Silniki elektryczne o wysokiej sprawności i dużej gęstości mocy bez konieczności stosowania metali ziem rzadkich
Głównym dostawcą niezbędnych do produkcji materiałów na całym świecie są Chiny, dlatego nie mogą one być dostarczane w wystarczających ilościach przy konkurencyjnych kosztach. Co więcej, dostępność i cena magnesów ziem rzadkich w przyszłości rysuje się w ciemnych barwach. Wielu ekspertów przewiduje deficyt niektórych metali ziem rzadkich, ponieważ przewidywany popyt przekracza zdolność przemysłu do produkcji tych pierwiastków. Celem finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu VENUS (Switched/synchronous reluctance magnet-free motors for electric vehicles) było stworzenie elektrycznego układu napędowego, który nie zawiera magnesów wykonanych z metali ziem rzadkich, spełnia wymogi w zakresie wydajności i gęstości mocy dla pojazdów elektrycznych oraz może być produkowany na masową skalę. Prace zaczęto od zaprojektowania prototypu silnika o oryginalnej konfiguracji elektromagnetycznej. Konstrukcja mechaniczna różni się od konwencjonalnych maszyn o układzie promieniowym. Partnerzy projektu opracowali specjalne narzędzia do projektowania i obliczeń oraz zaawansowane modele termiczne. Zbudowali również elementy elektroniczne, takie jak nowy falownik składający się z płyty sterującej, płyty interfejsu, płyty sterowników, półprzewodnika, układu chłodzenia, kondensatora DC-Link i obudowy aluminiowej. W układzie sterowania zastosowano silnik z przełączalną reluktancją ze strumieniem sprzężonym o nieliniowej charakterystyce. Po stworzeniu projektu zespół VENUS zajął się produkcją komponentów. Następnie cały zespół silnika został przetestowany i zamontowany w pojeździe elektrycznym. Gęstość mocy uzyskana przez naukowców w pojazdach o niskiej mocy oraz pojazdach dwu-, trzy- i czterokołowych jest o 10% lepsza niż w silnikach wzorcowych bez magnesów trwałych. Obliczono również, że falownik może zapewnić najwyższą na rynku moc na litr: 19 kW/l (320 kW w silniku o poj. 16,8 l). Aby silnik mógł zostać wykorzystany, przeprowadzono kompleksową analizę industrializacji, w tym ocenę kosztów, procesów produkcyjnych i wymaganych inwestycji. W ramach projektu VENUS stworzono silnik o mniejszym rozmiarze, który może zapewnić podobną moc w konkurencyjnej cenie. Brak magnesów ziem rzadkich w silniku pozwoli uniknąć deficytów podczas produkcji kluczowych elementów na skalę masową.
Słowa kluczowe
Metale ziem rzadkich, pojazdy elektryczne, magnesy trwałe, VENUS, silniki pozbawione magnesów
