Исследователи из энергетического департамента лаборатории города Эймс в штате Айова обнаружили относительно недорогой способ повысить эксплуатационные свойства постоянных магнитов при высокой температуре. Вместо дорогого редкоземельного элемента диспрозий они предлагают использовать церий и кобальт.
Новые технологии часто сильно зависят от редких ресурсов. Например, постоянные магниты, которые используются в электромоторах (а тема электромобилей сейчас очень популярна), состоят обычно из сплава неодима, бора и железа. Такие магниты – самые сильные из имеющихся, и они сохраняют свои свойства годами (потеря намагниченности за 10 лет не превышает 2%).
Для работы при повышенных температурах (в тех же двигателях) требуются магниты с высокой точкой Курнакова – температурой, после которой их магнитные свойства исчезают. Неодим – сам по себе уже редкоземельный элемент, а для повышения рабочих температур в магниты требуется добавлять в сравнительно больших пропорциях диспрозий. Это редкий и дорогой редкоземельный элемент (более €10000 за кг).
Исследователям удалось заменить диспрозий комбинацией церия с кобальтом. Этот трюк уменьшает стоимость полученного магнита на 20-40%. При этом получается сплав, лучше любых других работающий при температурах более 150°C. Такие магниты можно использовать в высоконагруженных моторах. С наступающей повальной электромобилизацией и даже маячащими на горизонте электросамолётами возможность изготовления таких магнитов сложно переоценить.
Комментарии (20)
Greteon
06.05.2015 20:28+6Требуется высокая температура Кюри.
Порошок диспрозия (который тоже РЗМ) даже на алиэкспрессе стоит в 2,5 раза меньше указанной в заметке суммы за розничную партию (от 100 грамм). И с учетом того что это порошок, а не металл.
Порошок диспрозия
Металлический диспрозий
Если заказывать напрямую с таобао, то можно сэкономить. Если заказать патритю, больше, то можно сэкономить.
SmCo магниты могут работать при температурах выше 400 град. Ц.
jar_ohty
07.05.2015 18:26Стоимость РЗЭ очень сильно зависит от чистоты.
Greteon
07.05.2015 19:17Это утверждение справедливо для любого металла, реактива, химиката.
Вот например железо:
1. 99,96% — 2 212,00 руб за кг.
2. 96-98% (судя по ГОСТ) — 1 366,00 руб. за 30 кг.
Поставщик с алиэкспресс утверждает, что чистота металла и порошка 99,99%. Но вы можете купить 99,9% у Сигма-Олдрич по 388 долларов за грамм.
rPman
07.05.2015 00:23Интересно, а когда вспомнят без щеточный вариант двигателя, с вывернутыми наружу магнитами, по классической схеме ДВС с коленвалом, где вместо поршней с камерами сгорания пара притягивающихся электромагнитов.
kumbr_87
07.05.2015 00:29если вы про инраннеры (ротор с магнитами внутри) и аутраннеры(ротор с магнитами снаружи) то в хобби например они активно используются.
rPman
07.05.2015 01:25Я к сожалению не могу в интернете найти упоминание об этом, что странно, это первое что приходит на ум когда думаешь об классическом ДВС и электродвигателях. Вдруг это никому не пришло в голову, потому что двигателей с постоянным магнитом было вполне достаточно.
Берем обычный двигатель внутреннего сгорания (полагаю минимум трехцелиндровый) и заменяем в нем поршни парами электромагнитов (например конструкция из двух цилиндров, вложенных друг в друга, внутренний — подвижный, выдвигается на половину своей длины). При правильной подачи импульсов на электромагниты (а это можно сделать по простым гибким проводам) коленвал будет вращаться.Rumlin
07.05.2015 08:56+7Были такие проекты. Бессмысленны — зачем делать поступательное движение и превращать его сложной механикой, с потерями на трение в многочисленных точках трения, в вращательное, когда есть чудесное бегущее магнитное поле.
И просто магниты отталкиваться в поршнях не будут, необходим линейный электродвигатель в какой-то форме. Устройство сложное в управлении.kumbr_87
08.05.2015 15:13Я вначале не так понял. Я думаю rPman имел ввиду взять типичный двигатель внутреннего сгорания но размещать генератор не на валу а множество генераторов (пар катушек -магнит) на поршнях. Отчасти есть плюс в том что не нужен вал для передачи момента на генератор но на этом плюс кончается. Размещение таким образом магнитов наверное невозможно технологически т.к. магниты нельзя сильно нагревать т.е. их нельзя расположить ни в поршне ни в цилиндре, при расположении в цилиндре было бы еще невозможно и катушку расположить в поршне, хотя идея смысла не лишена конечно, с другой стороны это также накладывает некоторые требования на двигатель. Т.е. мы уже не сможем взять высокооборотистый двигатель и добавив редуктор снимать большой момент для генератора, для каждого двигателя придется просчитывать оптимальную пару катушка/магнит. Ну и предполагаю также что магнитное поле слишком быстро падает с увеличением расстояния от катушки до магнита в связи с чем эффективный ход у поршней для генерации будет очень маленьким в то же время для типичного генератора мы можем с минимальным зазором разместить и магниты и катушки на минимальном расстоянии друг от друга минимизируя потери.
Rumlin
08.05.2015 18:05При правильной подачи импульсов на электромагниты (а это можно сделать по простым гибким проводам) коленвал будет вращаться.
По-моему речь о замене «толкания» расширяющимися газами — предлагается отталкиваться магнитами. Если бы это и имело такую же мощь, но провода долго не прожили бы.
ToSHiC
08.05.2015 19:35+2Самая большая потеря КПД в двигателях внутреннего сгорания происходит при преобразовании поступательного движения поршней во вращательное движение коленвала. В вашей идее вы предлагаете совместить худшие свойства ДВС и электродвигателя :)
ToSHiC
Тесла, между прочим, использует асинхронные двигатели, в которых нету постоянных магнитов (правда нельзя однозначно записать это в плюс для Теслы). Электроколесо для боингов от WheelTug, про которое уже писали на ГТ, тоже основано на асинхронном двигателе. Так что проблему редкоземельных магнитов можно решить и другим способом.
ifaustrue
Ведь в таких двигателях обязательно есть щётки? Или сейчас как-то умеют делать электродвижки без постоянных магнитов и без щёток?
Rumlin
Асинхронная машина
Motor Control — AC Induction Motors (ACIM) Overview
www.ti.com/lsds/ti/apps/motor/ac_induction/overview.page
x128
Электродвигатели бывают без щёток и без магнитов.
realscorp
Почему? АД же с частотным управлением просто няшка по совокупности характеристик.
Chamie
ToSHiC
Если я ничего не путаю, у асинхронных двигателей низкий пусковой момент, и вообще на низких оборотах они себя не очень здорово ведут. Как раз тот режим, когда в пробке толкаешься. В тесле пришлось ставить редуктор, а это снижение КПД, утяжеление машины.
Кстати, а чем асинхронник с частотным управлением лучше синхронного бесщёточного на средних и высоких оборотах?
DIHALT
Путаете. Векторное управление АД позволяет реализовать жесткую прямоугольную механическую характеристику. Т.е. он может сохранять номинальный момент даже в статике.
А редуктор ставят потому, что электромашины обычно высокооборотистые и маломоментные. Куда проще раскрутить движок до 10-15 тысяч оборотов чем сделать его высокомоментным. Высокий момент это прежде всего высокий ток (зависимость прямая), а высокий ток это толстые обмотки и большие габариты.
kumbr_87
В тесле двухступенчатый редуктор 9.73:1
DIHALT
Ну о чем я и говорил. Если представить, что там стоят колеса R17 то его длина около 2.100м. А значит для скорости 100км/ч колесо должно делать примерно 790об/мин. А движок, соответственно, крутить около 7715 оборотов. Вполне средняя скорость для современного электродвигателя. На 200км/ч будет около 15000.