تسلا به تازگی اعلام کرده است که نسل بعدی موتورهای آهنربای دائمی که روی وسایل نقلیه الکتریکی آنها پیکربندی شده اند، به هیچ وجه از مواد کمیاب خاکی استفاده نخواهند کرد!
شعار تسلا: آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب به طور کامل حذف می شوند
آیا این واقعی است؟
در واقع، در سال 2018، 93 درصد از وسایل نقلیه الکتریکی جهان مجهز به پیشرانه‌ای بودند که توسط یک موتور آهنربای دائمی ساخته شده از خاکهای کمیاب هدایت می‌شد. در سال 2020، 77 درصد از بازار جهانی خودروهای الکتریکی از موتورهای آهنربای دائمی استفاده می کنند. ناظران صنعت خودروهای الکتریکی بر این باورند که از آنجایی که چین به یکی از بزرگترین بازارهای خودروهای الکتریکی تبدیل شده است، و چین تا حد زیادی عرضه مواد کمیاب خاکی را کنترل کرده است، بعید است که چین از ماشین های آهنربای دائمی استفاده کند. اما وضعیت تسلا چگونه است و چگونه در مورد آن فکر می کند؟ در سال 2018، تسلا برای اولین بار از موتور سنکرون آهنربای دائم تعبیه شده در مدل 3 استفاده کرد، در حالی که موتور القایی را در محور جلو حفظ کرد. در حال حاضر، تسلا از دو نوع موتور در خودروهای الکتریکی مدل S و X خود استفاده می کند، یکی موتور آهنربای دائمی خاکی کمیاب و دیگری موتور القایی است. موتورهای القایی می توانند قدرت بیشتری ارائه دهند و موتورهای القایی با آهنرباهای دائمی کارآمدتر هستند و می توانند برد رانندگی را تا 10٪ بهبود بخشند.
در این مورد، باید به چگونگی پیدایش موتور آهنربای دائمی خاکی کمیاب اشاره کنیم. همه می دانند که مغناطیس الکتریسیته تولید می کند و الکتریسیته مغناطیس تولید می کند و تولید یک موتور از میدان مغناطیسی جدایی ناپذیر است. بنابراین، دو راه برای ایجاد میدان مغناطیسی وجود دارد: تحریک و آهنربای دائم. موتورهای DC، موتورهای سنکرون و بسیاری از موتورهای ویژه مینیاتوری همگی به میدان مغناطیسی DC نیاز دارند. روش سنتی استفاده از سیم پیچ پرانرژی (به نام قطب مغناطیسی) با هسته آهنی برای به دست آوردن میدان مغناطیسی است، اما بزرگترین عیب این روش این است که جریان در مقاومت سیم پیچ (تولید گرما) از دست می دهد و در نتیجه باعث کاهش می شود. راندمان موتور و افزایش هزینه های عملیاتی در این زمان، مردم فکر می کردند - اگر یک میدان مغناطیسی دائمی وجود داشته باشد و دیگر از الکتریسیته برای تولید مغناطیس استفاده نشود، شاخص اقتصادی موتور بهبود می یابد. بنابراین در حدود دهه 1980، انواع مختلفی از مواد آهنربای دائمی ظاهر شد و سپس آنها را روی موتورها اعمال کردند و موتورهای آهنربای دائمی ساختند.
موتور آهنربای دائم خاکی کمیاب حرف اول را می زند بنابراین چه موادی می توانند آهنرباهای دائمی بسازند؟ بسیاری از کاربران اینترنتی فکر می کنند که تنها یک نوع ماده وجود دارد. در واقع، چهار نوع اصلی آهن‌ربا وجود دارد که می‌توانند میدان مغناطیسی دائمی ایجاد کنند: سرامیکی (فریت)، کبالت نیکل آلومینیومی (AlNiCo)، کبالت ساماریم (SmCo) و نئودیمیم آهن بور (NdFeB). آلیاژهای ویژه آهنربای نئودیمیم از جمله تربیوم و دیسپروزیم با دمای کوری بالاتر ساخته شده اند که به آنها اجازه می دهد تا دماهای بالاتر تا 200 درجه سانتیگراد را تحمل کنند.
قبل از دهه 1980، مواد آهنربای دائم عمدتا آهنربای دائمی فریت و آهنرباهای دائمی آلنیکو بودند، اما ماندگاری این مواد چندان قوی نیست، بنابراین میدان مغناطیسی ایجاد شده نسبتا ضعیف است. نه تنها این، بلکه نیروی اجباری این دو نوع آهنربای دائمی کم است و هنگامی که با یک میدان مغناطیسی خارجی مواجه می شوند، به راحتی تحت تأثیر قرار می گیرند و مغناطیس زدایی می شوند، که توسعه موتورهای آهنربای دائم را محدود می کند. بیایید در مورد آهنرباهای خاکی کمیاب صحبت کنیم. در واقع آهنرباهای خاکی کمیاب به دو نوع آهنربای دائمی تقسیم می شوند: خاکی کمیاب سبک و خاکی کمیاب سنگین. ذخایر جهانی خاکهای کمیاب تقریباً 85 درصد خاکهای کمیاب سبک و 15 درصد خاکهای کمیاب سنگین است. دومی آهنرباهای درجه حرارت بالا را ارائه می دهد که برای بسیاری از کاربردهای خودرو مناسب است. پس از دهه 1980، یک ماده آهنربای دائمی خاکی کمیاب با کارایی بالا - آهنربای دائم NdFeB ظاهر شد. چنین موادی ماندگاری بالاتر، و همچنین اجبار و تولید انرژی بالاتری دارند، اما به طور کلی دمای کوری کمتری نسبت به مواد جایگزین دارند. موتور آهنربای دائمی خاکی کمیاب ساخته شده از آن دارای مزایای زیادی است، مانند راندمان بالا، بدون سیم پیچ تحریک، بنابراین هیچ اتلاف انرژی تحریکی وجود ندارد. نفوذپذیری مغناطیسی نسبی نزدیک به دستگاه هوا است که باعث کاهش اندوکتانس موتور و بهبود ضریب قدرت می شود. دقیقاً به دلیل چگالی توان و راندمان بهتر موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب است که طرح های مختلفی از موتورهای محرک الکتریکی وجود دارد و محبوب ترین آنها موتورهای آهنربای دائم خاکی کمیاب است. تسلا می خواهد از شر آن خلاص شود وابستگی به خاک های کمیاب چینی؟
همه می دانند که چین اکثریت قریب به اتفاق منابع خاکی کمیاب در جهان را فراهم می کند. ایالات متحده نیز در سال های اخیر شاهد این موضوع بوده است. آنها نمی خواهند در تامین خاک های کمیاب توسط چین محدود شوند. بنابراین، پس از روی کار آمدن بایدن، تلاش کرد مشارکت خود را در زنجیره تامین خاک های کمیاب افزایش دهد. این یکی از اولویت های پیشنهاد زیرساختی 2 تریلیون دلاری است. MP Materials که قبلاً معدنی را در کالیفرنیا در سال 2017 خریداری کرده بود، در حال رقابت برای بازگرداندن زنجیره تامین خاکهای کمیاب ایالات متحده با تمرکز بر نئودیمیم و پرازئودیمیم است و امیدوار است که به تولیدکننده کم‌هزینه تبدیل شود. لیناس بودجه دولتی برای ساخت یک کارخانه فرآوری خاک های کمیاب سبک در تگزاس دریافت کرده است و قرارداد دیگری برای تأسیسات جداسازی خاک های کمیاب سنگین در تگزاس دارد. اگرچه ایالات متحده تلاش های زیادی انجام داده است، اما اهالی این صنعت معتقدند که در کوتاه مدت، به ویژه از نظر هزینه، چین جایگاه برتر را در عرضه خاکی کمیاب حفظ خواهد کرد و ایالات متحده به هیچ وجه نمی تواند آن را متزلزل کند.
شاید تسلا این را دید و آنها به فکر استفاده از آهنرباهای دائمی بودند که اصلاً از خاک های کمیاب به عنوان موتور استفاده نمی کنند. این یک فرض جسورانه یا یک شوخی است، ما هنوز نمی دانیم. اگر تسلا موتورهای آهنربای دائمی را کنار بگذارد و به موتورهای القایی برگردد، به نظر نمی‌رسد که این روش انجام کارها باشد. و تسلا می خواهد از موتورهای آهنربای دائم استفاده کند و آهنربای دائمی خاکی کمیاب را به طور کامل کنار می گذارد، بنابراین دو احتمال وجود دارد: یکی اینکه نتایج نوآورانه ای در مورد آهنرباهای دائمی سرامیکی (فریت) و AlNiCo اصلی داشته باشد، دوم اینکه آهنرباهای دائمی ساخته شده از سایر مواد آلیاژ خاکی غیر کمیاب نیز می توانند همان اثر آهنرباهای دائمی خاکی کمیاب را حفظ کنند. اگر این دو نیستند، تسلا احتمالاً با مفاهیم بازی می کند. دا ووکوویچ، رئیس شرکت Alliance LLC، یک بار گفت که «به دلیل ویژگی‌های آهنرباهای خاکی کمیاب، هیچ ماده آهن‌ربایی دیگری نمی‌تواند با عملکرد با استحکام بالا برابری کند. شما واقعا نمی توانید آهنرباهای خاکی کمیاب را جایگزین کنید.
صرف نظر از اینکه تسلا با مفاهیم بازی می کند یا واقعاً می خواهد از وابستگی خود به منابع خاکی کمیاب چین در زمینه موتورهای آهنربای دائم خلاص شود، سردبیر معتقد است که منابع خاکی کمیاب بسیار ارزشمند هستند و ما باید آنها را به طور منطقی توسعه دهیم و هزینه بیشتری بپردازیم. توجه به نسل های آینده در عین حال، محققان باید تلاش های تحقیقاتی خود را افزایش دهند. نگوییم فرمول تسلا خوب است یا نه، حداقل نکات و الهاماتی به ما داده است.
