Kalıcı mıknatıslı motorlar kalmak için burada, ama onları daha az maliyetli hale getirebiliriz.
oyota, standart demir, bor, neodimyum (NdFeB) mıknatısın neodimyum miktarının (nadir toprak elementi) bir kısmını kullanan elektrik motorları gibi yüksek enerjili uygulamalar için yeni bir mıknatıs icat ettiğini söyledi.
WSJ, katı hal pili için “üretim mühendisliği” konusunda Toyota diyor
Nadir toprak mıknatıslar birçok hibrit araçta, bazı elektrikli araçlarda ve rüzgar türbinleri ve robotik gibi diğer uygulamalarda kullanılır.
"Nadir", neodimyum gibi bir malzeme için yanlış bir parçadan oluşsa da (yüksek talep göreceli olarak yüksek üretim miktarlarına yol açmıştır), Toyota, "elektrikli ve akülü elektrikli araçlar da dahil olmak üzere elektrikli araçlar olarak elektrik kesintilerinin gelişebileceğine dair endişeler olduğunu" kaydetti. Gelecekte giderek daha popüler. " Bu endişe, nadir toprak madenciliğinin yoğunlaşmasıyla birleşti: ABD'de ve dünyanın diğer bölgelerinde nadir toprak metalleri madenine girişimler yapılmasına rağmen, Çin'de nadir toprak madenciliğinin bir çoğunluğu ortaya çıkıyor. Bu ülke, 2011'de neodymium ve diğer nadir toprakları ihraç etmeyi durdurdu ve bu da metallerin fiyatlarının yükselmesine neden oldu. Eğer Çin nadir toprak erişimini bir jeopolitik araç olarak kullanacaksa, Prius gibi amiral gemileri üretmek için nadir topraklara bağımlı olan Toyota gibi şirketleri önemli ölçüde etkileyebilirdi.
Geliştirilen yeni mıknatıs Toyota, yüksek sıcaklıkta 100 santigrat derece (212 derece Fahrenheit) üzerinde çalışabilmesini sağlamak için neodimuma eklenebilecek terbium veya disprosyumu kullanmamaktadır. (Aslında, madencilik danışmanlığı Roskill, birkaç otomobil üreticisinin artık mıknatıslar içinde terbium kullandığını, ancak neokumm ile mıknatıslara hala dispersiyum eklendiğini belirtiyor.)
Bu mıknatıslar ne yapar?
NdFeB mıknatıslar küçük hacimlerde güçlü bir manyetik alan üretebilmektedir. Disprosium ile eşleştirildiğinde, NdFeB mıknatıslar, bir Sürdürülebilir Malzeme ve Teknolojiler 2015 tarihli makalesine göre, "bir kez manyetize edildiğinde demanyetizasyona direnme kabiliyeti" yüksek bir zorluğa sahiptir.
Kalıcı Mıknatıs (PM) AC araba motorunda, NdFeB mıknatıslar genellikle rotora gömülür. Statordaki tel sargıları elektriklendiğinde, manyetik çekim rotorun dönmesine neden olur. Diğer tasarımlarda, mıknatıslar statora gömülebilir veya mıknatıslar bir DC manyetik alanı ile çalışacak şekilde düzenlenebilir. Aksine, indüksiyon motorları (çok daha yaygın olan) hiçbir mıknatıs kullanmamakta ve rotorun dönmesine yol açan bir manyetik alan oluşturmak için stator sargılarından akan akıma güvenmektedir.
Tahmin edebileceğiniz gibi, PM motorlar ve mıknatıssız indüksiyon motorları arasında birkaç trade-off vardır. Roskill, PM tabanlı sistemler, sabit bir manyetik alan için içlerindeki NdFeB mıknatısına güvenebildikleri için daha hafif ve daha küçük olma eğiliminde olduklarını belirtir. Çoğu hibrid araç (HEV), PM sistemlerini kullanır: hibrit bir sistemle, hem bir bataryaya hem de bir içten yanmalı motora ihtiyacınız vardır, bu nedenle motorun boyutunun azaltılması her şeyden önemlidir. (Bileşenler-yapımcısı Bosch, aynı üründe hem endüksiyon motorlarını hem de sabit mıknatıslı motorları kullanan, örneğin ön ve arka akslar için bina sistemleri üzerinde çalıştı.)
Tesla, Model S ve Model X araçlarında, daha ağır bir bakır indüksiyon sistemi tercih ederek mıknatıslardan esinlenmiştir. Ancak, Model 3'ün bir PM sistemini kullanması muhtemeldir, çünkü mıknatıslar yer ve ağırlığı (pil aralığını etkileyebilecek) ve dolayısıyla bu motorlar daha iyi hızlanma eğilimi göstermektedir. Roskill, Chevy Bolt'ın da neodimyum tabanlı bir mıknatıs kullandığını söylüyor.
Bu yeni mıknatısta ne var?
Neodim veya disprosium yerine, mıknatıs daha az pahalı nadir toprak metalleri lantan ve seryum kullanır. Kuşkusuz bu, neodimiyumla ilgili pek çok sorundan kurtulmuyor: lantanum ve seryum hâlâ Çin'de basılıyor ve en nadir topraklarda olduğu gibi, bunlar üretmek için çevresel olarak tahrip edici olabilirler. Ancak Reuters, neodimyumun kg başına 100 dolar ve dispneumun kg başına 400 dolara mal olduğunu ancak lantan ve seryumun kg başına 5 ila 7 dolar arasında bir maliyete sahip olduğunu belirtiyor. İdeal olarak, daha ucuz bir mıknatıs daha ucuz hibrid ve tüm elektrikli araçlar ile sonuçlanabilir.
Büyüt / Tekdüze bir neodimyum konsantrasyonuna sahip mıknatıslar yerine, Toyota mıknatısları mıknatısın kenarları etrafında neodimumu yoğunlaştırır.
Toyota
Toyota, neodymium kullanımını azaltmak için birkaç numara kullandı. Şirket, neodimumu lanthanum ve seryumlu bir mıknatısla değiştirmenin, azalmış koersiviteye ve azaltılmış ısı direncine sahip bir alt par mıknatısla sonuçlandığını, yani motor performansının zarar göreceğini söylüyor. Bunun yerine, şirket mıknatıstan oluşuyordu, böylece lanthanum ve seryum tanelerinin çoğu mıknatısla içseldi ve neodimyum tanelerin çoğu dışarıdaydı.
Otomobil üreticisi ayrıca mıknatıstaki metallerin tane boyutunu da azalttı. Bu, bir süredir bir araştırma caddesi olmuştur: 2015 Sürdürülebilir Malzeme ve Teknolojiler makalesi, nadir toprak mıknatısların bileşenlerinin tane büyüklüğünü güvenilir bir şekilde azaltmanın bir yolunu bulmanın, bir mıknatısta depolanan manyetik enerjiyi artırabileceğini belirtmiştir. Toyota görünüşe göre o yolu takip ediyordu. Araştırmacıları, mıknatısların bileşenlerinin tane boyutunu standart mıknatıslarda kullanılanın onda birine indirebildiler.
Bu üretim teknikleri, Toyota'nın NdFeB mıknatısını performans veya zıtlık kaybetmeden yapmak için gerekli olan neodmiyumun yüzde 20 ila 50'sini kaybetmesine izin veriyor. Reuters, elektrikli araç mıknatıslarının sadece bunun alt ucundan faydalanabileceğini, ancak bir araç mıknatısında ihtiyaç duyduğunuz neodimyumun yüzde 20'sini ortadan kaldıracağını da not ediyor.
Şimdilik, tasarım ön ve Toyota bu gelişmiş mıknatısları arabalarına eklemeden önce daha fazla araştırma yapması gerektiğini söylüyor. 2020'lerin başlarında şirket, mıknatısları direksiyon simidi sistemlerinde kullanmayı umuyor ve on yıl içinde elektrikli araç motorlarında daha geniş kullanıma geçmeyi umuyor.
Toyota, hibrid araç pazarında öncü olmuştur, ancak tüm elektrikli araçları piyasaya sürmek konusunda daha tereddütlü olmuştur. Bununla birlikte, tüm hesaplarda, araştırmacıları elektrikli araçları en ileri teknolojiye dönüştürmenin yollarını aradılar. Şirket, 2017 yazında Tesiz, Nissans ve Chevys'de gördüğümüz pillerden teorik olarak daha hafif, daha küçük ve daha iyi çalışma sıcaklıklarına sahip bir katı hal bataryası için "üretim mühendisliği" olduğunu açıkladı. .