Која е специфичната улога на Ndfeb магнетите во моторите на електричните возила? Зошто да не изберете други магнетни материјали?

1. Основна функција на NdFeB магнетите во електричните мотори

NdFeB (неодимиум-железо-бор) магнетите се неопходни кај влечните мотори на електричните возила (EV) поради нивните неспоредливи магнетни својства. Овие магнети служат како компонента на роторот кај синхроните мотори со перманентни магнети (PMSM), кои се доминантна технологија во погонските склопови на електричните возила. Нивните главни улоги вклучуваат:

1.1 Висок однос на вртежен момент и тежина

NdFeB магнетите генерираат најсилни магнетни полиња меѓу сите материјали со перманентни магнети, со максимален енергетски производ (BHmax) што надминува 400 kJ/m³. Ова им овозможува на електричните мотори да произведуваат висок вртежен момент при ниски вртежи (RPM), што е клучно за брзо забрзување и ефикасно возење при мала брзина. На пример, типичен електричен мотор за влечење троши  1–2 кг NdFeB магнети , но сепак испорачува густина на вртежен момент 3–5 пати повисоки од индукциските мотори со слична големина.

1.2 Компактен и лесен дизајн

Исклучителната магнетна јачина на NdFeB овозможува помали димензии на моторот. PMSM кој користи NdFeB магнети може да постигне иста излезна моќност како индукциски мотор додека е  30–50% полесни и 40–60% помал . Оваа компактност ја намалува тежината на возилото, ја подобрува енергетската ефикасност и го продолжува опсегот на возење.—клучен фактор за усвојување на електричните возила. На пример, замената на феритни магнети со NdFeB во моторот може да го намали неговиот волумен за  60%  и тежина од  65% , иако со компромиси во цената и термичката стабилност.

1.3 Висока енергетска ефикасност

PMSM-ите базирани на NdFeB ја елиминираат потребата од надворешни системи за возбудување (на пр., намотки на роторот кај индукциските мотори), намалувајќи ги загубите на енергија од загревање на бакар и железо. Ова резултира со  95–97% ефикасност  во широк опсег на брзини, во споредба со 90–92% за индукциски мотори. Зголемувањето на ефикасноста се преведува во подолг век на траење на батеријата и намалени оперативни трошоци, особено при возење со запирање и тргнување во град.

2. Зошто NdFeB има подобри перформанси од алтернативните магнетни материјали

Додека други магнети како ферит, алнико и самариум-кобалт (SmCo) се користат во нишни апликации, NdFeB доминира кај електричните мотори поради неговиот супериорен сооднос перформанси-цена.

2.1 Споредба со феритни магнети

• Магнетна јачина Феритните магнети имаат BHmax од  8–16 kJ/m³ , помалку од 5% од NdFeB’капацитет. За да се совпадне NdFeB’s вртежен момент, мотор базиран на ферит би требало да биде  6–10 пати поголем , што го прави непрактично за електричните возила.
• Термичка стабилност Феритните магнети се спротивставуваат на демагнетизацијата на високи температури, но немаат јачина за да овозможат компактен дизајн на мотори. Тие обично се користат во нискобуџетни апликации со ниски перформанси како што се моторите за бришачи на шофершајбната.

2.2 Споредба со Alnico магнети

• Магнетна јачина Алнико магнети (BHmax:  10–50 kJ/m³ ) се послаби од NdFeB и склони кон демагнетизација под механички стрес или обратни полиња. Тие ретко се користат кај современите електрични возила поради нивната маса и чувствителност на условите на работа.

2.3 Споредба со SmCo магнети

• Термички перформанси SmCo магнети (BHmax:  200–260 kJ/m³ ) ги задржуваат своите својства на температури до  350°C , надминувајќи го NdFeB (кој се деградира над  150–200°C ). Сепак, SmCo е  3–5 пати поскапо  од NdFeB и има помала магнетна јачина, ограничувајќи ја неговата употреба на нишни апликации со високи температури како што се воздухопловните мотори.
• Чувствителност на трошоци Индустријата за електрични возила им дава приоритет на економичните решенија. NdFeB’Рамнотежата помеѓу перформансите и прифатливата цена го прави стандарден избор, и покрај неговите термички ограничувања.

3. Надминување на NdFeB’Ограничувања

Иако NdFeB магнетите се оптимални за повеќето апликации за електрични возила, нивната подложност на температура и корозија бара стратегии за ублажување.:

3.1 Термичко управување

• Обложување и легирање Додавањето на диспрозиум (Dy) или тербиум (Tb) на NdFeB ја зголемува неговата коерцитивност (отпорност на демагнетизација) и Кириевата температура (точката на која се губат магнетните својства). На пример, магнетите од класа N52H (со Dy) одржуваат перформанси на  180°C , погодно за електрични возила со високи перформанси.
• Дизајн на мотори Системите за ладење со течност и оптимизираниот проток на воздух спречуваат прекумерно натрупување на топлина во моторот, заштитувајќи ги магнетите.

3.2 Отпорност на корозија

• Површински премази NdFeB магнетите се обложени со слоеви од никел, епоксид или композитни материјали за заштита од влага и хемикалии. На пример, трослојниот Ni-Cu-Ni слој го продолжува животниот век на магнетот за да  30–50 години  во суви средини и  1.000+ часа  во тестови за солена магла.
• Сврзани NdFeB магнети Овие варијанти мешаат NdFeB прав со смола или пластика, елиминирајќи ја потребата за дополнителна обработка и подобрувајќи ја отпорноста на корозија. Тие се користат во помошни мотори (на пр., електрични прозорци, вентилатори за ладење) каде што високата магнетна јачина е помалку критична.

4. Идни трендови и алтернативи

Иако NdFeB останува доминантен, истражувањето на магнети без ретки земни елементи (на пр., MnBi, феритно-нано) има за цел да ја намали зависноста од критични материјали. Сепак, овие алтернативи моментално заостануваат во перформансите:

• MnBi магнети : Понуда  60–70%  на NdFeB’s вртежен момент, но бараат  60% поголем  мотори, зголемувајќи ја тежината и цената на возилото.
• Индукциски мотори Користени кај некои електрични возила (на пр., задниот мотор на Tesla Model 3), тие ги избегнуваат ретките земни метали, но ја жртвуваат ефикасноста и густината на вртежниот момент.

5. Заклучок

NdFeB магнетите се камен-темелник на современите влечни мотори за електрични возила поради нивната неспоредлива магнетна сила, компактност и ефикасност. Иако постојат алтернативи како ферит, Alnico и SmCo, тие не можат да се споредат со NdFeB.’сооднос перформанси-цена за мејнстрим апликации. Тековните достигнувања во термичката стабилизација и отпорноста на корозија дополнително ќе го зацврстат NdFeB.’улогата на компанијата во револуцијата на електричните возила, обезбедувајќи полесни, поефикасни и одржливи возила за иднината.