Magneti ad alte prestazioni nei motori dei veicoli elettrici

7 Febbraio 2025

Magneti ad alte prestazioni nei motori dei veicoli elettrici

Il panorama globale dell'industria automobilistica è stato trasformato dall'introduzione dell'energia elettrica per il funzionamento dei veicoli. L'uso di motori elettrici nei veicoli ha reso il trasporto più economico, efficiente, ecologico e sostenibile. L'elemento principale dei veicoli elettrici è il motore elettrico che alimenta i veicoli attraverso la conversione dell'energia elettrica in energia meccanica. L'efficienza, la densità di potenza, la densità di potenza e le prestazioni dei motori elettrici dipendono dalla qualità dei magneti utilizzati, poiché i magneti sono gli elementi principali dei motori.

I magneti dotati di maggiore forza magnetica e capacità di resistenza alla smagnetizzazione vengono generalmente utilizzati nei motori dei veicoli elettrici. SmCo (samario cobalto) e NdFeB (neodimio ferro boro) sono magneti di terre rare che hanno un'elevata forza magnetica e resistenza alla smagnetizzazione e sono selezionati per la produzione di motori elettrici. L'applicazione di questi magneti ha reso i motori elettrici più leggeri, compatti e capaci di generare un'elevata coppia a diverse condizioni di carico o velocità (bassa e alta velocità). La compattezza e la proprietà di leggerezza li hanno resi i motori più adatti e preziosi per i veicoli elettrici. Grazie alle proprietà uniche dei magneti di terre rare, la domanda di motori elettrici dei veicoli aumenterà. Le industrie automobilistiche richiedono magneti ad alta resistenza e alta qualità per i veicoli elettrici a causa del ridotto consumo di energia e delle soluzioni economiche. La domanda di magneti ad alte prestazioni è in aumento anche perché le persone stanno adottando più veicoli elettrici a causa del minor consumo di energia, delle migliori prestazioni di guida e dell'autonomia extra. L'unica dipendenza dai magneti di terre rare è la crescente preoccupazione e sfida dovuta al costo, alla stabilità della catena di fornitura e ad altri fattori ambientali di questi materiali. I ricercatori e gli scienziati stanno lavorando per migliorare le prestazioni e le proprietà dei magneti e stanno anche esplorando nuovi tipi di magneti in modo che in futuro possano essere fornite soluzioni sostenibili. L'uso di magneti di alta qualità non sta rendendo il veicolo elettrico più efficiente, ma anche più sostenibile per il futuro.

Importanza dei veicoli elettrici (EV):

In questa era moderna, la crescita e la domanda di veicoli elettrici sono aumentate a causa delle minori emissioni di carbonio e delle soluzioni energetiche più ecologiche. I diversi paesi stanno introducendo un nuovo tipo di iniziativa e politiche per adottare la tecnologia dei motori elettrici nei veicoli in sostituzione delle fonti energetiche convenzionali. Stanno fornendo sussidi, crediti d'imposta e sviluppo della struttura necessaria per i veicoli elettrici alle persone. Le aziende come Tesla, BYD e Nissan degli Stati Uniti, della Cina e delle unioni europee stanno producendo un gran numero di veicoli elettrici (Ev). Le vendite di veicoli elettrici saranno aumentate fino alla percentuale massima delle vendite attuali dei veicoli convenzionali entro il 2030.

I motori elettrici sono gli elementi principali dei veicoli elettrici che forniscono un'elevata potenza ai veicoli rispetto ai motori a combustione interna convenzionali (motori IC). Il funzionamento più fluido e ad alte prestazioni dei veicoli elettrici dipende dalla qualità e dall'efficienza dei motori elettrici. I motori dei veicoli elettrici sono fondamentalmente i dispositivi che forniscono un'elevata potenza di uscita, efficienza ed equilibrio tra costo e peso. Le esigenze dei motori elettrici stanno aumentando con l'avanzamento della tecnologia dei veicoli elettrici. La coppia istantanea e la migliore maneggevolezza dei motori ad alta efficienza e potenti offrono ai motociclisti un'esperienza di guida migliore. Quindi c'è un disperato bisogno di lavorare sul design innovativo, sui materiali e sul sistema di controllo in modo che i veicoli elettrici diventino più attraenti nel mercato globale.

Ruolo dei magneti ad alte prestazioni:

Introduzione:

I magneti NdFeB (Neodimio Ferro Boro) sono magneti ad alte prestazioni con un potente campo magnetico e forniscono una soluzione leggera e compatta per sistemi come i motori dei veicoli elettrici. I magneti Noedymium Iron Boro (NdFeB) sono i magneti di terre rare con la più forte densità di energia magnetica tra tutti i magneti disponibili sul mercato. Neodimio, ferro e boro sono gli elementi utilizzati per la produzione di magneti Neodimio Ferro Boro. Per le applicazioni in cui sono richieste alta velocità, coppia e compattezza, sono preferiti i magneti Neodimio Ferro Boro (NdFeB).

I magneti ad alte prestazioni sono fondamentali per i motori elettrici per le seguenti proprietà:

Efficienza:

L'efficienza e le prestazioni dei motori elettrici dipendono dal campo magnetico. Perché con il campo magnetico, l'energia elettrica del motore viene convertita in energia meccanica che funge da fonte per il funzionamento dei veicoli elettrici. Il campo magnetico più forte dei magneti rende i motori più efficienti. I magneti al neodimio ferro boro (NdFeB) sono magneti potenti e ampiamente utilizzati per il funzionamento efficiente dei motori elettrici.

Elevata potenza e densità di coppia:

I magneti ad alta coppia e densità di potenza sono utilizzati per i motori elettrici dei veicoli elettrici. I magneti al neodimio ferro boro sono i magneti ad alta coppia e densità di potenza e forniscono la soluzione compatta per i motori dei veicoli elettrici.

Design compatto e leggero:

Il design compatto e leggero dei motori dei veicoli elettrici è la massima priorità degli ingegneri e dei progettisti automobilistici. L'uso di magneti al neodimio ferro boro ha reso il design dei motori elettrici più compatto e leggero senza compromettere l'efficienza e la potenza in uscita.

Avere stabilità e resistenza al calore:

I magneti generalmente utilizzati per i motori elettrici devono avere elevate proprietà di stabilità e resistenza alle condizioni di alta temperatura. I magneti al neodimio ferro boro (NdFeB) hanno elevate proprietà di resistenza e stabilità per condizioni di calore e alta temperatura. Quindi questi magneti sono i più adatti per la produzione di motori elettrici dei veicoli elettrici.

Per motori sincroni a magneti permanenti:

I magneti al neodimio ferro boro (NdFeB) sono ampiamente utilizzati nella produzione di motori sincroni a magneti permanenti, grazie alle loro proprietà uniche, come il campo magnetico più potente e permanente, unito al design compatto e leggero.

Tipi di magneti ad alte prestazioni

Magneti NdFeB (Neodimio Ferro Boro)

I magneti al neodimio ferro boro (NdFeB) sono magneti permanenti di terre rare comunemente usati per varie applicazioni pratiche come nei motori dei veicoli elettrici. Questo tipo di magneti sono fabbricati con la combinazione di elementi (ferro, boro, neodimio) e hanno la formula di Nd2Fe14B e sono famosi per la loro straordinaria forza magnetica e natura permanente. Le proprietà dei magneti al neodimio sono elencate e descritte di seguito:

Natura fragile. I magneti al neodimio ferro boro hanno la caratteristica di essere fragili, il che significa che possono rompersi o fratturarsi se sottoposti a carichi o sollecitazioni.

Compattezza: I design compatti e leggeri dei veicoli elettrici sono generalmente richiesti dai clienti. Quindi la struttura compatta e leggera dei motori elettrici rende i veicoli compatti. I magneti al neodimio ferro boro (NdFeB) sono magneti che possono essere progettati in dimensioni compatte.

Forza magnetica: L'elevata forza magnetica generata può aiutare a raggiungere l'elevata efficienza e le prestazioni dei motori. I magneti NdFeB hanno una forza magnetica maggiore rispetto ad altri magneti disponibili (Alnico e ferrite).

Temperatura di Curie: I magneti NdFeB hanno un basso valore di temperatura di curie e altri materiali vengono mescolati con essi per migliorare la temperatura di curie come desiderato per motori efficienti e stabili.

Resistenza alla corrosione:

I magneti dovrebbero avere la capacità di resistere alla corrosione, ma i magneti al neodimio hanno una minore resistenza alla corrosione e all'ossidazione. Il rivestimento di epossidico, zinco e nichel viene eseguito sulla superficie dei magneti per migliorare la resistenza alla corrosione o all'ossidazione.

Perché i magneti NdFeB sono preferiti per le applicazioni dei veicoli elettrici

Veicoli elettrici efficienti:

I magneti al neodimio ferro boro producono un forte campo magnetico grazie al quale i motori funzionano in modo efficiente. Le perdite di energia dei motori sono ridotte e i veicoli possono coprire la distanza con meno energia. Quindi i magneti al neodimio forniscono la soluzione efficiente dei veicoli elettrici.

Elevata coppia e generazione di accelerazione:

L'elevata forza magnetica dei magneti al neodimio aiuta i motori a raggiungere condizioni di coppia elevata a velocità molto bassa. Ciò significa che i veicoli elettrici con motori con magneti al neodimio e ferro hanno un'elevata risposta e una migliore esperienza per gli utenti.

Bassa vibrazione e rumore:

I motori NdFeB hanno un funzionamento meno rumoroso e senza vibrazioni. Quindi, in questo tipo di motori elettrici si genera meno inquinamento acustico.

Gestione della temperatura:

La temperatura di curie dei magneti NdFeB è inferiore a quella degli altri magneti, quindi la gestione del calore e di altre energie prodotte è semplice. Le prestazioni e l'efficienza dei veicoli vengono mantenute nell'atmosfera difficile.

Compatto e leggero:

L'applicazione dei magneti al neodimio nei motori elettrici ha reso i veicoli elettrici più compatti e leggeri. Questo è il motivo per cui questi magneti sono preferibilmente utilizzati per i motori dei veicoli elettrici.

SmCo (magneti in samario-cobalto)

I magneti al samario-cobalto sono magneti di terre rare e contengono gli elementi di cobalto e samario. Questi magneti sono molto adatti per le condizioni critiche di corrosione e alte temperature. Hanno un'elevata capacità di resistenza alla corrosione ad alte temperature.

Proprietà:

Elevata resistenza alla corrosione

Questi magneti non sono corrosi né ossidati e non necessitano di rivestimenti o strati di protezione dalla corrosione.

Stabilità alle alte temperature

Questi magneti mantengono la loro forza magnetica e altre proprietà fino a un massimo di 350⁰Condizioni di temperatura C.

Fragile

I magneti in samario-cobalto (SmCo) hanno una struttura più fragile rispetto a quella dei magneti in NdFeB.

Questi magneti trovano applicazione nei settori automobilistico, militare, aerospaziale e della produzione di apparecchiature mediche.

Confronto con magneti NdFeB

I magneti in samario-cobalto (SmCo) sono più costosi rispetto ai magneti in NdFeB. I magneti in samario-cobalto hanno una forza magnetica inferiore rispetto a quella dei magneti in neodimio-ferro-cobalto. Tuttavia, le prestazioni dei magneti in samario-cobalto sono superiori a quelle dei magneti in NdFeB a temperature più elevate, poiché i magneti in NdFeB non riescono a mantenere la loro forza magnetica e le loro proprietà.

Applicazione dei magneti nei motori dei veicoli elettrici

I motori BLDC (Brushless DC) e PMSMS (Permanent Magnet Syncous Motors) utilizzano il campo magnetico dei magneti per la generazione di energia e questi motori magnetici permanenti sono comunemente utilizzati nei veicoli elettrici. I magneti di terre rare come il neodimio ferro cobalto e il samario cobalto sono presenti in questo tipo di motori.

Motore sincrono a magneti permanenti (PMSM):

Descrizione e funzionamento.

I PMSM (motori sincroni a magneti permanenti) sono motori elettrici che non hanno avvolgimento e funzionano con l'aiuto del campo magnetico dei magneti permanenti. Il motore è chiamato sincrono perché la frequenza di rotazione del rotore è uguale a quella del campo magnetico permanente. I PMSM hanno un'elevata densità di potenza, efficienza e controllo di precisione sul funzionamento.

Lo statore, il rotore e il sistema di controllo sono i componenti principali del motore sincrono a magnete permanente. C'è un avvolgimento trifase nello statore e produce un campo magnetico quando viene fornita corrente alternata. I magneti permanenti sono lì nel rotore e generano il proprio campo magnetico. Il campo magnetico dello statore crea una rotazione nel rotore. Il sistema di controllo del motore controlla la frequenza e la corrente.

Applicazione di magneti ad alte prestazioni in PMSM.

I magneti ad alte prestazioni aiutano a produrre un'elevata densità di coppia nel motore sincrono a magnete permanente e il design diventa compatto e l'efficienza del motore aumenta anche grazie al campo magnetico più forte. Questi motori sincroni a magnete permanente sono ampiamente utilizzati nell'industria aerospaziale, nei droni, nell'automazione dei processi industriali e di produzione e anche nei veicoli elettrici grazie all'efficienza e alla compattezza.

BLDC (motore DC senza spazzole)

Nei motori Brushless DC sono motori sincroni e azionati dalla potenza della corrente continua (DC e il controller (elettronico) è utilizzato per il controllo del funzionamento. Non ci sono spazzole utilizzate in questi motori. Lo statore, il rotore e il controller elettronico sono i componenti principali dei motori Brushless DC. Lo statore è una parte statica contenente le bobine di filo che scorrono in corrente. I magneti permanenti sono presenti nel rotore e il controller elettronico è utilizzato per controllare il funzionamento.

L'efficienza e le prestazioni dei motori sono migliorate

I magneti hanno un impatto o un effetto sulle prestazioni e l'efficienza del motore BLDC:

Maggiore densità di potenza

I magneti permanenti (terre rare) producono un'elevata densità di potenza e garantiscono un funzionamento perfetto.

Funzionamento efficiente

I magneti permanenti non necessitano di alcuna fonte di energia esterna per funzionare, pertanto il funzionamento dei motori elettrici diventa più efficiente grazie al campo magnetico dei magneti permanenti.

Alte prestazioni

I magneti permanenti garantiscono elevata efficienza e prestazioni in condizioni di velocità elevata e variabile.

Minore manutenzione

Questi motori non hanno spazzole e funzionano tramite campo magnetico, quindi richiedono meno manutenzione.

Funzionamento silenzioso

Il funzionamento di questi motori è silenzioso grazie al campo magnetico dei magneti.

Vantaggi dei magneti ad alte prestazioni nei motori dei veicoli elettrici

Maggiore efficienza:

I magneti NdFeB producono un campo magnetico più forte con una quantità minima di energia nei motori elettrici e rendono il funzionamento indipendente dall'energia esterna o dalla fonte di alimentazione. Quindi il processo del motore elettrico è totalmente gestito dal campo magnetico. Quindi l'efficienza dei motori elettrici è aumentata. L'efficienza energetica complessiva dei motori è aumentata perché la potenza del motore è totalmente gestita con l'aiuto del campo magnetico. Una quantità minore di energia è utilizzata nel funzionamento. Anche l'autonomia di guida dei veicoli è aumentata.

Densità di potenza migliorata:

La densità di potenza dei motori elettrici è migliorata con l'uso di magneti permanenti perché forniscono un'elevata potenza in uscita con dimensioni più piccole e compatte. Il peso del veicolo è ridotto con l'uso di motori a magneti permanenti.

Maggiore durata:

La durata dei motori dei veicoli elettrici è aumentata grazie ai magneti permanenti ad alte prestazioni, che hanno la capacità di resistere alla smagnetizzazione per un tempo più lungo e di mantenere le proprietà magnetiche in condizioni di alta temperatura.

Tendenze e innovazioni future

Avanzamento nella progettazione dei materiali magnetici

Si stanno svolgendo ricerche e sviluppo sulla progettazione e lo sviluppo di nuovi tipi di materiali magnetici in modo che le richieste dei magneti possano essere soddisfatte in futuro. Poiché l'uso dei magneti sta aumentando di giorno in giorno a causa delle ampie applicazioni nell'energia rinnovabile, negli strumenti di archiviazione dati, nei sensori e nei motori elettrici. I materiali magnetici morbidi, i materiali nanomagnetici, i materiali magnetici ad alta temperatura, le leghe magnetiche a memoria di forma e i materiali magnetici multifunzionali sono oggetto di ricerca e in fase di sviluppo per applicazioni future.

Nuovi materiali da sostituire

I materiali in nitruro di ferro forniscono proprietà simili ai magneti in terre rare, quindi questi materiali possono essere usati al posto dei magneti in terre rare. Le leghe MnBi e MnAl possono essere usate al posto dei magneti in neodimio ferro boro.

Le nuove tecniche e i nuovi metodi di ricerca vengono utilizzati per rendere i magneti innovativi e sostenibili, realizzando attività sperimentali e di ricerca di qualità.

Conclusione

L'introduzione di magneti ad alte prestazioni nei motori elettrici dei veicoli elettrici ha reso il funzionamento dei veicoli più efficiente in termini di energia e potenza. I magneti ad alte prestazioni (terre rare, SmCo e neodimio) hanno un ruolo significativo nel trasformare il mondo verso i veicoli elettrici. Le prestazioni, la densità di potenza, la gamma di accelerazione e guida dei veicoli elettrici sono state aumentate con questi magneti ad alte prestazioni. Sono in corso nuove ricerche e sviluppi per migliorare le proprietà dei magneti attualmente disponibili e la scoperta di nuovi materiali magnetici.