لماذا مغناطيس الأرض النادرون في تصميم محرك EV

شرح موجز لصعود السيارات الكهربائية (EVs) على مستوى العالم

العالم في وسط ثورة النقل. لم تعد المركبات الكهربائية (EVs) مجرد نماذج أولية مستقبلية أو مستجدات فاخرة باهظة الثمن ؛ لقد أصبحوا بسرعة معيارية للنقل الشخصي والتجاري. تتماشى الحكومات وشركات صناعة السيارات والمستهلكين على حد سواء مع مستقبل أكثر خضرة وأكثر استدامة - و EVs في قلب تلك الرؤية.

في عام 2023 وحده ، عبرت مبيعات EV العالمية 14 مليون وحدة ، بمناسبة نمو سنوي لأكثر من 30 ٪. يتوقع المحللون أنه بحلول عام 2030 ، يمكن أن تمثل EVs أكثر من 60 ٪ من مبيعات المركبات الجديدة في الأسواق الرئيسية مثل أوروبا والصين. هذا التبني السريع مدفوع بالعديد من العوامل المتقاربة:

• التزامات المناخ:تحدد البلدان أهدافًا طموحة لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة. أعلن الكثيرون عن خطط لحظر مبيعات مركبات محرك الاحتراق الداخلي الجديد (ICE) بحلول 2030s.
• الجدوى الاقتصادية:جعل انخفاض تكاليف البطارية وتحسين البنية التحتية الشحن قد جعل ملكية EV أكثر سهولة.
• التقدم التكنولوجي:وقد عززت الاختراقات في كيمياء البطارية وسرعة الشحن وكفاءة المحرك أداء EV.
• تغيير تفضيلات المستهلك:يعطي السائقون على نحو متزايد أولوية للركوب الهادئة ، وعزم الدوران الفوري ، وتكاليف التشغيل المنخفضة - جميع السمات المميزة لـ EVs.

في حين أن بطاريات EV غالبًا ما تحصل على الأضواء ، فإن تقنية المحركات التي تقود هذه المركبات مهمة بنفس القدر. على وجه التحديد ، تعتبر مغناطيس الأرض النادرة المستخدمة في محركات EV ضرورية لتحقيق الأداء والكفاءة والقيادة التي يتوقعها المستهلكون.

فهم مغناطيس الأرض النادر

لتقدير دور مغناطيس الأرض النادر في EVs ، نحتاج أولاً إلى فهم ما هي عليه - وما الذي يجعلها مميزة للغاية.

مغناطيسات أرضية نادرة هي مغناطيس دائمة قوية للغاية مصنوعة من سبائك العناصر الأرضية النادرة. وتشمل هذه العناصر:

• النيوديميوم (ND)-القاعدة الأكثر شيوعًا للمغناطيس عالي القوة المستخدمة في EVs.
• Praseodymium (PR) - جنبا إلى جنب في بعض الأحيان مع النيوديميوم لتحسين الأداء المغناطيسي.
• Dysprosium (DY) - يضاف لتعزيز المقاومة الحرارية.
• Terbium (TB) - يوفر تحمل حرارة أكبر من Dysprosium ، على الرغم من أنه نادر وأكثر تكلفة.

النوعان الرئيسيان من مغناطيس الأرض النادران هما:

1.nodymium-in-poron (NDFEB) مغناطيس

توفر أعلى قوة مغناطيسية متاحة لحجمها.

خفيفة الوزن نسبيا ، وتمكين تصميمات المحركات المدمجة.

يستخدم على نطاق واسع في PMSMS ل EVS.

2. Samarium-Cobalt (SMCO) مغناطيس

تآكل أفضل ومقاومة درجة الحرارة من NDFEB.

أكثر تكلفة ، لذلك يتم استخدامها في التطبيقات المتخصصة.

لماذا تكون مثالية لـ EVS:
يمكن أن تنتج مغناطيس الأرض النادرة مجالًا مغناطيسيًا قويًا للغاية في حجم صغير ، مما يعني أن مصممي المحركات يمكنهم تحقيق عزم الدوران والكثافة العالية دون جعل المحركات ضخمة أو ثقيلة. هذا ضروري لزيادة نطاق القيادة والأداء.

لماذا مغناطيسات الأرض النادرة أمر بالغ الأهمية في تصميم محرك EV

في EVs ، الكفاءة هي كل شيء. كل وات من الطاقة المحفوظة في المحرك يترجم مباشرة إلى نطاق قيادة أطول ويقلل من حجم البطارية - مما يقلل بدوره ويحسن تعبئة المركبات.

تعتبر مغناطيس الأرض النادر أمرًا بالغ الأهمية لأنها تسمح لمحركات EV بـ:

تنتج عزم الدوران العالي بسرعات منخفضة دون الحاجة إلى علب التروس الثقيلة.

الحفاظ على الكفاءة عبر مجموعة واسعة من سرعات التشغيل ، من حركة مرور المدينة إلى المبحرة على الطرق السريعة.

تقديم تسارع سلس وسريع الاستجابة دون تأخر.

كن مضغوطًا وخفيف الوزن ، أو تحرير مساحة للركاب أو البضائع أو سعة بطارية إضافية.

بدون مغناطيسات أرضية نادرة ، تتطلب EVs إما محركات أكبر وأثقل أو أنواع محرك أقل كفاءة ، وكلاهما سيؤثر سلبًا على الأداء والتكلفة. هذا هو السبب في أن كل شركة تصنيع EV الرائدة تقريبًا - من Tesla و BYD إلى Nissan و BMW - تستخدم مغناطيسًا أرضيًا نادرًا في بعض تصميماتها على الأقل.

محركات متزامنة مغناطيس دائمة (PMSMS) والأرض النادرة

هناك العديد من تقنيات المحركات المتاحة لـ EVs ، بما في ذلك:

• المحركات التعريفية - المستخدمة في بعض نماذج تسلا ؛ متينة وخالية من الأرض ولكن بشكل عام أقل كفاءة.
• محركات التردد المحولة (SRMS)-خالية من الأرضية النادرة والوعرة ، ولكن صاخبة وأصعب للتحكم بسلاسة.
• محركات متزامنة مغناطيس دائمة(PMSMS) - الصناعة المفضلة للكفاءة العالية والانضمام.

تستخدم PMSMS مغناطيسات دائمة نادرة في الدوار. تخلق هذه المغناطيس مجالًا مغناطيسيًا قويًا ومستمرًا يتفاعل مع التيار المتناوب في لفات الجزء الثابت لإنتاج الدوران.

لماذا تهيمن PMSMS على تصميم محرك EV:

• كفاءة استثنائية: غالبًا ما تتجاوز 95 ٪ في الحمل الأمثل.
• كثافة عزم الدوران العالية: يوفر تسارعًا قويًا دون تخفيضات كبيرة للعتاد.
• الحجم المدمج: يجعل التغليف أسهل في المركبات حيث تكون المساحة قسطًا.
• صيانة منخفضة: عدد أقل من الأجزاء المتحركة مقارنة ببعض أنواع المحركات الأخرى.

العدل الرئيسي لأداء PMSM هو - خمنت - مغناطيس الأرض النادر.

دور مغناطيس الأرض النادر في PMSMS - نوع المحرك الأكثر شيوعًا المستخدم في EVS

في PMSMS ، يتم تضمين مغناطيس الأرض النادر في أو تثبيت على الدوار. مجالهم المغناطيسي المستمر يعني المحرك:

لا يتطلب لفائف دوار أو فرش - تقليل فقدان الطاقة وارتداءها.

يحافظ على ناتج عزم الدوران القوي حتى عند السرعات المنخفضة ، مما يجعل القيادة في المدينة ووقف حركة المرور فعالة.

يعمل بهدوء مع الحد الأدنى من الاهتزاز.

نظرًا لأن PMSMS فعال للغاية ، فإنها تساعد في تمديد نطاق EV - وهو عامل رئيسي في قرارات شراء المستهلكين. هذا هو السبب في أن الشركات المصنعة تستمر في تحسين تكنولوجيا مغناطيس الأرض النادرة ، وتحقيق التوازن بين الأداء مع تكلفة المواد واستقرار سلسلة التوريد.

كيف تعزز العناصر الأرضية النادرة مثل dysprosium و terbium الأداء

تواجه محركات EV عالية الأداء ضغوطًا حرارية وميكانيكية متطرفة. بينما تدور الدوار في الآلاف من الثورات في الدقيقة (RPM) ، فإنه يولد الحرارة. في الوقت نفسه ، تتعرض المغناطيس إلى الحقول المغناطيسية المتقلبة التي يمكن أن تضعفها بمرور الوقت.

إن إضافة Dysprosium (DY) أو تيربيوم (TB) إلى مغناطيس النيوديميوم يحسن قدرتها على الحفاظ على القوة المغناطيسية في درجات حرارة عالية:

Dysprosium-يرفع مقاومة المغناطيس لتزوير المغناطيس ، مما يجعلها مثالية للحمل العالي ودرجات الحرارة العالية.

Terbium-يوفر مقاومة حرارية أكبر ، مفيدة للبيئات القاسية أو تطبيقات EV الشاقة مثل الشاحنات والحافلات.

تتيح هذه التحسينات محركات EV للأداء باستمرار في ظل ظروف صعبة ، مثل القطر أو تسلق التل شديدة الانحدار أو القيادة عالية السرعة المستمرة.

التحديات ومخاوف سلسلة التوريد

في حين أن مغناطيس الأرض النادرون ضروريون ، فإنها تأتي مع تحديات يجب أن تتعامل معها المصنعة:

• تركيز الإمداد: يوجد أكثر من 70 ٪ من إنتاج الأرض النادر العالمي في الصين. يمكن أن تعطل النزاعات السياسية أو التجارية العرض.
• المخاوف البيئية: يمكن أن يكون تعدين الأرض والتكرير نادرًا ضارة بيئيًا إذا لم تتم إدارتها بمسؤولية.
• تقلب الأسعار: يمكن أن تتقلب تكلفة العناصر الأرضية النادرة بشكل كبير بناءً على الطلب على السوق والعوامل الجيوسياسية.
• البنية التحتية المحدودة لإعادة التدوير: في حين أن إعادة تدوير الأرض النادرة ممكنة من الناحية الفنية ، فإن البنية التحتية العالمية الحالية متخلفة.

بالنسبة لشركات مثل Pumbaa ، تعني هذه التحديات استراتيجيات تحديد المصادر والكفاءة المادية أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على موثوقية المنتج والقدرة على تحمل التكاليف.

الاستدامة ومستقبل استخدام الأرض النادرة

صناعة EV لا تقف صامتة عندما يتعلق الأمر باستدامة الأرض النادرة. تظهر الابتكارات في العديد من المجالات الرئيسية:

1. مبادرات التدوير - تقوم الشركات بتطوير طرق لاستخراج الأرض النادرة من المحركات المستخدمة والمحركات الصلبة وغيرها من الإلكترونيات.

2. التحسين المادي - يقوم المهندسون بتصميم المحركات التي تستخدم عدد أقل من الأرض النادرة مع الحفاظ على الأداء.

3. التصميمات الحركية التابلية - تركز بعض الأبحاث على محركات التعريفية أو الإحجام الفعالة التي لا تتطلب أرضًا نادرة على الإطلاق.

4. ممارسات التعدين الخضراء - يتم اعتماد اللوائح البيئية الأكثر صرامة لتقليل التأثير البيئي لاستخراج الأرض النادر.

على المدى الطويل ، تهدف صناعة EV إلى إنشاء سلاسل إمداد حلقة مغلقة ، حيث يتم استرداد مغناطيس الأرض النادر وإعادة استخدامه بدلاً من التعدين من الصفر.

خاتمة

قد يكون حجم مغناطيس الأرض النادر صغرًا في الحجم ، لكن تأثيرها على أداء EV هائل. أنها تمكن المحركات المدمجة والقوية والفعالة التي تجعل السيارات الكهربائية الحديثة ممكنة.

من القوة المغناطيسية التي لا مثيل لها من Neodymium إلى الاستقرار الحراري ل dysprosium ومقاومة حرارة Terbium ، فإن هذه المواد هي أساس المحركات المتزامنة المغناطيسية الدائمة التي تهيمن على تصميم محرك EV.

في Pumbaa ، نفهم أن مستقبل تنقل EV يعتمد ليس فقط على ابتكار البطاريات ولكن أيضًا على التطور المستمر لتكنولوجيا المحركات. لهذا السبب تم تصميم حلول PMSM الخاصة بنا مع مغناطيس أرضي نادر متميز والتركيز على الكفاءة والمتانة والاستدامة.

مع استمرار ارتفاع اعتماد EV ، ستبقى مغناطيس الأرض النادرة حجر الزاوية في تصميم المحركات-وسوف تستمر Pumbaa في قيادة الطريق في تقديم حلول محرك EV ذات المستوى العالمي.