詹姆斯·麦肯齐 意识到如果我们想要使经济变得绿色，我们将需要大量的磁铁
我最近在纽卡斯尔参加 PEMD2022 – 第 11 届电力电子、机器和驱动国际会议。令我震惊的不仅是电动机和发电机的巨大性能改进，还有我们距离交通完全无碳化还有多远。
2021 年，全球电动汽车（包括纯电池驱动型、燃料电池型和插电式混合动力汽车）销量翻了一番，达到 6.6 万辆的历史新高。根据该公司的数据，它们现在占汽车销量的 5-6%，每周的销量比 2012 年全年还要多。 2022 年全球电动汽车展望 报告.
每辆新型电动汽车都需要至少一台大功率电动机。
市场研究公司预测，到 65 年，全球电动汽车年销量预计将增至 2030 万辆 IHS麦盖提。相比之下，内燃机汽车的年销量将从 68 年的 2021 万辆下降到 38 年的 2030 万辆。
显而易见的是，每辆新型电动汽车都需要至少一台大功率电动机。目前，几乎所有（约 85%）这些车辆都使用永磁体 (PM) 电机，因为它们的效率最高（记录为 98.8%）。有些使用交流 (AC) 感应电机和发电机，但它们的效率比 PM 电机低 4-8%，重量最多增加 60%，尺寸最多增加 70%。
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尽管如此，这些非永磁电机和发电机非常适合卡车、船舶和风力涡轮发电机等。它们也很容易回收，因为原则上它们可以由一种材料（例如铝）制成，然后在使用寿命结束时熔化。特斯拉汽车公司等一些公司甚至将永磁技术和电磁方法结合到更加复杂的设计中，以优化性能和续航里程。然而，如果没有固态电力电子技术的巨大进步，电动汽车的任何进步都是不可能实现的。
磁吸
自从希腊北部马格尼西亚的一位牧羊人注意到他鞋子上的钉子和他手杖的金属尖端牢牢地粘在磁性岩石上（或者传说是这样）以来，磁铁已经取得了长足的进步。这些“磁石”在指南针中使用了数千年，用于导航，但直到 1800 年代初，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特 (Hans Christian Ørsted) 才发现电流可以影响指南针。
旋转运动电机的首次演示发生在 1821 年，当时迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 将一根自由悬挂的电线浸入水银池中，并在水银池上放置了永磁体。英国科学家发明了第一台可以转动机械的直流电动机 威廉·urge鱼 1832 年，美国发明家托马斯·达文波特 (Thomas Davenport) 和艾米丽·达文波特 (Emily Davenport) 大约在同一时间制造出了第一台实用的电池供电直流电动机。
这些电机用于运行机床和印刷机。但由于电池动力非常昂贵，电动机在商业上并不成功，达文波特家族最终破产了。其他试图开发电池供电直流电机的发明家也面临着电源成本的困扰。最终，在 1880 年代，人们的注意力转向了交流电机，它利用了交流电可以在高压下长距离传输的优势。
第一台交流“感应电机”是意大利物理学家伽利略·费拉里斯于1885年发明的，通过定子绕组磁场的电磁感应获得电流来驱动电机。该设备的优点在于，它可以在无需与转子进行任何电气连接的情况下进行制造——尼古拉·特斯拉抓住了这一商业机会。 1887年，他独立发明了感应电动机，并于次年获得了交流电动机的专利。
然而，多年来，PM 的磁场并不高于天然磁铁矿（约 0.005 T）。直到 1930 世纪 1950 年代铝镍钴合金（主要由铝、镍和钴组成的合金）的开发，实用的永磁直流电机和发电机才成为可能。在 1960 世纪 XNUMX 年代出现了低成本铁氧体（陶瓷）永磁体，随后在 XNUMX 世纪 XNUMX 年代出现了钐和钴磁铁，它们再次变得更强。
但真正的游戏规则改变发生在 1980 世纪 42 年代，随着含有钕、铁和硼的钕永磁体的发明。如今，N1.3 级钕永磁体的强度约为 XNUMX T，尽管这并不是磁铁和电机设计的唯一关键指标：工作温度也至关重要。
一些稀土材料的价格飞涨，促使人们对新型磁铁成分进行了大量研究。
这是因为永磁体的性能会随着预热而下降，一旦超过“居里点”（钕磁铁的温度约为 320 °C），它们就会完全消磁，从而导致电机无法使用。所有稀土磁体（包括钕、钴和钐）的另一个重要特点是它们具有高矫顽力，这意味着它们在运行时不易消磁。为了制造最高矫顽力和最佳温度性能的磁体，您还需要少量其他重稀土，例如镝、铽和镨。
供应问题
问题是，稀土元素供应短缺。这并不是因为它们本质上很稀有，它们的名字只是来自它们在元素周期表中的位置。根据去年的一份报告 磁性材料有限责任公司到 2030 年，世界对钕磁铁的需求量将比实际供应量多 55,000 吨，其中 40% 的需求量预计将来自电动汽车，11% 来自风力涡轮机。
目前，中国生产了全球90%的钕磁铁，这就是为什么美国、欧盟和其他国家都在努力发展自己在供应链中的能力，以免处于不利地位。一些稀土材料的价格飞涨，促使人们对新型磁体成分、现有磁体的回收利用和先进交流感应电机进行了大量研究。
无论你从哪个角度来看，如果我们要发展绿色经济，我们就需要大量的磁铁。
