As gevolg van voorsieningsketting- en omgewingskwessies werk Tesla se aandrywingsafdeling hard om seldsame aardmagnete uit motors te verwyder en soek hulle na alternatiewe oplossings.
Tesla het nog nie 'n heeltemal nuwe magneetmateriaal uitgevind nie, so hulle mag dalk met bestaande tegnologie klaarkom, heel waarskynlik met behulp van goedkoop en maklik vervaardigde ferriet.
Deur ferrietmagnete noukeurig te posisioneer en ander aspekte van motorontwerp aan te pas, kan baie prestasie-aanwysers vanseldsame aardeAandryfmotors kan gerepliseer word. In hierdie geval neem die gewig van die motor slegs met ongeveer 30% toe, wat dalk 'n klein verskil is in vergelyking met die totale gewig van die motor.
4. Nuwe magneetmateriale moet die volgende drie basiese eienskappe hê: 1) hulle moet magnetisme hê; 2) Magnetisme in die teenwoordigheid van ander magnetiese velde handhaaf; 3) Kan hoë temperature weerstaan.
Volgens Tencent Technology News het die elektriese voertuigvervaardiger Tesla verklaar dat seldsame aardelemente nie meer in sy motormotors gebruik sal word nie, wat beteken dat Tesla se ingenieurs hul kreatiwiteit ten volle sal moet ontketen om alternatiewe oplossings te vind.
Verlede maand het Elon Musk die "Derde Deel van die Meesterplan" by die Tesla Investor Day-geleentheid vrygestel. Onder hulle is daar 'n klein detail wat opslae in die veld van fisika veroorsaak het. Colin Campbell, 'n senior uitvoerende beampte in Tesla se aandrywingsafdeling, het aangekondig dat sy span seldsame aardmagnete uit motors verwyder weens probleme met die voorsieningsketting en die beduidende negatiewe impak van die vervaardiging van seldsame aardmagnete.
Om hierdie doel te bereik, het Campbell twee skyfies aangebied wat drie geheimsinnige materiale behels, slim gemerk as seldsame aarde 1, seldsame aarde 2 en seldsame aarde 3. Die eerste skyfie verteenwoordig Tesla se huidige situasie, waar die hoeveelheid seldsame aardes wat deur die maatskappy in elke voertuig gebruik word, wissel van 'n halwe kilogram tot 10 gram. Op die tweede skyfie is die gebruik van alle seldsame aarde-elemente tot nul verminder.
Vir magnetoloë wat die magiese krag bestudeer wat deur elektroniese beweging in sekere materiale opgewek word, is die identiteit van seldsame aarde 1 maklik herkenbaar, naamlik neodimium. Wanneer dit by algemene elemente soos yster en boor gevoeg word, kan hierdie metaal help om 'n sterk, altyd-aan-magnetiese veld te skep. Maar min materiale het hierdie eienskap, en selfs minder seldsame aarde-elemente genereer magnetiese velde wat Tesla-motors wat meer as 2000 kilogram weeg, sowel as baie ander dinge van industriële robotte tot vegvliegtuie, kan beweeg. As Tesla beplan om neodimium en ander seldsame aarde-elemente uit die motor te verwyder, watter magneet sal hulle eerder gebruik?
Vir fisici is een ding seker: Tesla het nie 'n heeltemal nuwe tipe magnetiese materiaal uitgevind nie. Andy Blackburn, uitvoerende visepresident van strategie by NIron Magnets, het gesê: "Oor meer as 100 jaar sal ons dalk net 'n paar geleenthede hê om nuwe sakemagnete te bekom." NIron Magnets is een van die min nuwe ondernemings wat probeer om die volgende geleentheid aan te gryp.
Blackburn en ander glo dit is meer waarskynlik dat Tesla besluit het om met 'n baie minder kragtige magneet klaar te kom. Onder die vele moontlikhede is die mees voor die hand liggende kandidaat ferriet: 'n keramiek wat bestaan uit yster en suurstof, gemeng met 'n klein hoeveelheid metaal soos strontium. Dit is beide goedkoop en maklik om te vervaardig, en sedert die 1950's word yskasdeure regoor die wêreld op hierdie manier vervaardig.
Maar wat volume betref, is die magnetisme van ferriet slegs een tiende van dié van neodymiummagnete, wat nuwe vrae laat ontstaan. Tesla se uitvoerende hoof, Elon Musk, was nog altyd bekend daarvoor dat hy kompromieloos is, maar as Tesla na ferriet wil oorskakel, lyk dit asof daar sekere toegewings gemaak moet word.
Dit is maklik om te glo dat batterye die krag van elektriese voertuie is, maar in werklikheid is dit elektromagnetiese aandrywing wat elektriese voertuie aandryf. Dit is geen toeval dat beide Tesla Company en die magnetiese eenheid "Tesla" na dieselfde persoon vernoem is nie. Wanneer elektrone deur die spoele in 'n motor vloei, genereer hulle 'n elektromagnetiese veld wat die teenoorgestelde magnetiese krag aandryf, wat veroorsaak dat die motor se as saam met die wiele roteer.
Vir die agterwiele van Tesla-motors word hierdie kragte verskaf deur motors met permanente magnete, 'n vreemde materiaal met 'n stabiele magnetiese veld en geen stroomtoevoer nie, danksy die slim draai van elektrone om atome. Tesla het eers sowat vyf jaar gelede begin om hierdie magnete by motors te voeg om die reikafstand te verleng en wringkrag te verhoog sonder om die battery op te gradeer. Voorheen het die maatskappy induksiemotors gebruik wat rondom elektromagnete vervaardig is, wat magnetisme opwek deur elektrisiteit te verbruik. Die modelle wat met voorste motors toegerus is, gebruik steeds hierdie modus.
Tesla se besluit om seldsame aardmetale en magnete te laat vaar, lyk ietwat vreemd. Motormaatskappye is dikwels obsessief oor doeltreffendheid, veral in die geval van elektriese voertuie, waar hulle steeds probeer om bestuurders te oorreed om hul vrees vir reikafstand te oorkom. Maar namate motorvervaardigers die produksieskaal van elektriese voertuie begin uitbrei, herleef baie projekte wat voorheen as te ondoeltreffend beskou is.
Dit het motorvervaardigers, insluitend Tesla, aangespoor om meer motors te vervaardig wat litium-ysterfosfaat (LFP) batterye gebruik. In vergelyking met batterye wat elemente soos kobalt en nikkel bevat, het hierdie modelle dikwels 'n korter reikafstand. Dit is 'n ouer tegnologie met groter gewig en laer stoorkapasiteit. Tans het die Model 3, aangedryf deur laespoedkrag, 'n reikafstand van 272 myl (ongeveer 438 kilometer), terwyl die afgeleë Model S wat met meer gevorderde batterye toegerus is, 400 myl (640 kilometer) kan bereik. Die gebruik van litium-ysterfosfaat batterye kan egter 'n meer sinvolle sakekeuse wees, want dit vermy die gebruik van duurder en selfs polities riskante materiale.
Dit is egter onwaarskynlik dat Tesla magnete bloot met iets ergers, soos ferriet, sal vervang sonder om enige ander veranderinge aan te bring. Die fisikus van die Universiteit van Uppsala, Alaina Vishna, het gesê: “Jy sal 'n groot magneet in jou motor dra. Gelukkig is elektriese motors nogal komplekse masjiene met baie ander komponente wat teoreties herrangskik kan word om die impak van die gebruik van swakker magnete te verminder.
In rekenaarmodelle het die materiaalmaatskappy Proterial onlangs bepaal dat baie prestasie-aanwysers van seldsame aardmetale-aandrywingsmotors gerepliseer kan word deur ferrietmagnete noukeurig te plaas en ander aspekte van motorontwerp aan te pas. In hierdie geval neem die gewig van die motor slegs met ongeveer 30% toe, wat dalk 'n klein verskil is in vergelyking met die totale gewig van die motor.
Ten spyte van hierdie hoofpyn, het motormaatskappye steeds baie redes om seldsame aardelemente te laat vaar, mits hulle dit kan doen. Die waarde van die hele seldsame aardelementemark is soortgelyk aan dié van die eiermark in die Verenigde State, en teoreties kan seldsame aardelemente wêreldwyd ontgin, verwerk en in magnete omgeskakel word, maar in werklikheid bied hierdie prosesse baie uitdagings.
Mineraalontleder en gewilde seldsame aardwaarnemingsblogger Thomas Krumer het gesê: “Dit is 'n bedryf van $10 miljard, maar die waarde van produkte wat elke jaar geskep word, wissel van $2 triljoen tot $3 triljoen, wat 'n groot hefboom is. Dieselfde geld vir motors. Selfs al bevat hulle slegs 'n paar kilogram van hierdie stof, beteken die verwydering daarvan dat motors nie meer kan loop tensy jy bereid is om die hele enjin te herontwerp nie.
Die Verenigde State en Europa probeer om hierdie voorsieningsketting te diversifiseer. Die Kaliforniese seldsame aardmyne, wat in die vroeë 21ste eeu gesluit is, het onlangs heropen en voorsien tans 15% van die wêreld se seldsame aardbronne. In die Verenigde State moet regeringsagentskappe (veral die Departement van Verdediging) kragtige magnete vir toerusting soos vliegtuie en satelliete verskaf, en hulle is entoesiasties oor die belegging in voorsieningskettings plaaslik en in streke soos Japan en Europa. Maar as die koste, vereiste tegnologie en omgewingskwessies in ag geneem word, is dit 'n stadige proses wat vir etlike jare of selfs dekades kan duur.
Plasingstyd: 11 Mei 2023