Embedded Files
W obliczu zaostrzenia się geopolitycznych sporów o metale ziem rzadkich – materiały niezbędne do produkcji takich produktów jak silniki pojazdów elektrycznych – podmioty przemysłowe coraz częściej projektują alternatywy niezawierające metali ziem rzadkich.
Wraz z nasilaniem się geopolitycznych napięć wokół metali ziem rzadkich — surowców kluczowych m.in. dla silników pojazdów elektrycznych — firmy przemysłowe coraz częściej projektują alternatywy niewymagające ich użycia. Przejście na konstrukcje typu „magnet-free” (bez magnesów) lub „alternative magnet” (z magnesami alternatywnymi) nie tylko zmniejsza ryzyko wahań w łańcuchu dostaw, ale również pozwala ograniczyć ślad węglowy związany z wydobyciem neodymu (Nd) i dysprozu (Dy).
Poniżej przedstawiamy przegląd technologii silników niewymagających metali ziem rzadkich oraz najważniejszych graczy, którzy napędzają tę transformację. Co istotne, większość z nich to dostawcy klasy Tier 1, działający w ścisłej współpracy z największymi producentami pojazdów elektrycznych.
Technologie silników bez metali ziem rzadkich
1. Silniki synchroniczne z wzbudzeniem zewnętrznym (EESM / SESM)
Zamiast wykorzystywać magnesy trwałe do wytworzenia pola magnetycznego w wirniku, silniki tego typu stosują uzwojenia z miedzianego drutu. Gdy przez uzwojenia przepływa prąd, wirnik staje się elektromagnesem.
Tradycyjne konstrukcje EESM (jak np. w BMW i4 lub Renault Zoe) używają szczotek lub pierścieni ślizgowych, aby dostarczyć prąd do obracającego się wirnika, co może prowadzić do zużycia elementów mechanicznych. Firma ZF opracowała rozwiązanie o nazwie In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor (I²SM), w którym zastosowano bezprzewodowy indukcyjny system przesyłu energii.
Zalety
Silnik ten oferuje moment obrotowy porównywalny z silnikiem opartym o magnesy trwałe, a jednocześnie zmniejsza ślad CO₂ produkcji o około 50%. Dodatkowo pole magnetyczne może zostać „wyłączone”, gdy nie jest potrzebne, co eliminuje tzw. straty oporowe (drag losses). Dzięki temu silnik jest znacząco bardziej efektywny podczas jazdy autostradowej.
2. Silniki reluktancyjne przełączalne (SRM)
Silniki SRM uchodzą za najprostsze konstrukcyjnie. Ich wirnik jest w zasadzie jednolitym elementem zębatym wykonanym z żelaza. Obrót następuje, ponieważ elektromagnesy stojana przyciągają zęby wirnika (reluktancja).
Co stoi za przełomem?
Historycznie silniki SRM krytykowano za hałas i „szarpanie” wynikające z pulsacji momentu obrotowego (torque ripple). Producenci zaczęli jednak skutecznie eliminować te problemy dzięki dwóm technologiom:
Model Predictive Control (MPC) – oprogramowanie przewidujące położenie wirnika i korygujące przepływ prądu w mikrosekundach.
Falowniki z węglika krzemu (SiC) – umożliwiają znacznie płynniejsze dostarczanie mocy.
Zastosowania
Silniki SRM idealnie nadają się do pracy w trudnych warunkach i przy dużych obciążeniach (np. górnictwo przemysłowe czy autobusy elektryczne), ponieważ nie zawierają magnesów, które mogłyby ulec rozmagnesowaniu, ani uzwojeń wirnika, które mogłyby się przegrzać.
3. Podejście „hybrydowe”: strategia dwóch silników Hitachi Astemo
Podczas Japan Mobility Show 2025 Hitachi Astemo zaprezentowało strategię optymalizacji napędu poprzez zastosowanie różnych technologii silnikowych dla różnych osi pojazdu.
Napęd główny (tył): SynRM wspomagany magnesami
Silnik ten wykorzystuje tanie i łatwo dostępne magnesy ferrytowe (tlenek żelaza), ułożone w strukturze „wielowarstwowego strumienia” (multi-layer flux). Aby zapobiec przegrzewaniu uzwojeń pod wpływem wysokiego prądu potrzebnego do zwiększenia efektywności ferrytu, Astemo stosuje chłodzenie poprzez zanurzenie w oleju.
Rozwiązanie zapewnia 180 kW mocy, przy czym silnik jest jedynie o 30% większy niż jego odpowiednik wykorzystujący metale ziem rzadkich.
Napęd pomocniczy (przód): SynRM w 100% bez magnesów
Ponieważ przedni silnik wykorzystywany jest głównie do krótkich impulsów przyspieszenia, konstrukcja nie zawiera żadnych magnesów. Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ gdy silnik jest wyłączony podczas toczenia pojazdu, nie generuje oporu magnetycznego, co przekłada się na oszczędność energii i wydłużenie zasięgu.
4. Zaawansowane materiały: azotek żelaza (Fe16N2)
Choć magnesy ferrytowe są stosunkowo słabe (ok. 0,4T), azotek żelaza uznawany jest za „świętego Graala” w nauce o magnesach. Teoretyczna wartość jego nasycenia magnetycznego wynosi aż 2,5 Tesli, co przewyższa nawet najlepsze magnesy neodymowe (ok. 1,6T).
Zastosowanie
Firma Niron Magnetics zdołała skutecznie przeskalować tę technologię. Podczas targów CES 2026 zaprezentowała silnik typu Variable Flux Motor (VFM) we współpracy z indyjską firmą EV MATTER. Magnesy te są wytwarzane z żelaza i azotu — dwóch najbardziej powszechnych pierwiastków na Ziemi — co eliminuje „podatek ziem rzadkich” oraz całkowicie ogranicza ryzyko geopolityczne związane z dostawami.
Kluczowi gracze i partnerstwa
Hitachi Astemo i Honda (2025–2026)
Honda pod koniec 2025 roku została większościowym udziałowcem Astemo (61%). Posunięcie to przyspiesza integrację bezziemiorzadkich osi napędowych (e-Axle) Astemo w elektrycznej serii Hondy „0 Series”.
Najbardziej aktualny układ napędowy Astemo łączy silnik synchroniczny reluktancyjny (SynRM) z wysokosprawnymi falownikami opartymi o węglik krzemu (SiC).
Stellantis i Niron Magnetics
Bazując na inwestycji z 2023 roku poprzez Stellantis Ventures, Stellantis oraz Niron Magnetics realizują wspólny projekt pod nazwą:
„Variable Flux Field Intensifying Motors Using Iron Nitride Permanent Magnets.”
Projekt otrzymał grant w wysokości 2,7 mln USD od Departamentu Energii USA. Jego celem jest przeskalowanie technologii „Clean Earth Magnets” (azotek żelaza) firmy Niron, aby zastąpić średniej klasy magnesy NdFeB (neodymowe) w masowych platformach EV — bez kosztów środowiskowych wynikających z wydobycia.
MATTER i Niron Magnetics
Jak wspomniano wcześniej, Niron Magnetics oraz indyjski producent EV MATTER pokazali podczas CES prototyp wysokowydajnego silnika Variable Flux Motor (VFM) dla lekkich pojazdów.
Projekt wykorzystuje magnesy z azotku żelaza oraz specjalny sterownik umożliwiający dynamiczną regulację strumienia magnetycznego, co optymalizuje efektywność zarówno przy wysokim momencie rozruchowym, jak i podczas jazdy z dużą prędkością — bez użycia materiałów ziem rzadkich.
Ola Electric
W październiku Ola Electric stała się pierwszym indyjskim producentem OEM, który otrzymał certyfikację AIS 041 od Global Automotive Research Center (GARC) dla własnego silnika trakcyjnego opartego na magnesach ferrytowych.
Dzięki zastosowaniu zaawansowanej geometrii konstrukcji w celu kompensacji niższej remanencji magnetycznej ferrytu (w porównaniu do neodymu), Ola uzyskała znaczące zmniejszenie kosztów materiałowych (Bill of Materials – BOM) dla pojazdów platformy Gen-3.
Honda i Enedym
Inwestycja Hondy w kanadyjską firmę Enedym przyspieszyła rozwój silników reluktancyjnych przełączalnych (SRM), które nie zawierają magnesów.
Ostatnie prace skupiają się na ograniczaniu hałasu, drgań i szorstkości pracy (NVH – Noise, Vibration, Harshness) poprzez zaawansowane kształtowanie biegunów oraz zastosowanie elektroniki mocy pracującej na wysokich częstotliwościach.
Wnioski: elektromobilność odchodzi od metali ziem rzadkich
W obliczu rosnącej niestabilności geopolitycznej i presji na redukcję emisji, silniki pozbawione metali ziem rzadkich przestają być niszową alternatywą, a stają się strategicznym kierunkiem rozwoju całego sektora EV. Technologie takie jak EESM, SRM, hybrydowe SynRM czy magnesy z azotku żelaza mogą w kolejnych latach radykalnie zmienić globalny układ sił w branży napędów elektrycznych.
Dla producentów samochodów oznacza to możliwość uniezależnienia się od kosztownych i ryzykownych dostaw neodymu i dysprozu. Dla całego rynku — potencjalnie bardziej stabilny, tańszy i mniej emisyjny łańcuch dostaw.
Google Sites
Report abuse