W pojazdach nowej energii magnesy trwałe NdFeB są zazwyczaj montowane na wirniku silnika synchronicznego z magnesami trwałymi (PMSM). Gdy prąd przepływa przez uzwojenie stojana, generując wirujące pole magnetyczne, pole magnetyczne magnesu trwałego oddziałuje z nim, generując moment obrotowy napędzający wirnik – jest to precyzyjny proces fizyczny zachodzący po naciśnięciu „bramki”. Dlatego magnesy trwałe z metali ziem rzadkich nazywane są „niewidzialnym sercem” pojazdów nowej energii.

Magnesy trwałe z metali ziem rzadkich: „król magnesów” nowoczesnych silników

Historię rozwoju magnesów trwałych z pierwiastków ziem rzadkich można opisać jako ewolucję nauki o materiałach. Od najwcześniejszych magnesów naturalnych, przez magnesy AlNiCo z początku XX wieku, po ferrytowe magnesy trwałe z 1947 roku, ludzie nieustannie dążyli do uzyskania silniejszych właściwości magnetycznych. Prawdziwa rewolucja nastąpiła w 1983 roku, kiedy powstał trzecia generacja magnesów trwałych z pierwiastków ziem rzadkich – neodym, żelazo, bor (NdFeB).

Dlaczego neodymowo-żelazowo-borowy nazywany jest „królem magnesów trwałych”? Jego produkt energii magnetycznej jest od 10 do 15 razy wyższy niż ferrytu, od 5 do 8 razy wyższy niż tradycyjnych materiałów wzbudzających i ustępuje jedynie nadprzewodnikowym materiałom wzbudzającym. Materiał ten charakteryzuje się wyjątkowo wysoką remanencją i koercją, silną zdolnością antydemagnetyzacyjną i umożliwia silnikowi generowanie silnego pola magnetycznego w mniejszej objętości.

Dlaczego jest to konieczne w przypadku pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii?

W przeciwieństwie do tradycyjnych pojazdów spalinowych, nowe pojazdy energetyczne mają niemal rygorystyczne wymagania dotyczące silników napędowych: dużą moc, niewielkie rozmiary, niską wagę i wysoką sprawność. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi z metali ziem rzadkich idealnie spełniają te wymagania:

Królowa wydajności: Sprawność może sięgać nawet 97%, co jest wartością o 6% wyższą od sprawności silnika indukcyjnego stosowanego przez Teslę w początkach jej działalności, co bezpośrednio przekłada się na większy zasięg pojazdu.

Król gęstości mocy: niewielkie rozmiary, niska waga i gęstość mocy znacznie przewyższają inne typy silników, co sprawia, że układ pojazdu jest bardziej elastyczny.

Precyzyjna kontrola: Wysoka dokładność regulacji prędkości, szybka reakcja oraz płynna i natychmiastowa reakcja mocy.

Z kolei silniki indukcyjne prądu przemiennego, mimo że są tanie i odporne na wysoką temperaturę, charakteryzują się niską gęstością mocy; silniki reluktancyjne z przełączaną rezystancją są tanie, ale charakteryzują się wysokim poziomem hałasu i wibracji. Pod względem kompleksowej wydajności, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi z metali ziem rzadkich są niewątpliwie optymalnym rozwiązaniem dla obecnych silników napędowych pojazdów nowej energii.

Według badań każdy nowy pojazd energetyczny zużywa średnio 2,5 kg Magnes trwały NdFeB materiały. Wraz z eksplozją rozwoju nowych pojazdów energetycznych:

Oczekuje się, że w 2025 roku światowe zapotrzebowanie na magnesy ziem rzadkich do pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii osiągnie 30 000 ton.

Łączna stopa wzrostu popytu na magnesy ziem rzadkich w latach 2021–2025 wyniesie ponad 35%, a nowe pojazdy energetyczne będą odpowiadać za około 60% tego wzrostu.

Chociaż magnesy trwałe z pierwiastków ziem rzadkich są niewielkie, stały się one niezastąpioną „witaminą przemysłową” dla pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii. W dziedzinie pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii istota konkurencji przesunęła się z poziomu zastosowań na poziom podstawowej nauki. Dzięki przewadze w zakresie zasobów pierwiastków ziem rzadkich i technologii przetwarzania, Chiny przekształcają ten strategiczny zasób w punkt odniesienia dla przyszłego paradygmatu technologii motoryzacyjnej.