Motori a magnete permanente sono qui per restare, ma possiamo farli meno costosa.
oyota dice che ha inventato un nuovo magnete per applicazioni ad alta energia come motori elettrici che utilizza una frazione della quantità di magneti al neodimio (un elemento di terra – rare) di standard del ferro, boro, magnete al neodimio (NdFeB).
Toyota in "ingegneria di produzione" per una batteria allo stato solido, WSJ dice
Magneti di terre raresono utilizzati in molti veicoli ibridi, alcuni veicoli completamente elettrici e in altre applicazioni cometurbine eolichee robotica.
Anche se "raro" è un po' un parolone per un materiale come il neodimio (forte domanda ha portato a volumi di produzione relativamente elevati), Toyota osserva che "ci sono preoccupazioni che carenze si svilupperanno come veicoli elettrificati, compresi ibrido e batteria elettrica veicoli, diventati sempre più popolari in futuro." Che preoccupazione è aggravata dalla concentrazione delle miniere di terre rare: Sebbene siano stati fatti tentativi alla miniera di metalli delle terre rare negli USA e in altre parti del mondo, si verifica una preponderanza delle miniere di terre rare in Cina. Che paese minacciato di interrompere l'esportazione al neodimio e altre terre rare nel 2011, che ha inviato i prezzi per i metalli impennata. Se la Cina fosse a utilizzare access di terre rare come uno strumento geopolitico nuovamente, esso potrebbe influire significativamente aziende come Toyota che dipendono da terre rare per costruire prodotti di punta come la Prius.
Il nuovo magnete che Toyota sviluppato anche non usa terbio o disprosio, che può essere aggiunto al neodimio per migliorare la sua operatività all'alto calore, sopra 100 gradi Celsius (212 gradi Fahrenheit). (Infatti, consulenza data mining Roskill note che poche case automobilistiche uso terbio in magneti più, anche se il disprosio è ancora comunemente aggiunto ai magneti al neodimio.)
Cosa fanno questi magneti?
Magneti NdFeB sono in grado di produrre un forte campo magnetico in piccoli volumi. Quando accoppiato con il disprosio, magneti NdFeB hanno alta coercitività, vale a dire, "la capacità di resistere alla smagnetizzazione una volta magnetizzato," secondo una carta 2015 da tecnologie e materiali sostenibili.
In unMagnete permanente(PM) Motore AC auto, NdFeB magneti sono spesso incorporati nel rotore. Quando gli avvolgimenti di filo all'interno dello statore sono elettrificati, l'attrazione magnetica provoca il rotore ruotare. In altri disegni, i magneti possono essere incorporati nello statore, o i magneti possono essere disposti a lavorare con un campo magnetico di DC. Al contrario, motori ad induzione (che sono molto più comuni) non utilizzano nessun magneti e si basano sulla corrente che fluisce attraverso gli avvolgimenti di statore induce un campo magnetico, che conduce alla rotazione del rotore.
Come potete immaginare, ci sono parecchi trade-off tra motori e motori ad induzione magnete-di meno. Note di Roskill sistemi basati su PM tendono ad essere più leggero e più piccolo, dal momento che possono contare sul magnete di NdFeB dentro di loro per un campo magnetico costante. Maggior parte dei veicoli ibridi (HEV) utilizzano sistemi di PM: con un sistema ibrido è necessario sia una batteria e un motore a combustione interna, riducendo così le dimensioni del motore è fondamentale. (Componenti-Bollitore Bosch ha anche lavorato sulla creazione di sistemi che utilizzano entrambi i motori a induzione e motori a magnete permanente nello stesso prodotto, per assali anteriori e posteriori, per esempio).
Tesla evitato notoriamente magneti nei suoi veicoli modello S e il modello X, optando per un sistema di induzione di rame più pesante. Ma il modello 3 riferito utilizzare un sistema di PM, probabilmente perché magneti economizzano spazio e peso (che può influire sulla gamma della batteria), e tali motori tendono ad avere più accelerazione. Il bullone di Chevy utilizza anche un magnete al neodimio-basato, Roskill dice.
Che cosa è in questo nuovo magnete?
Invece di neodimio o disprosio, il magnete utilizza cerio e lantanio meno costosi metalli delle terre rare. Certamente, questo non sbarazzarsi di molti dei problemi con neodimio: lantanio e cerio sono estratti ancora principalmente in Cina e, come con la maggior parte delle terre rare, possono essere ambientalmente distruttive per produrre. Ma osserva Reuters che, mentre al neodimio, costa circa 100 dollari al chilogrammo e disprosio costa circa 400 dollari al kg, lantanio e cerio costano circa $5 a $7 al kg. Idealmente, potrebbe causare un magnete più economico più convenienti ibridi e veicoli completamente elettrici.
Ingrandire / invece di magneti con una concentrazione uniforme di neodimio, magneti di Toyota concentrano al neodimio intorno ai bordi del magnete.
Toyota
Toyota usato alcuni trucchi per ridurre l'uso di magneti al neodimio. L'azienda dice che semplicemente sostituendo il neodimio in un magnete con lantanio e cerio si traduce in un sub-par magnete con ridotta coercitività e ridotta resistenza al calore, significato soffriranno le prestazioni del motore. Invece, l'azienda composta il magnete, così che la maggior parte dei grani lantanio e cerio erano interna al magnete, e la maggior parte dei grani al neodimio erano all'esterno.
La casa automobilistica ha anche ridotto la granulometria dei metalli nel magnete. Questo è stato un viale di ricerca per qualche tempo: la carta di tecnologie e materiali sostenibili 2015 notato che trovare un modo per ridurre in modo affidabile la granulometria dei componenti dei magneti della terra rara potrebbe aumentare l'energia magnetica immagazzinata in un magnete. Toyota a quanto pare stava perseguendo anche quel percorso. I suoi ricercatori sono stati in grado di ridurre la granulometria dei componenti dei suoi magneti per un decimo di quello usato nei magneti standard.
Queste tecniche di produzione consentono di Toyota perdere 20 al 50 per cento del neodimio necessario per rendere un magnete di NdFeB senza perdere prestazioni o coercitività. Note di Reuters che Magneti veicolo elettrico probabilmente sarà solo in grado di sfruttare la fascia bassa di che — ma eliminando il 20 per cento di neodimio avete bisogno in un magnete del veicolo è buono, troppo.
Per ora, il design è preliminare e Toyota dice che ha bisogno di condurre ulteriori ricerche prima aggiunta di questi avanzato magneti nelle sue vetture. Dal 2020 precoce, la società spera di utilizzare i magneti nei sistemi di servosterzo, e poi si spera di passare al più ampio utilizzo in motori di veicoli elettrici entro il decennio.
Toyota è stato un pioniere nel settore dei veicoli ibridi, ma è stato più titubante nello spingere i veicoli completamente elettrici al mercato. Da tutti i conti, però, i suoi ricercatori hanno cercato di modi per rendere i veicoli elettrici all'avanguardia. La società ha annunciato in estate 2017 che era in "ingegneria di produzione" per una batteria a stato solido, che sarebbe teoricamente più leggeri, più piccoli e hanno una migliore gamma di temperature rispetto a quelle che vediamo oggi su Tesla, Nissan e Chevrolet.
