1. Основна функција NdFeB магнета у електричним моторима
NdFeB (неодимијум-гвожђе-бор) магнети су неопходни у моторима вуче електричних возила (EV) због својих ненадмашних магнетних својстава. Ови магнети служе као компонента ротора у синхроним моторима са перманентним магнетима (PMSM), који су доминантна технологија у погонским склоповима електричних возила. Њихове главне улоге укључују:
1.1 Висок однос обртног момента и тежине
NdFeB магнети генеришу најјача магнетна поља међу свим материјалима са сталним магнетима, са максималним енергетским производом (BHmax) који прелази 400 kJ/m²³. Ово омогућава електричним моторима да производе висок обртни момент при ниским брзинама ротације (RPM), што је кључно за брзо убрзање и ефикасну вожњу малом брзином. На пример, типичан вучни мотор електричног возила троши
1–2 кг NdFeB магнета
, али ипак пружа густину обртног момента 3–5 пута већи од индукционих мотора сличне величине.
1.2 Компактан и лаган дизајн
Изузетна магнетна јачина NdFeB омогућава мање димензије мотора. PMSM који користи NdFeB магнете може постићи исту излазну снагу као и индукциони мотор, док је...
30–50% лакши и 40–60% мањи
. Ова компактност смањује тежину возила, побољшава енергетску ефикасност и продужава домет вожње.—кључни фактор за усвајање електричних возила. На пример, замена феритних магнета са NdFeB у мотору може смањити његову запремину за
60%
и тежину по
65%
, иако са компромисима у погледу цене и термичке стабилности.
1.3 Висока енергетска ефикасност
PMSM-ови на бази NdFeB-а елиминишу потребу за спољним системима побуђивања (нпр. намотаји ротора у асинхроним моторима), смањујући губитке енергије услед загревања бакра и гвожђа. То резултира
95–Ефикасност од 97%
у широком опсегу брзина, у поређењу са 90–92% за индукционе моторе. Побољшања у ефикасности се преводе у дуже трајање батерије и смањене трошкове рада, посебно у градској вожњи са честим заустављањима и кретањима.
2. Зашто NdFeB надмашује алтернативне магнетне материјале
Док се други магнети попут ферита, алнико магнета и самаријум-кобалта (SmCo) користе у нишним применама, NdFeB доминира електричним моторима због свог супериорног односа перформанси и цене.
2.1 Поређење са феритним магнетима
-
Магнетна јачина
Феритни магнети имају BHmax од
8–16 kJ/m²³
, мање од 5% NdFeB’капацитет. Да би се подударало са NdFeB’обртног момента, мотор на бази ферита би морао бити
6–10 пута веће
, што га чини непрактичним за електрична возила.
-
Термичка стабилност
Феритни магнети су отпорни на демагнетизацију на високим температурама, али им недостаје чврстоћа да би омогућили компактне дизајне мотора. Обично се користе у јефтиним апликацијама са ниским перформансама као што су мотори брисача ветробранског стакла.
2.2 Поређење са алнико магнетима
-
Магнетна јачина
Алнико магнети (BHmax:
10–50 kJ/m²³
) су слабији од NdFeB и склони су демагнетизацији под механичким напрезањем или обрнутим пољима. Ретко се користе у модерним електричним возилима због своје величине и осетљивости на услове рада.
2.3 Поређење са SmCo магнетима
-
Термичке перформансе
SmCo магнети (BHmax:
200–260 kJ/m³³
) задржавају своја својства на температурама до
350°C
, надмашујући NdFeB (који се деградира изнад
150–200°C
). Међутим, SmCo је
3–5 пута скупље
него NdFeB и има мању магнетну чврстоћу, што ограничава његову употребу на нишне примене на високим температурама попут ваздухопловних мотора.
-
Осетљивост на трошкове
Индустрија електричних возила даје приоритет исплативим решењима. НдФеБ’Његова равнотежа између перформанси и приступачности чини га подразумеваним избором, упркос његовим термичким ограничењима.
3. Превазилажење NdFeB-а’Ограничења
Иако су NdFeB магнети оптимални за већину примена електричних возила, њихова осетљивост на температуру и корозију захтева стратегије ублажавања:
3.1 Термално управљање
-
Премазивање и легирање
Додавање диспрозијума (Dy) или тербијума (Tb) у NdFeB повећава његову коерцитивност (отпорност на демагнетизацију) и Киријеву температуру (тачку у којој се магнетна својства губе). На пример, магнети класе N52H (са Dy) одржавају перформансе на
180°C
, погодно за високоперформансна електрична возила.
-
Дизајн мотора
Системи за течно хлађење и оптимизован проток ваздуха спречавају прекомерно нагомилавање топлоте у мотору, штитећи магнете.
3.2 Отпорност на корозију
-
Површински премази
NdFeB магнети су пресвучени никлованим, епоксидним или композитним слојевима ради заштите од влаге и хемикалија. На пример, трослојни Ni-Cu-Ni премаз продужава век трајања магнета до
30–50 године
у сувим срединама и
1.000+ сати
у тестовима слане магле.
-
Везани NdFeB магнети
Ове варијанте мешају NdFeB прах са смолом или пластиком, елиминишући потребу за накнадном обрадом и побољшавајући отпорност на корозију. Користе се у помоћним моторима (нпр. електрични прозори, вентилатори за хлађење) где је висока магнетна јачина мање критична.
4. Будући трендови и алтернативе
Иако NdFeB остаје доминантан, истраживање магнета без ретких земних елемената (нпр. MnBi, Ferrite-Nano) има за циљ смањење зависности од критичних материјала. Међутим, ове алтернативе тренутно заостају у перформансама:
-
MnBi магнети
Понуда
60–70%
од NdFeB-а’обртни момент, али захтева
60% веће
мотори, повећавајући тежину и трошкове возила.
-
Индукциони мотори
Користе се у неким електричним возилима (нпр. задњи мотор Тесла Модел 3), избегавају ретке земље, али жртвују ефикасност и густину обртног момента.
5. Закључак
NdFeB магнети су камен темељац модерних вучних мотора за електрична возила због своје неупоредиве магнетне снаге, компактности и ефикасности. Иако постоје алтернативе попут ферита, алника и SmCo, оне не успевају да се пореде са NdFeB.’однос перформанси и цене за главне примене. Континуирани напредак у термичкој стабилизацији и отпорности на корозију додатно ће учврстити NdFeB’улога у револуцији електричних возила, осигуравајући лакша, ефикаснија и одрживија возила за будућност.