Заявление Теслы о редкости

Заявление Теслы о разработке двигателя с постоянными магнитами, не содержащего редкоземельных элементов, ошеломило отрасль. Какая технология могла бы конкурировать с самым сильным магнитом на рынке?

Колин Кэмпбелл, директор по разработке трансмиссии Tesla, произнёс настоящую сенсацию на дне инвестора Tesla 1 марта. «Мы разработали наш следующий привод, в котором используется двигатель с постоянными магнитами, вообще без использования каких-либо редкоземельных элементов», — объявил он. Ранее Tesla сообщала о 25-процентном сокращении содержания редкоземельных элементов в трансмиссиях моделей 3 и Model Y. Ожидались дальнейшие изменения, но мало кто мог подумать, что двигатель с постоянными магнитами, не содержащий редкоземельных элементов, будет близок к коммерческому применению.

В самых ранних моделях Теслы использовался асинхронный двигатель, в котором магнитная сила, вызывающая вращение ротора, создается переменным током. Модель 3, представленная в 2017 году, оснащена двигателями, в которых для генерации магнитного поля используются сильные постоянные магниты. Двигатели с постоянными магнитами (PM) обеспечивают более высокую эффективность и удельную мощность. По данным исследования IDTechex, в 2022 году более 80 процентов рынка электромобилей приходилось на двигатели с постоянными магнитами.

Тем не менее, автопроизводители стремятся снизить свою зависимость от редкоземельных металлов для изготовления сильных магнитов. Многие до сих пор используют мощный сплав железа, бора и редкоземельного неодима (NdFeB). Для более точной настройки или улучшения свойств можно добавить больше редкоземельных элементов. Жесткий контроль Китая над поставками этих материалов является обузой для автомобильной промышленности, особенно сейчас, когда усиливается раскол между Пекином и Вашингтоном. Китай добывает около двух третей мировой годовой потребности в редкоземельных элементах и ​​перерабатывает еще больший процент.

Кроме того, серьезную озабоченность вызывают цены на редкоземельные элементы. В прошлом они подвергались резким колебаниям, а в будущем они могут подняться до неловкой высоты, поскольку мир поворачивается к электрификации и устойчивым источникам энергии, таким как ветряные мельницы, что приведет к увеличению спроса на сильные магниты. «Поскольку мир переходит на чистую энергию, спрос на редкоземельные элементы действительно резко возрастает, и мало того, что будет немного сложно удовлетворить этот спрос, добыча редкоземельных элементов несет риски для окружающей среды и здоровья», — объяснил Кэмпбелл.

На мероприятии Bits&Chips Event 2023, которое состоится 12 октября 2023 года, Филлипа Хопкрофт из Cocotec и Иво тер Хорст из ASML начнут с программной речи, посвященной изменению способа создания программного обеспечения для литографических машин. Обязательно следите за обновлениями программы на сайте и сохраняйте дату!

Проблема в физике. Неодим и некоторые другие редкоземельные металлы обладают уникальными свойствами, усиливающими магнитные свойства железа. Им нет замены: редкоземельные постоянные магниты являются лучшими на рынке. Отсюда и путаница вокруг заявления Кэмпбелла. Все, что придумала Tesla, должно было либо снизить производительность, либо быть более громоздким и тяжелым, чем двигатель с постоянными магнитами, который компания сейчас использует.

Adamas Intelligence, исследовательская и консультационная фирма, специализирующаяся на металлах и минералах, ожидает, что наиболее вероятным кандидатом на замену NdFeB в двигателе следующего поколения Tesla станет ферритовый магнит, состоящий из оксида железа, смешанного с различными керамическими материалами. «Это проверенная концепция», — пишет консалтинговая компания, указывая на конструкцию двигателя, представленную несколько месяцев назад японской компанией Proterial (ранее Hitachi Metals).

Но это не «идеальная альтернатива». В ходе моделирования двигатель с ферритовым магнитом Proterial соответствовал мощности и максимальной скорости вращения аналогичного двигателя, использующего магниты NdFeB, но с «огромным» снижением веса в 30 процентов. Вторая конструкция, соответствующая мощности и весу, но работающая на скорости вращения на 50 процентов выше, привела к «существенному снижению» крутящего момента.

Менее вероятным вариантом был бы магнит из нитрида железа, в котором добавление атомов азота вызывает изменения в кристаллической структуре железа, повышая магнитные свойства. Эта технология менее зрела, чем ферритовая, но компания Niron Magnetics, дочернее предприятие Университета Миннесоты, заявляет, что близка к выпуску продукта, который будет соответствовать характеристикам редкоземельных магнитов и при более низкой цене. Однако компания сотрудничает с GM, а не с Tesla.