Mar 14, 2018

トヨタの新マグネットは主要な希土類鉱物に依存しない

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永久磁石モータはここにありますが、コストを抑えることができます。

oyotaは、標準的な鉄、ホウ素、ネオジム(NdFeB)磁石のネオジム(希土類元素)の量の一部を使用する、電動モータのような高エネルギー用途のための新しい磁石を発明したと述べている。

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トヨタ、ソリッドステートバッテリーの「生産技術」に参加

希土類磁石 は、多くのハイブリッド車、いくつかの全電気自動車、および風力タービンやロボットなどの他の用途に使用されている。

トヨタは、「希少な」とはネオジムのような材料にはちょっとした誤解があるものの(需要が高いために生産量が相対的に高くなっている)、トヨタは、「ハイブリッド自動車やバッテリー電気自動車を含む電化車が不足し、ますます人気が高まっています。 この懸念は、希土類鉱業の集中によって複雑化する。米国や世界の他の地域で希土類金属を採掘する試みがなされているが、中国では希土類鉱業が圧倒的に多い。 その国は2011年にネオジムやその他の希土類の輸出を止めると脅し、金属価格の高騰を招いた。 もし中国が再び地政学的ツールとして希土類のアクセスを利用するならば、それはPriusのような旗艦型製品を作るために希土類に依存するトヨタのような企業に大きな影響を与える可能性がある。

トヨタが開発した新しいマグネットには、テルビウムやジスプロシウムも使用されていません。ネオジムに加えて、100℃以上の高熱での操作性を向上させることができます。 (実際、ネズミのコンサルタントであるRoskillは、磁石ではテルビウムを使用している自動車メーカーはほとんどいないが、ジスプロシウムはネオジム磁石の磁石に追加されている)

これらの磁石は何をしていますか?

NdFeB磁石は、小さな体積で強い磁場を生成することができます。 ジスプロシウムと組み合わせると、NdFeB磁石は、持続可能な材料および技術の2015年の論文によると、高い保磁力、すなわち「磁化された後に減磁に耐える能力」を有する。

永久磁石 (PM)AC車モータでは、NdFeB磁石がロータに埋め込まれることが多い。 ステータ内のワイヤ巻線が帯電すると、磁気吸引力によってロータが回転する。 他の設計では、磁石を固定子に埋め込むことができ、または磁石を直流磁場で動作させるように配置することができる。 対照的に、(より一般的な)インダクションモータは、磁石を使用せず、磁場を誘起するために固定子巻線を流れる電流に依存し、これが回転子の回転につながる。

ご想像のとおり、PMモーターと無磁場誘導モーターの間にはいくつかのトレードオフがあります。 Roskill氏は、PMベースのシステムは、一定の磁場のために内部のNdFeB磁石に頼ることができるため、軽量化と小型化を図ろうとしています。 ほとんどのハイブリッド車(HEV)はPMシステムを使用しています。ハイブリッドシステムでは、バッテリと内燃機関の両方が必要なため、モータの小型化が最も重要です。 (コンポーネントメーカのBoschは、たとえば、インダクションモーターと永久磁石モーターの両方を同じ製品で使用する、フロントおよびリアの車軸用システムの構築にも取り組んできました)。

テスラはモデルSとモデルXの車両で磁石を嫌って、より重い銅誘導システムを選んだ。 しかし、モデル3は、PMシステムを使用していると言われています。これは、磁石がスペースと重量を節約するためです(バッテリーの範囲に影響する可能性があります)。 Chevy Boltもネオジムベースの磁石を使用している、とRoskillは言います。

この新しいマグネットには何が入っていますか?

ネオジムまたはジスプロシウムの代わりに、磁石はより安価な希土類金属ランタンおよびセリウムを使用する。 確かに、これはネオジムの問題の多くを取り除くものではありません。ランタンとセリウムは依然として主に中国で採掘されており、ほとんどの希土類と同様に、それらは環境破壊的に生産することができます。 ロイター通信によると、ネオジムは1kg当たり約100ドル、ジスプロシウムは1kg当たり約400ドル、ランタンとセリウムは1kg当たり約5ドルから7ドルの費用がかかる。 理想的には、より安価な磁石は、より安価なハイブリッド車およびオール電気自動車をもたらす可能性がある。

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拡大/均一な濃度のネオジムを持つ磁石の代わりに、トヨタの磁石はネオジムを磁石の端に集中させます。

トヨタ

トヨタは、ネオジムの使用を減らすためにいくつかのトリックを使用しました。 同社は、磁石のネオジムをランタンとセリウムに置き換えるだけで、保磁力が低下し、耐熱性が低下したサブパネル磁石が得られ、モータ性能が低下することを意味しています。 代わりに、同社は磁石を構成して、ランタンとセリウムの粒子の大部分がマグネットの内部にあり、ネオジム粒子の大部分が外部にあった。

自動車メーカーは、マグネット内の金属の粒径も縮小しました。 2015 Sustainable Materials and Technologies紙は、希土類磁石の成分の粒径を確実に低減する方法を見つけることは、磁石に蓄えられた磁気エネルギーを増加させる可能性があると指摘しました。 トヨタも明らかにその道を追い求めていた。 その研究者は、磁石部品の粒度を標準磁石の1/10に減らすことができました。

これらの製造技術により、トヨタは性能や保磁力を損なうことなくNdFeB磁石を製造するのに必要なネオジムの20〜50%を失うことができます。 ロイター通信は、電気自動車のマグネットは、それのローエンドを利用することしかできない可能性が高いと述べているが、車両用マグネットに必要なネオジムの20%を省くことも良い。

今のところ、デザインは予備的なものであり、トヨタは、これらの高度な磁石を自動車に追加する前に、より多くの研究を行う必要があると言います。 2020年代初めまでに、同社はパワーステアリング・システムで磁石を使用したいと考えており、その後10年以内に電気自動車用モーターの用途拡大を目指しています。

トヨタはハイブリッド車市場のパイオニアであるが、全電気自動車を市場投入することにはもっと躊躇している。 しかし、すべてのアカウントで、その研究者は電気自動車を最先端にする方法を模索していました。 同社は2017年夏に、理論上は軽量化、小型化、そしてテスラ、日産、チェビーのバッテリーよりも優れた動作温度範囲を持つソリッドステートバッテリーの「生産技術」にあると発表した。



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