Motoarele cu magnet permanent sunt aici pentru a rămâne, dar le putem face mai puțin costisitoare.
oyota spune că a inventat un nou magnet pentru aplicații de energie înaltă, cum ar fi motoare electrice, care utilizează o fracțiune din cantitatea de neodim (un element de pământ rare) al unui magnet standard de fier, bor, neodim (NdFeB).
Toyota în "producția de inginerie" pentru o baterie solidă, spune WSJ
Pământurile magnetice rare sunt folosite în multe vehicule hibride, în unele vehicule electrice și în alte aplicații, cum ar fi turbine eoliene și robotică.
Deși "rar" este un nume greșit pentru un material cum ar fi neodimul (cererea ridicată a condus la volume de producție relativ ridicate), Toyota observă că "există preocupări că se vor dezvolta deficiențe, deoarece vehiculele electrificate, din ce în ce mai populare în viitor ". Această îngrijorare este amplificată de concentrația mineritului de pământuri rare: deși s-au făcut încercări de a face metale rare ale pământurilor rare în SUA și în alte părți ale lumii, în China există o preponderență în exploatarea miniere a pământurilor rare. Această țară a amenințat că va opri exportul de neodim și alte pământuri rare în 2011, ceea ce a determinat creșterea prețurilor la metale. Dacă China ar folosi din nou accesul la pământuri rare ca instrument geopolitic, acesta ar putea avea un impact semnificativ asupra companiilor precum Toyota, care depind de pământuri rare, pentru a construi produse emblematice precum Prius.
Noul magnet dezvoltat de Toyota nu folosește nici terbiu sau disprosiu, care poate fi adăugat la neodim, pentru a-și îmbunătăți funcționabilitatea la temperaturi ridicate, peste 100 de grade Celsius (212 grade Fahrenheit). (De fapt, consultanta in minerit Roskill noteaza ca putini producatori de automobile folosesc terbium in magneti, desi dysprosiumul este adaugat in mod obisnuit la magneti cu neodim.)
Ce fac acești magneți?
Magneții NdFeB sunt capabili să producă un câmp magnetic puternic în volume mici. Atunci când sunt asociate cu disprosium, magneții NdFeB au coercitivitate ridicată, adică "abilitatea de a rezista demagnetizării odată magnetizată", conform unui document din 2015 din materiale și tehnologii durabile.
Într-un motor de acționare cu magnet permanent (PM), magneții NdFeB sunt adesea încorporați în rotor. Când înfășurările sârmelor în stator sunt electrificate, atracția magnetică determină rotorul să se rotească. În alte modele, magneții pot fi încorporați în stator sau magneții pot fi aranjați pentru a lucra cu un câmp magnetic DC. Dimpotrivă, motoarele de inducție (care sunt mult mai comune) nu utilizează magneți și se bazează pe curentul care curge prin înfășurările statorului pentru a induce un câmp magnetic care conduce la rotirea rotorului.
Așa cum vă puteți imagina, există mai multe compromisuri între motoarele PM și motoarele cu inducție fără magnet. Roskill observă că sistemele bazate pe PM tind să fie mai ușoare și mai mici, deoarece se pot baza pe magnetul NdFeB din interiorul lor pentru un câmp magnetic constant. Cele mai multe vehicule hibride (HEV) utilizează sisteme PM: cu un sistem hibrid aveți nevoie atât de baterie, cât și de motor cu combustie internă, reducând astfel dimensiunea motorului. (Producătorul de componente Bosch a lucrat, de asemenea, pe sistemele de construcție care utilizează atât motoarele cu inducție, cât și motoarele cu magnet permanent în același produs, de exemplu pentru punțile față și spate).
Tesla a renunțat la magneți renumiți în vehiculele Model S și Model X, optând pentru un sistem de inducție cu cupru mai greu. Dar modelul 3 utilizează un sistem PM, probabil datorită faptului că magneții economisesc spațiu și greutate (care pot afecta intervalul bateriei), iar acești motori tind să aibă o accelerație mai bună. Chevy Bolt foloseste de asemenea un magnet pe baza de neodim, spune Roskill.
Ce e în acest nou magnet?
În loc de neodim sau disprosium, magnetul folosește metale rare de pământuri rare, lantan și ceriu. Desigur, acest lucru nu scapă de multe dintre aspectele legate de neodim: lantanul și ceriu sunt încă miniere predominant în China și, la fel ca cele mai multe pământuri rare, pot fi distructive din punct de vedere ecologic pentru a produce. Insa Reuters noteaza ca in timp ce costul de neodim este de aproximativ 100 $ pe kg si disprosiumul costa aproximativ 400 $ pe kg, lantanul si ceriu costa intre 5 si 7 dolari pe kg. În mod ideal, un magnet mai ieftin ar putea avea ca rezultat vehicule mai ieftine și hibride.
Măriți / În loc de magneți cu o concentrație uniformă de neodim, magneții Toyota concentrează neodimul în jurul marginilor magnetului.
Toyota
Toyota a folosit câteva trucuri pentru a reduce utilizarea neodimatului. Compania declară că înlocuirea pur și simplu a neodimului într-un magnet cu lantan și ceriu are ca rezultat un magnet sub-par cu coercitivitate redusă și rezistență redusă la căldură, ceea ce înseamnă că performanțele motorului vor suferi. În schimb, compania a compus magnetul astfel încât majoritatea boabelor de lantan și ceriu să fie interne magnetului, iar majoritatea boabelor de neodim au fost în exterior.
Automobilul a redus, de asemenea, dimensiunea granulelor metalelor din magnet. Aceasta a fost o cale de cercetare de ceva timp: hârtia pentru materiale și tehnologii durabile din 2015 a constatat că găsirea unei metode de reducere fiabilă a dimensiunii granulelor componentelor magneților de pământuri rare ar putea mări energia magnetică stocată într-un magnet. Toyota aparent a urmărit și acea cale. Cercetătorii săi au reușit să reducă dimensiunea granulelor componentelor magneților la o zecime din ceea ce este folosit în magneții standard.
Aceste tehnici de producție permit Toyota să piardă 20 până la 50 procente din neodimul necesar pentru a face un magnet NdFeB fără a pierde performanța sau coercitivitatea. Reuters observă că magneții vehiculelor electrice vor putea să beneficieze doar de avantajele scăzute - dar eliminarea a 20% din neodimul de care aveți nevoie într-un magnet de vehicul este, de asemenea, bun.
Pentru moment, designul este preliminar, iar Toyota spune că trebuie să efectueze mai multe cercetări înainte de a adăuga acești magneți avansați în mașinile sale. Până la începutul anilor 2020, compania speră să utilizeze magneții în sistemele de servodirecție și apoi speră să treacă la o utilizare mai largă în motoarele de vehicule electrice în deceniul următor.
Toyota a fost un pionier pe piața vehiculelor hibride, dar a fost mai ezitantă în a împinge vehiculele electrice pe piață. Cu toate acestea, cercetătorii săi au căutat modalități de a face vehiculele electrice de ultimă oră. Compania a anunțat în vara anului 2017 că a fost în "producția de inginerie" pentru o baterie solidă, care ar fi teoretic mai ușoară, mai mică și va avea o gamă mai bună de temperaturi de funcționare decât bateriile pe care le vedem astăzi pe Teslas, Nissans și Chevys .
