Nema rijetke zemlje i motora? Slušanje domaćih dobavljača koji tumače detalje smanjenja rijetkih zemalja u motorima
Kineske automobilske vijesti
Nedavno je Colin Campbell, potpredsjednik Teslinog odjela za pogonske sklopove, rekao da motori sljedeće generacije tvrtke uopće neće koristiti materijale rijetke zemlje. Ova je poruka bila poput kamena bačenog u mirno jezero i izazvala metež u industriji. Prijavljeno je da je Tesla od 2017. do 2022. uspješno smanjila upotrebu rijetkih metala u pogonskom modulu Modela 3 za 25 posto zahvaljujući poboljšanju učinkovitosti prijenosnog sustava. Godine 2020. Tesla je otkrio da razvija novu vrstu nemagnetskog motora - površinski reluktantni (Surface Permanent Magnet Switched Reluctance) (SPSRM) motor, koji kombinira prednosti motora s permanentnim magnetima i komutirano reluktantnih (SRM) motora. , dok izbjegava nedostatke oba, može postići visoku učinkovitost, veliku gustoću snage i veliku gustoću zakretnog momenta bez upotrebe materijala rijetkih zemalja.
Tesla je poznat kao vjetrokaz ere novih energetskih vozila, koji je motor bez rijetkih zemalja koji zagovara? Koliki "promet" može napraviti u industriji?
Nema rijetke zemlje ne znači da nema magnetizma
U pozadini prakticiranja zelenog i niskougljičnog puta te promicanja razvoja elektrifikacije na sveobuhvatan način, baterije, motori i elektroničke kontrole postale su "tri nova glavna dijela" koja su nezamjenjiva za nova energetska vozila, a motori preuzimaju sve funkcije povezane s vožnjom vozila. .
Trenutačno postoje tri glavne vrste motora koji se koriste u novim energetskim vozilima: sinkroni motori s trajnim magnetima, sinkroni motori s električnom pobudom i asinkroni motori izmjenične struje. Sinkroni motori s trajnim magnetima glavni su izbor u industriji, ali zbog visoke cijene materijala rijetkih zemalja i ograničenih rezervi, posljednjih godina glas o njihovoj zamjeni postaje sve glasniji.
Podrazumijeva se da rijetki zemni materijali čine gotovo 20 posto cijene motora s permanentnim magnetima. Kao klasa metalnih elemenata s posebnim fizičkim i kemijskim svojstvima, naširoko se koristi u mnogim područjima visoke tehnologije. Postoji živopisna metafora na tržištu. Ako je nafta krv industrije, onda su rijetke zemlje vitamini industrije, posebno za automobilsku industriju. U motorima s trajnim magnetima, neodimij željezo bor (NdFeB) jedan je od najčešće korištenih materijala s permanentnim magnetima, s visokom remanentnošću i energetskim proizvodom. I njegove tri vrste sastavnih elemenata rijetkih zemalja: neodimij (Nd), praseodimij (Pr) i disprozij (Dy), koji su od velike pomoći u poboljšanju dinamičkog magnetizma, otpornosti na toplinu, produžuju životni vijek i smanjuju buku motora. Stoga su, unatoč visokoj cijeni, motori s trajnim magnetima uvijek bili glavna konfiguracija novih energetskih vozila.
Čini se da je Teslina tvrdnja da sljedeća generacija motora uopće neće koristiti materijale rijetke zemlje uzdrmala status motora s permanentnim magnetima i materijala rijetke zemlje. Iz perspektive tehnologije i tržišta, kako bismo trebali tumačiti trend u industriji?
Zapravo, Tesla nije jedina tvrtka koja predlaže da motori ne koriste rijetke zemlje. Godine 2021. Mahle, njemačka tvrtka za proizvodnju autodijelova, razvila je novi motor koji ne zahtijeva materijale rijetke zemlje; potom je 2022. BMW također lansirao petu generaciju motora bez rijetkih zemalja. Insajderi iz industrije vjeruju da Tesla i druge tvrtke žele razviti motore bez rijetkih zemalja, ne toliko zbog tehnološkog razvoja, već više iz geopolitičkih razloga.
Prema statistikama, oko 97 posto svjetskih sirovina rijetkih zemalja dolazi iz Kine. Prema podacima, rijetke zemlje važan su strateški resurs s jedinstvenim svojstvima i nezamjenjiv ključni element za transformaciju tradicionalnih industrija, razvoj industrija u nastajanju i industrije nacionalne obrambene tehnologije. Prethodno su kineske izvozne cijene rijetkih zemalja bile niske. Uz kontinuirano povećanje troškova rudarenja i rafiniranja sirovina rijetkih zemalja, kontrola izvoza materijala rijetkih zemalja postala je stroža, a strane automobilske tvrtke počele su pronalaziti drugi izlaz.
Međutim, stručnjaci iz industrije vjeruju da je netočno nazvati motor "bez magneta" samo zato što ne koristi rijetke zemlje.Niu Mingkui, generalni direktorod Zhejiang Founder Motor Co., Ltd.(u daljnjem tekstu "Osnivač motora"), rekao je novinaru "China Automobile News" da su trajni magneti rijetkih zemalja samo jedan način za uspostavljanje glavnog magnetskog polja sinkronih motora, a poduzeća također mogu koristiti druge metode, ali u bilo kojem slučaju, mora se uspostaviti magnetsko polje da bi motor radio, tako da je očito "trik" predložiti nemagnetski motor. Po njegovom mišljenju, Teslin plan je dobro shvaćen. Sljedeće metode mogu se usvojiti za motore koji ne koriste rijetke zemlje: korištenje ferita umjesto rijetkih zemalja kao trajnih magneta ili korištenje električno pobuđenih sinkronih motora, a zatim AC indukcijskih motora.
3 pretpostavke o Tesli
Kao predvodnik električnih vozila, Teslini pokreti privukli su pozornost cijele automobilske industrije. Što se tiče sljedeće generacije Teslinog motora koji ne koristi rijetke zemlje,Direktor inženjeringa BorgWarner Huo Congchongima tri pretpostavke.
Prvo, "nema rijetkih zemalja" može se odnositi na nikakve teške rijetke zemlje, ne sve rijetke zemlje. Huo Congchong je rekao novinarima: "Općenito, rijetke zemlje koje se koriste u motorima odnose se na teške rijetke zemlje, kao što su terbij (Tb), disprozij (Dy), holmij (Ho), neodim (Nd), praseodimij (Pr) i drugi elementi . Različiti motori koriste različite teške elemente rijetke zemlje zbog njihove male zalihe i visoke cijene. Sada se tvrtke okreću upotrebi više lakih rijetkih zemalja i smanjuju upotrebu teških rijetkih zemalja."
Drugo, također je moguće zamijeniti sinkroni motor s permanentnim magnetom sa sinkronim motorom s električnom pobudom. Jezgra elektromotora uzbude je zamijeniti trajni magnet sa zavojnicom električne pobude i promijeniti magnetsku snagu podešavanjem struje zavojnice, kako bi se postigli različiti zahtjevi za učinkom snage pri različitim brzinama vozila. U isto vrijeme, električna pobudna zavojnica može eliminirati nedostatke demagnetizacije i zastoja trajnog magneta na visokoj temperaturi, a slabljenje polja može se ostvariti smanjenjem pobudne struje pri velikoj brzini, a promjena brzine može se ostvariti kontrolom intenzitet uzbude, a sigurnost je također bolja. To radi BMW-ov motor bez magneta pete generacije.
Najveća razlika između elektropobudnog motora i motora s permanentnim magnetima je rotor. Načelo prvog je dodavanje zavojnica na rotor i korištenje uređaja s karbonskom četkom za uvođenje struje pobude. Međutim, ovo je donijelo novi problem, pouzdanost i trajnost karbonske četkice imat će veliki utjecaj na radnu učinkovitost motora.
Treće, načelno se može realizirati i način mješovite pobude. Pod pretpostavkom održavanja visoke učinkovitosti, ovaj novi tip motora mijenja strukturu topologije, a glavno magnetsko polje generiraju dva izvora pobude kako bi se ostvarila regulacija i kontrola, te poboljšala regulacija brzine, performanse pogona ili karakteristike regulacije napona motora. . To jest, trajni magnet ne koristi materijale rijetke zemlje, već koristi ferit, a zatim dodaje nešto električne pobude itd., ali ovo rješenje ima loša magnetska svojstva i ograničenu radnu učinkovitost. veći i teži.
"Naravno, još uvijek ne možemo isključiti mogućnost da je Tesla napravio veliki napredak u novim materijalima; ali ako nije, mislim da je prvo od ova tri rješenja najvjerojatnije." Postoje američke tvrtke koje mogu razviti rješenje za korištenje "nula" teških rijetkih metala u motorima. Vjerujem da ovo nije težak izazov za Teslu.
Status motora s trajnim magnetima još nije uzdrman
U eri elektrifikacije automobila postavljeni su novi zahtjevi za razvoj baterija, motora i elektroničkih kontrola. U kojem smjeru će se motor razvijati u budućnosti? Kako tržišna potraga za performansama snage vozila postaje sve veća i veća, pogon na sva četiri kotača postao je vrhunska konfiguracija za mnoge automobile visokih performansi, a dvoosne motore usvojilo je sve više automobilskih tvrtki. Kako odabrati između motora s permanentnim magnetom i indukcijskog motora?
Chen Jing, direktor odjela za razvoj motora tvrtke Founder Motors, rekao je novinarima da je nedavno došao do dosljednog zaključka nakon potpune komunikacije sa stručnjacima u industriji u radnoj raspravi: motori s trajnim magnetima još uvijek su mainstream na tržištu.
"Sinkroni motori s trajnim magnetima naširoko su korišteni već dugo vremena i imaju povijest razvoja dugu desetljećima. Prvi su korišteni feritni materijali, a gustoća energije je samo 1/2 do 1/3 one od trajnih magneta rijetke zemlje. Stoga je od oko 2000. industrija počela dodavati materijale rijetke zemlje trajnim magnetima, što je uvelike poboljšalo gustoću energije motora." Niu Mingkui rekao je novinarima. Smatra da je trend razvoja proizvoda neodvojiv od karakteristika same tehnologije. Sudeći prema trenutnim performansama motora, prednosti motora s trajnim magnetima od rijetkih zemalja neusporedive su s drugim vrstama motora, tako da će i dalje biti prvi izbor za većinu novih energetskih vozila, posebno se koristi kao glavni pogonski motor.
Podrazumijeva se da u usporedbi s drugim vrstama motora, motori s trajnim magnetima imaju vlastita magnetska polja, ne zahtijevaju pobudu, nemaju odgovarajuće gubitke, mogu pružiti maksimalni okretni moment i imaju izvrsnu učinkovitost prijenosa; u isto vrijeme, mogu postići malu veličinu i malu težinu, uvelike štede. Međutim, lako se demagnetiziraju pod visokom temperaturom i ne mogu prilagoditi brzinu u stvarnom vremenu.
Električni pobudni motori i indukcijski motori ne koriste materijale rijetke zemlje, čime se štede troškovi, ali postoje i neriješeni problemi. Struktura rotora sinkronog motora s električnom pobudom je komplicirana, a postoji uređaj s ugljičnom četkom s kliznim prstenom, koji ima lošu pouzdanost. Karbonsku četkicu potrebno je redovito održavati i mijenjati, a cijena održavanja je visoka. Indukcijski izmjenični motor stvara inducirano magnetsko polje rezanjem magnetskog polja, tako da magnetska sila ima histerezu; ali asinkroni asinkroni motor izmjenične struje ima bolje performanse pri velikim brzinama i trenutno se obično koristi kao kombinacija pogona na sva četiri kotača. Na primjer, Tesla Model 3 koristi indukcijski AC motor u kombinaciji s motorom s trajnim magnetima kao motor prednje osovine vozila s pogonom na sva četiri kotača; Weilaijev model je suprotan modelu 3, koristi kombinaciju sinkronog motora s trajnim magnetom na prednjem kotaču i asinkronog motora na stražnjem kotaču. Kombinirani program.
U tom smislu, Niu Mingkui je objasnio: "Iako indukcijski motor također može postići istu radnu učinkovitost kao motor s trajnim magnetom, povećat će količinu drugih materijala kao što su bakar i silikonski čelik, a također je veći, teži i zauzima više prostora. Stoga trenutna industrija rijetko koristi asinkrone motore kao glavni pogonski motor."
Chen Xiaoyong, voditelj proizvoda tvrtke Wolong ZF Automotive Motor Co., Ltd.,novinarima je otvoreno rekao da je Teslin govor djelovao kao trik, ali nije imao previše utjecaja na domaće automobilske tvrtke. "Svi imaju konsenzus da su glavni tok domaćih novih energetskih motora za vozila i dalje motori s trajnim magnetima, a učinkovitost elektropobudnih motora i indukcijskih motora ne može se usporediti s njima. Globalni sadržaj rijetkih zemalja je dovoljan i malo je vjerojatno da će potkopati motore s trajnim magnetima u kratkom vremenu'", rekao je.
Mnogi poznavatelji industrije također imaju isto mišljenje. Prema mišljenju Huo Congchonga, kineskim automobilskim tržištem još će najmanje 10 godina dominirati motori s trajnim magnetima. U ovom području nema krize opskrbnog lanca, a domaći motori vozila s novom energijom također imaju tendenciju da koriste manje teške rijetke zemlje, a cijena nastavlja padati. , prednosti postaju sve istaknutije.
Cijela motorna industrija smanjuje primjenu teških rijetkih zemalja, ali se rijetke zemlje neće koristiti. U razgovoru s novinarima,Gong Jun, stručnjak za motornu odgovornost iz nacionalne posebne sveukupne stručne skupine za ključnu tehnologiju novih energetskih vozila, istaknuo je da je kineska proizvodnja rudnika dovoljna, tako da nema potrebe za brigom.U isto vrijeme, s razvojem procesa infiltracije disprozija, industrija može smanjiti količinu teške rijetke zemlje. Za sada Tesla neće odustati od motora s permanentnim magnetima, najviše će razmisliti kako ne koristiti teške rijetke zemlje.
"Mnoge strane tvrtke mogle su koristiti samo lake rijetke zemlje za motore, ali iz perspektive tržišnih uvjeta, domaći kupci ne prihvaćaju previše rješenja teških rijetkih zemalja; osim toga, ovo će rješenje imati problema s demagnetizacijom, što će rezultirati nižim učinkovitost. To je problem koji treba riješiti." Huo Congchong rekao je novinarima.
Rijetke zemlje više nisu usko grlo
Cjelokupna motorna industrija počela se razvijati u smjeru smanjenja rijetkih metala, posebice smanjenja upotrebe teških rijetkih zemalja. Niu Mingkui je rekao da se rezerve i cijene teških rijetkih metala i lakih rijetkih metala vrlo razlikuju. Na primjer, trenutna tržišna cijena praseodimija i neodimija je više od 700,000 juana/toni, terbija je čak više od 20 milijuna juana/toni, a cijena lantana i cerija rijetkih zemalja je niža. Deseci tisuća juana/tona. Stoga je industrija postigla dobre rezultate u promicanju eliminacije teških rijetkih zemalja i smanjenju količine lakih rijetkih zemalja, praseodimija i neodimija.
„Baš kao i prethodni lagani dizajn automobila, smanjenjem debljine čeličnog lima, smanjenjem težine praznog vozila, a zatim poboljšanjem strukturnog dizajna ili procesa zavarivanja, vozilo ima bolju krutost, što ne smanjuje sigurnost, ali također učinkovito postiže mala težina. Kvantifikacija. Sada, ideja o smanjenju rijetkih zemalja u motorima je ista." Niu Mingkui je dodatno objasnio.
Novinar je saznao da je s napretkom tehnologije uporaba motornih materijala doživjela velike promjene. Chen Jing je rekao novinarima: "Kad smo prvi put koristili magnetske materijale za izradu magneta, miješali smo i pekli elemente rijetke zemlje i bazne materijale željeza, tako da je cijeli materijal rijetke zemlje bio ravnomjerno raspoređen u magnetima. Ali zapravo, trajni magnet sinkroni motor Načelo demagnetizacije određuje da se sadržaj teške rijetke zemlje na površini magnetskog čelika treba povećati, a sadržaj teške rijetke zemlje u središnjem području treba biti nizak i neravnomjerno raspoređen. Tradicionalni magnetski čelik usvaja ujednačen proces sinteriranja, a zapravo se koristi veliki dio teških rijetkih zemaljskih materijala. U tom procesu nije imao svoju vrijednost."
Posljednjih godina, zbog napretka procesa proizvodnje, površina i unutrašnjost magnetskog čelika mogu se podijeliti, a tehnologija difuzije granica zrna koristi se za popravak i povećanje magnetskih svojstava površine magneta. Prijavljeno je da su japanski istraživači prvi predložili koncept "difuzije na granicama zrna", koristeći poseban proces kako bi teške rijetke zemlje difundirale samo na granici zrna, a ne u zrno, što ne samo da poboljšava performanse NdFeB materijala, već također uvelike smanjuje Ukupna količina teških elemenata rijetke zemlje smanjuje troškove materijala. Domaća tehnologija difuzije granica zrna također se brzo razvila i gotovo je postala standardna konfiguracija novih proizvoda, uvelike smanjujući količinu teških rijetkih zemalja. Prema nepotpunim statistikama, putem ciljanije difuzijske sheme za odabir magnetskog čelika, Founder Motor može smanjiti upotrebu teških rijetkih metala za 20 posto do 30 posto svake godine, a do sada je smanjena za gotovo 50 posto. "Međutim, nema jasnog rješenja hoće li uporaba teških rijetkih zemalja biti blizu nule u određenoj mjeri, jer su teške rijetke zemlje vrijedne za poboljšanje performansi magnetskog čelika, otpornost na vibracije i visoke temperature, tako da ne mogu se u potpunosti zamijeniti u kratkom roku", naglasio je Niu Mingkui.
Po mišljenju Gong Juna, tehnološki napredak u području primjene rijetkih zemalja dosegao je relativno visoku razinu i to više nije temeljni cilj istraživanja. Strane tvrtke rade na rješenjima bez rijetkih zemalja ili bez rijetkih zemalja, tako da nema potrebe brinuti o zalihama resursa rijetkih zemalja.
Zapravo, mnoge tvrtke razvijaju tehnologiju pripreme jeftinih sinteriranih NdFeB magneta s dodatkom lantana i cerija kako bi zadovoljile tržišnu potražnju za jeftinim trajnim magnetima od rijetkih zemalja s podesivim fluksom. Pročišćavanje zrna, difuzija granica zrna i regulacija granica zrna i druge tehnologije također su naširoko korištene u masovnoj proizvodnji, smanjujući količinu teških rijetkih zemalja terbija i disprozija, čime se smanjuju troškovi sirovina proizvoda.
"Prije su svi bili jako zapetljani. Iako moja zemlja ima prednosti resursa rijetkih zemalja, zabrinuta je da će fluktuacije cijena u stvarnoj upotrebi biti prevelike, a inovacije materijala i procesa također su ograničene razinom cijena rijetkih zemlje. Trenutačni trend je smanjenje volumena motora. , Poduzeća će povećati brzinu motora, što smanjuje zahtjeve za magnetizmom. Sada industrija ima sve niže i niže zahtjeve za razrede rijetkih zemalja, a ako nastavi padati, količina teških rijetkih zemalja također će se smanjiti", rekao je Gong Jun.
S tim u vezi, Niu Mingkui ga je također analizirao s tri aspekta: prvo, globalne rezerve rijetkih zemalja su dovoljne, tako da uopće nema razloga za brigu; drugo, pod trenutnim uvjetima tehnološkog razvoja, upotreba rijetkih zemalja u motorima je mnogo manja nego prije, a stupanj ovisnosti o rijetkim zemljama Još jednom, vrijedi spomenuti da s razvojem industrije recikliranja motora, rijetke zemlje materijali otpadnih motora mogu se tehnički pročistiti i reciklirati blizu 100 posto, što je također važan izvor rijetkih zemalja. "Materijali rijetkih zemalja potrebni za proizvodnju jednog motora u prošlosti mogli bi se koristiti za proizvodnju dva nova motora u budućnosti." Rekao je da, budući da tržište novih energetskih vozila nastavlja rasti u budućnosti, recikliranje motora može biti važan izvor rijetkih zemaljskih materijala, "Rijetke zemlje "Dafeng" također se očekuju da će biti realizirane prije roka. U to vrijeme, rijetke zemlje materijali mogu postići organsku dinamičku ravnotežu poput novih energetskih vozila.
