テスラは、自社の電気自動車に搭載される次世代の永久磁石モーターにはレアアース材料が一切使用されないと発表したばかりです。
これは本当ですか？
実際、2018 年には、世界の電気自動車の 93% に、レアアース製の永久磁石モーターで駆動されるパワートレインが搭載されていました。2020 年には、世界の電気自動車市場の 77% が永久磁石モーターを使用しています。電気自動車業界の観察者らは、中国は最大の電気自動車市場の一つとなり、中国がレアアースの供給をほぼコントロールしていることから、中国が永久磁石式機械から切り替える可能性は低いと考えている。しかし、テスラはどのような状況にあり、それについてどう考えているのでしょうか? 2018年、テスラは前車軸に誘導モーターを搭載したまま、モデル3で初めて埋め込み永久磁石同期モーターを使用しました。現在、テスラはモデル S および X 電気自動車に 2 種類のモーターを使用しています。1 つは希土類永久磁石モーター、もう 1 つは誘導モーターです。誘導モーターはより多くの電力を供給でき、永久磁石を備えた誘導モーターは効率が高く、走行距離を 10% 向上させることができます。
そう言えば、希土類永久磁石モーターがどのようにして誕生したかについて触れなければなりません。磁気が電気を発生させ、電気が磁気を発生させることは誰でも知っていますが、モーターの発生は磁界と切っても切れない関係にあります。したがって、磁場を与えるには励磁と永久磁石の 2 つの方法があります。 DC モーター、同期モーター、および多くの小型特殊モーターはすべて DC 磁場を必要とします。従来の方法は、鉄芯を通電したコイル（磁極といいます）を用いて磁界を得る方法ですが、この方法の最大の欠点は、電流のエネルギーがコイル抵抗（発熱）で損失し、電流が減少することです。モーターの効率が低下し、運用コストが増加します。 このとき人々は、永久磁場が存在し、磁気を生成するために電気が使用されなくなったら、モーターの経済指標は改善されるだろうと考えていました。そこで1980年代頃にはさまざまな永久磁石材料が登場し、それをモーターに応用して永久磁石モーターが作られました。
それでは、どのような材料が永久磁石を作ることができるのでしょうか？多くのネチズンは素材が1種類しかないと考えています。実際、永久磁場を生成できる磁石には主に 4 種類あり、セラミック (フェライト)、アルミニウム ニッケル コバルト (AlNiCo)、サマリウム コバルト (SmCo)、およびネオジム鉄ボロン (NdFeB) です。テルビウムやジスプロシウムを含む特別なネオジム磁石合金は、より高いキュリー温度で開発されており、最大 200°C の高温に耐えることができます。
1980年代以前の永久磁石材料はフェライト永久磁石やアルニコ永久磁石が主流でしたが、これらの材料は残留磁気があまり強くないため、発生する磁界は比較的弱かったです。それだけでなく、これら 2 種類の永久磁石は保磁力が低く、一度外部磁界に遭遇すると影響を受けやすく減磁してしまうため、永久磁石モータの開発が制限されていました。 希土類磁石について話しましょう。実は希土類磁石は、軽希土類と重希土類の2種類の永久磁石に分けられます。世界のレアアース埋蔵量は、約 85% の軽レアアースと 15% の重レアアースで構成されています。後者は、多くの自動車用途に適した高温定格磁石を提供します。1980年代以降、高性能の希土類永久磁石材料であるNdFeB永久磁石が登場しました。 このような材料は、より高い残留磁気、より高い保磁力およびエネルギー生成を備えていますが、一般に代替品よりもキュリー温度が低くなります。これを使用した希土類永久磁石モータは、高効率、励磁コイルが不要で励磁エネルギーのロスがないなど多くの利点があります。比透磁率は空気機械の比透磁率に近いため、モーターのインダクタンスが減少し、力率が向上します。希土類永久磁石モーターの出力密度と効率が優れているため、電気駆動モーターにはさまざまな設計があり、最も人気のあるのは希土類永久磁石モーターです。 中国が世界のレアアース資源の大部分を供給していることは誰もが知っています。近年、米国でも同様のことが見られました。彼らはレアアースの供給において中国に制約されることを望んでいない。そのため、バイデン氏は大統領就任後、レアアースのサプライチェーンへの参加を増やそうとした。これは2兆ドル規模のインフラ計画の優先事項の1つだ。MPマテリアルズは2017年にカリフォルニアで閉山となった鉱山を購入し、ネオジムとプラセオジムに重点を置いて米国のレアアースサプライチェーンの回復に努めており、最も低コストの生産者になることを目指している。ライナスはテキサス州に軽希土類処理工場を建設するための政府資金を受けており、テキサス州に重希土類分離施設の別の契約を結んでいる。米国はこれまで多くの努力をしてきたが、業界関係者は、短期的には、特にコストの面で中国がレアアースの供給において優位な立場を維持し、米国がその地位をまったく揺るがすことはできないと考えている。
おそらくテスラもこれを見て、レアアースを一切使わない永久磁石をモーターに使うことを検討したのでしょう。これは大胆な仮定なのか冗談なのか、まだわかりません。テスラが永久磁石モーターを放棄して誘導モーターに戻すとしたら、それは彼らのやり方ではないようです。そして、テスラは永久磁石モーターの使用を望んでおり、希土類永久磁石を完全に放棄しているため、可能性は 2 つあります。1 つは、オリジナルのセラミック (フェライト) とアルニコ永久磁石で革新的な結果を得ることであり、2 つ目は、永久磁石が他の非希土類合金材料も、希土類永久磁石と同じ効果を維持できます。この 2 つではない場合、テスラはコンセプトをいじっている可能性があります。Alliance LLC の社長、Da Vukovich はかつてこう述べました。「希土類磁石の特性により、その高強度性能に匹敵する他の磁石材料はありません。希土類磁石を実際に置き換えることはできません。」
テスラがコンセプトで遊んでいるのか、それとも永久磁石モーターに関して中国のレアアース供給への依存を本当に解消したいのかは関係なく、編集者はレアアース資源は非常に貴重であり、合理的に開発し、より多くの金を支払うべきだと考えている。将来の世代への配慮。同時に、研究者は研究努力を増やす必要があります。テスラの定式化が良いかどうかはさておき、少なくともそれは私たちにいくつかのヒントとインスピレーションを与えてくれました。