แม่เหล็ก NdFeB ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้าอย่างไร: การออกแบบมอเตอร์และการเลือกวัสดุ

การพึ่งพาแม่เหล็ก NdFeB คุณภาพสูง (N42-N52) ของมอเตอร์ขับเคลื่อนในรถยนต์ไฟฟ้า

สมรรถนะของรถยนต์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความสามารถของมอเตอร์ขับเคลื่อน ซึ่งทำหน้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกลไก มอเตอร์เหล่านี้ต้องพึ่งพา แม่เหล็ก NdFeB คุณภาพสูง (N42-N52) เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของกำลัง และแรงบิดที่เหมาะสมที่สุด

ข้อได้เปรียบทางแม่เหล็กของแม่เหล็ก NdFeB

แม่เหล็ก NdFeB ซึ่งประกอบด้วยเนโอเดเมียม เหล็ก และโบรอน เป็นแม่เหล็กที่มีแรงดูดทรงพลังที่สุด แม็กเนตถาวร มีให้บริการในวันนี้ ด้วยคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ยอดเยี่ยม รวมถึงความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กคงเหลือสูง (Br) ความเข้มสนามแม่เหล็กต้านทาน (Hc) และผลคูณพลังงานสูงสุด (BH)max ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการโซลูชันแม่เหล็กที่กะทัดรัดแต่มีพลัง

ในมอเตอร์ขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า (EV) การใช้ แม่เหล็กชนิด NdFeB เกรด N42-N52 มีประโยชน์หลักหลายประการ ได้แก่

• ความหนาแน่นของพลังงานสูง แม่เหล็กเหล่านี้ช่วยให้มอเตอร์สร้างกำลังแรงมากขึ้นภายในบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก ส่งผลให้ระบบขับเคลื่อนโดยรวมมีขนาดและน้ำหนักลดลง
• ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน สนามแม่เหล็กที่เข้มข้นจากแม่เหล็ก NdFeB ช่วยลดการสูญเสียพลังงาน เพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ และยืดระยะการวิ่งของยานพาหนะให้ไกลขึ้น
• เสถียรภาพทางความร้อน เกรดเช่น N52 ถูกพัฒนาเพื่อรักษษาคุณสมบัติแม่เหล็กไว้ได้แม้ในอุณหภูมิที่สูง ทำให้การทำงานมีความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะที่ท้าทาย

ปัจจัยในการออกแบบมอเตอร์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

วิศวกรผู้ออกแบบมอเตอร์จำเป็นต้องเลือกเกรด NdFeB ที่เหมาะสมตามปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิขณะทำงาน แรงบิดที่ต้องการ และข้อจำกัดด้านต้นทุน ตัวอย่างเช่น

• เกรด N42 : สมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน เหมาะสำหรับการใช้งาน EV มาตรฐาน
• เกรด N52 : มีผลพลอยได้สูงสุด เหมาะสำหรับยานพาหนะสมรรถนะสูงที่จำเป็นต้องเพิ่มความหนาแน่นของกำลังให้มากที่สุด

บริษัทต่างๆ เช่น AIM Magnet  เชี่ยวชาญในการผลิตแม่เหล็ก NdFeB แบบกำหนดเอง เพื่อเสนอทางแก้ปัญหาเฉพาะทางให้กับผู้ผลิตยานยนต์ไฟฟ้า ความชำนาญในด้าน การออกแบบแม่เหล็ก และการเลือกวัสดุช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพของมอเตอร์ที่เหมาะสม พร้อมทั้งเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เข้มงวด

ผลกระทบต่อสมรรถนะของรถยนต์ไฟฟ้า

การนำแม่เหล็ก NdFeB คุณภาพสูงมาใช้งานส่งผลโดยตรงต่อเกณฑ์สำคัญ เช่น การเร่งความเร็ว ระยะทาง และประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น

• มอเตอร์ขับเคลื่อนของ Tesla Model 3 ใช้แม่เหล็ก NdFeB เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดมากกว่า 97% ซึ่งเทียบเท่ากับระยะทางวิ่งได้สูงสุดถึง 358 ไมล์ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง
• Audi e-tron GT ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็ก NdFeB ขั้นสูงเพื่อสร้างแรงม้า 590 ตัว และสามารถเร่งจาก 0 ถึง 60 ไมล์ต่อชั่วโมงภายในเวลาเพียง 3.3 วินาที

กรณีศึกษา: แม่เหล็กเผาติดของบริษัท Anhui Hanhai สำหรับมอเตอร์ที่ประหยัดพลังงาน

Anhui Hanhai Magnetic Technology ผู้ผลิตชั้นนำด้าน แม่เหล็กเซรามิก NdFeB ที่เผาแข็ง มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีมอเตอร์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า (EV) กรณีศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กที่ออกแบบอย่างแม่นยำสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความสามารถในการทำงานได้อย่างไร

กระบวนการผลิตแม่เหล็กชนิด Sintered NdFeB

แม่เหล็ก Sintered NdFeB ถูกผลิตผ่านกระบวนการพิเศษที่ประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้

• การหล่อโลหะผง ขั้นตอนผสมและกดผง: ผงเนื้อโลหะนีโอเดเมียม เหล็ก และโบรอนถูกผสมเข้าด้วยกัน จากนั้นจึงถูกกดให้เป็นรูปทรงตามต้องการ
• การเผาอัด ขั้นตอนเผาความร้อน: ผงที่ถูกกดแล้วจะถูกนำไปเผาที่อุณหภูมิสูง เพื่อสร้างโครงสร้างที่แน่นหนาและมีผลึกสมบูรณ์
• การกลึงและการเคลือบผิว ขั้นตอนการกลึงและเคลือบ: แม่เหล็กจะถูกกลึงให้มีขนาดแม่นยำตามแบบ และทำการเคลือบผิวเพื่อป้องกันการกัดกร่อนและการเสียสภาพของแม่เหล็ก

กระบวนการดังกล่าวทำให้ได้แม่เหล็กที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กและโครงสร้างที่แข็งแรงทนทาน ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง เช่น มอเตอร์ในรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

การประยุกต์ใช้ในมอเตอร์ที่ประหยัดพลังงาน

แม่เหล็กซินเทอร์รีด NdFeB ของ Anhui Hanhai ถูกรวมเข้าไว้ในมอเตอร์ของผู้ผลิต EV รายใหญ่หลายราย ได้แก่:

• บีวายดี : รถยนต์ที่ใช้แบตเตอรี่ Blade Battery ใช้แม่เหล็กของ Anhui Hanhai เพื่อให้ได้มอเตอร์ประสิทธิภาพสูงกว่า 95%
• เนียว : ES8 SUV มีการใช้แม่เหล็กเหล่านี้เพื่อให้ขับเคลื่อนได้ระยะทาง 311 ไมล์ และเร่งความเร็วอย่างรวดเร็ว

มอเตอร์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่า แม่เหล็กเซรามิก NdFeB ที่เผาแข็ง ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานอย่างมาก ลดการเกิดความร้อนและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

นวัตกรรมร่วมกัน

Anhui Hanhai ทำงานร่วมกับผู้ผลิตมอเตอร์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าโดยตรง เพื่อปรับแต่งการออกแบบแม่เหล็กให้เหมาะสมกับโครงสร้างมอเตอร์เฉพาะ เช่น:

• รูปแบบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กแบบกำหนดเองเพื่อเพิ่มแรงบิดต่อหน่วยปริมาตร
• สารเคลือบที่ทันสมัยเพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนและความทนทานต่อการกัดกร่อน

ความร่วมมือนี้เน้นย้ำถึงความสำคัญในการผสานรวม ความเชี่ยวชาญด้านแม่เหล็ก เข้าสู่กระบวนการพัฒนายานยนต์ไฟฟ้าโดยรวม

ความท้าทายของผู้ผลิตอุปกรณ์ดั้งเดิม (OEM): ปัญหาการขาดแคลนอนุโลหะหายากทำให้การผลิต EV ในอินเดียล่าช้า

การเปลี่ยนผ่านไปสู่รถยนต์ไฟฟ้าในระดับโลกได้เปิดเผยจุดอ่อนใน ห่วงโซ่อุปทานของอนุโลหะหายาก โดยเฉพาะประเทศอย่างอินเดียที่พึ่งพาการนำเข้าเป็นหลัก

การพึ่งพาอนุโลหะหายาก

แม่เหล็กชนิด NdFeB ต้องการ นีโอดีม และ ไดสโปรเซียม —ธาตุอนุโลหะหายากสองชนิดที่ส่วนใหญ่ขุดและแปรรูปในประเทศจีน โดยประมาณ 80% ของอุปทานอนุโลหะหายากทั่วโลกมีแหล่งกำเนิดจากจีน ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายทางภูมิรัฐศาสตร์และการดำเนินงานแก่ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้า

ผลกระทบต่อการผลิตยานยนต์ไฟฟ้าในอินเดีย

แผนการณ์อันทะเยอทะยานของอินเดียในการเปลี่ยนระบบขนส่งเป็นพลังงานไฟฟ้าได้เผชิญอุปสรรคจาก

• การหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทาน : ความตึงเครียดทางการค้าและการจำกัดการส่งออกทำให้เกิดการขาดแคลนแม่เหล็ก NdFeB คุณภาพสูง
• ต้นทุนเพิ่มสูงขึ้น : ราคาของเนียดิเมียมและดีสโพรเซียมมีความผันผวนอย่างมาก ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตของผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ในอินเดีย เช่น Tata Motors และ Mahindra Electric เพิ่มขึ้น
• ความล่าช้าในการผลิต : รถยนต์ไฟฟ้าหลายรุ่นประสบความล่าช้า เนื่องจากผู้ผลิตต้องแข่งขันกันหาซัพพลายเออร์แม่เหล็กสำรอง

กลยุทธ์การบรรเทา

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ อินเดียกำลังพิจารณาแนวทางดังนี้:

• การทำเหมืองภายในประเทศ : โครงการพัฒนาเหมืองแร่ธาตุหายากในรัฐ Odisha และ Jharkhand
• เทคโนโลยีการรีไซเคิล : ความร่วมมือกับบริษัทต่างๆ เช่น AIM Magnet เพื่อสำรวจ การรีไซเคิลแม่เหล็กแร่ธาตุหายาก , ซึ่งสามารถกู้คืนธาตุสำคัญได้สูงถึง 95% จากแม่เหล็กที่หมดอายุการใช้งานแล้ว
• การกระจายแหล่งซัพพลาย : ความร่วมมือกับประเทศต่างๆ เช่น ออสเตรเลีย และสหรัฐอเมริกา เพื่อให้มั่นใจได้ถึงแหล่งแร่ธาตุหายากสำรองอื่นๆ

ทางเลือก: ข้อจำกัดของแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ในเรื่องประสิทธิภาพและขนาด

ในขณะที่ แม็กเนตฟอริต เป็นทางเลือกที่ประหยัดกว่าเมื่อเทียบกับ NdFeB แต่ข้อจำกัดบางประการทำให้ไม่เหมาะกับการใช้งาน EV ที่ต้องการสมรรถนะสูง

คุณสมบัติของแม่เหล็กเฟอร์ไรต์

แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ ประกอบด้วยออกไซด์ของเหล็กและบารีเยียมหรือสตรอนเทียม มีคุณสมบัติดังนี้:

• ราคาถูก : มีราคาประมาณ 1/10 เท่าของแม่เหล็ก NdFeB
• ความต้านทานการกัดกร่อน : มีความต้านทานต่อสนิมและการเกิดออกซิเดชันตามธรรมชาติ
• การวางจำหน่ายทั่วไป วัตถุดิบมีอยู่มากและกระจายตัวทั่วโลก

 อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุนี้แย่กว่า NdFeB อย่างชัดเจน

• ผลิตภัณฑ์พลังงานต่ำ แม่เหล็กเฟอร์ไรต์มีค่าผลิตภัณฑ์พลังงานสูงสุด (BH)max เท่ากับ 1-5 MGOe เมื่อเทียบกับ NdFeB ซึ่งให้ค่า 35-52 MGOe
• ความเสถียรเมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูงไม่ดี แม่เหล็กจะสูญเสียคุณสมบัติแม่เหล็กเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 200°C ซึ่งจำกัดการใช้งานในแอปพลิเคชันกำลังสูง

ประสิทธิภาพและการออกแบบขนาด

ในมอเตอร์สำหรับขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า การใช้แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ทำให้เกิด

• ขนาดมอเตอร์ใหญ่ขึ้น เพื่อให้ได้แรงบิดเทียบเท่า มอเตอร์ที่ใช้แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ต้องมีขนาดใหญ่กว่ามอเตอร์ NdFeB ถึง 2-3 เท่า
• ประสิทธิภาพลดลง : มอเตอร์เฟอร์ไรต์โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพการดำเนินงานอยู่ที่ 85-90% เมื่อเทียบกับมอเตอร์ NdFeB ซึ่งมีประสิทธิภาพ 95-97%
• ความหนาแน่นพลังงานต่ำกว่า : ส่งผลให้การเร่งความเร็วและสมรรถนะโดยรวมของยานพาหนะลดลง

การใช้งานที่แม่เหล็กเฟอร์ไรต์โดดเด่น

: แม้ว่าจะมีข้อจำกัดแต่แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ยังคงเหมาะสมสำหรับ:

• การใช้งานที่ใช้กำลังไฟฟ้าต่ำ : เช่น ที่ปัดน้ำฝน กระจกไฟฟ้า และระบบปรับอากาศในยานพาหนะ
• ตลาดที่คำนึงถึงต้นทุนเป็นหลัก : โดยที่ระยะทางและการทำงานไม่ได้เป็นปัจจัยสำคัญ

สรุป

แม่เหล็ก NdFeB มีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อความสำเร็จของยานยนต์ไฟฟ้า ช่วยให้เกิดประสิทธิภาพและความสามารถในการขับขี่ที่ผู้บริโภคต้องการ แม้ว่าจะมีความท้าทายอย่างเช่นปัญหาการขาดแคลนแร่ธาตุหายากและต้นทุนวัสดุที่สูง แต่นวัตกรรมในด้านการออกแบบแม่เหล็ก การนำกลับมาใช้ใหม่ และวัสดุทางเลือกอื่น ๆ จะเป็นตัวกำหนดอนาคตของเทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า

บริษัทต่างๆ เช่น AIM Magnet  ขับเคลื่อนวิวัฒนาการนี้ต่อไป โดยนำเสนอเทคโนโลยีขั้นสูง แม่เหล็กนีโอดิเมียม และ โซลูชันแม่เหล็ก ที่ขับเคลื่อนยุคหน้าของการขนส่งที่ยั่งยืน เมื่ออุตสาหกรรมเติบโตขึ้น ความสมดุลเชิงกลยุทธ์ระหว่างสมรรถนะ ต้นทุน และความยั่งยืน จะยังคงมีความสำคัญต่อการเร่งการยอมรับรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลก