Ímãs de alto desempenho em motores de veículos elétricos

Ímãs de alto desempenho em motores de veículos elétricos

Ímãs de alto desempenho em motores de veículos elétricos

O cenário global da indústria automotiva foi transformado pela introdução da energia elétrica para a operação de veículos. O uso de motores elétricos nos veículos tornou o transporte mais econômico, eficiente, ecológico e sustentável. O elemento principal dos veículos elétricos é o motor elétrico que alimenta os veículos por meio da conversão de energia elétrica em energia mecânica. A eficiência, densidade de potência, densidade de potência e desempenho dos motores elétricos dependem da qualidade dos ímãs usados, pois os ímãs são os principais elementos dos motores.

 

Os ímãs com maior força magnética e capacidade de resistência à desmagnetização são geralmente utilizados nos motores dos veículos elétricos. O SmCo (samário cobalto) e NdFeB (neodímio ferro boro) são ímãs de terras raras que têm alta força magnética e resistência à desmagnetização são selecionados para a fabricação de motores elétricos. A aplicação desses ímãs tornou os motores elétricos mais leves, compactos e com capacidade de gerar alto torque em diferentes condições de carga ou velocidade (baixa e alta velocidade). A compactação e a propriedade de peso leve tornaram esses motores mais adequados e valiosos para os veículos elétricos. Devido às propriedades únicas dos ímãs de terras raras, a demanda por motores elétricos dos veículos aumentará. As indústrias automobilísticas estão exigindo ímãs de alta resistência e alta qualidade para veículos elétricos devido ao consumo reduzido de energia e soluções econômicas. As demandas por ímãs de alto desempenho também estão aumentando porque as pessoas estão adotando mais veículos elétricos devido ao menor uso de energia, melhor desempenho de direção e alcance extra. A única dependência de ímãs de terras raras é o aumento de preocupações e desafios devido ao custo, estabilidade da cadeia de suprimentos e outros fatores ambientais desses materiais. Os pesquisadores e cientistas estão trabalhando para melhorar o desempenho e as propriedades dos ímãs e também explorando novos tipos de ímãs para que uma solução sustentável possa ser fornecida no futuro. O uso de ímãs de alta qualidade não está tornando o veículo elétrico mais eficiente, mas também mais sustentável para o futuro.

 

Importância dos veículos elétricos (VEs):

Nesta era moderna, o crescimento e a demanda por veículos elétricos têm aumentado devido a menos emissões de carbono e soluções de energia mais verdes. Os diferentes países estão introduzindo novos tipos de iniciativas e políticas para adotar a tecnologia de motores elétricos nos veículos, substituindo as fontes de energia convencionais. Eles estão fornecendo subsídios, créditos fiscais e desenvolvimento da estrutura necessária para os veículos elétricos para as pessoas. As empresas como Tesla, BYD e Nissan dos EUA, China e sindicatos europeus estão fabricando um grande número de veículos elétricos (Evs). As vendas de veículos elétricos serão aumentadas para a porcentagem máxima da venda atual dos veículos convencionais até 2030.

 

Os motores elétricos são os principais elementos dos veículos elétricos que fornecem alta potência aos veículos em comparação aos motores de combustão interna convencionais (motores IC). A operação mais suave e de alto desempenho dos veículos elétricos depende da qualidade e eficiência dos motores elétricos. Os motores dos veículos elétricos são basicamente os dispositivos que fornecem alta potência de saída, eficiência e equilíbrio entre custo e peso. As necessidades dos motores elétricos estão aumentando com o avanço da tecnologia de veículos elétricos. O torque instantâneo e o melhor manuseio pelos motores de alta eficiência e potentes fornecem a melhor experiência de direção aos pilotos. Portanto, há uma necessidade urgente de trabalhar no design inovador, no material e no sistema de controle para que os veículos elétricos se tornem mais atraentes no mercado global.

 

Função dos ímãs de alto desempenho:

Introdução:

Os ímãs NdFeB (Neodímio ferro boro) são ímãs de alto desempenho com um campo magnético poderoso e fornecem uma solução leve e compacta para sistemas como motores de veículos elétricos. Os ímãs de Noedímio ferro boro (NdFeB) são os ímãs de terras raras com a densidade de energia magnética mais forte entre todos os ímãs disponíveis no mercado. Neodímio, ferro e boro são os elementos usados para a produção de ímãs de Neodímio ferro boro. Para aplicações onde alta velocidade, torque e compactação são necessários, os ímãs de neodímio ferro boro (NdFeB) são preferidos.

 

Ímãs de alto desempenho são essenciais para motores elétricos devido às seguintes propriedades:

 

Eficiência:

A eficiência e o desempenho dos motores elétricos dependem do campo magnético. Porque com o campo magnético, a energia elétrica do motor é convertida em energia mecânica que atua como uma fonte para a operação de veículos elétricos. O campo magnético mais forte dos ímãs torna os motores mais eficientes. Os ímãs de neodímio ferro boro (NdFeB) são ímãs fortes e amplamente usados para a operação eficiente dos motores elétricos.

 

Alta densidade de potência e torque:

Os ímãs de alto torque e densidade de potência são usados para os motores elétricos dos veículos elétricos. Os ímãs de neodímio ferro boro são os ímãs com alto torque e densidade de potência e fornecem a solução compacta para motores de veículos elétricos.

 

Design compacto e leve:

O design compacto e leve dos motores dos veículos elétricos é a principal prioridade dos engenheiros e designers automotivos. O uso de ímãs de neodímio ferro boro tornou o design dos motores elétricos mais compacto e leve sem comprometer a eficiência e a potência de saída.

 

Possuindo estabilidade e resistência ao calor:

Os ímãs geralmente usados para motores elétricos devem ter propriedades de alta estabilidade e resistência contra condições de alta temperatura. Os ímãs de neodímio ferro boro (NdFeB) têm propriedades de alta resistência e estabilidade para condições de calor e alta temperatura. Então, esses ímãs são mais adequados para a fabricação de motores elétricos de veículos elétricos.

 

Para motores síncronos de ímã permanente:

Os ímãs de neodímio ferro boro (NdFeB) são amplamente utilizados na fabricação de motores síncronos de ímã permanente devido às suas propriedades únicas, como o campo magnético mais forte e permanente, além de design compacto e leve.

Tipos de ímãs de alto desempenho

Ímãs de NdFeB (Neodímio Ferro Boro)

Ímãs de neodímio ferro boro (NdFeB) são ímãs permanentes de terras raras comumente usados para várias aplicações práticas, como em motores de veículos elétricos. Esses tipos de ímãs são fabricados com a combinação de elementos (ferro, boro, neodímio) e têm a fórmula de Nd2Fe14B e são famosos por sua extraordinária força magnética e natureza permanente. As propriedades dos ímãs de neodímio são listadas e descritas abaixo:

 

Natureza frágil. Os ímãs de neodímio ferro boro têm a propriedade de serem quebradiços, o que significa que podem quebrar ou fraturar sob a aplicação de carga ou estresse.

 

Compacidade: Os designs compactos e leves dos veículos elétricos são geralmente exigidos pelos clientes. Então, a estrutura compacta e leve dos motores elétricos torna os veículos compactos. Os ímãs de neodímio ferro boro (NdFeB) são ímãs que podem ser projetados no tamanho compacto.

 

Força magnética:  A alta força magnética gerada pode ajudar a atingir a alta eficiência e desempenho dos motores. Os ímãs NdFeB têm mais força magnética do que outros ímãs disponíveis (Alnico e ferrite).

 

Temperatura de Curie:  Os ímãs NdFeB têm baixo valor de temperatura de Curie e outros materiais são misturados a eles para melhorar a temperatura de Curie conforme desejado para motores eficientes e estáveis.

 

Resistência à corrosão:

Os ímãs devem ter capacidade para resistir à corrosão, mas os ímãs de Neodímio têm menos resistência à corrosão e oxidação. O revestimento de epóxi, zinco e níquel é feito na superfície dos ímãs para melhorar a resistência à corrosão ou oxidação.

Por que os ímãs NdFeB são preferidos para aplicações em veículos elétricos

Veículos elétricos eficientes:

Os ímãs de neodímio ferro boro produzem um forte campo magnético devido ao qual os motores funcionam eficientemente. As perdas de energia dos motores são reduzidas e os veículos podem cobrir a distância com menos energia. Então os ímãs de neodímio fornecem a solução eficiente dos veículos elétricos.

 

Alto torque e geração de aceleração:

A alta força magnética dos ímãs de Neodímio ajuda os motores a atingir as condições de alto torque com velocidade muito baixa. Isso significa que os veículos elétricos com motores de ímãs de ferro de Neodímio têm alta resposta e melhor experiência para os usuários.

 

Baixa vibração e ruído:

Os motores NdFeB têm operação menos ruidosa e livre de vibração. Então, menos poluição sonora é gerada neste tipo de motor elétrico.

 

Gestão da temperatura:

A temperatura de curie dos ímãs NdFeB é menor do que a dos outros ímãs, então o gerenciamento do calor e de outras energias produzidas é fácil. O desempenho e a eficiência dos veículos são mantidos na atmosfera desafiadora.

 

Compacto e leve:

A aplicação de ímãs de Neodímio nos motores elétricos tornou os veículos elétricos mais compactos e leves. Essa é a razão pela qual esses ímãs são preferencialmente usados para os motores de veículos elétricos.

 

SmCo (ímãs de samário cobalto)

Os ímãs de samário-cobalto são ímãs de terras raras e contêm os elementos de cobalto e samário. Esses ímãs são muito adequados para a condição crítica de corrosão e alta temperatura. Eles têm alta capacidade de resistência contra corrosão de alta temperatura.

 

Propriedades:

 

Alta resistência à corrosão

Esses ímãs não são corroídos nem oxidados e não precisam de revestimentos ou camadas para proteção contra corrosão.

 

Estabilidade em alta temperatura

Esses ímãs mantêm sua força magnética e outras propriedades até um máximo de 3500Condição de temperatura C.

 

Frágil

Os ímãs de samário cobalto (SmCo) têm uma estrutura mais frágil do que a dos ímãs de NdFeB.

 

Esses ímãs têm aplicações nas indústrias automotiva, militar, aeroespacial e de fabricação de equipamentos médicos.

 

Comparação com ímãs NdFeB

Os ímãs de samário cobalto (SmCo) são mais caros em comparação aos ímãs de NdFeB. Os ímãs de samário cobalto têm menor força magnética do que os ímãs de neodímio ferro cobalto. Mas o desempenho dos ímãs de samário cobalto é maior do que os ímãs de NdFeB em condições de temperatura mais altas, pois os ímãs de NdFeB não conseguem sustentar sua força magnética e propriedades.

Aplicação de ímãs em motores de veículos elétricos

Motores BLDC ( Brushless DC ) e PMSMS ( motores síncronos de ímã permanente ) usam o campo magnético dos ímãs para geração de energia e esses motores magnéticos permanentes são comumente usados em veículos elétricos. Os ímãs de terras raras como Neodímio ferro cobalto e samário cobalto estão nesses tipos de motores.

 

Motor Síncrono de Ímã Permanente (PMSM):

Descrição e funcionamento.

PMSM (motor síncrono de ímã permanente) são os motores elétricos que não têm enrolamento operados com a ajuda do campo magnético de ímãs permanentes. O motor é chamado síncrono, pois a frequência de rotação do rotor é igual à do campo magnético permanente. O PMSM tem alta densidade de potência e eficiência e controle de precisão sobre a operação.

 

O estator, rotor e sistema de controle são os principais componentes do motor síncrono de ímã permanente. Há enrolamento trifásico no estator e produz campo magnético quando o fornecimento de corrente alternada é fornecido. Os ímãs permanentes estão lá no rotor e geram seu próprio campo magnético. O campo magnético do estator cria uma rotação no rotor. O sistema de controle do motor controla a frequência e a corrente.

 

Aplicação de ímãs de alto desempenho em PMSM.

Os ímãs de alto desempenho ajudam a produzir alta densidade de torque no motor síncrono de ímã permanente e o design se torna compacto e a eficiência do motor também é aumentada devido ao campo magnético mais forte. Esses motores síncronos de ímã permanente são amplamente utilizados na indústria aeroespacial, drones, automação de processos industriais e de fabricação e também em veículos elétricos devido à eficiência e compactação.

 

BLDC (motor CC sem escovas)

Em motores DC sem escovas são os motores síncronos e operados pela energia da corrente contínua (DC e controlador (eletrônico) é usado para o controle da operação. Não há escovas usadas nesses motores. O estator, rotor e controlador eletrônico são os principais componentes dos motores DC sem escovas. O estator é uma parte estática que contém as bobinas de fio que fluem corrente. Os ímãs permanentes estão presentes no rotor e o controlador eletrônico é usado para controlar a operação.

 

A eficiência e o desempenho dos motores são melhorados

Os ímãs têm impacto ou efeito no desempenho e eficiência do motor BLDC:

 

Maior densidade de potência

Os ímãs permanentes (terras raras) produzem alta densidade de potência e permitem uma operação perfeita.

 

Operação eficiente

Os ímãs permanentes não precisam de fonte externa de energia para operar, então a operação dos motores elétricos se torna eficiente devido ao campo magnético dos ímãs permanentes.

 

Alto desempenho

Os ímãs permanentes proporcionam alta eficiência e desempenho para condições de velocidade alta e variável.

 

Menos manutenção

Esses motores não têm escovas e a operação é feita pelo campo magnético, o que exige menos manutenção.

 

Operação silenciosa

A operação desses motores é silenciosa e isso se deve ao campo magnético dos ímãs.

Benefícios dos ímãs de alto desempenho em motores de veículos elétricos

Eficiência aprimorada:

Os ímãs NdFeB produzem o campo magnético mais forte com quantidade mínima de energia nos motores elétricos e tornam a operação independente da energia externa ou fonte de energia. Então o processo do motor elétrico é totalmente executado pelo campo magnético. Então a eficiência dos motores elétricos é aumentada. A eficiência energética geral dos motores é aumentada porque a potência do motor é totalmente executada com a ajuda do campo magnético. Menos quantidade de energia é usada na operação. A autonomia dos veículos também é aumentada.

 

Densidade de potência melhorada:

A densidade de potência dos motores elétricos é melhorada com o uso de ímãs permanentes porque eles fornecem alta potência de saída com tamanho menor e compacto. O peso do veículo é reduzido com o uso de motores de ímã permanente.

 

Durabilidade melhorada:

A durabilidade dos motores de veículos elétricos é aumentada devido aos ímãs permanentes de alto desempenho, que têm capacidade de resistir à desmagnetização por mais tempo e são capazes de manter as propriedades magnéticas em condições de alta temperatura.

Tendências e inovações futuras

Avanço no design de materiais magnéticos

Pesquisa e desenvolvimento estão sendo feitos no design e desenvolvimento de novos tipos de materiais magnéticos para que as demandas dos ímãs possam ser atendidas no futuro. Como o uso de ímãs está aumentando dia a dia devido a amplas aplicações em energia renovável, instrumentos de armazenamento de dados, sensores e motores elétricos. Os materiais magnéticos macios, materiais nanomagnéticos, magnéticos de alta temperatura, ligas de memória de forma magnética e materiais magnéticos multifuncionais são pesquisados e estão em desenvolvimento para aplicações futuras.

 

Novos materiais a serem substituídos

Os materiais de nitreto de ferro fornecem propriedades como os ímãs de terras raras, então esses materiais podem ser usados no lugar de ímãs de terras raras. As ligas MnBi e MnAl podem ser usadas no lugar de ímãs de neodímio ferro boro.

Novas técnicas e métodos de pesquisa são usados para tornar os ímãs inovadores e sustentáveis por meio da realização de pesquisas de qualidade e atividades experimentais.

Conclusão

A introdução de ímãs de alto desempenho nos motores elétricos dos veículos elétricos tornou a operação dos veículos mais eficiente em termos de energia e potência. Os ímãs de alto desempenho (terras raras, SmCo e Neodímio) têm um papel significativo na transformação do mundo em direção aos veículos elétricos. O desempenho, a densidade de potência, o alcance da aceleração e a direção dos veículos elétricos foram aumentados com esses ímãs de alto desempenho. Novas pesquisas e desenvolvimentos estão sendo feitos para melhorar as propriedades dos ímãs disponíveis atualmente e a descoberta de novos materiais magnéticos.

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