Из-за проблем с цепочкой поставок и охраной окружающей среды отдел трансмиссии Tesla прилагает все усилия для удаления редкоземельных магнитов из двигателей и ищет альтернативные решения.
Tesla пока не изобрела совершенно новый материал для магнитов, поэтому ей придется обойтись существующими технологиями, скорее всего, используя дешевый и легко изготавливаемый феррит.
Благодаря тщательному размещению ферритовых магнитов и регулировке других аспектов конструкции двигателя, многие показатели производительностиредкоземельныйприводные двигатели могут быть скопированы. В этом случае вес двигателя увеличивается всего на 30%, что может быть небольшой разницей по сравнению с общим весом автомобиля.
4. Новые магнитные материалы должны обладать следующими тремя основными характеристиками: 1) они должны обладать магнетизмом; 2) продолжать сохранять магнетизм в присутствии других магнитных полей; 3) выдерживать высокие температуры.
По данным Tencent Technology News, производитель электромобилей Tesla заявил, что редкоземельные элементы больше не будут использоваться в двигателях его автомобилей, а это значит, что инженерам Tesla придется в полной мере раскрыть свой творческий потенциал для поиска альтернативных решений.
В прошлом месяце Илон Маск представил «Третью часть Генерального плана» на мероприятии Tesla Investor Day. Среди них есть небольшая деталь, которая вызвала сенсацию в области физики. Колин Кэмпбелл, старший руководитель отдела силовых агрегатов Tesla, объявил, что его команда изымает редкоземельные магниты из двигателей из-за проблем с цепочкой поставок и значительного негативного влияния производства редкоземельных магнитов.
Для достижения этой цели Кэмпбелл представил два слайда с тремя загадочными материалами, искусно обозначенными как редкоземельный элемент 1, редкоземельный элемент 2 и редкоземельный элемент 3. Первый слайд представляет текущую ситуацию в Tesla, где количество редкоземельных элементов, используемых компанией в каждом автомобиле, составляет от половины килограмма до 10 граммов. На втором слайде использование всех редкоземельных элементов было сведено к нулю.
Для магнитологов, которые изучают магическую силу, генерируемую электронным движением в определенных материалах, идентичность редкоземельного элемента 1 легко узнаваема, это неодим. При добавлении к обычным элементам, таким как железо и бор, этот металл может помочь создать сильное, постоянно включенное магнитное поле. Но немногие материалы обладают таким качеством, и еще меньше редкоземельных элементов генерируют магнитные поля, которые могут перемещать автомобили Tesla весом более 2000 килограммов, а также многие другие вещи, от промышленных роботов до истребителей. Если Tesla планирует удалить неодим и другие редкоземельные элементы из двигателя, какой магнит она будет использовать вместо этого?
Для физиков одно несомненно: Тесла не изобрел совершенно новый тип магнитного материала. Энди Блэкберн, исполнительный вице-президент по стратегии в NIron Magnets, сказал: «За более чем 100 лет у нас может быть всего несколько возможностей приобрести новые бизнес-магниты». NIron Magnets — один из немногих стартапов, пытающихся воспользоваться следующей возможностью.
Блэкберн и другие полагают, что более вероятно, что Тесла решил обойтись гораздо менее мощным магнитом. Среди многих возможностей наиболее очевидным кандидатом является феррит: керамика, состоящая из железа и кислорода, смешанная с небольшим количеством металла, такого как стронций. Он и дешев, и прост в производстве, и с 1950-х годов двери холодильников по всему миру изготавливаются таким образом.
Но с точки зрения объема магнетизм феррита составляет всего одну десятую от неодимовых магнитов, что поднимает новые вопросы. Генеральный директор Tesla Илон Маск всегда был известен своей бескомпромиссностью, но если Tesla собирается перейти на феррит, похоже, придется пойти на некоторые уступки.
Легко поверить, что аккумуляторы — это энергия электромобилей, но на самом деле именно электромагнитное движение приводит в движение электромобили. Неслучайно и Tesla Company, и магнитный блок «Tesla» названы в честь одного и того же человека. Когда электроны проходят через катушки в двигателе, они генерируют электромагнитное поле, которое приводит в движение противоположную магнитную силу, заставляя вал двигателя вращаться вместе с колесами.
Для задних колес автомобилей Tesla эти силы обеспечиваются двигателями с постоянными магнитами, странным материалом со стабильным магнитным полем и без ввода тока, благодаря умному вращению электронов вокруг атомов. Tesla начала добавлять эти магниты в автомобили только около пяти лет назад, чтобы увеличить запас хода и крутящий момент без модернизации аккумулятора. До этого компания использовала индукционные двигатели, изготовленные на основе электромагнитов, которые генерируют магнетизм, потребляя электричество. Модели, оснащенные передними двигателями, все еще используют этот режим.
Решение Tesla отказаться от редкоземельных элементов и магнитов кажется немного странным. Автомобильные компании часто одержимы эффективностью, особенно в случае электромобилей, где они все еще пытаются убедить водителей преодолеть страх перед запасом хода. Но поскольку автопроизводители начинают расширять масштабы производства электромобилей, многие проекты, которые ранее считались слишком неэффективными, снова всплывают на поверхность.
Это побудило автопроизводителей, включая Tesla, производить больше автомобилей с использованием литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов. По сравнению с аккумуляторами, содержащими такие элементы, как кобальт и никель, эти модели часто имеют меньший запас хода. Это старая технология с большим весом и меньшей емкостью хранения. В настоящее время Model 3, работающая на низкоскоростной мощности, имеет запас хода 272 мили (примерно 438 километров), в то время как удаленная Model S, оснащенная более совершенными аккумуляторами, может достигать 400 миль (640 километров). Однако использование литий-железо-фосфатного аккумулятора может быть более разумным выбором для бизнеса, поскольку позволяет избежать использования более дорогих и даже политически рискованных материалов.
Однако Tesla вряд ли просто заменит магниты на что-то похуже, например, феррит, не внеся никаких других изменений. Физик из Университета Уппсалы Алайна Вишна сказала: «Вы будете возить в своей машине огромный магнит. К счастью, электродвигатели — это довольно сложные машины со множеством других компонентов, которые теоретически можно переставить, чтобы уменьшить влияние использования более слабых магнитов.
Недавно компания Proterial, занимающаяся производством материалов, в компьютерных моделях определила, что многие показатели производительности двигателей с редкоземельными элементами можно воспроизвести, тщательно разместив ферритовые магниты и отрегулировав другие аспекты конструкции двигателя. В этом случае вес двигателя увеличивается всего на 30%, что может быть небольшой разницей по сравнению с общим весом автомобиля.
Несмотря на эти головные боли, у автомобильных компаний все еще есть много причин отказаться от редкоземельных элементов, если они могут это сделать. Стоимость всего рынка редкоземельных элементов аналогична стоимости рынка яиц в Соединенных Штатах, и теоретически редкоземельные элементы можно добывать, обрабатывать и превращать в магниты по всему миру, но в реальности эти процессы представляют множество проблем.
Аналитик по минералам и популярный блогер, пишущий о наблюдениях за редкоземельными элементами, Томас Крумер сказал: «Это отрасль стоимостью 10 миллиардов долларов, но стоимость продукции, создаваемой каждый год, колеблется от 2 до 3 триллионов долларов, что является огромным рычагом. То же самое касается и автомобилей. Даже если они содержат всего несколько килограммов этого вещества, их удаление означает, что автомобили больше не смогут ездить, если вы не готовы перепроектировать весь двигатель».
Соединенные Штаты и Европа пытаются диверсифицировать эту цепочку поставок. Калифорнийские редкоземельные рудники, которые были закрыты в начале 21 века, недавно снова открылись и в настоящее время поставляют 15% мировых ресурсов редкоземельных металлов. В Соединенных Штатах правительственные учреждения (особенно Министерство обороны) должны предоставлять мощные магниты для такого оборудования, как самолеты и спутники, и они с энтузиазмом относятся к инвестированию в цепочки поставок внутри страны и в таких регионах, как Япония и Европа. Но, учитывая стоимость, требуемые технологии и экологические проблемы, это медленный процесс, который может длиться несколько лет или даже десятилетий.
Время публикации: 11 мая 2023 г.