Tesla Cybercab має двигун без рідкісних металів

На нещодавній події Cybercab, що пройшла без зайвого розголосу, Tesla представила значний технологічний прорив: новий двигун для Cybercab, який не потребує рідкісних металів. Компанія стверджує, що ця розробка суттєво покращила показники щільності потужності та ефективності.

Що таке рідкісні метали і чому вони важливі?

Термін «рідкісні метали» часто згадується в контексті електромобілів, однак його справжнє значення для багатьох залишається незрозумілим. До групи рідкісних металів належать переважно елементи з групи лантаноїдів, а також скандій та ітрій. Цікаво, що, попри назву, багато з них не є надто рідкісними: наприклад, неодим, який є ключовим для магнітів у електромобілях, зустрічається в земній корі майже так само часто, як мідь.

Найбільш значущим серед рідкісних металів для електромобілів є саме неодим. Він використовується для створення високопродуктивних постійних магнітів, що є незамінними для компактних та потужних електронних пристроїв, включно з динаміками, жорсткими дисками та електродвигунами. Додатково, такі елементи, як диспрозій, тербій та празеодим, часто додаються для поліпшення характеристик неодимових магнітів.

Де саме використовуються рідкі метали в електромобілях?

Важливо зазначити, що літій-іонні акумулятори зазвичай не містять цих рідкісних елементів. Тому «проблема рідкісних металів» в електромобілях стосується переважно двигунів, а не батарей. В одному електромобілі використовується приблизно 1 кг рідкісних металів для двигуна. Хоча це невелика кількість для одного авто, при масовому виробництві вона суттєво зростає.

Не всі типи електродвигунів потребують рідкісних металів. Tesla раніше використовувала їх у синхронних двигунах із постійними магнітами, але її асинхронні двигуни (AC induction motors) обходяться без них. Ці двигуни створюють магнітне поле за допомогою струму, а не постійних магнітів.

Ранні моделі Tesla оснащувалися саме асинхронними двигунами, що робило їх незалежними від поставок рідкісних металів. До речі, назва компанії Tesla походить від імені Ніколи Тесли, винахідника асинхронних двигунів.

Однак з появою Model 3 Tesla перейшла на нові двигуни з постійними магнітами, поступово інтегруючи їх у більшість своїх моделей.

Що саме оголосила Tesla?

Ще у 2023 році Tesla заявила про дослідження можливості виробництва двигунів із постійними магнітами без використання рідкісних металів. Це могло означати перехід на інші матеріали, такі як ферит або сплав алюмінію, нікелю та кобальту (Alnico). Проте, останні можуть лише замінити одну проблему ланцюжка поставок на іншу. Існують й інші матеріали, що перебувають на стадії розробки, але їх виробничі потужності можуть бути недостатніми для задоволення потреб Tesla.

На заході Cybercab Tesla продемонструвала новий приводний двигун для Cybercab. Порівняно з іншими аналогічними агрегатами, цей двигун на 18% менший за обсягом, на 25% легший і має вищу ефективність.

Хоча Ілон Маск не був присутній на заході, він підтвердив у соціальних мережах, що цей двигун не містить рідкісних металів. Це дозволяє припустити, що представлена технологія є результатом проєкту з розробки «безобідних» двигунів із постійними магнітами.

Tesla поки не розкриває деталей про конкретні матеріали, що використовуються в новому двигуні, тому точна технологічна схема залишається невідомою. Наразі цей двигун встановлений лише на Cybercab, але, як це було з Model 3, Tesla може поступово впроваджувати цю технологію й на інші свої моделі.

Чи є ця розробка настільки ж складною, як натякав Маск, поки сказати важко. Проте сам факт успішного застосування безобідної схеми в серійному автомобілі вже є значним досягненням.

Які практичні переваги дає ця технологія споживачам?

Двигуни з постійними магнітами, як правило, компактніші та ефективніші за асинхронні, що є ключовим для автовиробників. Cybercab має показник споживання енергії 165 Вт*год на милю, що робить його одним із найекономічніших електромобілів на ринку. Ця ефективність досягається завдяки комбінації факторів: компактні розміри кузова, аеродинамічний дизайн, менша вага, двомісна конфігурація та новий високоефективний двигун.

Однак, варто зазначити, що навіть суттєве підвищення ефективності двигуна не завжди призводить до революційних змін у загальному споживанні енергії автомобіля. Більшість сучасних електродвигунів вже перетворюють понад 90% вхідної енергії на обертальну потужність. Тому збільшення ефективності на кілька відсотків може не мати кардинального впливу на загальну витрату енергії.

Tesla не надала конкретних цифр щодо підвищення ефективності нового двигуна, лише вказала на зменшення його обсягу та ваги. Це може свідчити про те, що приріст ефективності був відносно скромним.

Ключова перевага полягає в тому, що якщо Tesla справді розробила двигун із постійними магнітами без рідкісних металів, який зберігає високу щільність потужності, це дозволить робити двигуни ще компактнішими. Це, у свою чергу, звільнить простір для інженерів, дозволяючи їм оптимізувати загальне компонування автомобіля, особливо в таких компактних моделях, як Cybercab.

Таким чином, переваги безобідного двигуна полягають насамперед у гнучкості компонування та оптимізації системи загалом, що відповідає прагненню Tesla до максимальної енергоефективності.

Чому постачання рідкісних металів є настільки важливим?

Хоча рідкісні метали не є надто дефіцитними, існує значна концентрація їх переробки та очищення в Китаї. Це надає Китаю домінуюче становище у світовому ланцюжку поставок рідкісноземельних елементів, що викликає занепокоєння щодо безпеки поставок в інших країнах.

У часи глобалізації це питання не було настільки гострим, оскільки сировина розглядалася як товар, який можна вільно купувати. Однак, з огляду на зміни в глобальній торгівлі та геополітичній ситуації, концентрація ключових ресурсів стала більш помітною проблемою.

Наскільки значний цей технологічний прорив?

Справжнє значення цієї розробки Tesla полягає не стільки в революційному підвищенні ефективності, скільки в мінімізації залежності від ризикованих ланцюжків поставок. Хоча покращення ефективності та економія простору є важливими, вони, ймовірно, не змінять кардинально продуктивність електромобілів.

Це не зовсім нова технологія, а скоріше успішна інтеграція вже існуючих і досліджених технічних рішень для протидії зростаючим ризикам, пов’язаним із постачанням рідкісних металів.

Наразі новий двигун використовується лише на Cybercab, кількість яких у Техасі становить близько 45 одиниць. Масштаби його майбутнього виробництва ще належить побачити. Однак, якщо Tesla зможе успішно масштабувати цю технологію на ширший модельний ряд, це матиме значно більшу цінність для стабільності виробництва, оптимізації структури автомобілів та зменшення залежності від поставок, ніж лише кілька додаткових відсотків ефективності.

Джерело: https://www.ithome.com/0/998/991.htm