氮化铁磁体在无稀土15MW发电机中的应用

一位英国风力涡轮机专家与一家美国高性能无稀土磁体开发商合作，设计了一台15MW发电机，用于海上风力涡轮机。米德尔斯堡的格林斯普尔风电公司和明尼阿波利斯的尼隆磁电公司表示，这种高效低质量发电机将在不需要昂贵且环境可疑的稀土磁体的情况下发电。他们的主张得到了英国海上可再生能源技术创新和研究中心ORECatapult的支持。

Niron的磁铁基于氮化铁，据说还有其他潜在应用，包括工业电机、风扇、泵、电动工具、执行器和传感器。它们的性能与稀土相似，但成本更低，在高温下表现出更好的稳定性。

与大多数现有的风力发电机组不同，格林斯布尔采用的径向磁通设计依赖于稀土磁体，而格林斯布尔使用的是不需要稀土的轴向磁通结构。“我们的专利概念可以消除与供应链约束和价格波动相关的风险，”该公司的商业总监AndrewHine说。

然而，尽管格林斯布尔发电机的早期版本使用铁氧体磁体吸引了人们的兴趣，但它们太重了。保持发电机质量与现有机器相似至关重要，因为增加重量需要对涡轮机提供更强的结构支撑，从而增加成本。Niron的磁体比Niron基于氮化铁的磁体具有更好的磁性能，据说还有其他潜在应用，包括工业电机、风扇、泵、电动工具、执行器和传感器。它们的性能与稀土相似，但成本更低，在高温下表现出更好的稳定性。

铁氧体，导致GreenSpur15MW发电机的初始质量降低56%。设计尚待优化，因此最终减少量可能更高。

在英国创新基金的支持下，对矿石弹射器的新设计进行了审查，确认其现已达到市场所需的质量和效率目标。“几年来，我们一直与GreenSpur合作，支持他们的极具创新性和破坏性的技术，”Catapult的技术开发总监托尼·奎因（TonyQuinn）报告。“尽管有人对无稀土解决方案感兴趣，但也有人担心他们的发电机会太重。

“然而，凭借Niron的新型无稀土磁体，GreenSpur能够显示出具有吸引力的质量和效率目标，以及可信的解决方案，供下一代涡轮机考虑，”他补充道。“我们现在正在帮助GreenSpur和Niron向原始设备制造商、开发商和战略投资者提供这一机会。我们的目标是创建一个行业联盟，由合适的参与者组成，将这一产品推向市场。”

在GreenSpur的轴向磁通量设计中，转子和定子被布置为圆盘，磁通量平行于轴线流动。这些电机由模块组成，每个模块都包含一个带有嵌入磁铁的转子，夹在两个含有感应电流的定子线圈之间。轴向磁通设计比径向设计更容易冷却，并允许转子和定子之间有更大的气隙，从而简化了制造，并允许在负载下有更大移动公差。格林斯普尔声称已经克服了轴向磁通设计的两个限制——定子叠片和内部线圈的制造困难，以及低速齿槽的趋势。

Niron的氮化铁磁体基于低成本、可持续的材料，温度稳定，不需要重稀土掺杂剂。该公司表示，它们打破了钕和铁氧体之间的妥协，具有磁性和材料特性，能够从清洁、稳定和低成本的供应链中提供性能和效率。该技术的投资者包括沃尔沃和数据存储专家WesternDigital。

NironMagnetics首席执行官安迪·布莱克本（AndyBlackburn）表示：“我们的清洁地球磁体技术有助于消除对昂贵、供应受限、基于稀土的磁体的依赖，同时不会影响性能。”。“设备设计师和制造商利用我们的技术并认识到它的影响。通过与GreenSpur合作，我们已经能够展示我们的第一代技术在风力应用中可以实现什么，创新材料和创新设备设计结合在一起，为离岸市场提供了一个潜在的变革性解决方案。”

据预测，到2050年，世界海上风力发电能力将达到1400GW，这将是向净零排放过渡的关键。但目前对价格昂贵、供应受限的稀土磁体的依赖是进步的障碍。到20世纪30年代中期，稀土材料的需求可能超过供应。一台现有的风力发电机所需的稀土材料相当于1000辆电动汽车。

“稀土磁体供应链对国际海上风电构成的风险是存在的，”Hine说。“我们第一次找到了一条将这种风险排除在等式之外的途径。”