BOSTON, Aug. 14, 2023 — Ang paggamit ng mga bihirang lupa sa iba’t ibang modernong teknolohiya ay nakakuha ng pansin sa nakalipas na mga taon. Ngunit dahil sa tumataas na pangangailangan para sa mga electric na sasakyan (EVs), ang isyu ay ipinakilala sa harapan. 82% ng merkado ng electric na kotse noong 2022 ay gumagamit ng mga electric na motor na nakabatay sa mga bihirang lupang permanenteng magnet. Tsina ay malaking kontrolado ang suplay ng mga bihirang lupa, at ito ay humantong sa malaking pagbabago ng presyo sa nakaraang mga taon, na may isang malaking pagtaas noong 2011/2012 at isang malaking pagtaas sa pagitan ng 2021-2022. Mahalaga, kumpara sa ilang iba pang teknolohiya, maraming paraan ang maaaring gamitin upang alisin ang paggamit ng mga bihirang lupa sa mga electric na motor, na ipapaliwanag sa artikulong ito kasama ang mga pro at kontra, at pagtanggap.
Ang artikulong ito ay batay sa pinakabagong ulat ng IDTechEx na “Electric Motors for Electric Vehicles 2024-2034” na nag-aanalisa ng iba’t ibang teknolohiya ng motor para sa performance, materyales, pagtanggap ng merkado, at potensyal sa hinaharap.
Upang maiksi ang paglalarawan ng konstruksyon ng isang electric na motor, ang hindi gumagalaw na bahagi (stator) ay may mga coil ng metal (karaniwan ay tanso) na pinapakilos ng isang kuryente upang lumikha ng isang magnetic na field. Ang field na ito ay magpapagalaw naman sa gumagalaw na bahagi ng motor (rotor). Sa isang bihirang lupang permanenteng magnet (PM) motor, ang mga magnet ay nakalokasyon sa rotor.
1. Ang Induction Motor
Sa isang induction motor (o asynchronous motor), ang gumagalaw na magnetic na field na nililikha ng stator ay nagdudulot ng mga kuryente sa rotor, na sa kanyang pagkakataon ay lumilikha ng isang magnetic na field na nahihila/nababaligtad mula sa radial na field ng mga windings ng stator. Ang induction motor ay gumagamit ng tanso o aluminum na mga bar o windings sa rotor. Karaniwang itong nagpapakita ng mabuting peak na kapangyarihan at density ng torque sa maikling panahon ngunit mahirap pamahalaan ang init at karaniwang may mas mababang efficiency kaysa sa mga opsyon ng PM.
Ang mga induction motor ay karaniwan sa merkado ng EV, na siyang pangunahing pagpipilian ng Tesla hanggang sa paglabas ng Model 3 (na nag-adopt ng isang disenyong PM). Sa merkado ng kotse, may ilang tagasuporta pa rin, tulad ng Audi at Mercedes, ngunit ngayon ay karaniwang ginagamit ang mga induction motor bilang ikalawang motor, na ginagamit para sa pagpapabilis ng pag-acelerate dahil hindi lumilikha ng drag kapag hindi ginagamit, na nagsasanggalang sa pangangailangan para sa isang decoupler.
2. Ang Wound Rotor Motor
Tinatawag din itong externally excited synchronous motor (EESM), ang wound rotor synchronous motor (WRSM) ay pinalitan ang mga magnet sa rotor ng mga coil windings na maaaring pagkakasyahang makuha ng isang kuryenteng DC upang lumikha ng isang magnetic na field. Ito ay may kapakinabangan ng pagkontrol sa parehong field ng stator at rotor. Ang mga kahinaan ay ang karagdagang hakbang ng pagmamanupaktura upang idagdag ang mga windings sa rotor at kailangan ang mga brush upang ipasa ang kapangyarihan sa rotor. Karaniwang may mas mababang density ng kapangyarihan at torque ang mga motor na ito sa nakaraan, ngunit ang mga modernong bersyon ay kahawig na ng mga PM motor.
Ang Renault ay isang maagang tagasuporta nito sa Zoe, ngunit ngayon ay ang BMW at Nissan ang nag-adopt nito, at ang tier 1 na MAHLE ay nagpresenta ng isang bersyon na walang cable na pagpapasa ng kapangyarihan sa rotor, na nagsasanggalang sa mga brush.
3. Ang Switched Reluctance Motor
Ang mga switched reluctance motors (SRMs) ay potensyal na ang pinakamadaling konstruksyon, na ang rotor ay karamihan ay binubuo ng bakal. Ang bakal ng rotor ay may mababang reluctance kumpara sa hangin sa paligid nito, kaya ang magnetic na flux ay mas pinipili ang daanan sa pamamagitan ng bakal habang sinusubukang mapataas ang daanan nito, na nagpapagalaw sa rotor. Kahit na ang kanilang kadaliwan at pagiging mapagkakatiwalaan, karaniwan ay nahihirapan ang SRMs sa mas mababang density ng kapangyarihan at torque kasama ang iba pang mga suliranin, kabilang ang torque ripple at ingay.
Habang karamihan ay nakatuon ang SRMs sa mas industriyal o mabibigat na aplikasyon, malaking pagtatangka ang ginagawa sa kanilang pagpapaunlad para sa EVs. Ang mga kompanya tulad ng Turntide Technologies ay nagdagdag ng mas maraming rotor at stator poles at lumikha ng mas sophisticated na mga sistema ng kontrol upang malampasan ang mga tradisyonal na suliranin. Ang Advanced Electric Machines sa UK ay lumikha ng isang bagong uri ng motor na may segmented na rotor na mananatiling simple sa konstruksyon ngunit sinasabi nilang nagsasanggalang sa ingay at torque ripple habang pinapataas ang density ng kapangyarihan at torque; ang disenyong ito ang sentro ng isang proyekto kasama ang Bentley.
4. Alternative Magnetic Materials
Habang maraming OEMs ay unti-unting bumaba sa nilalaman ng bihirang lupa ng kanilang mga motor, nakakuha ng maraming interes ang Tesla nang sabihin nilang ang susunod na henerasyon ng kanilang drive system ay isang PM motor na walang bihirang lupa. May ilang ongoing na proyekto upang lumikha ng mga magnet na walang bihirang lupa na maaaring makipagkompetensiya sa magnetic na performance; ang mga ito ay nasa iba’t ibang antas ng komersyalisasyon.
Ang problema sa alternative magnetic materials ay karaniwan ay mas mababa ang kanilang magnetic na performance. Halimbawa, ang ilang manufacturer na gumagawa ng mga magnet na may bihirang lupa at ferrite ay nagpapakita ng pagbaba ng 50-70% sa kapangyarihan para sa bersyon ng ferrite ng parehong laki ng motor, na nangangahulugan na upang makasabay sa performance, kailangan ng mas maraming materyal at/o mas malaking motor.
Ang Proterial ay lumikha ng mga magnet na ang mga properties ay sinasabi nilang “nagbibigay ng pinakamataas na antas sa pagitan ng mga magnet na ferrite sa buong mundo”. Ang disenyo ng motor ay kailangan lamang ng 20% mas maraming materyal upang mapanatili ang density ng kapangyarihan ng motor. Ang Niron Magnetics ay nagdedebelop ng mga magnet na bakal nitride, at ang susunod na henerasyon nito ay pinaplano nilang makipagkompetensiya sa performance ng neodymium. Ang PASSENGER ay isang proyekto sa Europa na nagdedebelop ng strontium ferrite at manganese aluminum carbon alloys. Habang may mga pagtatangka, ang mga materyales na tunay na kahawig sa performance ay nasa ilang paraan pa sa hinaharap; ngunit sa pamamagitan ng iba pang mga pagbabago sa disenyo ng motor, maaaring hindi nila kailanganin.
5. Isang Mataas na Bilis na Ferrite Motor na May Karagdagang Optimize
Habang ang pag-adopt ng mga magnet na ferrite ay malaking bababa sa performance ng motor, ang pag-optimize ng maraming iba pang tampok ng motor ay maaaring bawasan ang impakto nito. Ang Australian technology company na Ultimate Transmissions ay nagsumite ng patent para sa isang disenyo ng ferrite motor na kanilang paniniwalaan ay maaaring daan ng Tesla upang alisin ang bihirang lupa sa isang PM motor.
Ang disenyo ay gumagamit ng mas malalaking magnet na ferrite at mas mataas na bilis (20,000rpm) upang makamit ang kahawig na kapangyarihan sa parehong laki ng motor na may bihirang lupang PM. Ang isang hamon ay mula sa pagkontrol ng mga magnet nang epektibo sa rotor; isang potensyal na solusyon ay ang paggamit ng isang carbon fiber wrap sa rotor (isang teknolohiya na naipakita na ng Tesla sa kanilang mga sasakyan na Plaid). Ang isa pang hamon ay kailangan pahintuin ang mga magnet na ferrite para sa optimal na pagpapatakbo, ang kabaligtaran ng suliranin na hinaharap ng mga magnet na neodymium, ngunit hindi hindi maaaring gawin.
Dapat banggitin na ang disenyong ito ay nasa phase pa rin ng simulation, at maaaring ibang landas ang tinatahak ng Tesla, tulad ng sariling materyal na magnetiko. Ngunit sa mga simulation, ito ay nagpakita ng kahawig na kapangyarihan, bawas na gastos, at bawas na timbang sa halip ng bahagyang bawas na torque at mas mahabang stack.
IDTechEx predicts a significant rise in rare earth free motor technologies. Source: IDTechEx
Mga Konklusyon para sa Hinaharap
May tumataas na pagtuon, lalo na sa labas ng Tsina, sa pagbawas ng nilalaman ng bihirang lupa ng mga electric na motor. May ilang estratehiya, bawat may sariling pro at kontra at pagkakataon para sa mga manufacturer ng motor at supplier ng materyales. Hinulaan ng IDTechEx na mananatiling dominanteng teknolohiya ang mga bihirang lupang PM motor, karamihan dahil sa dominasyon ng Tsina sa merkado ng EV at ang iba pang minahan na nagsisimula nang magbukas sa buong mundo. Ngunit inaasahan nito na ang mga opsyong walang bihirang lupa, kabilang ang mga nabanggit sa itaas, ay aakounta ng halos 30% ng merkado noong 2034.
Ang pinakabagong bersyon ng “Electric Motors for Electric Vehicles 2024-2034” ng IDTechEx ay lumalalim sa teknolohiya ng motor, pagtanggap ng merkado, paggamit ng materyales, at mga forecast ng merkado. Ito ay batay sa malaking database ng mga sasakyan at motor sa iba’t ibang segmento ng sasakyan, kabilang ang mga kotse, bus, trak, van, 2-gulong, 3-gulong, microcars, at eroplano.
Upang makakuha ng karagdagang impormasyon tungkol sa ulat na ito, kabilang ang mga downloadable na sample pages, mangyaring bisitahin ang www.IDTechEx.com/motors.
Tungkol sa IDTechEx
Ang IDTechEx ay gabay sa iyong strategic na desisyon sa negosyo sa pamamagitan ng aming Research, Subscription at Consultancy products, upang matulungan kang kumita mula sa lumalabas na teknolohiya. Para sa karagdagang impormasyon, makipag-ugnayan sa research@IDTechEx.com o bisitahin ang www.IDTechEx.com.
Mga Imahe download:
https://www.dropbox.com/scl/fo/o79c4qab9xwlg09bvukna/h?rlkey=zd6od1iud43cq7y1oxcusjsby&dl=0
Media Contact