北京中科刘云涛 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1761033144327512385&wfr=spider&for=pc
马斯克想要实现无稀土电机。作为他底下的工程师,就需要用一种以前没有用过的永磁材料来代替之前的钕铁硼。根据特斯拉以前的风格,可能会采用一种以前从来没有用过的永磁体,来完成这个新的永磁同步电机。
就像他之前打开了碳化硅的时代。那这一次特斯拉会产生新一代的磁王吗?特斯拉新采用的永磁体会成为马斯克下一个的终极武器吗?新的永磁体又会带来哪一些不一样的变化?
特斯拉之前提出的稀土政策,简单来说就是通过优化转子结构。倒叙性地运回铁氧体,那有很大的可能是他选择了铁蛋永磁铁作为新的永磁材料。
电子呢都是有磁性的,在每个轨道当中,通常有正负极的电子正负极磁性是可以相互取消的。所以。所以我们平时看到的很多的东西都没有表现出很强的磁性。
但是一种元素它最外面的一层,如果是一个电子。那么这个单层的电子就会表现出特别特别明显的磁性能力,大多数时候是金属元素。
金属中含有晶体,如果这些晶体中所有的原子磁矩全部朝一个方向转去,就会加大它的磁性,也就是说他被磁化了,变成了一个含有磁性的材料。
为了把这种磁性变大,将一些稀土元素掺杂在金属或者是合金的晶体中。人们说的磁晶各项异性就会得到很大的提升。
这个各项异性磁性越大,这种材料达到一定程度后,他的剩磁矫顽力和磁能积的数据就会比之前成长很多。
到现在是我们能够找到的钕铁棚磁性材料中已经被广泛商业化,并且是其中磁性能力最厉害的,没有第2个可以替代他,我们现在用的电动车,只要用的是同步电机,大多数用的都是铁棚。
所以我们也知道了,想要打造磁性材料的高性能,只需要两个原理,第1个各向异性的无限性增大,第2多增加最外层的电子数量。
第1个可以增强他的矫顽力,矫顽力可以防止他被退磁,这个各项异性说的是这个晶体往不同的方向前进的难度,如果这个各项异数在数据中很表现的很明显,说明他现在前进的方向是最难的,只有更大的力量才能将他恢复。
这样的材料是我们最缺的,在前进完成后他是最不容易被外部力量给恢复过去的,因此要最大的各项异数,所以说剩磁的数量取决于它单层的电子数量,磁通量能够充进去多少说的就是剩磁。
磁感线的密度也会变得更大。稀土元素中的铝加入到铁和硼中。就会形成一个新的永磁体。在这个新的永磁体中加入镝和铽可以让他能够去适应更高的温度。
那有没有能够代替稀土元素,同时可以去增强它各项异性的材料呢?
铁氮永磁体就比较符合。简单来看都是非常便宜的铁和氮。用他们去创造出高性价比而且性能也好的永磁铁,那以后就可以直接不用钕铁硼。
相比铁氮永磁体,钕铁硼不仅脆弱,而且相比价格高,还容易腐烂又不好在后续中进行加工。
只要希望铁氮永磁体能够在后面进行越来越多的广泛使用,有人疑惑,铁和蛋放在一起能够做出磁铁,为什么以前没有人去这么做?其实这个发现很早以前就有人实验了。
实在现实中,我们对铁和氮的组合是比较常见的,像有一些钢铁冶炼,他们的最后一个步骤就是进行氮化处理。
在铁的晶格结构中让氮气渗入进去,就可以增强钢铁的摩擦性,可以使这些钢铁增加他们的疲劳性,并且可以抵抗高温,在生活中这两个元素是经常可以见到的。
但是像他们一样的合金体类型是比较多的,但拥有磁性的种类却不多,不是每一个都有。这就导致了铁蛋永磁铁再被发现了很长一段时间之后,还是没有进行普遍的使用。
从剩磁和磁能机的数据方面可以看出来,铁氮比他们还是有自己的特点的,之所以出现剩磁现象,说明他本身含有的磁性越来越大,磁能机的数据也可以表现出他的存储量,在各项异数数据中铁氮现在就没有什么特点了。
为了增加磁晶各项异数指标,可以在铁氮中掺入一部分的稀土元素,但是加入的元素是不是需要长久使用呢?
其实不是的,在晶体结构学中,稀土元素确实可以一定程度的增强指数,但是技术是否成熟目前还不确定。
这几年的特斯拉,更加喜欢全方面尝试,自己做电池的重要部件,申请了自己的空调品牌,发展起了一体式车身结构,以后在永磁电机这个领域,想必也是有他自己的计划的,很多人觉得,这个计划的核心可能就是铁氮发展技术。