פירוט עלות רוטור מנוע שטף צירי: מגנטים, ליבת ברזל או עטיפה - מה לוקח את הנתח הגדול ביותר?

מנועי xial flux מניעים מהפכת כוח ברכבי אנרגיה חדשים, רובוטים דמויי אדם, מטוסי eVTOL (המראה ונחיתה אנכית חשמלית) ועוד, הודות לגודלם הקומפקטי, המשקל הקל וצפיפות ההספק הגבוהה שלהם. עם זאת, עלות הייצור הגבוהה יחסית נותרה צוואר בקבוק לאימוץ בקנה מידה גדול. אז, מה בדיוק מרכיב את העלות של רוטור מנוע שטף צירי ? ובין דרגת מגנט, תהליך למינציה הליבה וחומר עטיפה, מי מהם מהווה את החלק הגדול ביותר? מאמר זה מפרק את זה עבורך.

1. דרגת מגנט - אלוף העלות הבלתי מעורער

בין כל החומרים במנוע שטף צירי,  מגנטים (מגנטים קבועים) הם סעיף העלות הגדול ביותר.

מגנטי הנאודימיום-ברזל-בורון (NdFeB) בעלי הביצועים הגבוהים המוטמעים בדיסק הרוטור הם ה'לב' שיוצר את השדה המגנטי. מכיוון שרוטורים של מנועי שטף צירי הם בדרך כלל דקים במיוחד ויכולים לפעול בטמפרטורות של 180-200 מעלות צלזיוס, המגנטים חייבים להפגין תוצר אנרגיה גבוה במיוחד, כוויה גבוהה (כדי להתנגד לדה-מגנטיזציה), ויכולת להיות עיבוד לפרוסות דקות במיקרון. מגנטים סטנדרטיים של NdFeB אינם יכולים לעמוד בדרישות המחמירות הללו - חומרים בדרגה גבוהה מותאמים במיוחד הם חיוניים.

נתוני התעשייה מראים  שמגנטים מהווים 35-40% מעלות המנוע הכוללת , ושולטים בעלות החומר הרוטור בצורה נחרצת עוד יותר. עם עליית מחירי חומרי אדמה נדירים בשנים האחרונות, נתח זה נמצא במגמה גבוהה עוד יותר. לכן,  דרגת המגנט היא הגורם מספר אחד הקובע את עלות הרוטור.

2. למינציה ליבה - נתח עלות קטן יותר, אך לא בלי אתגרים טכניים

ליבת הברזל (כולל ליבת הסטטור וחלק מהברזל האחורי של הרוטור) אחראית לחלק קטן יותר יחסית מעלות מנוע השטף הצירי.

בניגוד למנועי שטף רדיאלי מסורתיים המשתמשים בלמינציות מפלדת סיליקון, מנועי שטף צירי מתמודדים עם מעגל מגנטי תלת מימדי שלא ניתן לטפל בו על ידי פלדת סיליקון קונבנציונלית. הפתרון המיינסטרים הנוכחי הוא  SMC (מרוכב מגנטי רך)  - אבקת ברזל מצופה בשכבת בידוד ולאחר מכן דחוסה לצורה - שיכולה ליצור גיאומטריות מורכבות מסוג דיסק בשלב לחיצה אחד.

הליבה מייצגת בדרך כלל כ-10-15% מהעלות הכוללת של המנוע.  למרות שהנתח צנוע, טכנולוגיית התהליך עבור SMC תובענית: הציפוי המבודד על כל חלקיק אבקה חייב להיות דק במיוחד כדי להשיג צפיפות גבוהה, אך אסור להינזק במהלך דחיסה בלחץ גבוה - מה שמצריך אימות תהליך ארוך טווח. בנוסף, חומר הגלם לאבקת סגסוגת מגנטית רכה עולה בערך פי שניים מפלדת סיליקון, מה שמגדיל עוד יותר את עלות התהליך.

3. חומר אנקפסולציה - החלק הקטן ביותר, אך תפקיד קריטי

חומרי אנקפסולציה מהווים את החלק הקטן ביותר של עלות רוטור מנוע השטף הצירי.

תרכובות עטיפות משמשות בעיקר למילוי הרווחים בין הבית לליבה, ובין הבית לפיתולי הסליל, ומשרתות פונקציות כגון הולכה תרמית, בידוד חשמלי, קיבוע ופיזור מתח. מכיוון שמנועי שטף צירי שטוחים עם שטח פנים מוגבל לפיזור חום, ניהול תרמי הוא אתגר גדול. שימוש בתרכובות עציצים בעלות מוליכות תרמית גבוהה (למשל, עם מוליכות תרמית של 2-3 W/m·K) הוא אחד המדדים החשובים לשיפור הקירור.

עם זאת, במונחים של תרומת עלות, חומרי המעטפת נמצאים הרחק מאחורי המגנטים והליבה, ומהווים רק חלק קטן מה-BOM הכולל של הרוטור.

4. סיכום: מגנטים > ליבה > אנקפסולציה

אם נחבר הכל ביחד, דירוג העלויות של רוטור מנוע שטף צירי ברור:

דרגת המגנט היא מרכיב העלות הגדול ביותר ברוטור מנוע שטף צירי , המהווה 35-40% מסך עלות המנוע - העולה בהרבה על הליבה והמעטפת. זה גם מסביר מדוע התעשייה רואה במגנטים גם את ה'לב' וגם את 'עקב אכילס' של מנועי השטף הצירי: הם קובעים לא רק את תקרת הביצועים של המנוע אלא גם את רף העלות שלו.

5. SDM: קו ייצור גמיש מאפשר אספקת נפח

בתיעוש של רוטורים של מנוע שטף צירי, ישנה חשיבות מכרעת ליכולת ייצור יעילה וגמישה.  SDM (Hangzhou Shengshideng Magnetic Materials Co., Ltd.)  - מיזם היי-טק ברמה ארצית המתמקד במגנטים ופתרונות מגנטיים - בנה יתרון מובהק בתחום הרוטור של מנוע השטף הצירי.

בצד הייצור,  SDM הקימה קו ייצור גמיש במפעל שלה, המאפשר מעבר מהיר בין סוגים שונים של מכלולי רוטור מנוע שטף צירי . יכולת ייצור גמישה זו מאפשרת מענה יעיל לדרישות מותאמות אישית לייצור רב-זנים, באצווה קטנה, ומשפרת מאוד הן את התפוקה והן את זריזות האספקה.

עד כה,  SDM כבר השיגה אספקת נפח של מספר דגמי רוטור של מנוע שטף צירי . מכיוון שמנועי שטף צירי חודרים במהירות לשווקים של טריליון יואן כמו רכבי אנרגיה חדשים, רובוטים דמויי אדם וכלכלה בגובה נמוך, פריסת הקו הגמישה של SDM והרקורד המוכח של אספקה ​​המונית בונים חפיר מוצק עבור החברה בנוף יותר ויותר תחרותי.