Metalle der seltenen Erden: Alternativen für effiziente Industriemotoren

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/500824
• Projekttitel Englisch: Rare earth metals: alternatives for efficient industrial motors

Schlüsselwörter (Englisch)

Rare earths magnet substitution industrial motor

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Durch hocheffiziente Elektromotoren, aufgebaut mit Magnetmaterial aus Seltenen Erden, lassen sich grosse Energiemengen einsparen. In verschiedener Hinsicht sind Metalle aus Seltenen Erden problematisch. Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist eine Abschätzung, ob hocheffiziente Elektromotoren für den Einsatz in der Industrie, mittels keramischen Magneten, einer ausgeprägten Reluktanz oder aus einer Kombination von beiden unter Verzicht von Seltenen Erden Magneten möglich sind.

Kurzbeschreibung (Englisch)

By highly efficient electric motors, built with rare earth magnet material, large amounts of energy can be saved. In some respects are problematic for rare earth metals. The result of this research is to predict whether highly efficient electric motors are also possible for use in the industry, by means of ceramic magnets, a strong reluctance, or a combination of both without rare earth magnet material.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Elektromotoren verbrauchen in der Schweiz 26TWh el.Energie pro Jahr [1]. Hier ist ein enormes Energiesparpotenzial mit hocheffizienten Elektromotoren, aufgebaut mit Magnetmaterial aus Seltenen Erden vorhanden. In verschiedener Hinsicht sind aber Metalle aus Seltenen Erden problematisch, wie diese Forschungsarbeit auch aufzeigen wird. Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist eine Abschätzung, ob hocheffiziente Elektromotoren für den Einsatz in der Industrie, mittels keramischen Magneten, einer ausgeprägten Reluktanz oder aus einer Kombination von beiden unter Verzicht von Seltenen Erden Magneten auch möglich sind. Seltene Erden sind ein strategisches Element für die Industrie, sogar für ein ganzes Land. Ein geringerer Bedarf schafft weniger Abhängigkeit und schont zudem die Umwelt.Zeigen sich aus den Forschungsresultaten Alternativen zu Permanentmagnet Motoren basierend auf Seltenen Erden auf und ist die Effizienz dieser Alternativen höher als bei den heute am Markt eingesetzten Industriemotoren (Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer), so ist ein wirtschaftliches Potenzial gegeben.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Circle Motor AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Lindegger,Markus

Zugehörige Dokumente

• Metalle der Seltenen Erden: Alternativen für effiziente Industriemotoren - Jahresbericht 2012 [PDF] 440 kB

Schlussbericht (Deutsch)

Höchste Wirkungsgrade bei Elektromotoren sind eine wirksame Massnahme gegen den global ansteigenden Bedarf an Elektrizität. Die internationale Norm IEC 60034-30 schlägt Mindestwirkungsgrade für elektrische Industriemotoren vor. Durch das periodische Erhöhen der gesetzlichen Mindestwirkungsgrade ist anzunehmen, dass in Zukunft vermehrt Elektromotoren mit Permanentmagneten aus Metallen der Seltenen Erden zum Einsatz kommen könnten. Diese Arbeit zeigt, dass Metalle der Seltenen Erden aus ökologischer Sicht problematisch sind, wenn die Abfälle aus der Aufbereitung in offenen Deponien gelagert werden. Bei der Herstellung der Seltenen Erden hat China heute ein Monopol. Im Sommer 2011 stiegen die Preise für Neodym-Eisen-Bor Magnete in einer Preisblase sprunghaft an. Diese Forschungsarbeit zeigt, dass höchste Wirkungsgrade bei Industriemotoren auch ohne den Einsatz von Metallen der Seltenen Erden möglich sind. Bei Kleinmotoren sind keramische Magnete eine Alternative. Dieses Magnetmaterial ist günstig zu kaufen und reichlich vorhanden. Im mittleren Leistungsbereich ist der Reluktanzmotor eine Alternative, auch deshalb, weil modernste Umformer mit Vektorregelung am Markt erhältlich sind. Im hohen Leistungsbereich werden bereits Asynchronmotoren der Effizienzklasse IE4 angeboten.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Circle Motor AG

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Lindegger,Markus

Zugehörige Dokumente

• Metalle der Seltenen Erden: Alternativen für effiziente Industriemotoren - Schlussbericht 2013 [PDF] 1'270 kB

Schlussbericht (Englisch)

Highest efficiency factors of electrical motors are an effective answer against the rising global electricity demand. The international standard IEC 60034-30 defines minimal efficiency ratings for electrical industrial motors. Due to rising periodically the legal binding minimum efficiency ratings, it can be assumed that in the future rare earth permanent magnet motors will be used more frequently. This document shows the problematic aspects from an ecological point of view, if waste from processing treatment is disposed in open areas. Today China has a monopole in the production of rare earth materials. Summer 2011, an excessive price increase for neodymium iron boron magnets happened. This research work shows that it is also possible to achieve highest efficiency factors of industrial motors without using rare earth magnets.

For small motors ceramic magnets are an alternative. This material is inexpensive and is plenty available. For the middle application range the reluctance motor is an alternative, this is also due to the fact that modern converters using vector control exist on the market. For the high end application range, there are already asynchronous motors fulfilling IE4 efficiency rating.

Schlussbericht (Französisch)

L’'augmentation de l'efficacité des moteurs électriques est une mesure pertinente contre la hausse de la demande mondiale d'électricité. La norme internationale CEI 60034-30 impose des standards minimaux pour les moteurs électriques industriels. En raison de l'augmentation régulière de ces exigences légales, les moteurs électriques à aimants permanents à base de terres rares pourraient être de plus en plus utilisés. Toutefois, les métaux à base de de terres rares posent des problèmes écologiques, notamment si les déchets issus de leur retraitement sont stockés dans des décharges à ciel ouvert. Dans la production de terres rares, la Chine détient désormais un monopole. En été 2011, le prix des aimants à la base de néodyme-fer-bore a fortement augmenté. Ce travail de recherche montre que le recours aux terres rares n'est pas la seule solution pour accroître le rendement des moteurs industriels.

Pour les petits moteurs, les aimants céramiques constituent une alternative intéressante. Ce matériau magnétique est abondant et bon marché. Dans la plage de puissance moyenne, le moteur à réluctance présente des avantages, en raison notamment des convertisseurs modernes que l'on trouve sur le marché et qui mettent en œuvre des régulateurs vectoriels. Dans la gamme de puissance élevée, des moteurs asynchrones de la classe d'efficacité IE4 sont d'ores et déjà disponibles.