Permanent magnet is one of the most important parts in modern industry and the rare earth elements play an essential role for operation of permanent magnet. As is well known, the rare earth elements are mostly produced in China and the world is now facing serious problems owing to supply and demand imbalances. Many attempts have been performed to replace these rare-earth based permanent magnets by rare-earth free magnets, but they have not been successful so far. Regarding this issue, we discuss about an exchange spring magnet as a potential rare earth free permanent magnet structure.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.21
no.3
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pp.137-142
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2021
In recent years, permanent magnets such as IPM (Interior Permanent Magnet) motors or SPM (Surface Permanent Magnet) motors that can obtain high efficiency and power density by inserting rare earth permanent magnets into the rotor are used. Research on the used electric motor is being actively conducted. Since it uses a permanent magnet, it has the advantage of high efficiency and high power density compared to reluctance motors and induction motors, but by inserting a permanent magnet into the rotor, it operates at high speeds and decreases reliability due to demagnetization of the permanent magnets, and increases the cost of rare earth metals. In this paper, in accordance with the development of future technology that can replace rare-earth permanent magnet motors and technological preoccupation of rare-earth reduction type motors and de-rare-earth motors, switched reluctance motors that do not require permanent magnets (Switched Reluvtance Motors) Motor, SRM) to drive driving control. Using the 3-phase SRM library provided by the PSIM simulation program, we will study the driving and control system modeling of SRM using the rotor position information sensor.
The reduction and diffusion process(R-D process) is an economical way to produce the functional materials which contain rare-earth elements and has been applied to the production of rare-earth magnet meterials($SmCo_5$, $Nd_{15}Fe_{77}B_8$), magneto-optical(MO) target materials and hydrogen storage alloy, etc. However, because of difficult to control of the final composition, the R-D process has not been applied to production of the 2-17 type rare earth permanent magnet materials which contain several elements. Therefore, this work was as a basic study for the production of the 2-17 type rare earth permanent materials with composition $Sm(Co_{0.72}Fe_{0.21}Cu_{0.05}Zr_{0.03})_{7.9}$ by the R-D process, the following were mainy examined ; the amount of metallic calcium as a reductant, homogenization condition of the alloy after the R-D reaction, masuring of magnetic properties of the sample after step aging. The sample prepared by the R-D process contained a little more oxygen than that prepared by the melting method, however, showed almost the same magnetic properties.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.8
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pp.1080-1089
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2013
Interior Permanent Magnet Synchronous Machines (IPMSMs) with rare earth magnet are widely used in electric vehicles and hybrid electric vehicles. IPMSMs having high efficiency, high torque, and a wide speed range are employed in propulsion system. And the rotor in an IPMSM is generally made of a rare earth magnet to achieve a large energy product and high torque. This paper discusses issues regarding design and performance of IPMSMs using different factors of BH magnetic characteristic. It is necessary to choose factors of magnetic material according to permanent magnet shape in rotor for high performance. Response Surface Methodology (RSM) is selected to obtain factors of magnetic material according to variety of rotor shapes. The RSM is a collection of mathematical and statistical techniques useful for the analysis of problems in which a response of interest in influenced by several variables and the objective is to optimize response. Therefore, it is necessary to analyze the torque characteristics of an IPMSM having magnet BH hysteresis curve with different rotor shape. Factors of residual flux density (Br) factor and intrinsic coercive force (Hc) are important parameters in RSM for rotor shape. The rotor shapes for IPMSMs having magnet BH characteristic were investigated using the RSM, and three shapes were analyzed in detail using FEA. The results lead to design consequence of IPMSMs in the various rare earth magnet materials.
High performance permanent magnets have become the subject of considerable attention because of the potential applications in the traction motors of hybrid and electric vehicles and wind generators. Nd-Fe-B magnets have attracted considerable interest due to a large maximum energy product. However, Nd-Fe-B magnet cannot be used in high temperature (${\sim}200^{\circ}C$) applications due to the thermal degradation of coercivity. Therefore, the development of high coercivity Nd-Fe-B permanent magnet is a challenging issue. In case of high coercivity Nd-Fe-B permanent magnet, an increment in the intrinsic coercivity can be easily achieved by substituting Nd atoms with Dy or Tb atoms. However, these heavy rare-earth elements are known to cause a decrease in remanence due to the antiferromagnetic coupling between Dy and Fe atoms. In addition, Dy is relatively expensive and being limited in quantity. Hence, a new technology that can increase the coercivity of Nd-Fe-B sintered magnet using only a small amount, or even, no amount of heavy rare-earth elements is being investigated. This article describes the research trend in reducing the heavy rare-earth elements in Nd-Fe-B magnets.
Cho, Sooyoung;Ahn, Hanwoong;Ham, Sang-Hwan;Jin, Chang-Sung;Lee, Sung Gu;Lee, Ju
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.2
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pp.360-364
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2016
The rare earth output is concentrated in limited number of countries including China. Also the necessity for development of non-rare earth motor is getting signified due to the rapid increase of rare earth price and resource weaponizing policies. Non-rare earth motor is generally designed as spoke type PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) in order to maximize the power density. Such spoke type PMSM has advantage in concentrating the flux but demonstrates lower efficiency compared to permanent magnet using Nd (Neodymium) permanent magnet. Therefore, applications with strong necessity for efficiency need rotor structure having improved efficiency compared to spoke type PMSM. Hence, this study suggested fan-shape type PMSM with somewhat lower power density but maximized efficiency. Fan-shape type PMSM is a rotor shape demonstrating outstanding reduction of iron loss compared to existing spoke type. Thus, this study analyzed the improvement of efficiency and reduction of loss arising from the suggested shape through parameter calculation.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.63
no.11
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pp.1511-1518
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2014
Demand for high fuel efficiency and smart features of the vehicles, research has been intensified. Hence, research and development on electric power steering (EPS) system to replace the existing hydraulic steering system has been actively conducted. Permanent magnet motors are widely used in automotive applications due to their high power density and high efficiency. However, increasing price and limited production of rare-earth permanent magnets has recently prompted the auto parts makers to substitute permanent magnet motors by non- or less rare earth magnet motors. Switched reluctance motors SRMs), known as typical non-rare earth motors have simple structure, low manufacturing cost, and high reliability. This paper discusses design, modeling, simulation, and experimental verification of a prototype SRM drive for electric power steering system.
SANGMIN PARK;SUN-WOO NAM;JU-YOUNG CHO;SANG-HOON LEE;SEUNG-KEUN HYUN;TAEK-SOO KIM
Archives of Metallurgy and Materials
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v.65
no.4
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pp.1281-1285
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2020
Recently, since the demand of rare earth permanent magnet for high temperature applications such as an electric motor has increased, dysprosium (Dy), a heavy rare earth element, is becoming important due to severe bias in its production. To fulfill the increasing need of Dy, recycling offers as a promising alternative. In recycling of rare earths, Hydro-metallurgical extraction method is mainly used however it has adverse environmental effects. Liquid metal extraction on the other hand, is an eco-friendly and simple method as far as the reduction of rare earth metal oxide is concerned. Therefore, liquid metal extraction was studied in this research as an alternative to the hydro-metallurgical recycling method. Magnesium (Mg) is selected as solvent metal because it doesn't form intermetallic compounds with Fe, B and has a low melting and low boiling point. Extraction behavior of Dy in (Nd,Dy)-Fe-B magnet is observed and effect of Mg ratio on extraction of Dy is confirmed.
Park, Seung-Yeon;Noh, Jung-Hyun;Kim, Hyo-jung;Lim, Kyoung-Mook
Resources Recycling
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v.27
no.3
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pp.48-57
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2018
In this study, we developed a method for manufacturing high strength gray cast irons by adding a rare earth element (R.E.) included in a spent permanent magnet scrap to gray cast irons. The improvement of the mechanical properties of gray cast irons is attributed to A-type graphite formation promoted by complex sulfide, which was formed by R.E. in the spent magnets during a solidification process. The cast specimen inoculated by R.E. in the spent magnet scrap showed excellent tensile strength up to 306 MPa, and is similar to that of the specimen inoculated by expensive misch-metal. In this regards, we concluded that the cheap spent magnets scrap is a very efficient inoculation agent in fabrication of high performance gray cast irons.
Kim, Kyung Min;Lee, Jung-Goo;Kim, Kyung Tae;Baek, Youn-Kyoung
Journal of Powder Materials
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v.26
no.2
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pp.146-155
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2019
Rare earth magnets are the strongest type of permanent magnets and are integral to the high tech industry, particularly in clean energies, such as electric vehicle motors and wind turbine generators. However, the cost of rare earth materials and the imbalance in supply and demand still remain big problems to solve for permanent magnet related industries. Thus, a magnet with abundant elements and moderate magnetic performance is required to replace rare-earth magnets. Recently, $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ has attracted considerable attention as a promising candidate for next-generation non-rare-earth permanent magnets due to its gigantic magnetization (3.23 T). Also, metastable $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ exhibits high tetragonality (c/a = 1.1) by interstitial introduction of N atoms, leading to a high magnetocrystalline anisotropy constant ($K_1=1.0MJ/m^3$). In addition, Fe has a large amount of reserves on the Earth compared to other magnetic materials, leading to low cost of raw materials and manufacturing for industrial production. In this paper, we review the synthetic methods of metastable $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ with film, powder and bulk form and discuss the approaches to enhance magnetocrystalline anisotropy of $a^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$. Future research prospects are also offered with patent trends observed thus far.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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