كيفية دعم مغناطيس NdFeB للسيارات الكهربائية: تصميم المحرك واختيار المواد

الاعتماد على المغناطيسات NdFeB عالية الجودة (N42-N52) في محركات الجر الكهربائية

يعتمد أداء السيارات الكهربائية على قدرة محركاتها على تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. تعتمد هذه المحركات بشكل كبير على مغناطيسات NdFeB عالية الجودة (N42-N52) لتحقيق الكفاءة المثلى وكثافة القدرة والعزم.

الميزة المغناطيسية للمغناطيسات NdFeB

تتكون مغناطيسات NdFeB من النيوديميوم والحديد والبورون، وهي أقوى نوع من المغناطيس الدائم متوفرة اليوم. تجعلها خصائصها المغناطيسية الاستثنائية، بما في ذلك الكثافة المغناطيسية المتبقية العالية (Br)، والقوة المعاوقة (Hc)، ومنتج الطاقة (BH) الأقصى، مثالية للتطبيقات التي تتطلب حلولًا مغناطيسية قوية ومضغوطة.

في محركات الجر الكهربائية (EV)، فإن استخدام المغناطيسات من الدرجة N42-N52 من نوع NdFeB تقدم فوائد حاسمة عدة:

• كثافة طاقة عالية • تتيح هذه المغناطيسات للمحركات تقديم طاقة أكبر ضمن حزمة أصغر، مما يقلل من الحجم والوزن الإجمالي لنظام النقل.
• كفاءة الطاقة • المجال المغناطيسي القوي الذي يولده المغناطيس NdFeB يقلل من خسائر الطاقة، مما يحسن كفاءة المحرك ويمدد مدى المركبة.
• الاستقرار الحراري • صُمّمت درجات مثل N52 للحفاظ على خصائصها المغناطيسية عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يضمن الأداء الموثوق تحت ظروف مُجهدة.

الاعتبارات التصميمية لمحركات المركبات الكهربائية

يجب على مصممي المحركات اختيار الدرجة المناسبة من NdFeB بعناية بناءً على عوامل مثل درجة حرارة التشغيل، والعزوم المطلوب، وقيود التكلفة. على سبيل المثال:

• درجة N42 : يوازن بين الأداء والتكلفة، وهو مناسب للتطبيقات القياسية للمركبات الكهربائية.
• درجة N52 : يوفر أعلى منتج طاقي، وهو مثالي للمركبات عالية الأداء حيث يكون تعظيم كثافة القدرة أمرًا بالغ الأهمية.

شركات مثل مغناطيس AIM  متخصصة في تصنيع مغناطيسات NdFeB المخصصة، وتوفير حلول مخصصة لمصنعي السيارات الكهربائية. خبرتها في تصميم المغناطيس واختيار المواد تضمن أداءً مثاليًا للمحرك مع الالتزام بمعايير الصناعة الصارمة.

التأثير على أداء المركبة الكهربائية

إن دمج مغناطيسات NdFeB عالية الجودة يؤثر مباشرةً على مقاييس رئيسية مثل التسارع والمدى وكفاءة البطارية. على سبيل المثال:

• تستخدم محرك سحب سيارة Tesla Model 3 مغناطيسات NdFeB لتحقيق كفاءة قصوى تزيد عن 97٪، مما يتيح مدىً يصل إلى 358 ميلًا بشحنة واحدة.
• تعتمد Audi e-tron GT على تقنية متقدمة من مغناطيسات NdFeB لتوفير 590 حصانًا والتسارع من 0 إلى 60 ميل/ساعة في غضون 3.3 ثوانٍ فقط.

دراسة حالة: مغناطيسات أنجو هانهاي المُجمَّعة للحصول على محركات موفرة للطاقة

أنهوي هانهاي للتكنولوجيا المغناطيسية، الشركة الرائدة في تصنيع المغناطيس المسحوق NdFeB ، لعبت دوراً محورياً في تطوير تقنية محركات السيارات الكهربائية. دراسة الحالة الخاصة بها تُظهر كيف تُحسّن المغناطيسات المصممة بدقة من حيث الكفاءة والطاقة والأداء.

عملية تصنيع مغناطيس الـ NdFeB الملبد

يتم إنتاج مغناطيس NdFeB الملبدة من خلال عملية متخصصة تتضمن:

• التمetasية المعدنية : يتم خلط مساحيق النيوديميوم والحديد والبورون الناعمة وضغطها لتأخذ الشكل المطلوب.
• التحميص : يتم تسخين المسحوق المضغوط إلى درجات حرارة عالية، لتشكيل بنية كثيفة بلورية.
• التشطيب الآلي والطلاء : يتم تشذيب المغناطيس آلياً بدقة ويُغطى بطبقة حماية لحمايته من التآكل وعدم فقدان المغناطيسية.

هذه العملية تنتج مغناطيسات ذات خصائص مغناطيسية واستثنائية في القوة البنائية، مما يجعلها مثالية للتطبيقات عالية الأداء مثل محركات السيارات الكهربائية.

التطبيق في المحركات الموفرة للطاقة

تم دمج مغناطيسات النيوديميوم-الحديد-البورون (NdFeB) المُلْبَنة من شركة آنهوي هانهاي في محركات عدد من كبرى شركات تصنيع السيارات الكهربائية، ومن بينها:

• بي دي آي تستخدم مركباتهم التي تعتمد على بطارية الشفرة مغناطيسات آنهوي هانهاي لتحقيق كفاءة تزيد عن 95% في المحرك.
• نيو يستفيد محرك سيارة ES8 الرياضية متعددة الاستخدامات من هذه المغناطيسات لتوفير مدى يبلغ 311 ميلًا مع تسارع سريع.

تُظهر هذه المحركات كيف يمكن لـ المغناطيس المسحوق NdFeB أن تحقق تحسينات كبيرة في تحويل الطاقة، مما يقلل إنتاج الحرارة ويمدد عمر البطارية.

الابتكار التعاوني

تعمل شركة آنهوي هانهاي مع مصنعي السيارات الكهربائية مباشرةً بشكل وثيق لتحسين تصميم المغناطيس بما يناسب الهندسة الخاصة بكل محرك. على سبيل المثال:

• نمط مغناطيسي مخصص لزيادة كثافة العزم.
• طلاءات متقدمة لتحسين الثبات الحراري ومقاومة التآكل.

تشير هذه الشراكات إلى أهمية دمج الخبرة في مجال المغناطيس في عملية تطوير المركبات الكهربائية الأوسع نطاقاً.

تحديات الشركات المصنعة للمعدات الأصلية: نقص المعادن النادرة يؤخر إنتاج المركبات الكهربائية في الهند

التحول العالمي نحو السيارات الكهربائية كشف عن ضعف في سلسلة إمدادات المعادن النادرة ، مما يؤثر بشكل خاص على الدول مثل الهند التي تعتمد بشكل كبير على الواردات.

الاعتماد على المعادن النادرة

تحتاج المغناطيسات الدائمة من نوع NdFeB إلى كميات كبيرة من النيوديميوم و الديسبروسيو — وهما عنصران معدنان نادران يتم استخراج معظم إمداداتهما ومعالجتهما في الصين. حوالي 80% من إمدادات المعادن النادرة في العالم تأتي من الصين، مما يخلق تحديات جيوسياسية وخدمات لوجستية لمصنعي السيارات الكهربائية.

التأثير على إنتاج المركبات الكهربائية في الهند

أصبحت الطموحات الهندية لإحداث تحول كهربائي في قطاع النقل معطلة بسبب:

• تعطّل سلاسل الإمداد : أدى التوترات التجارية والقيود على الصادرات إلى نقص في مغناطيس NdFeB عالي الجودة.
• تصاعد التكاليف : تقلبت أسعار النيوديميوم والديسبروسيوم بشكل كبير، مما زاد من تكاليف الإنتاج بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية في الهند مثل شركة تاتا موتورز وماهيندرا إلكتريك.
• تأخيرات الإنتاج : واجهت عدة طرازات من السيارات الكهربائية تأخيرات حيث يسابق المصنعون الزمن للعثور على موردين بديلين للمغناطيسات.

استراتيجيات التخفيف

للتغلب على هذه التحديات، تعمل الهند على استكشاف:

• التعدين المحلي : مبادرات لتطوير مناجم المعادن النادرة في ولايات مثل أوديشا وجارخاند.
• تكنولوجيات إعادة التدوير : شراكات مع شركات مثل مغناطيس AIM : لاستكشاف تدوير المغناطيسات الأرضية النادرة ، والتي يمكن أن تستعيد ما يصل إلى 95٪ من العناصر الحرجة من المغناطيسات في نهاية عمرها الافتراضي.
• تنويع سلاسل التوريد : التعاون مع دول مثل أستراليا والولايات المتحدة الأمريكية لتأمين مصادر بديلة للمعادن الأرضية النادرة.

البدائل: قيود المغناطيسات الفريتية من حيث الكفاءة والحجم

بينما مغناطيس فेライト هي بديل اقتصادي مقارنةً بمغناطيسات النيوديميوم، إلا أن قيودها تجعلها غير مناسبة للتطبيقات عالية الأداء في السيارات الكهربائية.

خصائص المغناطيسات الفريتية

المغناطيسات الفريتية، التي تتكون من أكسيد الحديد مع الباريوم أو السترونتيوم، توفر:

• تكلفة منخفضة : حوالي 1/10 من تكلفة المغناطيسات الأرضية النادرة.
• مقاومة للتآكل : مقاومة طبيعية للصدأ والتآكل.
• توافر واسع : المواد الخام وفيرة وموزعة على نطاق واسع حول العالم.

 ومع ذلك، فإن خصائصها المغناطيسية تقل بشكل ملحوظ عن NdFeB:

• منتج طاقة أقل : تمتلك المغناطيسات الفريتية منتج طاقة (BH) الأقصى بقيمة 1-5 MGOe، مقارنة بـ 35-52 MGOe بالنسبة لـ NdFeB.
• استقرار حراري ضعيف : تفقد هذه المغناطيسات مغناطيسيتها عند درجات حرارة تزيد عن 200°م، مما يحد من استخدامها في التطبيقات عالية القدرة.

التعويض بين الكفاءة والحجم

في محركات الجر المستخدمة في السيارات الكهربائية، يؤدي استخدام المغناطيسات الفريتية إلى:

• زيادة حجم المحرك : لتحقيق عزم دوران قابل للمقارنة، يجب أن يكون حجم المحركات القائمة على الفريت 2-3 مرات أكبر من المحركات التي تعتمد على NdFeB.
• كفاءة مخفضة : عادةً ما تعمل المحركات الفريتية بكفاءة تتراوح بين 85-90%، مقارنةً بـ 95-97% للمحركات المستخدمة لمغناطيس النيوديميوم.
• كثافة قوة منخفضة : مما يؤدي إلى تقليل التسارع والأداء العام للمركبة.

التطبيقات التي تتميز فيها المغناطيسات الفريتية

على الرغم من قيودها، تظل المغناطيسات الفريتية مناسبة للاستخدام في:

• تطبيقات ذات قدر منخفض من الطاقة : مثل مسّاحات الزجاج الأمامي، النوافذ الكهربائية، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في المركبات.
• أسواق حساسة للتكلفة : حيث تعتبر المدى والأداء اعتبارات ثانوية.

الاستنتاج

تُعدّ مغناطيسات NdFeB ضرورية لنجاح المركبات الكهربائية، حيث تُمكّن من تحقيق الكفاءة العالية والأداء الذي يطلبه المستهلكون. وعلى الرغم من التحديات مثل نقص المعادن النادرة وتكاليف المواد، فإن الابتكارات في تصميم المغناطيسات وإعادة التدوير والمواد البديلة ستُشكّل مستقبل تقنية المركبات الكهربائية.

شركات مثل مغناطيس AIM  تواصل دفع هذه التطورات قدماً، وتوفير حلول متقدمة المغناطيسات النيوديميوم و الحلول المغناطيسية التي تُسهم في جيل جديد من النقل المستدام. ومع نضج الصناعة، سيظل التوازن الاستراتيجي بين الأداء والتكلفة والاستدامة أمراً بالغ الأهمية لتسريع اعتماد المركبات الكهربائية على مستوى العالم.