Koja je specifična uloga Ndfeb magneta u motorima električnih vozila? Zašto ne odabrati druge magnetske materijale?

1. Osnovna funkcija NdFeB magneta u EV motorima

NdFeB (neodimij-željezo-bor) magneti su nezamjenjivi u vučnim motorima električnih vozila (EV) zbog svojih neusporedivih magnetskih svojstava. Ovi magneti služe kao komponenta rotora u sinkronim motorima s permanentnim magnetima (PMSM), koji su dominantna tehnologija u pogonskim sklopovima električnih vozila. Njihove primarne uloge uključuju:

1.1 Visok omjer okretnog momenta i težine

NdFeB magneti generiraju najjača magnetska polja među svim materijalima permanentnih magneta, s maksimalnim energetskim produktom (BHmax) većim od 400 kJ/m³. To omogućuje EV motorima da proizvode visoki okretni moment pri niskim brzinama vrtnje (RPM), što je ključno za brzo ubrzanje i učinkovitu vožnju malom brzinom. Na primjer, tipičan vučni motor električnog vozila troši  1–2 kg NdFeB magneta , a ipak pruža gustoće okretnog momenta 3–5 puta veći od indukcijskih motora slične veličine.

1.2 Kompaktan i lagan dizajn

Iznimna magnetska čvrstoća NdFeB-a omogućuje manje dimenzije motora. PMSM koji koristi NdFeB magnete može postići istu izlaznu snagu kao i indukcijski motor, a pritom je...  30–50% lakši i 40–60% manji . Ova kompaktnost smanjuje težinu vozila, poboljšava energetsku učinkovitost i produžuje domet vožnje.—ključni faktor za usvajanje električnih vozila. Na primjer, zamjena feritnih magneta s NdFeB u motoru može smanjiti njegov volumen za  60%  i težinu po  65% , iako s kompromisima u cijeni i toplinskoj stabilnosti.

1.3 Visoka energetska učinkovitost

PMSM-ovi na bazi NdFeB-a eliminiraju potrebu za vanjskim sustavima pobude (npr. namoti rotora u asinhronim motorima), smanjujući gubitke energije zbog zagrijavanja bakra i željeza. To rezultira  95–Učinkovitost od 97%  u širokom rasponu brzina, u usporedbi s 90–92% za indukcijske motore. Povećanje učinkovitosti odražava se u duljem vijeku trajanja baterije i smanjenim operativnim troškovima, posebno u gradskoj vožnji s čestim zaustavljanjem i kretanjem.

2. Zašto NdFeB nadmašuje alternativne magnetske materijale

Dok se drugi magneti poput ferita, Alnico i Samarij-kobalta (SmCo) koriste u nišnim primjenama, NdFeB dominira EV motorima zbog svog superiornog omjera performansi i cijene.

2.1 Usporedba s feritnim magnetima

• Magnetska jakost Feritni magneti imaju BHmax od  8–16 kJ/m³ manje od 5% NdFeB’kapacitet. Za usklađivanje s NdFeB-om’s okretnim momentom, motor na bazi ferita trebao bi biti  6–10 puta veći , što ga čini nepraktičnim za električna vozila.
• Termička stabilnost Feritni magneti otporni su na demagnetizaciju na visokim temperaturama, ali im nedostaje čvrstoća koja bi omogućila kompaktne dizajne motora. Obično se koriste u jeftinim i niskoučinkovitim primjenama poput motora brisača vjetrobranskog stakla.

2.2 Usporedba s Alnico magnetima

• Magnetska jakost Alnico magneti (BHmax:  10–50 kJ/m³ ) su slabiji od NdFeB i skloni demagnetizaciji pod mehaničkim naprezanjem ili obrnutim poljima. Rijetko se koriste u modernim električnim vozilima zbog svoje veličine i osjetljivosti na radne uvjete.

2.3 Usporedba sa SmCo magnetima

• Toplinske performanse SmCo magneti (BHmax:  200–260 kJ/m³ ) zadržavaju svoja svojstva na temperaturama do  350°C , nadmašujući NdFeB (koji se razgrađuje iznad  150–200°C ). Međutim, SmCo je  3–5 puta skuplje  od NdFeB-a i ima nižu magnetsku čvrstoću, što ograničava njegovu upotrebu na nišne primjene na visokim temperaturama poput zrakoplovnih motora.
• Osjetljivost na troškove Industrija električnih vozila daje prioritet isplativim rješenjima. NdFeB’Ravnoteža performansi i pristupačne cijene čini ga zadanim izborom, unatoč toplinskim ograničenjima.

3. Prevladavanje NdFeB-a’Ograničenja

Iako su NdFeB magneti optimalni za većinu primjena u električnim vozilima, njihova osjetljivost na temperaturu i koroziju zahtijeva strategije ublažavanja:

3.1 Upravljanje toplinom

• Premazivanje i legiranje Dodavanje disprozija (Dy) ili terbija (Tb) u NdFeB povećava njegovu koercitivnost (otpornost na demagnetizaciju) i Curiejevu temperaturu (točku u kojoj se gube magnetska svojstva). Na primjer, magneti klase N52H (s Dy) održavaju performanse na  180°C , pogodno za visokoučinkovita električna vozila.
• Dizajn motora Sustavi tekućeg hlađenja i optimizirani protok zraka sprječavaju prekomjerno nakupljanje topline u motoru, štiteći magnete.

3.2 Otpornost na koroziju

• Površinski premazi NdFeB magneti su prekriveni slojevima nikla, epoksida ili kompozita radi zaštite od vlage i kemikalija. Na primjer, troslojni Ni-Cu-Ni premaz produžuje vijek trajanja magneta na  30–50 godine  u suhim okruženjima i  1000+ sati  u testovima slane magle.
• Vezani NdFeB magneti Ove varijante miješaju NdFeB prah sa smolom ili plastikom, eliminirajući potrebu za naknadnom obradom i poboljšavajući otpornost na koroziju. Koriste se u pomoćnim motorima (npr. električni podizači prozora, ventilatori za hlađenje) gdje visoka magnetska jakost nije toliko kritična.

4. Budući trendovi i alternative

Dok NdFeB ostaje dominantan, istraživanje magneta bez rijetkih zemalja (npr. MnBi, Ferrite-Nano) ima za cilj smanjiti ovisnost o kritičnim materijalima. Međutim, ove alternative trenutno zaostaju u performansama:

• MnBi magneti Ponuda  60–70%  od NdFeB-a’okretni moment, ali zahtijeva  60% veći  motori, što povećava težinu i cijenu vozila.
• Indukcijski motori Koriste se u nekim električnim vozilima (npr. Tesla Model 3 stražnji motor), izbjegavaju rijetke zemlje, ali žrtvuju učinkovitost i gustoću okretnog momenta.

5. Zaključak

NdFeB magneti su temelj modernih vučnih motora za električna vozila zbog svoje neusporedive magnetske snage, kompaktnosti i učinkovitosti. Iako postoje alternative poput ferita, Alnico i SmCo, one ne uspijevaju parirati NdFeB-u.’omjer performansi i cijene za glavne primjene. Kontinuirani napredak u toplinskoj stabilizaciji i otpornosti na koroziju dodatno će učvrstiti NdFeB’ulogu u revoluciji električnih vozila, osiguravajući lakša, učinkovitija i održivija vozila za budućnost.