Zvětšené / Žíhané neodymové železné bórové magnety sedí v sudu před rozdrcením na prášek v Neo Material Technologies Inc. v továrně Magnequench Tianjin Co. v čínském Tianjinu Pátek 11. června 2010. Fotograf: Doug Kanter / Bloomberg via Getty Images.Getty Images
Toyota říká, že vyvinula nový magnet pro vysokou energii aplikace, jako jsou elektrické motory, které používají zlomek množství neodymu (prvku vzácných zemin) standardního železa, bor, neodymový (NdFeB) magnet.
Další čtení
Toyota ve „výrobním inženýrství“ pro polovodičovou baterii, WSJ Říká se, že magnety ze vzácných zemin se používají v mnoha hybridních vozidlech všechna elektrická vozidla a v jiných aplikacích, jako jsou větrné turbíny a robotika.
Ačkoli „vzácný“ je pro materiál, jako je, trochu mylný neodym (vysoká poptávka vedla k relativně vysoké produkci objemy), Toyota poznamenává, že „existují obavy, které bude mít nedostatek vyvíjet jako elektrifikovaná vozidla, včetně hybridních a bateriových elektrická vozidla se v budoucnu stávají stále více populární. “„ To znepokojení je umocněno koncentrací těžby vzácných zemin: ačkoli byly učiněny pokusy těžit kovy vzácných zemin v EU USA a další části světa, převaha vzácných zemin těžba probíhá v Číně. Tato země hrozila, že přestane vyvážet Neodym a další vzácné zeminy v roce 2011, které zasílaly ceny pro kovy stoupající. Pokud by Čína měla používat přístup vzácných zemin jako geopolitický nástroj by mohl opět výrazně ovlivnit společnosti jako Toyota, která při stavbě vlajkových produktů závisí na vzácných zeminách jako Prius.
Nový magnet vyvinutý společností Toyota také používá noterbium nebo dysprosium, které může být přidáno do neodymu pro zlepšení jeho provozuschopnost při vysokých teplotách nad 100 stupňů Celsia (212 stupňů Celsia) Fahrenheita). (Ve skutečnosti těžební poradenství Roskill poznamenává, že jen málo výrobci automobilů už používají terbium v magnetech, i když dysprosium je stále se přidává k magnetům s neodymem.)
Co tyto magnety dělají?
Magnety NdFeB jsou schopné produkovat silné magnetické pole malé objemy. Když jsou spárovány s dysprosiem, NdFeB magnety mají vysoké coercivity, to je „schopnost odolávat demagnetizaci jednou magnetizované, “podle článku a2015 od společnosti Sustainable Materiály a technologie.
U střídavého motoru s permanentním magnetem (PM) na střídavý proud jsou magnety NdFeB často zabudovaný v rotoru. Když jsou vinutí drátu ve statoru elektrifikovaná, magnetická přitažlivost způsobí rotaci rotoru. Inv jiných provedeních mohou být magnety zabudovány do statoru nebo do magnety mohou být uspořádány pro práci s DC magnetickým polem. Podle Naproti tomu indukční motory (které jsou mnohem běžnější) používají č magnety a spoléhají na proud protékající vinutím statoru do indukují magnetické pole, které vede k rotaci rotor.
Jak si můžete představit, existuje několik kompromisů mezi PM motory a indukční motory bez magnetů. Roskill poznámky založené na PM systémy bývají lehčí a menší, protože se mohou spolehnout na NdFeB magnet uvnitř nich pro konstantní magnetické pole. Většina hybridní vozidla (HEV) používají systémy PM: s hybridním systémem vy potřebují jak baterii, tak i spalovací motor, takže se snižuje velikost motoru je prvořadá. (Výrobce součástek Bosch také pracoval na budování systémů, které používají jak indukční motory, tak i motory s permanentním magnetem ve stejném produktu, pro přední i zadní nápravy, například.)
Tesla se skvěle vyhnul magnetům ve svých modelech S a X vozidla, která se rozhodly pro těžší měděný indukční systém. Ale Model 3 údajně používá systém PM, pravděpodobně proto, že magnety – šetří prostor a hmotnost (což může ovlivnit dosah baterií), a – takové motory mají tendenci mít lepší zrychlení. Chevy Bolt také používá neodymový magnet, říká Roskill.
Co je v tomto novém magnetu?
Namísto neodymu nebo dysprosia používá magnet levnější kovy vzácných zemin lanthan a cer. Rozhodně, toto se nezbavuje mnoha problémů s neodymem: lanthanum a cer jsou stále převážně těženy v Číně a jako s většinou vzácných zemin mohou být pro životní prostředí destruktivní vyrobit. Reuters však poznamenává, že zatímco neodym stojí zhruba 100 dolarů na kg a dysprosium stojí asi 400 dolarů za kg, lanthan a cer stojí asi 5 až 7 USD za kg. V ideálním případě by mohl vzniknout levnější magnet v levnějších hybridních a plně elektrických vozidlech.
Zvětšit / Místo magnetů s rovnoměrnou koncentrací neodymu, Magnety Toyota soustředí neodym kolem okrajů magnet. Toyota
Toyota použila několik triků, aby snížila své neodymové použití. společnost říká, že jednoduše nahradí theneodym v magnetu withlanthanum a cer mají za následek sub-par magnet s snížená koercitivita a snížená tepelná odolnost, což znamená motor výkon bude trpět. Místo toho společnost složila magnet takže většina zrn lanthanu a ceru byla vnitřní magnet a většina neodymových zrn byla na mimo.
Automobilka také snížila velikost zrn kovů v EU magnet. Toto je cesta výzkumu již nějakou dobu: rok 2015 V dokumentu Udržitelné materiály a technologie se uvádí, že zjištění způsob, jak spolehlivě snížit velikost zrn složek vzácných zemin magnety mohly zvýšit magnetickou energii uloženou v magnetu. Toyota zřejmě také sledovala tuto cestu. Jeho vědci byli schopné redukovat velikost zrn součástí magnetů na jedna desetina toho, co se používá u standardních magnetů.
Tyto výrobní postupy umožňují společnosti Toyota ztratit 20 až 50 procenta neodymu potřebného k vytvoření magnetu NdFeB bez ztrácí výkon nebo nátlak. Reuters poznamenává, že elektrické magnety vozidla budou pravděpodobně moci využít pouze jeho konec – ale eliminace 20 procent neodymu potřeba v magnetu vozidla je také dobrá.
Návrh je prozatím předběžný a Toyota tvrdí, že je to nutné před přidáním těchto pokročilých magnetů do něj proveďte další výzkum auta. Začátkem roku 2020 společnost doufá, že bude magnety používat systémy posilovače řízení, a pak doufá, že se v roce 2011 přiblíží k širšímu využití elektromotory do deseti let.
Toyota byla průkopníkem na trhu hybridních vozidel, ale je to váhá při tlačení všech elektrických vozidel na trh. Podle všech účtů však její výzkumníci hledali způsoby aby byla elektrická vozidla špičková. Společnost oznámila v roce léto 2017 to bylo ve „produkčním inženýrství“ pro a polovodičová baterie, která by byla teoreticky lehčí, menší, a mají lepší rozsah provozních teplot než baterie, které dnes vidíme na Teslas, Nissans a Chevys.
