テスラのレアな主張

テスラがレアアースを含まない永久磁石モーターを設計すると発表し、業界を驚かせた。 市場で最も強力な磁石と競合できる技術は何でしょうか?

テスラのドライブトレインエンジニアリング担当ディレクターのコリン・キャンベル氏は、3月1日のテスラの投資家向けデーでかなり爆弾発言をした。 「永久磁石モーターを使用する次の駆動ユニットは、希土類元素を一切使用しないように設計しました」と同氏は発表した。 テスラは以前、モデル3とモデルYのドライブトレインのレアアース含有量が25パーセント削減されたと報告していた。 さらなるトリミングが期待されていましたが、レアアースを含まない永久磁石モーターが商業用途に近づくとはほとんどの人が考えなかったでしょう。

テスラの初期のモデルでは、ローターを回転させる磁力が交流によって生成される誘導モーターが使用されていました。 2017年に登場したModel 3では、磁界を発生させるために強力な永久磁石を使用したモーターを採用しました。 永久磁石 (PM) モーターは、より優れた効率と電力密度を提供します。 IDTechex の調査によると、2022 年には電気自動車モーター市場の 80% 以上が PM モーターによって占められています。

それにもかかわらず、自動車メーカーは強力な磁石を製造するためのレアアースへの依存を減らすことに熱心です。 多くは今でも鉄、ホウ素、希土類ネオジム (NdFeB) の強力な合金を使用しています。 特性を微調整したり強化したりするために、より多くのレアアースを追加できます。 中国がこれらの材料の供給を厳しく握っていることは、特に中国とワシントンの間で亀裂が生じている現在、自動車業界にとっては重責となっている。 中国は世界のレアアースの年間需要の約3分の2を採掘しており、さらに高い割合を精製している。

さらに、レアアースの価格も大きな懸念事項です。 これまでは磁石の値が大きく変動してきたが、世界が電化や風車などの持続可能なエネルギー源に舵を切るにつれて、将来的には不快なほど上昇する可能性があり、強力な磁石の需要が高まるだろう。 「世界がクリーンエネルギーに移行する中、レアアースの需要は実際に劇的に増加しており、その需要を満たすのは少々難しいだけでなく、レアアースの採掘には環境と健康上のリスクがある」とキャンベル氏は説明した。

問題は物理学です。 ネオジムとその他のいくつかの希土類は、鉄の磁気特性を強化する独特の特性を持っています。 代替品はありません。希土類永久磁石は市場で最高のものです。 したがって、キャンベルの発表に関する混乱が生じている。 テスラが開発したものはすべて、性能に影響を与えるか、同社が現在採用している PM モーターよりも大きくて重いものでなければなりません。

金属と鉱物を専門とする調査および助言会社であるアダマス・インテリジェンスは、テスラの次世代モーターでNdFeBに代わる最も可能性の高い候補は、さまざまなセラミック材料と混合された酸化鉄で構成されるフェライト磁石であると予想しています。 「これは実証済みのコンセプトだ」とコンサルタント会社は書いており、日本のプロテリアル（旧日立金属）が数カ月前に発表したモーター設計を指している。

しかし、それは「完璧な代替手段」ではありません。 シミュレーションでは、Proterial のフェライト磁石モーターは、NdFeB 磁石を使用した同等のモーターの出力および最大回転速度と一致しましたが、30 パーセントという「大幅な」重量ペナルティが発生しました。 出力と重量を一致させながら 50% 高い回転速度で動作させる 2 番目の設計では、トルクが「大幅に減少」しました。

可能性の低い選択肢は、添加された窒素原子が鉄の結晶構造の変化を誘発し、磁気特性を高める窒化鉄磁石です。 この技術はフェライトほど成熟していないが、ミネソタ大学からスピンアウトしたナイロン・マグネティックス社は、希土類磁石の性能に匹敵する製品を低コストで発売する日が近いと述べている。 ただし、同社はテスラではなくGMと提携している。

メイン画像クレジット: テスラ

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