В автомобилях на новых источниках энергии постоянные магниты NdFeB обычно устанавливаются на роторе синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ). Когда ток проходит через обмотку статора, создавая вращающееся магнитное поле, собственное магнитное поле постоянного магнита взаимодействует с ним, создавая крутящий момент, приводящий ротор во вращение – именно этот физический процесс происходит, когда вы наступаете на «ворота». Поэтому редкоземельные постоянные магниты называют «невидимым сердцем» автомобилей на новых источниках энергии.

Редкоземельные постоянные магниты: «король магнитов» современных двигателей

Историю разработки редкоземельных постоянных магнитов можно описать как эволюцию материаловедения. Начиная с первых природных магнитов и магнитов AlNiCo в начале XX века, а затем и ферритовых постоянных магнитов в 1947 году, человечество постоянно стремилось к получению более сильных магнитных свойств. Настоящая революция произошла в 1983 году, когда появился материал третьего поколения – редкоземельный постоянный магнит неодим-железо-бор (NdFeB).

Почему неодим-железо-бор называют «королем постоянных магнитов»? Его магнитное произведение в 10–15 раз выше, чем у феррита, в 5–8 раз выше, чем у традиционных материалов для электровозбуждения, и уступает только сверхпроводящему. Этот материал обладает чрезвычайно высокой остаточной намагниченностью и коэрцитивной силой, высокой способностью противостоять размагничиванию и позволяет двигателю создавать сильное магнитное поле в меньшем объёме.

Почему это необходимо для транспортных средств на новых источниках энергии?

В отличие от традиционных автомобилей на топливе, к двигателям новых источников энергии предъявляются практически строгие требования: высокая мощность, компактность, малый вес и высокая эффективность. Синхронные двигатели с редкоземельными постоянными магнитами идеально им отвечают:

Король эффективности: КПД может достигать 97%, что на 6% выше КПД асинхронного двигателя, который использовался Tesla в первые дни, что напрямую означает больший запас хода.

Король плотности мощности: небольшой размер, легкий вес и плотность мощности значительно превосходят другие типы двигателей, что делает компоновку транспортного средства более гибкой.

Точное управление: высокая точность регулирования, высокая скорость реагирования, плавный и мгновенный отклик мощности.

В отличие от этого, асинхронные двигатели переменного тока, несмотря на низкую стоимость и высокую термостойкость, обладают низкой удельной мощностью; вентильные реактивные двигатели также недороги, но характеризуются высоким уровнем шума и вибрации. С точки зрения комплексной производительности, синхронные двигатели с постоянными магнитами на редкоземельных элементах, несомненно, являются оптимальным решением для современных приводных двигателей транспортных средств на новых источниках энергии.

Согласно исследованиям, каждый новый автомобиль на энергии потребляет в среднем 2,5 кг постоянный магнит NdFeB Материалы. В связи с бурным ростом популярности новых видов транспорта:

Ожидается, что к 2025 году мировой спрос на редкоземельные магниты для транспортных средств на новых источниках энергии достигнет 30 000 тонн.

Совокупный темп роста спроса на редкоземельные магниты в период с 2021 по 2025 год составит более 35%, а на новые энергетические транспортные средства придется около 60% этого роста.

Несмотря на небольшие размеры редкоземельных постоянных магнитов, они стали незаменимым «промышленным витамином» для автомобилей на новых источниках энергии. В сфере новых источников энергии суть конкуренции сместилась с уровня практического применения на уровень фундаментальной науки. Обладая преимуществами в области ресурсов редкоземельных металлов и технологий их переработки, Китай превращает этот стратегический ресурс в опору для определения будущей парадигмы автомобильных технологий.