无镝钕磁铁的开发日趋活跃,昭和电工已于2013年11月底面向FA投入量产。其性能与添加了4%的镝的钕磁铁不相上下。
钕磁铁的矫顽力随晶体粒径的微细化增加(图6)。宝野等人与丰田合作,正在着手开发晶体粒径不到1μm的钕磁铁。现在,晶体粒径为0.2μ~0.3μm的试制品的矫顽力达到了约2T。“符合纯电动汽车需要的2.5~3T的实现已经进入了视野”(宝野)。在这项研究中,缩小晶体粒径采用了热加工处理的方式。处理得到了大同电子的协助。
图6:缩小晶体粒径,不依靠镝提高矫顽力
钕磁铁具有晶体粒径越小,越容易提高矫顽力的倾向。热加工是使晶体粒径小于1μm的有效方法。(图:《日经电子》根据日本物质材料研究机构的资料制作)
除此之外,马达开发还出现了开创新构造的动向。芝浦工业大学工学部电气电子学群电子工学科副教授赤津观正在开发利用GMR(giant magnetoresistance)元件替代线圈的马达(图7)。
图7:利用GMR元件制造自旋电子马达
芝浦工业大学的赤津提出了利用GMR元件制造自旋电子马达的方案。目的是把定子更换为GMR元件,借此提高扭矩密度。(图:《日经电子》根据芝浦工业大学的资料制作)
GMR元件可以利用电流控制磁化方向。使用GMR元件作为马达的定子,使用永磁铁作为转子的“自旋电子马达”已经出现。
铁心采用线圈的传统定子会因为铜线的铜损导致扭矩降低。而采用GMR元件可以消除铜损,从而实现高扭矩马达。马达目前尚处于工作验证阶段,“首先将争取在医疗器械等小型产品中投入实用”(赤津)。
逆变器:替代碳化硅的氧化镓,力争2020年供应样品
逆变器的作用是将大容量充电电池存储的电能从直流转变成交流,带动马达运转。随着充电电池和马达的进化,新一代逆变器的研发也在同步开展。
逆变器小型化和高性能化的关键,掌握在功率半导体的手中。在纯电动汽车用途,新一代功率半导体碳化硅(SiC)公认将成为主流。按照罗姆的推测,驱动马达的逆变器“将从2016~2017年开始配备”碳化硅。开发碳化硅的竞争对手也在为2010年代后期投入实用而相互较劲。

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