Аргоннская национальная лаборатория разрабатывает новый магнит для электродвигателей

-
159
Аргоннская национальная лаборатория разрабатывает новый магнит для электродвигателей

При правильном проектировании коэффициент усиления в полезной плотности потока магнита колеблется от 10% до 30%, в зависимости от применения и рабочих температур, сказали изобретатели HyMag, Аргон Кайчжун Гао и Юэпэн Чжан.

“Эта дополнительная эффективность приведет либо к увеличению производства энергии, либо к уменьшению потерь", — сказал Гао, руководитель группы наноматериалов, устройств и систем в Аргонне.

HyMag смогло особенно помочь такому чувствительному применению, как ветротурбины, потому что более высокая эффективность технологии смогла привести к downsized структурам. Более сильные магниты, например, позволили бы уменьшить количество несущих и поддерживающих материалов наружных Кожухов, расположенных на ветровых турбинах с прямым приводом.

Наружные кожухи составляют больше половины веса башни от 100 до 130 тонн. Более малые кожухи смогли быть конструированы в более высокорослые башни, позволяющие турбинам позволять использовать энергию более сильных ветров.

Но даже без оптимизированной конструкции ветрогенератор мощностью 6 МВт, работающий половину времени в течение года, мог бы генерировать на 3 ГВт больше энергии с увеличением КПД генератора на 10%, по словам Гао и Чжана.

“Это снизит стоимость энергии ветряной электростанции и привлечет больше покупателей энергии ветра", — сказал Гао.

HyMag получает в 2018 награду за свое инновационное решение для увеличения полезной плотности магнитного потока. Награды, спонсируемые журналом R&D, признают 100 самых инновационных технологий прошлого года.

Плотность потока — свойство постоянных магнитов которые можно обуздать для производства электроэнергии. “Чем выше плотность потока, которую вы используете для производства электроэнергии, тем больше энергии вы генерируете", — сказал Гао. “Для повышения эффективности необходимо иметь более высокую плотность потока.”

Обычные постоянные магниты, состоящие из ниобия, железа и бора, получили промышленное распространение в 1990-х годах, но они сопротивлялись значительным усилиям по улучшению своих характеристик, сказал Чжан, ученый материаловед из Аргоны. Постоянные магниты — класс магнитов которые сохраняют линии намагничивания и потока после того как они были намагничены, концептуально подобно батарее, сохраняя электрические заряды.

“Исследователи изучили различные способы улучшения состава, микроструктур и процессов существующих магнитных материалов. Каждый из них может привести к небольшому улучшению энергетического продукта Магнита. С другой стороны, магнитный поток быстро затухает с расстоянием, что делает использование магнитного потока не эффективным.

Гао и Чжан совершенствовали постоянный магнит путем совмещение гибридных слоев материала, в частности путь который уменьшает утечку потока. Кроме того, они могут адаптировать свои изобретения к конкретным задачам частного сектора. “Если мы знаем применение, то мы можем подстраиваться по сферы применения” сказал Чжан.

В электромобилях, например, максимально допустимая температура составляет около 150°C. Но для ветряных турбин пиковая температура может достигать 300°C, что требует более прочной конструкции магнита, при более высоких температурах.

“Есть материалы, которые на самом деле имеют лучшую производительность при более высоких температурах", — сказал Чжан.

Еще одна привлекательная особенность технологии HyMag заключается в том, что для некоторых применений она может композиционно требовать до 90% менее тяжелых редкоземельных элементов, таких как диспрозий и гадолиний, чем обычные магниты, которые имеют аналогичную производительность.

Эти элементы, в основном импортируемые из Китая, являются дефицитными, дорогостоящими и труднообрабатываемыми. Но моторы в электрических и гибридных автомобилях содержат приблизительно десятую часть килограмма диспрозия в мотор.

Тип текста:
Перевод
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...