Pysyvät magneettimoottorit ovat täällä pysyäkseen, mutta voimme tehdä niistä vähemmän kalliita.
oyota sanoo, että se on keksinyt uuden magneetin suuritehoisille sovelluksille, kuten sähkömoottoreille, jotka käyttävät murto-osaa standardin rauta-, boori-, neodyymi (NdFeB) magneetin neodyymi (harvinainen maa-elementti) määrästä.
Toyota on "tuotantotekniikka" solid-state-akulle, WSJ sanoo
Harvinaisia maametallisia magneetteja käytetään monissa hybridiajoneuvoissa, eräissä kaikissa sähköajoneuvoissa ja muissa sovelluksissa, kuten tuuliturbiineissa ja robotiikassa.
Vaikka "harvinainen" on harvoin vääränlainen nimi materiaalia, kuten neodyymiä (suuri kysyntä on johtanut suhteellisen korkeisiin tuotantomääriin), Toyota huomauttaa, että "on huolestuneisuutta siitä, että pulaa kehittyy sähköistetyiksi ajoneuvoiksi, mukaan lukien hybridit ja akut sähköautot yhä suositumpi tulevaisuudessa. " Tätä huolta herättää harvinaisten maametallien pitoisuus: vaikka Yhdysvalloissa ja muualla maailmassa on tehty harvinaisten maametallien metalleja, harvinaisten maametallien kaivostoiminnassa esiintyy paljon Kiinassa. Se maa uhkasi lopettaa neodymium- ja muiden harvinaisten maametallien vientiä vuonna 2011, jolloin metallien hinnat nousivat huimasti. Jos Kiina käyttää harvinaisten maametallien pääsyä uudelleen geopoliittisena työkaluna, se voisi merkittävästi vaikuttaa esimerkiksi Toyota -yrityksiin, jotka ovat riippuvaisia harvinaisista maista, rakentaakseen Prius-tuotteen kaltaisia lippulaivamarkkinoita.
Uusi magneetti Toyota kehittänyt ei myöskään käytä terbiumia tai dysprosiumia, jota voidaan lisätä neodyymiin parantamaan sen käyttökelpoisuutta korkealla lämmöllä, yli 100 astetta (212 astetta Fahrenheit). (Itse asiassa kaivosalan konsultti Roskill toteaa, että vain harvat autovalmistajat käyttävät terbiumia enää magneeteissa, vaikka dysprosium on edelleen yleisesti lisätty magneeteihin, joissa on neodyymiä.)
Mitä nämä magneetit tekevät?
NdFeB-magneetit pystyvät tuottamaan vahvan magneettikentän pienissä määrissä. Dysprosiin yhdistettynä NdFeB-magneeteilla on suuri koehokkaus, eli "kyky vastustaa demagnetisointia kerran magnetoidusti", Sustainable Materials and Technologies -yhtiön vuoden 2015 paperin mukaan.
Pysyvä magneetti (PM) -automoottori, NdFeB-magneetit on usein upotettu roottoriin. Kun staattorikäämitykset sähköistetään, magneettinen vetovoima saa roottorin pyörimään. Muissa malleissa magneetit voidaan upottaa staattoriin tai magneetit voidaan järjestää toimimaan DC-magneettikentän kanssa. Sitä vastoin induktiomoottorit (jotka ovat paljon yleisempiä) eivät käytä magneetteja ja nojaavat nykyiseen tilaan, joka virtaa staattorikäämien läpi magneettikentän indusoimiseksi, mikä johtaa roottorin pyörimiseen.
Kuten voitte kuvitella, on olemassa useita kompromisseja PM-moottoreiden ja magneettisten induktiomoottoreiden välillä. Roskill toteaa, että PM-pohjaiset järjestelmät ovat yleensä kevyempiä ja pienempiä, koska ne voivat luottaa NdFeB-magneettiin niiden sisälle jatkuvasta magneettikentästä. Useimmat hybridiautot (HEV) käyttävät PM-järjestelmiä: hybridijärjestelmällä tarvitset sekä akun että polttomoottorin, joten moottorin koon pienentäminen on ensiarvoisen tärkeää. (Komponenttien valmistaja Bosch on myös työskennellyt rakennusjärjestelmissä, joissa käytetään sekä induktiomoottoreita että kestomagneettimoottoreita samassa tuotteessa, esim. Etu- ja taka-akseleille.)
Tesla tunnetaan huomattavasti magneetteja mallin S ja mallin X ajoneuvoissa, valitsevat raskaan kuparin induktiojärjestelmän. Mallissa 3 kuitenkin käytetään PM-järjestelmää, todennäköisesti koska magneetit säästävät tilaa ja painoa (jotka voivat vaikuttaa akkualueeseen), ja tällaisilla moottoreilla on yleensä parempi kiihtyvyys. Chevy Bolt käyttää myös neodyymipohjaista magneettia, Roskill sanoo.
Mitä tämä uusi magneetti on?
Neodymiumin tai dysprosiumin sijaan magneetti käyttää vähemmän kalliita harvinaisia maametalleja lantaani ja cerium. Tämä ei varmasti poistu monista neodyymin aiheista: lantaani ja cerium ovat edelleen pääasiassa kaivettuja Kiinassa ja, kuten useimmissa harvinaisissa maissa, ne voivat olla ympäristön kannalta tuhoisia. Mutta Reuters toteaa, että vaikka neodyymi maksaa noin 100 dollaria kilogrammaa kohden ja dysprosium maksaa noin 400 dollaria kilogrammaa kohden, lantanum ja cerium maksaa noin 5 - 7 dollaria kilolta. Ihannetapauksessa halvempi magneetti voisi johtaa halvempaan hybridi- ja sähköautoihin.
Suurenna / Magneettien sijaan neodyymi tasaisella pitoisuudella Toyota-magneetit keskittävät neodyymiä magneetin reunojen ympärillä.
Toyota
Toyota käytti muutamia temppuja vähentääkseen neodyymien käyttöä. Yhtiö sanoo, että yksinkertaisesti korvaamalla neodyymi magneettiin lantanumilla ja ceriumilla tuottaa sub-par magneetti, jolla on vähentynyt coercivity ja alentunut lämmönkestävyys, eli moottorin suorituskyky kärsii. Sen sijaan yritys rakensi magneetin niin, että suurin osa lantan ja cerium-jyvien oli magneetin sisäpuolella, ja useimmat neodymium-jyvät olivat ulkopuolelta.
Automaker myös pienensi metallien raekokoa magneettiin. Tämä on ollut jonkin aikaa tutkimustutkimuksena: vuoden 2015 kestävän materiaalin ja teknologian paperilla todettiin, että harvinaisten maametallien komponenttien raekokoa voidaan vähentää luotettavasti, mikä lisää magneettiin varastoitua magneettista energiaa. Toyota oli ilmeisesti myös jatkanut tätä tietä. Sen tutkijat pystyivät pienentämään magneettien komponenttien raekokoa kymmenesosaan tavanomaisista magneeteista.
Näiden valmistusmenetelmien ansiosta Toyota voi menettää 20-50 prosenttia neodyymiasta, joka on tarpeen NdFeB-magneetin valmistamiseksi menettämättä suorituskykyä tai pakotettavuutta. Reuters toteaa, että sähköautomagneetit todennäköisesti pystyvät vain hyötymään siitä alhaisesta päästä - mutta poistamalla 20 prosenttia neodyymeistä, jota tarvitset ajoneuvon magneettiin, on hyvä.
Nyt suunnittelu on alustavaa, ja Toyota sanoo, että sen täytyy tehdä enemmän tutkimusta, ennen kuin nämä kehittyneet magneetit lisätään autoihin. Vuoteen 2020 mennessä yritys toivoo käyttävänsä magneetteja teho-ohjausjärjestelmissä ja sitten se toivoo siirtyvän laajempaan käyttöön sähköautomoottoreissa vuosikymmenen kuluessa.
Toyota on ollut edelläkävijä hybridiajoneuvomarkkinoilla, mutta se on ollut epäröimättömämpää kaikkien sähköautojen markkinoinnissa. Kaikissa tileissä sen tutkijat ovat kuitenkin etsineet keinoja tehdä huippuluokan sähköautoja. Yhtiö ilmoitti kesällä 2017, että se oli "tuotantotekniikassa" kiinteän tilan akusta, joka teoreettisesti olisi kevyempi ja pienempi ja jolla on parempi käyttölämpötila kuin paristot, joita näemme tänä päivänä Teslasissa, Nissansissa ja Chevysissä .