テスラモーターはレアアース磁石を低性能フェライトに置き換えることを検討する可能性がある

Jun 27, 2023

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サプライチェーンの問題と環境への懸念から、テスラのパワートレイン部門は電気モーターから希土類磁石を取り除くことに取り組んでおり、代替品を探している。

テスラはまだ完全に新しい磁石材料を発明していないため、しばらくは既存の技術を使用する可能性があり、安価で製造が容易なフェライトを使用する可能性が最も高いです。

フェライト磁石を慎重に配置し、モーター設計の他の側面を調整することにより、レアアース駆動モーターの特性の多くを再現できます。この場合、モーターの重量は車の総重量と比較して約 30% 増加しただけです。

その違いは小さいかもしれません。

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新しい磁石材料は、次の 3 つの基本特性を持つ必要があります。1) 磁性である必要があります。2) 他の磁場の存在下でも磁性を維持します。 3) 高温に耐えることができます。

Tencent Technology News のニュースでは、電気自動車メーカーのテスラは、自動車モーターにレアアース元素は今後使用されないと発表しました。つまり、テスラを好むエンジニアは創造性を発揮して代替品を見つける必要があるということです。

先月、テスラのインベスターデーイベントでイーロン・マスク氏は「マスタープランパートIII」を発表した。その中には、物理学の分野で話題を呼んだ小さなディテールがあります。テスラのパワートレイン部門幹部のコリン・キャンベル氏は、サプライチェーンの問題とレアアース磁石の生産による過剰な悪影響が原因で、彼のチームがモーターからレアアース磁石を除去することに取り組んでいると発表した。

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これを達成するために、キャンベル氏は、レアアース 1、レアアース 2、レアアース 3 という巧妙なラベルが付けられた 3 つの謎の物質を含む 2 枚のスライドを提示しました。最初のスライドはテスラの現状を表しており、テスラでは 0.5 キログラムから 10 グラムの物質が使用されています。各車両。 2 番目のスライドでは、使用される希土類元素の数がゼロになります。

電子の動きによる特定の物質の不思議な力を研究する磁気学者にとって、レアアース 1、つまりネオジムの正体は簡単に特定できます。この金属を鉄やホウ素などの一般的な元素に添加すると、強力な常時磁場を生成することができます。しかし、この品質を備えた材料はほとんどなく、2,000 キログラム以上の傷を動かすのに十分な大きさのテスラ車を製造する材料や、産業用ロボットから戦闘機に至るまで、他の多くのものの磁場にはレアアース元素がほとんど含まれていません。テスラが重要なら

モーターからネオジムやその他の希土類元素を除去するには、代わりにどの磁石を使用しますか?

物理学者にとって確かなことは、テスラがまったく新しい磁石材料を発明したわけではないということです。 NIron Magnetics社の戦略担当エグゼクティブバイスプレジデントであるアンディ・ブラックバーン氏は、「100年以上経っても、新しい商用磁石を入手できる機会は数えるほどしかないかもしれない」と語った。 NIronMagnetics は、次のチャンスを掴もうとしている数少ないスタートアップ企業の 1 つです。

ブラックバーン氏らは、テスラがはるかに強力ではない磁石の使用を決定した可能性が高いと考えている。さまざまな可能性の中で、最も有力な候補はフェライトです。フェライトは鉄と酸素で構成され、ストロンチウムなどの金属を少量混ぜたセラミックです。 20世紀の50年代から世界中で安価で簡単に製造できるようになりました。

冷蔵庫のドアはこのようにして作られています。

しかし、体積で見ると、フェライトの磁力はネオジム磁石の 10 分の 1 しかないため、新たな疑問が生じます。テスラ初代幹部のイーロン・マスク氏は常に妥協を許さないことで知られているが、テスラがフェライトに切り替えるつもりなら、何かを作らなければならないようだ

ある程度の譲歩。電気自動車の動力はバッテリーだと思われがちですが、実際には電気自動車を動かすのは電磁気です。テスラ社と磁気ユニット「テスラ」の両方が同じ人物にちなんで名付けられているのは偶然ではありません。電子がモーター内のワイヤーを流れるとき回転すると、反対の磁力を押す電磁場が発生し、モーターのシャフトが車輪を回転させます。

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テスラ車の後輪の場合、これらの力は永久磁石を備えた電気モーターによって提供されます。永久磁石はモーターの一種で、周囲の電子の巧妙なスピンのおかげで、電流を入力しなくても磁場を安定させる奇妙な材料です。原子。 Special Sla は、バッテリーの航続距離やトルクをアップグレードせずにバッテリー寿命を延ばすために、約 5 年前にこれらの磁石を車に追加し始めました。これ以前は、同社は電磁石を中心に製造された誘導モーターを使用しており、その中を電磁石が通過していました。

電気を消費することで磁気が発生します。フロントモーター搭載モデルは現在もこのモデルを採用しています。

レアアースと磁石を放棄するというテスラの動きは少し奇妙に思えるかもしれない。自動車会社は乾燥効率にこだわることが多く、特に電気自動車の場合、航続距離に対する恐怖心をドライバーに克服してもらうのに依然として苦労しています。しかし自動車メーカーに関しては

電気自動車の生産拡大が始まり、以前は非効率すぎると考えられていた多くのプロジェクトが再び浮上している。

これにより、テスラを含む自動車メーカーは、リン酸鉄リチウム（LFP）電池を使用する自動車をより多く生産するようになりました。コバルトやニッケルなどの元素を含むバッテリーは、バッテリーよりも航続距離が短くなる傾向があります。これは古い技術ですが、

重量が重くなり、収納容量が減ります。低速電力で駆動する現在のモデル 3 の航続距離は 272 マイル (約 438 km) ですが、より高性能なバッテリーを搭載した長距離モデル S の航続距離は 400 マイル (640 km) に達します。しかし、リン酸鉄リチウム電池を採用することは、より高価な、あるいは政治的リスクを伴う物質の使用を避けることができるため、より賢明な商業的選択である可能性があります。

ただし、テスラが単にフェライトのような磁石をもっと悪いものに置き換えるだけで、それ以外は何も変えることはありそうにありません。ウプサラ大学の物理学者アレナ・ヴィシュナ氏は、「車の鉄の中に巨大な磁気を運ぶことになる。幸いなことに、モーターは非常に複雑な機械であり、理論的には、使用時の影響を軽減するために列を再配置できる他の多くの部品で構成されている」と語った。弱い磁石。

材料会社 Proterial は、コンピュータモデルにおいて、フェライト磁石を慎重に配置し、モーターセットを調整することで最近決定しました。他の側面では、希土類駆動モーターの多くの性能指標を再現できます。この場合、モーターのみの重量が約 30% 増加しますが、車両全体の重量と比較すると、その差は小さい可能性があります。

こうした頭痛の種にもかかわらず、自動車会社にはレアアース元素を放棄する理由がたくさんありますが、それができる場合に限ります。レアアース市場全体の価値はアメリカの卵市場とほぼ同じであり、理論的には、レアアースプライムは世界中で採掘、加工、磁性鉄への変換が可能であるが、実際にはこれらのプロセスには多くの課題がある。

鉱物アナリストでレアアース時計の人気ブロガーであるトーマス・クラマー氏は、「これは100億ドルの取引だ。しかし、毎年生み出される製品の価値は2兆ドルから3兆ドルの間であり、これは大きなてこだ」と述べた。この物質は数キログラムしか含まれておらず、これを除去すると、エンジン全体を再設計しない限り、車は運転できなくなることを意味します。」

米国と欧州はこのサプライチェーンを多様化しようとしている。 21世紀初頭に閉鎖されたカリフォルニアのレアアース鉱山が最近再開された

かつては世界のレアアースの15パーセントを供給していた。米国では、政府機関、特に国防総省は航空機や衛星などの設備を必要としています。

強力な磁石を提供する同社は、国内および日本やヨーロッパなどの地域のサプライチェーンへの投資に熱心です。しかし、成功を考えると、これは数年、場合によっては数十年かかるゆっくりとしたプロセスです。同時に、自動車や風力タービンなどの脱炭素化ツールに磁石を組み込む需要も高まっています。

市場調査機関アダマスインテリジェンスによると、現在レアアースの12％が新興市場である電気自動車に使用されている。同時に、レアアースの価格は激しく変動することが多く、外部企業はこれらの要因を予測できないことがよくあります。

プレーン。

テキサス大学オースティン校で磁性材料を研究する物理学者ジム・チェリコウスキー氏は、要約すると、「代替製品が見つかる業界にいるのであれば、それは異常なことかもしれない」と述べた。しかし、同氏は、探索はフェライトよりも優れていたと述べた。希土類磁石のより良い代替品にはさまざまな理由がある。課題は、3 つの基本的な特性を持つ材料を見つけることです。1) 磁性がある必要があります。 2) 他の磁場の存在下でも磁性を持ち続けます。 3) 高温に耐えることができます。熱磁石はもはや磁石ではありません。

研究者は、どの化学元素が良い磁石を作るかをよく知っていますが、潜在的な原子配置は数百万通りあります。一部のいわゆるマグネットハンターは、何十万もの考えられる材料から始めて、レアアースを含む材料を除外し、次に機械学習を使用して残りの材料の磁気特性を予測するというアプローチを採用しています。昨年末、Chelikows Keyらは、は、このシステムを使用して、コバルトを含む新しい高磁性材料を作成しました。多くの場合、最大の課題は、製造が簡単な新しい磁石を見つけることです。ウプサラ大学のヴィシナ氏は、マンガンを含む磁石など、新しく開発された磁石の一部は有望だが不安定だと説明した。他の場合には、科学者は材料が非常に磁性であることを知っていますが、それを大量に作ることはできません。これらには、隕石からのみ発見されるニッケルと鉄の化合物であるテトラゴナイトが含まれます。テトラゴナイトは、原子を適切な状態に正確に配置するために数千年にわたるゆっくりとした冷却を経る必要があります。研究室では、プロセスをより迅速に進めるための取り組みが進行中ですが、まだ実を結んでいません。

マグネット起動 Niron: すべてコピーして一部を検索します。同社は、理論的にはネオジムと比較して磁性が高い窒化鉄磁石を製造していると述べている。しかし、これは揮発性の物質でもあり、望ましい形で製造したり保存したりすることが困難です。ブラックバーン氏は、同社は進歩しているものの、テスラの次世代自動車に使用できるほど強力な磁石を製造することはできないと述べた。同氏によると、最初のステップは、新しい磁石をサウンドシステムなどの小型デバイスに組み込むことだという。

鉱山アナリストでレアアース時計の人気ブロガーであるトーマス・クラマー氏は、他の自動車メーカーがテスラのレアアース放棄の動きに追随するかどうかは不透明だと述べた。国家資格を慎重に移行させることを主張する企業もあれば、別の企業もあるかもしれません。

すべてをコピーして、雲山周口のものを移動するために誘導を使用するいくつかの企業を検索します。テスラでさえ、将来の自動車に数グラムのレアアースを使用し、自動窓、パワーステアリング、ワイパーなどの場所に散在させる可能性がある。

テスラのインベスターデーイベントでは、レアアースの含有量を比較するスライドが、実際には現世代車全体と将来の自動車全体を比較するものであったが、これは宣伝行為である可能性がある。テスラのような回避策は開発中です。モーターのレアアース材料を置き換えるのは良いことかもしれませんが、クラマー氏が言うように、「残念ながら十分な時間がありません。」

終わり