Nema rijetke zemlje i nema motora? Slušanje domaćih dobavljača koji tumače detalje redukcije rijetkih zemalja u motorima
China Auto News
Nedavno je Colin Campbell, potpredsjednik Teslinog poslovanja pogonskih sklopova, rekao da motori sljedeće generacije kompanije uopće neće koristiti rijetke zemlje. Ova poruka je bila poput kamena bačenog u mirno jezero, izazvavši komešanje u industriji. Navodi se da je Tesla od 2017. do 2022. godine uspješno smanjio upotrebu rijetkih zemalja u pogonskom modulu Model 3 za 25 posto zbog poboljšanja efikasnosti prijenosnog sistema. Tesla je 2020. godine otkrio da razvija novi tip nemagnetnog motora - motora s permanentnim magnetom s komutiranom relukcijom (SPSRM), koji kombinuje prednosti motora s permanentnim magnetom i motora s komutiranom relukcijom (SRM). , uz izbjegavanje nedostataka oba, može postići visoku efikasnost, visoku gustinu snage i veliku gustinu obrtnog momenta bez upotrebe rijetkih zemnih materijala.
Tesla je poznat kao vjetrokaz ere nove energije vozila, koji je rijetki motor bez zemlje za koji se zalaže? Koliko "prskanja" može napraviti u industriji?
Nema rijetke zemlje ne znači nema magnetizma
U pozadini prakticiranja zelene i niskougljične staze i promicanja razvoja elektrifikacije na svestrani način, baterije, motori i elektronske kontrole postale su „tri nova glavna dijela“ koja su neophodna za nova energetska vozila, a motori preuzimaju sve funkcije vezane za vožnju vozila. .
Trenutno postoje tri glavna tipa motora koji se koriste u vozilima nove energije: sinhroni motori s permanentnim magnetima, sinhroni motori s električnom pobudom i asinhroni motori na izmjeničnu struju. Sinhroni motori s trajnim magnetom su glavni izbor u industriji, ali zbog visoke cijene rijetkih zemnih materijala i ograničenih rezervi Posljednjih godina glas o zamjeni postaje sve glasniji.
Podrazumijeva se da rijetki zemni materijali čine skoro 20 posto cijene motora s trajnim magnetima. Kao klasa metalnih elemenata sa posebnim fizičkim i hemijskim svojstvima, široko se koristi u mnogim oblastima visoke tehnologije. Na tržištu postoji živa metafora. Ako je nafta krv industrije, onda su rijetke zemlje vitamini industrije, posebno za automobilsku industriju. U motorima s trajnim magnetima, neodimij željezo bor (NdFeB) je jedan od najčešće korištenih materijala s trajnim magnetom, s visokom remanentnošću i energetskim proizvodom. I njegove tri vrste sastavnih elemenata rijetkih zemalja: neodimijum (Nd), prazeodimijum (Pr) i disprozijum (Dy), koji su od velike pomoći u poboljšanju dinamičkog magnetizma, otpornosti na toplotu, produženju života i smanjenju buke motora. Stoga su, uprkos visokoj cijeni, motori s trajnim magnetima uvijek bili glavna konfiguracija vozila nove energije.
Čini se da je Teslina tvrdnja da sljedeća generacija motora uopće neće koristiti rijetke zemne materijale uzdrmala status motora s trajnim magnetima i rijetkih zemnih materijala. Iz perspektive tehnologije i tržišta, kako tumačiti trend industrije?
Zapravo, Tesla nije jedina kompanija koja predlaže da motori ne koriste rijetke zemlje. 2021. godine, Mahle, njemačka kompanija za autodijelove, razvila je novi motor koji ne zahtijeva materijale retkih zemalja; zatim 2022. BMW je također lansirao petu generaciju motora bez rijetkih zemalja. Insajderi iz industrije vjeruju da Tesla i druge kompanije žele razviti rijetke motore bez zemlje, ne toliko zbog tehnološkog razvoja, već više iz geopolitičkih razloga.
Prema statističkim podacima, oko 97 posto svjetskih sirovina retkih zemalja isporučuje Kina. Prema podacima, rijetka zemlja je važan strateški resurs sa jedinstvenim svojstvima i neizostavan ključni element za transformaciju tradicionalnih industrija, razvoj industrije u nastajanju i nacionalne odbrambene tehnologije. Ranije su kineske izvozne cijene retkih zemalja bile niske. Uz kontinuirano povećanje troškova iskopavanja i prerade rijetkih zemljanih sirovina, kontrola izvoza rijetkih zemnih materijala je postala stroža, a strane automobilske kompanije počele su da pronalaze drugi izlaz.
Međutim, stručnjaci iz industrije vjeruju da je netačno nazivati motor "bez magneta" samo zato što ne koristi rijetke zemlje.Niu Mingkui, generalni direktorosnivača Zhejiang Motor Co., Ltd.(u daljem tekstu "Founder Motor"), rekao je novinaru "China Automobile News" da su trajni magneti rijetkih zemalja samo jedan od načina da se uspostavi glavno magnetsko polje sinhronih motora, a preduzeća mogu koristiti i druge metode, ali na bilo koji način. U slučaju, magnetsko polje mora biti uspostavljeno da bi motor radio, tako da je očigledno "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 sinhronih motora, a zatim indukcionih motora na izmjeničnu struju.
3 pretpostavke o Tesli
Kao lider električnih vozila, Teslini pokreti privukli su pažnju cjelokupne automobilske industrije. Što se tiče Teslinog motora sljedeće generacije koji ne koristi rijetke zemlje,Menadžer inženjeringa BorgWarner Huo Congchongima tri pretpostavke.
Prvo, "nema retkih zemalja" se može odnositi na teške retke zemlje, ne na sve retke zemlje. Huo Congchong je rekao novinarima: "Općenito, rijetke zemlje koje se koriste u motorima odnose se na teške rijetke zemlje, kao što su terbijum (Tb), disprozijum (Dy), holmijum (Ho), neodimijum (Nd), prazeodim (Pr) i drugi elementi . Različiti motori koriste različite teške elemente retkih zemalja zbog njihove male zalihe i visoke cene. Sada se kompanije okreću da koriste više lakih retkih zemalja i smanjuju upotrebu teških retkih zemalja."
Drugo, također je moguće zamijeniti sinhroni motor s permanentnim magnetom sa sinhronim motorom s električnom pobudom. Jezgro električnog uzbudnog motora je zamijeniti trajni magnet električnim uzbudnim zavojnicom i promijeniti magnetnu snagu podešavanjem struje zavojnice, kako bi se postigle različite zahtjeve snage pri različitim brzinama vozila. Istovremeno, električna pobudna zavojnica može eliminirati nedostatke demagnetizacije i zastoja trajnog magneta na visokoj temperaturi, a slabljenje polja može se ostvariti smanjenjem pobudne struje velikom brzinom, a promjena brzine se može ostvariti kontrolom intenzitet ekscitacije, a sigurnost je također bolja. To je ono što BMW-ov motor bez magneta pete generacije radi.
Najveća razlika između električnog pokretačkog motora i motora s permanentnim magnetom je rotor. Princip prvog je da se rotoru dodaju zavojnice i koristi uređaj sa karbonskom četkom za uvođenje struje pobude. Međutim, ovo je donijelo novi problem, pouzdanost i izdržljivost karbonske četke će imati veliki utjecaj na radnu efikasnost motora.
Treće, način mešovite pobude se takođe može realizovati u principu. Pod pretpostavkom održavanja visoke efikasnosti, ovaj novi tip motora mijenja topologiju strukture, 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. . Odnosno, permanentni magnet ne koristi rijetke zemne materijale, već koristi ferit, a zatim dodaje električnu pobudu itd., ali ovo rješenje ima loša magnetna svojstva i ograničenu radnu efikasnost. veći i teži.
"Naravno, još uvijek ne možemo isključiti mogućnost da je Tesla napravio veliki proboj u novim materijalima; ali ako nije, mislim da je prvo od ova tri rješenja najvjerovatnije." Postoje američke kompanije koje mogu razviti rješenje za korištenje "nula" teških rijetkih zemalja u motorima. Vjerujem da ovo nije težak izazov za Teslu.
Status motora s permanentnim magnetom još nije poljuljan
U eri elektrifikacije automobila, postavljeni su novi zahtjevi za razvoj baterija, motora i elektronskih kontrola. U kom pravcu će se motor razvijati u budućnosti? Kako tržišna potraga za performansama snage vozila postaje sve veća i veća, pogon na sva četiri točka je postao vrhunska konfiguracija za mnoge automobile sa performansama, a sve više automobilskih kompanija usvaja biaksijalne motore. Kako odabrati između motora s permanentnim magnetom i indukcionog motora?
Chen Jing, direktor odjela za razvoj motora osnivača Motors, rekao je novinarima da je nedavno došao do konzistentnog zaključka nakon potpune komunikacije sa profesionalcima iz industrije u radnoj diskusiji: motori s trajnim magnetima su još uvijek glavna struja na tržištu.
"Sinhroni motori s trajnim magnetom su dugo bili u širokoj upotrebi i imaju decenijsku istoriju razvoja. Prvo su korišteni feritni materijali, a gustina energije je samo 1/2 do 1/3 gustine energije trajnih magneta rijetkih zemalja. Stoga je od oko 2000. industrija počela da dodaje retke zemlje trajnim magnetima, što je uvelike poboljšalo gustinu energije motora." Niu Mingkui je rekao novinarima. Smatra da je trend razvoja proizvoda neodvojiv od karakteristika same tehnologije. Sudeći po trenutnim performansama motora, prednosti motora sa trajnim magnetima od rijetkih zemalja su neusporedive s drugim tipovima 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 poređenju sa drugim tipovima motora, motori s trajnim magnetima imaju svoja magnetna polja, ne zahtijevaju pobudu, nemaju odgovarajuće gubitke, mogu pružiti maksimalni obrtni moment i imaju odlične performanse efikasnosti prijenosa; u isto vrijeme, mogu postići malu veličinu i malu težinu, uvelike štedeći. Međutim, lako je demagnetizirati pod visokom temperaturom i ne može podesiti brzinu u realnom vremenu.
Električni uzbudni i asinhroni motori ne koriste rijetke zemne materijale, čime se štede troškovi, ali postoje i neriješeni problemi. Struktura rotora električnog uzbudnog sinhronog motora je komplikovana, a postoji i karbonska četkica sa kliznim prstenom, koja je slabe pouzdanosti. Ugljičnu četkicu je potrebno redovno održavati i mijenjati, a troškovi održavanja su visoki. Indukcijski motor na izmjeničnu struju stvara indukovano magnetsko polje rezanjem magnetnog polja, tako da magnetna sila ima histerezu; ali asinhroni motor na izmjeničnu indukciju ima bolje performanse pri velikim brzinama i trenutno se obično koristi kao kombinacija pogona na sva četiri kotača. Na primjer, Tesla Model 3 koristi indukcioni motor na izmjeničnu struju u kombinaciji s motorom s permanentnim magnetom kao motor prednje osovine vozila s pogonom na sva četiri točka; Weilaijev model je suprotan modelu 3, koristeći kombinaciju sinhronog motora s permanentnim magnetom prednjeg točka plus asinhronog motora stražnjeg kotača Kombinirani program.
S tim u vezi, Niu Mingkui je objasnio: „Iako indukcioni motor takođe može postići istu radnu efikasnost kao motor sa trajnim magnetom, on će povećati količinu drugih materijala kao što su bakar i silicijum čelik, a takođe je veći, teži i zauzima više prostora. Stoga, sadašnja industrija rijetko koristi asinhrone motore kao glavni pogonski motor."
Chen Xiaoyong, menadžer proizvoda Wolong ZF Automotive Motor Co., Ltd.,je novinarima otvoreno rekao da Teslin govor izgleda kao trik, ali nije imao mnogo uticaja na domaće automobilske kompanije. "Svi imaju konsenzus da su glavna struja domaćih motora novih energetskih vozila još uvijek motori s permanentnim magnetom, a efikasnost elektromotora pobude i asinhronih motora ne može se porediti s njima. Globalni sadržaj rijetkih zemalja je dovoljan i malo je vjerovatno da će to pokvariti motori sa trajnim magnetom za kratko vrijeme', rekao je.
Mnogi insajderi iz industrije također imaju isto mišljenje. Po mišljenju Huo Congchonga, kineskim tržištem automobila i dalje će dominirati motori s trajnim magnetima najmanje 10 godina. U ovoj oblasti nema krize u lancu snabdevanja, a domaći motori novih energetskih vozila takođe imaju tendenciju da koriste manje teške retke zemlje, a cena i dalje pada. , prednosti postaju sve izraženije.
Cijela motorna industrija smanjuje primjenu teških rijetkih zemalja, ali rijetke zemlje se neće koristiti. U intervjuu sa novinarima,Gong Jun, stručnjak za motornu odgovornost nacionalne specijalne sveukupne grupe stručnjaka za ključnu tehnologiju novih energetskih vozila, istakao je da je kineska proizvodnja rudnika dovoljna, tako da nema potrebe za brigom.Istovremeno, razvojem procesa infiltracije disprozijuma, industrija može smanjiti količinu teške rijetke zemlje. Tesla se trenutno neće odreći motora s trajnim magnetima, najviše će razmisliti kako ne koristiti teške rijetke zemlje.
„Mnoge strane kompanije su bile u mogućnosti da koriste samo lake retke zemlje za motore, ali iz perspektive tržišnih uslova, domaći kupci ne prihvataju previše rešenje za teške retke zemlje; osim toga, ovo rešenje će imati problema sa demagnetizacijom, što će rezultirati nižim efikasnost. To je problem koji treba riješiti." Huo Congchong je rekao novinarima.
Rijetke zemlje više nisu usko grlo
Čitava motorna industrija se počela razvijati u pravcu smanjenja rijetkih zemalja, posebno smanjenja upotrebe teških rijetkih zemalja. Niu Mingkui je rekao da su rezerve i cijene teških rijetkih i lakih rijetkih zemalja vrlo različite. Na primjer, trenutna tržišna cijena prazeodimija i neodimijuma je više od 700,000 juana/tona, terbija je čak više od 20 miliona juana/toni, a cijena lantana i retkih cerijuma je niža. Desetine hiljada juana po toni. Stoga je industrija postigla dobre rezultate u promicanju eliminacije teških rijetkih zemalja i smanjenju količine lakih rijetkih zemalja, prazeodima i neodimijuma.
„Baš kao i prethodni laki dizajn automobila, smanjenjem debljine čelične ploče, smanjenjem težine praznog vozila, a zatim poboljšanjem konstrukcijskog dizajna ili procesa zavarivanja, vozilo ima bolju krutost, što ne umanjuje sigurnost, ali i efikasno postiže mala težina. Kvantifikacija. Ideja smanjenja retkih zemalja u motorima je ista." Niu Mingkui je dalje objasnio.
Novinar je saznao da je s napretkom tehnologije upotreba motornih materijala doživjela velike promjene. Chen Jing je rekao novinarima: "Kada smo prvi put koristili magnetne materijale za izradu magneta, miješali smo i ispalili elemente rijetkih zemalja i materijale na bazi željeza, tako da je cijeli materijal rijetkih zemalja bio ravnomjerno raspoređen u magnetima. Ali u stvari, permanentni magnet je sinhroni motor Princip demagnetizacije određuje da sadržaj teških rijetkih zemalja u površini magnetnog čelika treba povećati, a sadržaj teških rijetkih zemalja u središnjem području treba biti nizak i ne ravnomjerno raspoređen. Tradicionalni magnetni čelik usvaja ujednačen proces sinterovanja, a zapravo se koristi veliki dio teških rijetkih zemnih materijala. U tom procesu to nije imalo svoju vrijednost."
Posljednjih godina, zbog napretka proizvodnog procesa, površina i unutrašnjost magnetnog čelika mogu se pregraditi, a tehnologija difuzije po granici zrna koristi se za popravku i povećanje magnetskih svojstava površine magneta. Izvještava se da su japanski istraživači prvi predložili koncept "difuzije na granici zrna", koristeći poseban proces da se teške rijetke zemlje difundiraju samo na granici zrna, a ne u zrno, što ne samo da poboljšava performanse NdFeB materijala, već i uvelike smanjuje ukupnu količinu teških rijetkih zemljanih elemenata smanjuje troškove materijala. Domaća tehnologija difuzije po granicama zrna se također brzo razvila i postala je gotovo standardna konfiguracija novih proizvoda, uvelike smanjujući količinu teških rijetkih zemalja. Prema nepotpunim statistikama, kroz ciljaniju šemu difuzije za odabir magnetnog čelika, Founder Motor može smanjiti upotrebu teških rijetkih zemalja za 20 posto do 30 posto svake godine, a do sada se smanjio za skoro 50 posto. „Međutim, ne postoji jasno rješenje da li će korištenje teških rijetkih zemalja biti u određenoj mjeri blizu nule, jer su teške rijetke zemlje vrijedne za poboljšanje performansi magnetnog čelika, otpornost na vibracije i visoke temperature, tako da oni se ne mogu potpuno zamijeniti u kratkom roku“, naglasio je Niu Mingkui.
Po mišljenju Gong Juna, tehnološki napredak u oblasti primjene rijetkih zemalja dostigao je relativno visok nivo i to više nije osnovni cilj istraživanja. Strane kompanije rade na rješenjima bez rijetkih zemalja ili rijetkih zemalja, tako da nema potrebe da brinete o zalihama resursa rijetkih zemalja.
U stvari, mnoge kompanije razvijaju tehnologiju pripreme jeftinih sinterovanih NdFeB magneta sa lantanom i cerijumom kako bi zadovoljile potražnju tržišta za jeftinim trajnim magnetima rijetkih zemalja s podesivim fluksom. Rafiniranje zrna, difuzija granica zrna i regulacija granica zrna i druge tehnologije su također naširoko korištene u masovnoj proizvodnji, smanjujući količinu teških rijetkih zemalja terbija i disprozijuma, čime se smanjuju troškovi sirovina za proizvod.
"Prije su svi bili jako zapetljani. Iako moja zemlja ima prednosti resursa rijetkih zemalja, zabrinuta sam da će fluktuacije cijena u stvarnoj upotrebi biti prevelike, a inovativnost materijala i procesa također je ograničena nivoom cijena rijetkih zemlje. Trenutni trend je smanjenje zapremine motora. , Preduzeća će povećati brzinu motora, što smanjuje zahtjeve za magnetizmom. Sada industrija ima sve niže zahtjeve za razredima retkih zemalja, a ako nastavi da opada, količina teških rijetkih zemalja će se također smanjiti", rekao je Gong Jun.
S tim u vezi, Niu Mingkui ga je takođe analizirao sa tri aspekta: prvo, globalne rezerve retkih zemalja su dovoljne, tako da nema potrebe za brigom; drugo, u sadašnjim uslovima tehnološkog razvoja, upotreba retkih zemalja u motorima je znatno manja nego ranije, a stepen zavisnosti od retkih zemalja. materijali otpadnih motora mogu se tehnički pročistiti i reciklirati skoro 100 posto, što je također važan izvor rijetkih zemalja. "Rijetki zemni materijali potrebni za proizvodnju jednog motora u prošlosti mogu se koristiti za proizvodnju dva nova motora u budućnosti." On je rekao da, kako tržište novih energetskih vozila nastavlja da raste u budućnosti, recikliranje motora može biti važan izvor materijala retkih zemalja, očekuje se i da se retka zemlja "Dafeng" realizuje pre roka. U to vreme, retke zemlje materijali mogu postići organsku dinamičku ravnotežu baš kao nova energetska vozila.
