ENGINEERING.BE - Toshiba Corporation en Toshiba Materials Co. ontwikkelden een nieuwe samarium-cobalt magneet met een hoog ijzergehalte die vrij is van zware zeldzame aardmetalen.
Die magneet is bovendien zeer resistent tegen demagnetizeren en heeft beduidend sterkere magnetische eigenschappen bij hoge temperaturen dan de hittebestendige neodymium magneten die tegenwoordig in motoren worden gebruikt.
Aandrijfmotoren voor hybride en elektrische wagens, loco’s, industriële motoren en windturbines lopen op relatief hoge temperaturen. Dat zijn ook de toepassingen voor hittebestendige neodymium magneten die zware zeldzame aardmetalen bevatten. En die laatste hebben hun naam niet gestolen, want ‘zeldzaam’ en dus duur.
Bij kamertemperatuur generen neodymium magneten een sterke magnetische kracht maar hoe hoger de temperatuur van de toepassing wordt, des te sneller valt die kracht en dus ook het koppel van de motor terug. Uiteindelijk treedt er zelfs demagnetisering op. Dat gaat men tegen door het neodymium te vervangen door andere elementen zeldzame aardmetalen, zoals dysprosium en telbium. Maar het blijft een uitdaging om de sterke magnetische kracht bij hogere temperaturen te behouden.
Toshiba onderzoekt al langer dysprosiumvrije motoren en ontwikkelde in 2012 een samarium-cobalt magneet met een hoge ijzerconcentratie die bij hoge temperaturen neodymium magneten ver achter zich liet. Bij 100°C was die nieuwe magneet 1% krachtiger dan een neodymium magneet.
Bij 150°C liep het verschil al op tot 5%. Dat lukte door de oxide en de fase met hoge koperconcentraties in de magneet te verminderen -beide elementen belemmeren immers de magnetische kracht- en door de hoeveelheid ijzer in de magneet met 15% à 20% -in gewicht- op te trekken.
De jongste doorbraak bestaat er in dat een samarium-cobalt magneet ontwikkeld werd met een hoge ijzerconcentratie die zeer resistent is tegen demagnetizering bij 180°C, beter presteert dan neodymium magneten bij 140°C. Toshiba ontwikkelde een hittebehandeling die de nieuwe magneet ook een 30% betere magnetische coërciviteit bezorgt dan de magneet die het vijf jaar geleden ontwikkelde. M.a.w. er is 30% meer veldsterkte nodig om zijn magnetische inductie op te heffen.
Met deze resultaten is het mogelijk eenvoudiger koelsystemen te ontwerpen voor industriële toepassingen waarin motoren geïntegreerd zijn. Er kan ook compacter gebouwd worden en dank zij ‘dunnere’, want krachtigere magneten kan ook vrijer aan de design van de motoren gesleuteld worden.
Toshiba Material Corporation plant alvast het gebruik van zijn nieuwe magneet in alle mogelijke toepassingen te promoten.
