Astemo pokazuje projekt silnika bez materiałów ziem rzadkich
Jak podaje komunikat prasowy firmy Astemo opracowuje nowy silnik bez pierwiastków ziem rzadkich, który zmniejsza ryzyko związane z zasobami.
Połączenie magnesów bez pierwiastków ziem rzadkich i synchronicznych silników reluktancyjnych z napędów głównych i pomocniczych umożliwia szeroki zakres wyjść.
Jak czytamy w komunikacie prasowym:
” Firma Astemo, Ltd. (dalej „Astemo”) opracowała nowy silnik do pojazdów elektrycznych*1co znacząco zmniejsza ryzyko związane z zasobami poprzez wyeliminowanie stosowania pierwiastków ziem rzadkich.*2Wykorzystując układ synchronicznego silnika reluktancyjnego, który generuje siłę obrotową poprzez indukcję magnetyzmu w obracającym się rdzeniu wirnika (żelaznym), osiąga on wysoką moc wyjściową dzięki zastosowaniu magnesów bez pierwiastków ziem rzadkich w głównym silniku napędowym, który jest stale napędzany. Umożliwia to zastąpienie konwencjonalnych silników z magnesami trwałymi w układach napędowych pojazdów elektrycznych (BEV), które wykorzystują duże ilości pierwiastków ziem rzadkich. W tym rozwiązaniu główny silnik napędowy – zaprojektowany do ciągłego wytwarzania siły napędowej – osiągnął wysoką moc wyjściową 180 kW dzięki osadzeniu magnesów bez pierwiastków ziem rzadkich. Do pomocniczego silnika napędowego, używanego do wspomagania, zastosowano synchroniczny silnik reluktancyjny, aby wyeliminować straty energii podczas obrotów wybiegowych, co daje łączną moc wyjściową 315 kW. Synchroniczne silniki reluktancyjne mają znaleźć praktyczne zastosowanie około 2030 roku, a ich wprowadzenie do pojazdów produkowanych masowo byłoby pierwszym tego typu osiągnięciem na świecie.*3.
- *1 BEV: Pojazd elektryczny zasilany akumulatorem
- *2 17 pierwiastków występujących głównie w okresach od 4 do 6 układu okresowego.
- *3 Stan na październik 2025 r., według Astemo.
Konwencjonalne silniki BEV w znacznym stopniu wykorzystują magnesy trwałe w wirniku – wykonane z pierwiastków ziem rzadkich, takich jak neodym (magnesy neodymowe) – do generowania silnych pól magnetycznych. Jednak pierwiastki ziem rzadkich wiążą się ze znacznym ryzykiem geopolitycznym, a zapewnienie stabilnych dostaw stanowi wyzwanie. Z drugiej strony, magnesy ferrytowe niezawierające pierwiastków ziem rzadkich, choć łatwo dostępne, mają siłę magnetyczną równą jednej trzeciej lub mniej. Oznacza to, że silnik musiałby zostać potrojony, aby osiągnąć taką samą moc wyjściową jak silniki konwencjonalne. W odpowiedzi na to zastosowano silniki indukcyjne i silniki z magnesami trwałymi, które nie wykorzystują magnesów trwałych. Ponieważ jednak wykorzystują one elektromagnesy do generowania siły magnetycznej wirnika, wymagają one znacznych ilości miedzi w wirniku. Wraz z rosnącą popularnością energii odnawialnej i pojazdów elektrycznych, stwarza to potencjalne ryzyko dla zasobów silników indukcyjnych i z magnesami trwałymi, z potencjalnymi niedoborami miedzi w dostawach.
Dlatego firma Astemo opracowała nowy synchroniczny silnik reluktancyjny jako zrównoważoną alternatywę. Ten nowy silnik generuje siłę obrotową, wykorzystując różnice w oporze magnetycznym (reluktancji) zależne od kształtu rdzenia wirnika. Dzięki opracowaniu struktury „strumienia wielowarstwowego”, która dzieli ścieżkę transmisji siły magnetycznej na wiele warstw i precyzyjnie steruje prądem, aby formować bieguny magnetyczne w rdzeniu wirnika, możliwe jest kompensowanie dużej siły magnetycznej generowanej przez magnesy neodymowe. Formowanie biegunów magnetycznych w rdzeniu wirnika wymaga większego przepływu prądu przez cewki stojana, który jest nieruchomą częścią silnika, co stanowi wyzwanie w zakresie nagrzewania się cewek. Firma Astemo skutecznie ograniczyła wzrost wytwarzania ciepła w silniku, opracowując konstrukcję, która zanurza szczeliny i końce zawierające cewki w oleju chłodzącym.
Jeśli chodzi o moc wyjściową, w przypadku głównego silnika napędowego używanego stale w pojazdach elektrycznych (BEV), synchroniczny silnik reluktancyjny wspomagany magnesami, wykorzystujący magnesy ferrytowe jako element pomocniczy, osiąga moc wyjściową 180 kW, jednocześnie ograniczając wzrost rozmiarów do 30% w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami z magnesami trwałymi z metali ziem rzadkich. W przypadku silnika napędu pomocniczego opracowaliśmy synchroniczny silnik reluktancyjny, który w ogóle nie wykorzystuje magnesów. Ponieważ magnesy wbudowane w napęd pomocniczy mogą działać jako siła hamująca podczas wybiegu wirnika napędu głównego, skutkowałoby to stratami energii. W związku z tym napęd pomocniczy działa tylko wtedy, gdy jest potrzebny do wspomagania mocy do 135 kW, ograniczając całkowite zużycie energii całego układu napędowego pojazdu elektrycznego (BEV).” .
Jak czytamy dalej: ” Nowo opracowany silnik bez pierwiastków ziem rzadkich zapewnia wydajność porównywalną z konwencjonalnymi silnikami BEV, jednocześnie wzmacniając portfolio elektrycznych układów napędowych Astemo. Zmniejsza on ryzyko związane z zakupami i zmienność cen związaną z trudno dostępnymi zasobami, takimi jak pierwiastki ziem rzadkich, umożliwiając stabilne zasilanie silników. Co więcej, redukując straty energii w całym układzie napędowym BEV – zarówno w napędzie głównym, jak i pomocniczym – ogranicza zużycie energii w szerokim zakresie scenariuszy jazdy.
Nowo opracowany synchroniczny silnik reluktancyjny zostanie zaprezentowany na targach Japan Mobility Show 2025, które odbędą się w Tokyo Big Sight od 30 października 2025 r.
Astemo będzie nadal rozwijać technologie zwiększające wartość mobilności nowej generacji i przyczyniające się do realizacji idei zrównoważonego społeczeństwa i lepszego życia poprzez dostarczanie zaawansowanych rozwiązań w zakresie mobilności, które są niezwykle wydajne i ograniczają nasz wpływ na środowisko.”
źródło: https://www.astemo.com/en/news/20251027-01/
Jak widać rozwój silników elektrycznych jest zdecydowanie szybszy niż zakładano początkowo. W pierwszych latach po pandemii covid19 przewidywano, że nowe silniki elektryczne będą dostępne dopiero w drugiej połowie lat 30′ XXI wieku. Teraz widać, jak szybko świat się zmienia. Czy to oznacza, że tak szybko rozwój może się wypalić przez rokiem 2030? Tego nikt nie może teraz przewidywać – natomiast musimy mieć otwarte umysły by jeszcze szybciej przygotowywać się na nowe silniki jakie będą wdrażane w najbliższych latach.