Motory s permanentními magnety jsou zde k pobytu, ale můžeme je stát méně nákladné.
oyota říká, že vynalezl nový magnet pro aplikace s vysokou energií, jako jsou elektromotory, které využívají zlomek množství neodymu (prvek vzácných zemin) standardního magnetu ze železa, bóru a neodymu (NdFeB).
Toyota ve výrobním inženýrství pro pevnou baterii, říká WSJ
Magnety vzácných zemin se používají v mnoha hybridních vozidlech, v některých elektrických vozidlech a v jiných aplikacích, jako jsou větrné turbíny a robotika.
Ačkoli "vzácná" je pro materiál, jako je neodym, špatný název (vysoká poptávka vedla k relativně vysokým objemům výroby), Toyota poznamenává, že "existují obavy, že se budou vyvíjet nedostatky, protože elektrifikované vozy, včetně hybridních a bateriových vozidel, stále populárnější v budoucnu. " Tento zájem se skládá z koncentrace těžby vzácných zemin: ačkoliv se v USA a dalších částech světa pokusy o kovy vzácných zemin prováděly, převládají se v Číně převládající těžby vzácných zemin. Tato země hrozí, že v roce 2011 přestane vyvážet neodym a jiné vzácné zeminy, což způsobilo růst cen kovů. Kdyby Čína opět využila přístup k vzácným zemím jako geopolitickému nástroji, mohlo by to významně ovlivnit společnosti jako Toyota, které jsou závislé na vzácných zeminách, vybudovat vlajkové lodi jako je Prius.
Nový magnet vyvinutý společností Toyota rovněž nepoužívá terbium ani dysprosium, které mohou být přidávány do neodymu pro zlepšení jeho provozovatelnosti při vysokém teple, nad 100 stupňů Celsia (212 stupňů Fahrenheita). (Ve skutečnosti konsorcium v oblasti těžby Roskill konstatuje, že už málo automobilů už používá terbium v magnety, ačkoli dysprosium je stále běžně přidáváno do magnetů s neodymem.)
Co tyto magnety dělají?
Magnety NdFeB jsou schopny vytvářet silné magnetické pole v malých objemech. Při spárování s dysprosiem mají magnety NdFeB vysokou koercitivitu, tj. Schopnost odolat demagnetizaci, jakmile jsou magnetizovány, podle zprávy z roku 2015 z materiálu Udržitelné materiály a technologie.
V motoru střídavého motoru s permanentním magnetem (PM) jsou v rotoru často vloženy magnety NdFeB. Když jsou vinutí drátů ve statoru elektrifikovány, magnetická přitažlivost způsobí otáčení rotoru. V jiných provedeních mohou být magnety vestavěny do statoru, nebo magnety mohou být uspořádány tak, aby pracovaly s DC magnetickým polem. Naproti tomu indukční motory (které jsou mnohem častější) nepoužívají žádné magnety a spoléhají na proud protékající vinutími statoru za účelem vyvolání magnetického pole, které vede k rotaci rotoru.
Jak si můžete představit, existuje několik kompromisů mezi motory PM a indukčními motory bez magnetů. Roskill uvádí, že systémy založené na PM jsou obvykle světlejší a menší, protože se mohou spoléhat na magnet NdFeB uvnitř nich pro konstantní magnetické pole. Většina hybridních vozidel (HEV) používá systémy PM: s hybridním systémem potřebujete jak baterii, tak motor s vnitřním spalováním, takže snížení velikosti motoru je nejdůležitější. (Výrobce komponent Bosch také pracoval na stavebních systémech, které používají jak indukční motory, tak motory s permanentními magnety ve stejném výrobku, například pro přední a zadní nápravy).
Tesla skvěle vyhýbal magnetům ve svých modelech Model S a Model X a zvolil si těžší indukční systém mědi. Ale Model 3 údajně používá systém PM, pravděpodobně proto, že magnety šetří místo a hmotnost (což může mít vliv na rozsah baterií) a tyto motory mají tendenci mít lepší zrychlení. Chevy Bolt také používá magnet na bázi neodymu, říká Roskill.
Co je v tom novém magnetu?
Namísto neodymu nebo dysprosia používá magnet méně drahé kovy vzácných zemin lanthan a cer. Samozřejmě, toto se nezbavuje mnoha otázek s neodymem: lanthan a cer jsou stále převážně těženy v Číně a stejně jako u většiny vzácných zemin mohou být ekologicky destruktivní pro výrobu. Reuters však konstatuje, že zatímco náklady na neodym stojí asi 100 dolarů za kilogram a dysprosium stojí asi 400 dolarů za kilogram, cena lantanu a ceru je asi 5 až 7 dolarů za kilogram. V ideálním případě by levnější magnet mohl vést k levnějším hybridním a elektrickým vozidlům.
Zvětšit / Místo magnetů s rovnoměrnou koncentrací neodymu, magnety Toyoty koncentrují neodym kolem okrajů magnetu.
Toyota
Toyota použila několik triků ke snížení využití neodymu. Společnost tvrdí, že jednoduše nahrazení neodymu v magnetu s lanthanem a ceru má za následek podparový magnet se sníženou koercitivitou a sníženou tepelnou odolností, což znamená, že výkon motoru bude trpět. Místo toho společnost složila magnet tak, že většina zrn lanthanu a ceru byla uvnitř magnetu a většina neodymových zrn byla na vnější straně.
Automobilka také snížila velikost zrna kovů v magnetu. To je cesta výzkumu na nějaký čas: Papír pro udržitelné materiály a technologie z roku 2015 poznamenal, že nalezení způsobu, jak spolehlivě snížit velikost zrna součástí magnetických vzorků, by mohlo zvýšit magnetickou energii uloženou v magnetu. Toyota zřejmě také sledovala tuto cestu. Její výzkumníci dokázali snížit velikost zrna svých součástí magnetů na jednu desetinu toho, co se používá u standardních magnetů.
Tyto výrobní techniky umožňují společnosti Toyota ztrácet 20 až 50 procent neodýmu potřebného k vytvoření magnetu NdFeB bez ztráty výkonu nebo coercivity. Společnost Reuters poznamenává, že elektromotory s elektrickým pohonem pravděpodobně budou moci využívat pouze špatné části - ale vyloučení 20 procent neodymu, který potřebujete v magnetu vozidla, je také dobrý.
Prozatím je návrh předběžný a Toyota tvrdí, že potřebuje provést další výzkum před přidáním těchto pokročilých magnetů do svých vozů. Počátkem roku 2020 společnost doufá, že použije magnety v systémech řízení a poté doufá, že se v průběhu desetiletí rozšíří do širšího využití v elektromobilních motorech.
Toyota je průkopníkem na trhu s hybridními vozidly, ale váhavějším je v tom, že tlačí všechna elektrická vozidla na trh. Nicméně všichni jeho vědci hledali způsoby, jak vyrábět elektrická vozidla. V létě roku 2017 společnost oznámila, že jde o "výrobní inženýrství" pro pevnou baterii, která by byla teoreticky lehčí, menší a měla lepší provozní teplotu než baterie, které dnes vidíme na Teslas, Nissans a Chevys .