Tesla току-що обяви, че следващото поколение двигатели с постоянен магнит, конфигурирани на техните електрически превозни средства, изобщо няма да използва редкоземни материали!
Лозунгът на Tesla: Редкоземните постоянни магнити са напълно елиминирани
това реално ли е
Всъщност през 2018 г. 93% от електрическите превозни средства в света са били оборудвани със задвижване, задвижвано от двигател с постоянен магнит, изработен от редкоземни елементи. През 2020 г. 77% от световния пазар на електрически превозни средства използва двигатели с постоянен магнит. Наблюдатели на индустрията за електрически превозни средства вярват, че тъй като Китай се превърна в един от най-големите пазари на електрически превозни средства и Китай до голяма степен контролира доставките на редкоземни елементи, е малко вероятно Китай да премине от машини с постоянен магнит. Но какво е положението на Tesla и как мисли за това? През 2018 г. Tesla използва вграден синхронен двигател с постоянен магнит за първи път в Model 3, като същевременно запази индукционния двигател на предната ос. Понастоящем Tesla използва два вида двигатели в своите електрически превозни средства Model S и X, единият е двигател с постоянен магнит от редкоземни елементи, а другият е индукционен двигател. Индукционните двигатели могат да осигурят повече мощност, а индукционните двигатели с постоянни магнити са по-ефективни и могат да подобрят обхвата на движение с 10%.
Произходът на двигателя с постоянен магнит Говорейки за това, трябва да споменем как се появи моторът с постоянен магнит с редки земни елементи. Всеки знае, че магнетизмът генерира електричество и електричеството генерира магнетизъм, а генерирането на двигател е неделимо от магнитното поле. Следователно има два начина за осигуряване на магнитно поле: възбуждане и постоянен магнит. DC двигателите, синхронните двигатели и много миниатюрни специални двигатели изискват постоянно магнитно поле. Традиционният метод е да се използва захранвана намотка (наречена магнитен полюс) с желязна сърцевина за получаване на магнитно поле, но най-големият недостатък на този метод е, че токът има загуба на енергия в съпротивлението на намотката (генериране на топлина), като по този начин намалява моторна ефективност и увеличаване на оперативните разходи. По това време хората си мислеха - ако има постоянно магнитно поле и електричеството вече не се използва за генериране на магнетизъм, тогава икономическият индекс на двигателя ще бъде подобрен. И така, около 80-те години на миналия век се появиха различни материали с постоянен магнит и те бяха приложени към двигатели, правейки двигатели с постоянен магнит.
Моторът с постоянен магнит от редкоземни елементи поема водещата роля И така, какви материали могат да направят постоянни магнити? Много потребители на мрежата смятат, че има само един вид материал. Всъщност има четири основни типа магнити, които могат да генерират постоянно магнитно поле, а именно: керамични (феритни), алуминиево-никелови, кобалтови (AlNiCo), самариево-кобалтови (SmCo) и неодимови, желязо-борни (NdFeB). Специални неодимови магнитни сплави, включително тербий и диспрозий, са разработени с по-високи температури на Кюри, което им позволява да издържат на по-високи температури до 200°C.
Преди 80-те години на миналия век материалите за постоянен магнит бяха главно феритни постоянни магнити и постоянни магнити алнико, но остатъчната устойчивост на тези материали не е много силна, така че генерираното магнитно поле е сравнително слабо. Не само това, но коерцитивната сила на тези два вида постоянни магнити е ниска и след като се сблъскат с външно магнитно поле, те лесно се повлияват и демагнетизират, което ограничава развитието на двигатели с постоянен магнит. Нека поговорим за редкоземни магнити. Всъщност редкоземните магнити се разделят на два вида постоянни магнити: леки редкоземни и тежки редкоземни. Глобалните запаси от редкоземни елементи се състоят от приблизително 85% леки редкоземни елементи и 15% тежки редкоземни елементи. Последният предлага високотемпературни магнити, подходящи за много автомобилни приложения. След 80-те години на миналия век се появи високоефективен редкоземен постоянен магнит - NdFeB постоянен магнит. Такива материали имат по-висока остатъчна устойчивост, както и по-висока коерцитивност и производство на енергия, но като цяло по-ниски температури на Кюри от алтернативите. Двигателят с постоянен магнит с редка земя, изработен от него, има много предимства, като висока ефективност, без възбуждаща намотка, така че няма загуба на енергия на възбуждане; относителната магнитна проницаемост е близка до тази на въздушната машина, което намалява индуктивността на двигателя и подобрява фактора на мощността. Именно поради по-добрата плътност на мощността и ефективността на редкоземните двигатели с постоянен магнит има много различни дизайни на електродвигатели, а най-популярните са двигателите с постоянен магнит с редкоземни елементи. Тесла иска да се отърве от Зависимост от китайските редкоземни елементи?
Всеки знае, че Китай осигурява по-голямата част от редкоземните ресурси в света. Съединените щати също видяха това през последните години. Те не искат да бъдат ограничени от Китай в доставките на редкоземни елементи. Следователно, след като Байдън встъпи в длъжност, той се опита да увеличи участието си във веригата за доставки на редкоземни елементи. Това е един от приоритетите на предложението за инфраструктура на стойност 2 трилиона долара. MP Materials, която купи затворена мина в Калифорния през 2017 г., се бори да възстанови веригата за доставки на редкоземни елементи в САЩ с акцент върху неодим и празеодим и се надява да стане производител с най-ниски разходи. Lynas получи правителствено финансиране за изграждане на завод за преработка на леки редкоземни елементи в Тексас и има друг договор за съоръжение за разделяне на тежки редкоземни елементи в Тексас. Въпреки че Съединените щати са положили толкова много усилия, хората в индустрията вярват, че в краткосрочен план, особено по отношение на разходите, Китай ще запази доминираща позиция в доставките на редкоземни елементи и Съединените щати изобщо не могат да го разклатят.
Може би Тесла е видял това и са обмислили използването на постоянни магнити, които изобщо не използват редкоземни елементи като двигатели. Това е смело предположение или шега, все още не знаем. Ако Tesla изостави двигателите с постоянен магнит и се върне обратно към индукционни двигатели, това не изглежда да е техният стил на правене на нещата. И Tesla иска да използва двигатели с постоянен магнит и напълно изоставя редкоземните постоянни магнити, така че има две възможности: едната е да има иновативни резултати върху оригиналните керамични (феритни) и AlNiCo постоянни магнити, втората е, че постоянните магнити са направени от други материали от нередкоземни сплави също могат да поддържат същия ефект като редкоземните постоянни магнити. Ако не са тези двамата, тогава Tesla вероятно си играе с концепции. Да Вукович, президент на Alliance LLC, веднъж каза, че „поради характеристиките на редкоземните магнити, никой друг магнитен материал не може да се сравни с тяхната висока якост. Не можете наистина да замените редкоземните магнити”.
Независимо дали Tesla си играе с концепции или наистина иска да се отърве от зависимостта си от доставката на редкоземни елементи в Китай по отношение на двигатели с постоянен магнит, редакторът вярва, че ресурсите от редкоземни елементи са много ценни и трябва да ги развиваме рационално и да плащаме повече внимание към бъдещите поколения. В същото време изследователите трябва да увеличат изследователските си усилия. Нека не казваме дали формулировката на Тесла е добра или не, поне ни даде някои съвети и вдъхновения.
