Động cơ nam châm vĩnh cửu là ở đây để ở, nhưng chúng tôi có thể làm cho họ ít tốn kém.
oyota nói rằng nó đã phát minh ra một nam châm mới cho các ứng dụng năng lượng cao như động cơ điện có sử dụng một phần nhỏ của số tiền của neodymi (một rare - earth phần tử) của một tiêu chuẩn sắt, boron, Nam châm neodymi (NdFeB).
Toyota trong "kỹ thuật sản xuất" cho một trạng thái rắn, nói WSJ
Nam châm đất hiếmđược sử dụng trong rất nhiều xe hybrid, một số xe tất cả các điện, và trong các ứng dụng khác nhưtua bin gióvà robot.
Mặc dù "quý hiếm" là một chút sự lộn tên một cho một vật liệu như neodymi (nhu cầu cao đã dẫn đến khối lượng sản xuất tương đối cao), Toyota ghi chú rằng "không có lo ngại rằng sự thiếu hụt sẽ phát triển như xe điện khí hoá, bao gồm cả hybrid và pin điện phương tiện, trở nên ngày càng phổ biến trong tương lai." Mối quan tâm là phức tạp bởi nồng độ khai thác đất hiếm: mặc dù những nỗ lực đã được thực hiện để khai thác các kim loại đất hiếm ở Hoa Kỳ và các phần khác của thế giới, một ưu thế của khai thác mỏ đất hiếm xảy ra ở Trung Quốc. Quốc gia đó đe dọa sẽ ngừng xuất khẩu neodymi và nguyên tố đất hiếm khác trong năm 2011, gửi giá cho các kim loại tăng vọt. Nếu Trung Quốc đã sử dụng truy cập hiếm trái đất như một công cụ về địa chính trị một lần nữa, nó đáng kể có thể ảnh hưởng đến các công ty như Toyota, mà phụ thuộc vào đất hiếm để xây dựng hàng đầu các sản phẩm như Prius.
Các nam châm mới Toyota phát triển cũng sử dụng Terbi không có hoặc dysprosi, mà có thể được thêm vào neodymi để cải thiện operability ở nhiệt độ cao, trên 100 ° c (212 ° f). (Trong thực tế, tư vấn khai thác Roskill ghi chú rằng vài ô tô sử dụng terbi trong Nam châm nữa, mặc dù dysprosi vẫn thường được thêm vào các nam châm với neodymi.)
Các nam châm làm gì?
Nam châm NdFeB có thể sản xuất ra một từ trường mạnh trong khối lượng nhỏ. Khi kết nối với dysprosi, Nam châm NdFeB có cao vật liệu từ mềm, có nghĩa là, "khả năng chống lại demagnetization từ hoá một lần," theo một bài báo năm 2015 từ vật liệu bền vững và công nghệ.
Trong mộtNam châm vĩnh cửu(AM) AC động cơ xe, NdFeB nam châm thường được nhúng trong các cánh quạt. Khi dây cuộn dây trong stator được điện khí hoá, thu hút từ gây ra các cánh quạt để xoay. Trong các thiết kế khác, các nam châm có thể được nhúng trong stator hoặc các nam châm có thể sắp xếp để làm việc với trường DC. Ngược lại, động cơ cảm ứng (mà là phổ biến hơn) sử dụng nam châm không có và dựa vào dòng chảy qua cuộn dây stator để tạo ra một từ trường, dẫn đến sự quay của các cánh quạt.
Như bạn có thể tưởng tượng, có rất nhiều thương mại-offs giữa các động cơ AM và động cơ nam châm-ít cảm ứng. Ghi chú Roskill am dựa trên hệ thống có xu hướng nhẹ hơn và nhỏ hơn, vì họ có thể dựa vào Nam châm NdFeB bên trong của họ cho một hằng số từ trường. Hầu hết xe hybrid (HEVs) sử dụng hệ thống PM: với một hệ thống hybrid, bạn cần một pin và một động cơ đốt trong, do đó làm giảm kích thước của động cơ là tối quan trọng. (Hãng sản xuất linh kiện Bosch cũng đã làm việc xây dựng hệ thống sử dụng cả động cơ cảm ứng và động cơ nam châm vĩnh cửu trong các sản phẩm tương tự cho phía trước và phía sau trục, ví dụ.)
Tesla nổi tiếng tránh các nam châm trong các xe Model S và Model X, lựa chọn một hệ thống đồng cảm nặng hơn. Tuy nhiên, mẫu 3 báo cáo sử dụng một hệ thống am, khả năng bởi vì nam châm tiết kiệm không gian và trọng lượng (mà có thể ảnh hưởng đến pin tầm), và như vậy động cơ có xu hướng có gia tốc tốt hơn. Chevy Bolt cũng sử dụng một nam châm neodymium, Roskill nói.
Trong Nam châm mới này là gì?
Thay vì neodymium hay dysprosi, các nam châm sử dụng ít tốn kém các kim loại đất hiếm lantan và cerium. Chắc chắn, điều này không loại bỏ nhiều vấn đề với neodymi: lantan và xeri vẫn chủ yếu được khai thác ở Trung Quốc, và cũng như với hầu hết các nguyên tố đất hiếm, họ có thể phá hoại môi trường sản xuất. Tuy nhiên Reuters ghi chú rằng trong khi neodymi chi phí khoảng $100 cho mỗi kg và dysprosi chi phí khoảng $400 mỗi kg, lantan và xeri có chi phí khoảng $5 đến $7 cho mỗi kg. Lý tưởng nhất, một nam châm rẻ hơn có thể dẫn đến lai rẻ hơn và tất cả các điện xe.
Phóng to / thay vì nam châm với một tập trung thống nhất của neodymi, Nam châm của Toyota tập trung neodymi xung quanh các cạnh của nam châm.
Toyota
Toyota đã sử dụng một vài thủ thuật để giảm bớt việc sử dụng neodymi nó. Công ty nói rằng chỉ cần thay thế neodymi, Nam châm với Lantan, xeri kết quả trong một nam châm sub-par với vật liệu từ mềm giảm và giảm nhiệt điện trở, có nghĩa là hiệu suất động cơ sẽ ảnh hưởng. Thay vào đó, công ty bao gồm các nam châm để cho hầu hết các hạt lantan và xeri đã được nội bộ để các nam châm, và hầu hết các hạt neodymi bên ngoài.
Nhà sản xuất cũng giảm kích thước hạt của các kim loại trong các nam châm. Điều này đã là một đại lộ của nghiên cứu cho một số thời gian: 2015 vật liệu bền vững và các công nghệ giấy lưu ý rằng việc tìm kiếm một cách đáng tin cậy giảm kích thước hạt trong thành phần của nam châm đất hiếm có thể tăng năng lượng từ trường được lưu trữ trong một nam châm. Toyota rõ ràng cũng theo đuổi con đường đó. Các nhà nghiên cứu đã có thể làm giảm kích thước hạt của các nam châm thành phần đến một phần mười của những gì được sử dụng trong tiêu chuẩn nam châm.
Những kỹ thuật sản xuất cho phép Toyota mất 20 đến 50 phần trăm của neodymi được cần thiết để làm cho một nam châm NdFeB mà không làm mất hiệu suất hoặc vật liệu từ mềm. Reuters ghi chú rằng nam châm điện xe sẽ có khả năng chỉ có thể tận dụng lợi thế của sự kết thúc thấp về điều đó- nhưng loại trừ 20 phần trăm của neodymi mà bạn cần trong một nam châm xe tốt, quá.
Bây giờ, việc thiết kế là sơ bộ, và Toyota nói nó cần phải tiến hành nhiều nghiên cứu trước khi thêm các cao cấp nam châm vào chiếc xe của mình. Bởi 2020s đầu, công ty hy vọng để sử dụng các nam châm điện chỉ đạo hệ thống, và sau đó nó hy vọng sẽ di chuyển rộng sử dụng trong các động cơ điện xe trong vòng một thập kỷ.
Toyota đã là một nhà tiên phong trong thị trường xe hybrid, nhưng nó đã hơn do dự trong đẩy tất cả các điện xe cho thị trường. Bởi tất cả các tài khoản, Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã tìm cách để làm cho xe điện cắt-cạnh. Công ty công bố vào mùa hè năm 2017 trong "cơ khí sản xuất" cho một pin trạng thái rắn, mà lý thuyết sẽ được nhẹ hơn, nhỏ hơn, và có một phạm vi tốt hơn của hoạt động nhiệt độ so với pin mà chúng ta thấy ngày hôm nay trên Tesla, Nissans và Chevys.
