Tesla щойно оголосила, що наступне покоління двигунів з постійними магнітами, налаштованих на їх електромобілі, взагалі не використовуватиме рідкоземельні матеріали!
Гасло Tesla: Рідкоземельні постійні магніти повністю виключені
це реально?
Фактично, у 2018 році 93% електромобілів у світі були оснащені трансмісією, що приводиться в рух двигуном з постійними магнітами, виготовленим із рідкоземельних елементів. У 2020 році 77% світового ринку електромобілів використовують двигуни з постійними магнітами. Оглядачі індустрії електромобілів вважають, що оскільки Китай став одним із найбільших ринків електромобілів, і Китай значною мірою контролює постачання рідкоземельних елементів, малоймовірно, що Китай перейде з машин на постійних магнітах. Але яка ситуація в Tesla і як вона про це думає? У 2018 році Tesla вперше використала вбудований синхронний двигун із постійним магнітом у Model 3, зберігши асинхронний двигун на передній осі. Наразі Tesla використовує два типи двигунів у своїх електромобілях Model S та X: один із рідкоземельних двигунів із постійними магнітами, а інший — асинхронний. Асинхронні двигуни можуть забезпечити більшу потужність, а асинхронні двигуни з постійними магнітами більш ефективні та можуть збільшити запас ходу на 10%.
Походження двигуна з постійними магнітами Говорячи про це, ми повинні згадати, як з’явився рідкоземельний двигун з постійним магнітом. Всім відомо, що магнетизм породжує електрику, а електрика породжує магнетизм, а генерація двигуна невіддільна від магнітного поля. Тому є два способи створення магнітного поля: збудження і постійний магніт. Двигуни постійного струму, синхронні двигуни та багато мініатюрних спеціальних двигунів потребують постійного магнітного поля. Традиційний метод полягає у використанні котушки під напругою (званої магнітним полюсом) із залізним сердечником для отримання магнітного поля, але найбільшим недоліком цього методу є те, що струм має втрату енергії в опорі котушки (утворення тепла), тим самим зменшуючи ККД двигуна та підвищення експлуатаційних витрат. У цей час люди думали – якщо є постійне магнітне поле, і електрика більше не використовується для генерації магнетизму, то економічні показники двигуна будуть покращені. Тож приблизно у 1980-х роках з’явилися різноманітні матеріали з постійними магнітами, які потім застосовували в двигунах, створюючи двигуни з постійними магнітами.
Двигун із рідкоземельних постійних магнітів бере на себе лідерство Отже, з яких матеріалів можна зробити постійні магніти? Багато користувачів мережі вважають, що існує лише один вид матеріалу. Насправді існує чотири основні типи магнітів, які можуть генерувати постійне магнітне поле, а саме: керамічні (феритові), алюмінієво-нікель-кобальтові (AlNiCo), самарій-кобальтові (SmCo) і неодим-залізо-бор (NdFeB). Спеціальні неодимові магнітні сплави, включаючи тербій і диспрозій, були розроблені з більш високими температурами Кюрі, що дозволяє їм витримувати більш високі температури до 200 °C.
До 1980-х років матеріалами для постійних магнітів були переважно феритові постійні магніти та постійні магніти альніко, але залишкова намагніченість цих матеріалів не дуже сильна, тому створене магнітне поле є відносно слабким. Крім того, коерцитивна сила цих двох типів постійних магнітів низька, і коли вони стикаються із зовнішнім магнітним полем, вони легко піддаються впливу та розмагнічуються, що обмежує розвиток двигунів з постійними магнітами. Поговоримо про рідкоземельні магніти. Насправді рідкоземельні магніти поділяються на два типи постійних магнітів: легкі рідкоземельні та важкі рідкоземельні. Глобальні запаси рідкісноземельних металів складаються приблизно з 85% легких рідкісноземельних елементів і 15% важких рідкісноземельних металів. Останній пропонує високотемпературні магніти, придатні для багатьох автомобільних застосувань. Після 1980-х років з'явився високоефективний рідкоземельний постійний магнітний матеріал - NdFeB. Такі матеріали мають вищу залишкову намагніченість, а також вищу коерцитивну силу та виробництво енергії, але, як правило, нижчі температури Кюрі, ніж альтернативи. Двигун з рідкісноземельних постійних магнітів має багато переваг, таких як висока ефективність, відсутність котушки збудження, тому немає втрати енергії збудження; відносна магнітна проникність близька до повітряної машини, що зменшує індуктивність двигуна та покращує коефіцієнт потужності. Саме через кращу щільність потужності та ефективність рідкоземельних двигунів з постійними магнітами існує багато різних конструкцій електроприводних двигунів, і найпопулярнішими є рідкоземельні двигуни з постійними магнітами. Tesla хоче позбутися Залежність від китайських рідкоземельних елементів?
Усім відомо, що Китай забезпечує переважну більшість рідкісноземельних ресурсів у світі. Сполучені Штати також бачили це в останні роки. Вони не хочуть бути обмеженими Китаєм у постачанні рідкоземельних елементів. Тому після вступу на посаду Байден намагався збільшити свою участь у ланцюжку поставок рідкоземельних елементів. Це один із пріоритетів інфраструктурної пропозиції вартістю 2 трильйони доларів. Компанія MP Materials, яка купила раніше закриту шахту в Каліфорнії в 2017 році, змагається за відновлення ланцюжка поставок рідкоземельних металів у США, зосереджуючись на неодимі та празеодимі, і сподівається стати виробником з найменшими витратами. Компанія Lynas отримала державне фінансування для будівництва заводу з переробки легких рідкісноземельних елементів у Техасі та має ще один контракт на установку для розділення важких рідкісноземельних елементів у Техасі. Незважаючи на те, що Сполучені Штати доклали стільки зусиль, люди в галузі вважають, що в короткостроковій перспективі, особливо з точки зору вартості, Китай збереже домінуючу позицію в постачанні рідкоземельних елементів, і Сполучені Штати не можуть її похитнути взагалі.
Можливо, Тесла бачив це, і вони розглянули можливість використання постійних магнітів, які взагалі не використовують рідкоземельні елементи, як двигуни. Сміливе це припущення, чи жарт, ми ще не знаємо. Якщо Tesla відмовиться від двигунів з постійними магнітами та повернеться до індукційних двигунів, це, здається, не буде їхнім стилем дій. І Tesla хоче використовувати двигуни з постійними магнітами та повністю відмовляється від рідкоземельних постійних магнітів, тому є дві можливості: одна полягає в тому, щоб отримати інноваційні результати на оригінальних керамічних (феритових) і постійних магнітах AlNiCo, друга полягає в тому, що постійні магніти виготовлені з інші нерідкісноземельні сплави також можуть підтримувати той самий ефект, що й рідкоземельні постійні магніти. Якщо справа не в цих двох, то Tesla, швидше за все, грає з концепціями. Да Вукович, президент Alliance LLC, якось сказав, що «через характеристики рідкоземельних магнітів жоден інший магнітний матеріал не може зрівнятися з їх високою міцністю. Ви не можете замінити рідкоземельні магніти».
Незалежно від того, чи грає Tesla з концепціями, чи справді хоче позбутися своєї залежності від постачання Китаєм рідкоземельних двигунів з постійними магнітами, редактор вважає, що рідкоземельні ресурси є дуже цінними, і ми повинні розвивати їх раціонально та платити більше. увагу до майбутніх поколінь. У той же час дослідникам необхідно збільшити свої дослідницькі зусилля. Давайте не будемо говорити, чи хороша формулювання Тесли чи ні, принаймні вона дала нам деякі підказки та натхнення.