstrādātajam jaunajam magnētam Toyota arī nav izmantots terbijs vai disprosijs, ko var pievienot neodimim, lai uzlabotu tā darbīgumu lielā siltumā, virs 100 grādiem pēc Celsija (212 grādi pēc Fārenheita). (Faktiski kalnrūpniecības konsultācijas Roskill atzīmē, ka daži autoražotāji vairs lieto terbiju magnētos, lai arī disprosija joprojām tiek pievienots magnētiem ar neodīmu.)
Ko dara šie magnēti?
NdFeB magnēti spēj radīt spēcīgu magnētisko lauku mazos apjomos. Saskaņā ar 2015. gada ilgtspējīgu materiālu un tehnoloģiju dokumentu NdFeB magnēti ir savienoti ar disprosiju ar lielu koerciivitāti, tas ir, "spēja pretoties izceļošanai, kad tas ir magnetizēts".
Pastāvīgā magnēta (PM) maiņstrāvas automobiļa motors, NdFeB magnēti bieži tiek iestrādāti rotorā. Kad elektriskais statora stiepļu tinumi ir elektrificēti, magnētiskais pieskāriens izraisa rotora rotāciju. Citos dizainos magnētus var iestrādāt statorā, vai arī magnētus var sakārtot darbam ar DC magnētisko lauku. Savukārt indukcijas motori (kas ir daudz biežāk) neizmanto magnētus un balstās uz strāvu, kas plūst caur statora tinumiem, lai izraisītu magnētisko lauku, kas noved pie rotatora rotācijas.
Kā jūs varat iedomāties, ir vairāki kompromisi starp PM motors un magnētiskie indukcijas motori. Roskill atzīmē, ka PM balstītas sistēmas parasti ir vieglākas un mazākas, jo tās var balstīties uz NdFeB magnētu to iekšpusē pastāvīgam magnētiskajam laukam. Lielākā daļa hibrīdautomobiļu (HEV) izmanto PM sistēmas: ar hibrīdu sistēmu jums ir nepieciešams gan akumulators, gan iekšdedzes dzinējs, tāpēc motora izmēru samazināšana ir sevišķi svarīga. (Komponentu ražotājs Bosch ir strādājis arī uz ēku sistēmām, kurās, piemēram, ir izmantoti gan indukcijas motori, gan pastāvīgā magnēta motori vienā un tajā pašā ražojumā, piemēram, priekšējām un aizmugurējām asīm).
Tesla lieliski izvairījās no magnētām modeļu S un X modeļa transportlīdzekļos, izvēloties smagāku vara indukcijas sistēmu. Bet 3. modelis ziņo, ka izmanto PM sistēmu, iespējams, tāpēc, ka magnēti ekonomē vietu un svaru (kas var ietekmēt akumulatora diapazonu), un šiem motoriem ir lielāks paātrinājums. "Chevy Bolt" arī izmanto neodīma bāzes magnētu, sacīja Roskills.
Kas ir šajā jaunajā magnēts?
Neodīma vai disprosija vietā magnēts izmanto mazāk dārgus retzemju metālus - lantānu un ceriju. Protams, tas neizvairās no daudziem jautājumiem, kas saistīti ar neodīmu: lantāns un cerijs joprojām tiek pārsvarā iegūti Ķīnā, un, tāpat kā ar retām zemēm, tās var ražot videi draudzīgi. Bet Reuters atzīmē, ka, lai gan neodīms maksā apmēram 100 ASV dolārus par kilogramu, un disprosijs maksā apmēram 400 ASV dolārus par kilogramu, lantāns un cērijs maksā apmēram 5 ASV dolārus līdz 7 ASV dolāriem par kilogramu. Ideālā gadījumā lētāki magnēti var radīt lētākus hibrīdos un elektromobiļus.
Palielināt / Neapstrādājot magnētiskos materiālus ar vienādu neodīma koncentrāciju, Toyota magnēti koncentrē magnētu pie neodīma malām.
Toyota
Toyota izmantoja dažus trikus, lai samazinātu neodīma lietošanu. Uzņēmums saka, ka, vienkārši aizstājot magnētu neodīma ar lantānu un ceriju, tiek radīts zemsprieguma magnēts ar samazinātu koerciivitāti un samazinātu siltuma pretestību, kas nozīmē, ka cietīs motora veiktspēja. Tā vietā uzņēmums izveidoja magnētu tā, ka lielākā daļa lantāna un cerija graudu bija magnētisma iekšienē, un lielākā daļa neodīma graudu bija no ārpuses.
Autoražotājs arī samazināja magnētu graudu lielumu magnētiņā. Šis pētījums ir bijis ilgstošs pētījums: 2015. gada dokumentā par ilgtspējīgiem materiāliem un tehnoloģijām atzīmēts, ka, lai atrastu veidu, kā droši samazināt retzemju magnētu komponentu graudu lielumu, tas varētu palielināt magnētiskās enerģijas daudzumu, kas tiek uzglabāts magnētiņā. Acīmredzot arī Toyota turpināja ceļu. Tās pētnieki spēja samazināt magnētu komponentu graudu lielumu līdz vienai desmitdaļai standarta magnētu.
Šīs ražošanas metodes ļauj Toyota zaudēt 20 līdz 50 procentus no neodīma, kas nepieciešams NdFeB magnēta izgatavošanai, nezaudējot veiktspēju vai koerciivitāti. Reuters atzīmē, ka elektromobiļu magnēti, visticamāk, varēs izmantot tikai tā zemo griestu līmeni, taču laba ir arī tas, ka 20% no vajadzīgā neodīma tiek izņemti no automašīnas magnēta.
Pašlaik dizains ir provizorisks, un Toyota saka, ka tai ir jāveic vairāk pētījumu, pirms tās pievieno šos progresīvos magnētus savā automašīnā. Līdz 2020. gadu sākumam uzņēmums vēlas izmantot magnētus stūres pastiprinātāju sistēmās, un pēc tam tā gaidīs, ka desmit gadu laikā elektrisko transportlīdzekļu dzinējspēks tiks plašāk izmantots.
Toyota ir bijusi pionieris hibrīda transportlīdzekļu tirgū, bet ir vairāk vilcinājusies panākt, ka visi elektriskie transportlīdzekļi tiek tirgoti. Tomēr visi pētnieki savos pētījumos meklē veidus, kā padarīt elektriskos transportlīdzekļus visprogresīvākos. Kompānija 2017. gada vasarā paziņoja, ka tā ir "cieto elementu" baterijas "ražošanas tehnoloģijā", kas teorētiski būtu vieglāka, mazāka un labāka darba temperatūras diapazons nekā baterijas, kuras mēs šodien redzam Teslas, Nissans un Chevys .
