希土類磁石がEVモーター設計で重要な理由

グローバルに電気自動車（EV）の台頭に関する簡単な説明

世界は輸送革命の真っin中にあります。電気自動車（EV）は、もはや単なる未来のプロトタイプや高価な豪華なノベルティではありません。彼らは急速に個人および商業輸送の基準になりつつあります。政府、自動車メーカー、消費者の両方が同様に、より環境に優しい、より持続可能な未来に合わせています。EVはそのビジョンの中心にあります。

2023年だけでも、世界のEV販売は1400万台を超え、前年比で30％以上の成長を遂げました。アナリストは、2030年までに、EVSはヨーロッパや中国などの主要市場での新規車両販売の60％以上を占める可能性があると予測しています。この迅速な採用は、いくつかの収束要因によって推進されています。

• 気候へのコミットメント：国は、温室効果ガスの排出を削減するために野心的な目標を設定しています。多くの人が、2030年代までに新しい内燃機関（ICE）車両の販売を禁止する計画を発表しています。
• 経済的実行可能性：バッテリーコストの低下と充電インフラストラクチャの改善により、EVの所有権がよりアクセスしやすくなりました。
• 技術の進歩：バッテリーの化学、充電速度、モーター効率のブレークスルーにより、EVのパフォーマンスが向上しました。
• 消費者の好みの変化：ドライバーは、静かな乗り物、インスタントトルク、および運用コストの削減をますます優先しています - すべてのEVの特徴。

EVバッテリーはしばしばスポットライトを浴びますが、これらの車両を駆動するモーターテクノロジーも同様に重要です。具体的には、EVモーターで使用される希土類磁石は、消費者が期待するパフォーマンス、効率、および運転経験を達成するために重要です。

希土類磁石の理解

EVにおける希土類磁石の役割を理解するには、まずそれらが何であるか、そして何が特別なのかを理解する必要があります。

希土類磁石は、希土類元素の合金から作られた非常に強力な永久磁石です。これらの要素は次のとおりです。

• Neodymium（ND） - EVで使用される高強度磁石の最も一般的なベース。
• PRASEODIMIUM（PR） - ネオジムと組み合わせて磁性性能を向上させることがあります。
• Dysprosium（DY） - 熱抵抗を高めるために追加されました。
• テルビウム（TB） - よりまれで高価ですが、ディスプロシウムよりもさらに大きな耐熱性を提供します。

希土類磁石の2つの主なタイプは次のとおりです。

1. Neodymium-Iron-Boron（NDFEB）磁石

サイズに利用できる最高の磁気強度を提供します。

比較的軽量で、コンパクトなモーター設計を可能にします。

EVのPMSMで広く使用されています。

2.サマリウムコバルト（SMCO）磁石

NDFEBよりも優れた腐食と温度抵抗。

より高価なので、専門のアプリケーションで使用されます。

なぜ彼らがEVに理想的なのか：
希土類磁石は、少量で非常に強力な磁場を生成できます。つまり、モーターデザイナーは、モーターをかさばるまたは重くすることなく、高トルクと電力密度を達成できます。これは、運転範囲とパフォーマンスを最大化するために不可欠です。

希土類磁石がEVモーター設計において重要な理由

EVSでは、効率がすべてです。モーターに保存されたエネルギーのすべてのエネルギーは、より長い運転範囲とバッテリーサイズの削減に直接変換されます。これにより、コストが削減され、車両パッケージが改善されます。

希土類磁石は、EVモーターを許可するため、重要です。

重いギアボックスを必要とせずに、低速で高トルクを生成します。

都市交通から高速道路の巡航まで、幅広い動作速度にわたって効率を維持します。

遅延なしで滑らかで応答性の高い加速を提供します。

コンパクトで軽量で、乗客、貨物、または追加のバッテリー容量のための空きスペースを解放します。

希土類磁石がなければ、EVは、より大きく、より重いモーターまたは効率の低いモータータイプのいずれかを必要とします。どちらもパフォーマンスとコストに悪影響を及ぼします。これが、テスラやBYDから日産やBMWまで、ほぼすべての大手EVメーカーが、少なくともいくつかのモーター設計で希土類磁石を使用している理由です。

永久磁石同期モーター（PMSM）および希土類

以下を含む、EVで利用可能ないくつかのモーターテクノロジーがあります

• 誘導モーター - 一部のテスラモデルで使用。耐久性があり、希少な地球のないが、一般的に効率が低い。
• 切り替え済み不動産モーター（SRMS） - 希少地球のない頑丈で頑丈ですが、スムーズに制御するのはうるさいです。
• 永久磁石同期モーター（PMSMS） - 高効率とコンパクトさのための業界のお気に入り。

PMSMは、ローターに希土類永久磁石を使用します。これらの磁石は、ステーター巻きの交互の電流と相互作用して回転を生成する強力で一定の磁場を作成します。

PMSMがEVモーター設計を支配する理由：

• 例外的な効率：最適な負荷で95％を超えることがよくあります。
• 高トルク密度：大規模なギアを削減することなく、強い加速を実現します。
• コンパクトサイズ：スペースがプレミアムな車両でパッケージングを簡単にします。
• メンテナンスが低い：他のモータータイプと比較して、可動部品が少ない。

PMSMパフォーマンスの重要なイネーブラーは、希土類磁石です。

PMSMにおける希土類磁石の役割 - EVで使用される最も一般的なモータータイプ

PMSMでは、希土類磁石がローターに埋め込まれたり、ローターに取り付けられたりします。それらの一定の磁場はモーターを意味します：

ローターの巻線やブラシを必要としません - エネルギーの損失と摩耗を減らします。

低速でも強力なトルク出力を維持し、都市の運転とスタートスタートのトラフィックを効率的にします。

最小限の振動で静かに動作します。

PMSMは非常に効率的であるため、EV範囲を拡張するのに役立ちます。これは、消費者の購買決定の主要な要因です。これが、製造業者が希土類磁石技術の改良を続け、パフォーマンスと材料コストとサプライチェーンの安定性のバランスをとる理由です。

ディスプロシウムやテルビウムのような希土類元素がどのようにパフォーマンスを向上させるか

高性能EVモーターは、極端な熱応力と機械的応力に直面しています。ローターが毎分数千回の回転（rpm）で回転すると、熱が生成されます。同時に、磁石は、時間の経過とともにそれらを弱める可能性のある変動する磁場にさらされます。

ディスプロシウム（DY）またはテルビウム（TB）をネオジム磁石に追加すると、高温で磁気強度を維持する能力が向上します。

Dysprosium - 磁石の抵抗性を引き起こし、高荷で高温条件に最適です。

テルビウム - 極端な環境やトラックやバスなどの頑丈なEVアプリケーションに役立つさらに大きな熱抵抗を提供します。

これらの拡張により、EVモーターは、けん引、急な丘の登山、または持続的な高速運転など、厳しい条件下で一貫して機能することができます。

課題とサプライチェーンの懸念

希土類磁石は不可欠ですが、メーカーが対処しなければならない課題があります。

• 供給濃度：世界の希土類生産の70％以上が中国に拠点を置いています。政治的または貿易紛争は供給を混乱させる可能性があります。
• 環境への懸念：希少地球の採掘と精製は、責任を持って管理されていなければ、環境的に損害を与える可能性があります。
• 価格のボラティリティ：希土類元素のコストは、市場の需要と地政学的要因に基づいて乱暴に変動する可能性があります。
• 限られたリサイクルインフラストラクチャ：希土類のリサイクルは技術的に可能ですが、現在のグローバルインフラストラクチャは未開発です。

Pumbaaのような企業にとって、これらの課題は、製品の信頼性と手頃な価格を維持するために、調達戦略と材料効率が重要であることを意味します。

持続可能性と希土類使用の未来

EV産業は、希土類の持続可能性に関しては、じっと立っていません。いくつかの重要な分野でイノベーションが出現しています。

1.リサイクルイニシアチブ - 企業は、使用済みのモーター、ハードドライブ、その他の電子機器から希土類を抽出する方法を開発しています。

2.材料の最適化 - エンジニアは、性能を維持しながら、より少ない希土類を使用するモーターを設計しています。

3.代替運動設計 - 一部の研究では、希土類をまったく必要としない効率的な誘導または抵抗性モーターに焦点を当てています。

4.緑の採掘慣行 - 希土類抽出の生態学的影響を最小限に抑えるために、より厳しい環境規制が採用されています。

長期的には、EV産業は閉ループサプライチェーンを作成することを目指しています。ここでは、希土類の磁石がゼロから採掘されるのではなく、回収され、再利用されます。

結論

希土類磁石のサイズは小さいかもしれませんが、EVのパフォーマンスへの影響は膨大です。それらは、最新の電気自動車を可能にするコンパクトで強力で効率的なモーターを可能にします。

ネオジムの比類のない磁気強度から、ディスプロシウムの熱安定性とテルビウムの耐熱性まで、これらの材料は、EVモーター設計を支配する永久磁石同期モーターの基礎です。

Pumbaaでは、EVモビリティの未来はバッテリーの革新だけでなく、モーターテクノロジーの継続的な進化にも依存していることを理解しています。そのため、PMSMソリューションは、プレミアムレアアースマグネットと効率、耐久性、持続可能性に焦点を当てて設計されています。

EVの採用が増え続けるにつれて、希土類磁石はモーター設計の礎石であり続けます。そして、プンバアは世界クラスのEVモーターソリューションの提供に先導し続けます。