Neue Materialien für einen Magneten für Elektrofahrzeuge

Ein Magnet für Elektrofahrzeuge ist eine wichtige Komponente in Motoren für Elektrofahrzeuge (Elektrofahrzeuge) und Hybridfahrzeuge. Die Magnete liefern die Magnetkraft, die zum Drehen des Rotors erforderlich ist, der wiederum die Welle des Elektromotors antreibt, sowie das für die Drehzahlregelung erforderliche Drehmoment. Der Magnet muss stark genug sein, um das Gewicht von Stahl zu tragen – so schwer wie zum Beispiel der Preisboxer Tyson Fury – und dennoch klein und leicht zu sein. Außerdem muss es hohen Temperaturen standhalten, da die in Elektrofahrzeugen verwendeten Elektromotoren häufig mit mehr als der doppelten normalen Betriebsspannung herkömmlicher Automobilmotoren betrieben werden.

Derzeit gelten Neodym-Eisen-Bor-Magnete (NdFeB) als optimal für den Einsatz in Elektrofahrzeugmotoren. Sie bieten die beste Kombination aus Magnetkraft, Hitze-/Temperaturbeständigkeitsparametern und Größe. Allerdings belastet die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen das Angebot an NdFeB-Magneten. Infolgedessen hat sich der Preis für Neodym in den letzten zwei Jahren verdoppelt, was die Herstellung eines Elektrofahrzeugs teurer macht.

Eine Lösung besteht darin, Elektrofahrzeuge mit Permanentmagnetmotoren anstelle von Induktionsmotoren herzustellen. Dies würde jedoch die Kosten der Motoren erhöhen, und der durch Kernverluste und Eisenverluste verursachte Leistungsverlust sowie Hysterese könnten die Effizienz und Zuverlässigkeit beeinträchtigen.

Eine weitere Alternative besteht darin, anstelle von Permanentmagneten Elektromagnete im Rotor zu verwenden. Allerdings benötigen diese Magnete für den Betrieb eine Stromversorgung, was sich auf die Effizienz um 1–3 Prozentpunkte auswirkt, und sie sind anfällig für eine Verschlechterung der Bürsten, die sie mit Strom versorgen. Darüber hinaus erzeugen sie aufgrund der Hysterese Wärme und weisen bei niedrigen Geschwindigkeiten, wenn die meiste Fahrt stattfindet, eine schlechte Leistung auf.

Schließlich könnte die Verwendung von Magneten mit geringerer Koerzitivfeldstärke den Energieverlust im System erheblich erhöhen. Dies liegt daran, dass die Magnete unter diesen Bedingungen viel schneller abbauen. Die gute Nachricht ist, dass ein neues Material verwendet werden kann, um die Koerzitivfeldstärke von NdFeB-Magneten zu verringern und ihre Lebensdauer unter normalen Betriebsbedingungen zu verlängern.

Darüber hinaus entwickeln mehrere Unternehmen neue Materialien, die die in den Magneten von Elektrofahrzeugen verwendeten Seltenerdelemente ersetzen können. Toyota arbeitet beispielsweise an einem neuen Neodym-reduzierten Magneten, der sowohl stärker als auch hitzebeständiger als NdFeB ist. Das Unternehmen hofft, es bis 2023 in Produktion zu bringen.