لا يعتمد مغناطيس تويوتا الجديد على بعض المفاتيح المعادن الأرضية النادرة

تكبير / صلب المغناطيس النيوديميوم البورون الحديد الجلوس في برميل قبل أن يتم سحقه إلى مسحوق في Neo Material Technologies شركة مصنع Magnequench تيانجين في تيانجين ، الصين ، في الجمعة 11 يونيو ، 2010. المصور: دوغ كانتر / بلومبرج عبر صور غيتي

تقول تويوتا إنها ابتكرت مغناطيسًا جديدًا للطاقة العالية تطبيقات مثل المحركات الكهربائية التي تستخدم جزء بسيط من كمية النيوديميوم (عنصر الأرض النادرة) من الحديد القياسية ، البورون ، النيوديميوم (ندفيب) المغناطيس.

قراءة متعمقة

تويوتا في “هندسة الإنتاج” لبطارية الحالة الصلبة ، WSJ يقول مغناطيس الأرضية النادرة تستخدم في العديد من المركبات الهجينة ، بعضها جميع السيارات الكهربائية ، وفي تطبيقات أخرى مثل توربينات الرياح والروبوتات.

على الرغم من أن “نادر” هو تسمية خاطئة لبعض المواد مثل النيوديميوم (ارتفاع الطلب أدى إلى ارتفاع الإنتاج نسبيا مجلدات) ، تلاحظ تويوتا أن “هناك مخاوف من أن النقص سوف تطوير المركبات المكهربة ، بما في ذلك الهجين والبطارية السيارات الكهربائية ، أصبحت شعبية متزايدة في المستقبل ” يتفاقم القلق من تركيز التعدين في الأرض النادرة: على الرغم من محاولات بذلت لتعدين المعادن الأرضية النادرة في الولايات المتحدة وأجزاء أخرى من العالم ، وفرة من الأرض النادرة يحدث التعدين في الصين. هدد هذا البلد بالتوقف عن التصدير النيوديميوم والأتربة النادرة الأخرى في عام 2011 ، والتي أرسلت أسعار ل المعادن ارتفاع. إذا كانت الصين لاستخدام الوصول إلى الأرض النادرة باعتباره أداة الجيوسياسية مرة أخرى ، يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الشركات مثل تويوتا التي تعتمد على الأرض النادرة لبناء المنتجات الرائدة مثل بريوس.

المغناطيس الجديد تويوتا وضعت أيضا يستخدم noterbium أو ديسبروسيوم ، والتي يمكن إضافتها إلى النيوديميوم لتحسين قابلية التشغيل في حرارة عالية ، فوق 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت). (في الواقع ، تلاحظ شركة التعدين روسكيل أن القليل شركات صناعة السيارات تستخدم terbium في المغناطيس بعد الآن ، على الرغم من dysprosium هو لا يزال يضاف عادة إلى المغناطيس مع النيوديميوم.)

ماذا تفعل هذه المغناطيس؟

المغناطيس ندفيب قادرون على إنتاج مجال مغناطيسي قوي في مجلدات صغيرة. عندما يقترن الديسبروسيوم ، يكون مغناطيس ندفيب مرتفعًا الإكراه ، وهذا هو ، “القدرة على مقاومة إزالة المغناطيسية مرة واحدة ممغنطة ، “وفقا ل a2015 ورقة من المستدامة المواد والتقنيات.

في محرك سيارة AC Magnet (PM) الدائم ، غالبًا ما تكون مغناطيس NdFeB مضمن في الدوار. عندما اللفات الأسلاك في الجزء الثابت هي مكهرب ، يؤدي الجاذبية المغناطيسية إلى تدوير الدوار. Inتصاميم أخرى ، يمكن أن تكون جزءا لا يتجزأ من المغناطيس في الجزء الثابت ، أو يمكن ترتيب المغناطيس للعمل مع المجال المغناطيسي DC. بواسطة على النقيض من ذلك ، لا تستخدم محركات التعريفي (وهي أكثر شيوعًا) المغناطيس والاعتماد على التدفق الحالي من خلال اللفات الموالي ل تحفيز المجال المغناطيسي ، مما يؤدي إلى دوران الدوار.

كما قد تتخيل ، هناك العديد من المقايضات بين PM المحركات ومحركات التعريفي أقل المغناطيس. Roskill تلاحظ PM مقرها أنظمة تميل إلى أن تكون أخف وأصغر ، لأنها يمكن أن تعتمد على ندفيب المغناطيس داخلها لحقل مغناطيسي ثابت. معظم تستخدم المركبات الهجينة (HEVs) أنظمة PM: مع نظام هجين لك بحاجة إلى كل من البطارية ومحرك الاحتراق الداخلي ، وبالتالي تقليل حجم المحرك هو الهدف الأسمى. (مكونات صانع بوش لديه عملت أيضا على بناء النظم التي تستخدم كل من محركات التعريفي و محركات المغناطيس الدائم في نفس المنتج ، للأمام والخلف المحاور ، على سبيل المثال.)

تيسلا تجنبت المغناطيس في نموذجها S و X النموذج المركبات ، واختيار نظام التعريفي النحاس أثقل. لكن ال النموذج 3 يستخدم نظام PM ، على الأرجح بسبب المغناطيس الاقتصاد في المساحة والوزن (والتي يمكن أن تؤثر على نطاق البطارية) ، و هذه المحركات تميل إلى أن يكون تسارع أفضل. تشيفي بولت أيضا يقول روسكيل إنه يستخدم مغناطيسًا يعتمد على النيوديميوم.

ماذا يوجد في هذا المغناطيس الجديد؟

بدلاً من النيوديميوم أو الديسبروسيوم ، يستخدم المغناطيس أقل تكلفة المعادن النادرة الأرض اللانثانم والسيريوم. من المؤكد، هذا لا يتخلص من العديد من القضايا مع النيوديميوم: لا يزال اللانثانم والسيريوم مستخرجين في الغالب من الصين ، وكذلك مع معظم التربة النادرة ، يمكن أن تكون مدمرة للبيئة ل إنتاج. لكن رويترز تشير إلى أن النيوديميوم يكلف حوالي 100 دولار لكل كيلوغرام و dysprosium يكلف حوالي 400 دولار لكل كيلوغرام ، اللانثانم والسيريوم تكلفة حوالي 5 دولارات إلى 7 دولارات للكيلوغرام الواحد. من الناحية المثالية ، يمكن أن يؤدي المغناطيس أرخص في المركبات الهجين وجميع الكهربائية أرخص.

تكبير / بدلا من المغناطيس مع تركيز موحد من النيوديميوم ، مغناطيسات تويوتا تركز النيوديميوم حول حواف مغناطيس. Toyota

استخدمت تويوتا بعض الحيل لتقليل استخدام النيوديميوم. ال تقول الشركة أنه ببساطة استبدال theneodymium في المغناطيس ويثانثانوم والسيريوم يؤدي إلى المغناطيس دون المستوى مع انخفاض الإكراه وانخفاض مقاومة الحرارة ، وهذا يعني المحرك سوف يعاني الأداء. بدلا من ذلك ، تتألف الشركة المغناطيس بحيث كانت معظم اللانثانوم وحبوب السيريوم داخلية المغناطيس ، ومعظم الحبوب النيوديميوم كانت على في الخارج.

خفضت شركة صناعة السيارات أيضا حجم الحبوب من المعادن في magnet. لقد كان هذا وسيلة للبحث لبعض الوقت: عام 2015 المواد والتقنيات المستدامة ورقة لاحظت أن العثور على طريقة لتقليل موثوق حجم الحبوب من مكونات الأرض النادرة المغناطيس يمكن أن تزيد من الطاقة المغناطيسية المخزنة في المغناطيس. يبدو أن تويوتا كانت تتبع هذا المسار أيضًا. وكان الباحثون قادرة على تقليل حجم الحبوب من مكونات المغناطيس ل عُشر ما يستخدم في المغناطيس القياسي.

تقنيات التصنيع هذه تسمح لشركة تويوتا بخسارة 20 إلى 50 في المئة من النيوديميوم اللازمة لصنع المغناطيس ندفيب دون فقدان الأداء أو الإكراه. رويترز تلاحظ أن الكهربائية مغناطيس السيارة من المحتمل أن تكون فقط قادرة على الاستفادة من نهاية منخفضة من ذلك – ولكن القضاء على 20 في المئة من النيوديميوم لك تحتاج في المغناطيس سيارة جيدة ، أيضا.

في الوقت الحالي ، كان التصميم أوليًا ، وتقول شركة تويوتا إنها بحاجة إلى ذلك إجراء المزيد من البحوث قبل إضافة هذه المغناطيسات المتقدمة إلى السيارات. بحلول أوائل عام 2020 ، تأمل الشركة في استخدام المغناطيس في أنظمة توجيه السلطة ، وبعد ذلك تأمل في الانتقال إلى استخدام أوسع في محركات السيارات الكهربائية خلال العقد.

كانت تويوتا رائدة في سوق السيارات الهجينة ، لكن ذلك كان أكثر ترددا في دفع جميع السيارات الكهربائية إلى السوق. على كل حال ، كان الباحثون يبحثون عن طرق لجعل السيارات الكهربائية المتطورة. أعلنت الشركة في صيف 2017 أنه كان في “هندسة الإنتاج” ل بطارية الحالة الصلبة ، والتي ستكون من الناحية النظرية أخف وزنا وأصغر ، ولها مجموعة أفضل من درجات حرارة التشغيل من البطاريات التي نراها اليوم على Teslas و Nissans و Chevys.