特斯拉下代电机不用稀土！专家：屁股决定脑袋，马斯克是迫不得已
最新更新时间：2023-04-12
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稀土是现代科技工业不可少的多种元素集合，在半导体领域更是几乎无处不在。全球产能主要分布在中国。其中稀土永磁材料更是磁电转换的关键角色，也是稀土产业最直接的应用产物。
公开资料显示，电机是稀土最大下游，在稀土永磁的应用中，电机占比超过60%。永磁同步磁阻电机中，稀土永磁体占到整个电机原材料成本的50%左右。
不过在今年3月份的特斯拉投资日活动上，特斯拉负责动力总成工程的副总裁Colin Campbell介绍称，特斯拉的下一代汽车平台将减少75%的碳化硅。特斯拉下一代永磁电机将完全不使用稀土材料，他们将在紧凑高效的工厂里进行建造。旨为下一代汽车设计所有控制器，从而降低电子设备的复杂性和成本。
对此，据网易科技报道，中国电子科技集团公司首席专家、中国电子材料行业协会磁性材料分会秘书长、中国稀土学会常务理事张明表示，屁股决定脑袋，马斯克的策略更多是一种“迫不得已”的交代。
他认为，特斯拉下一代电动车不使用稀土，是顺应美国发展电动汽车计划的投资策略，我们要理性看待，不适过度解读。
另外，上海大学机自学院电气工程系教授罗建也指出，马斯克不用稀土，可能有他的立场：“不能说洋人不用稀土，我们就跟风。”
专家还谈到，特斯拉并没有分享可替换的新材料，尽管从技术上分析，有一些可能的选项，比如铁氧体永磁、无稀土磁性化合物等，但似乎都有这样那样的缺点。
电机，是新能源汽车的三大核心零部件之一，是新能源汽车的“心脏”，重要性不言而喻。一般来说，电动车的驱动电机分为两大类：是交流异步电机，另一种是永磁同步电机。两者相比，各有优劣。
交流异步电机，它的励磁，也就是产生磁场，靠的是电流。也就是电流中有一部分是用来产生磁场的，然后转子的转速和旋转磁场的转速不同步，所以叫做异步电动机，正是因为异步，所以产生了转差，转差使转子上的导体产生电流，从而在磁场中受力转动。也是因为这个异步，所以控制起来比同步复杂一点。交流异步电机是线圈和转子铁芯，所以价格便宜，成本低，过载能力也强，性能彪悍，皮实耐用。
永磁同步电机的永磁指的是励磁采用的是永磁体，也就是磁铁。磁铁之前性能不好，但是钕铁硼（稀土元素钕、铁及硼组成的金属间化合物）的稳定性能和广泛应用，让永磁体的可靠性和稳定性越来越好了，退磁现象也更少发生了。同步指的是旋转磁场的速度和转子的速度是一致的，要控制转子速度，只要控制磁场转速，也就是交流电频率就可以了。同步自然控制起来更方便一点。
永磁同步电机因为使用稀土永磁材料更耐用，更轻量化，是车企的主流选择。而异步交流电机的功率和扭矩更低，体积更大，不过相对便宜。
特斯拉早期推出的电动汽车，使用的就是交流异步电机。不过，随着上海超级工厂投产，特斯拉也开始使用稀土永磁同步电机，或两种电机混合使用。
永磁同步电机少用、或者不用稀土材料，到底行不行？
“这在技术上是可行的。”罗建教授认为，如果电机不用稀土，得分几种情况：一种是，电机完全不使用磁性材料，变成了没有永磁体的电机。第二种是，稀土永磁体和其他永磁材料混用。第三种是，电机还用永磁体，但不再使用稀土，而用其他替换材料。仅从技术路径上说，以上三种方法都能实现。
而采取哪一种电机，取决于不同的应用场景，不同的电机其实都有机会。
罗建以不采用永磁材料技术路线举例。在绝大多数情况下，永磁体能建立磁场，能够提高效率。但在电机高速运转时，永磁体的磁场一旦过强，就需要减弱磁场，这会带来能量损耗。这时候，永磁体就变成一个“坏事”。
因此，这些年业界提出了相应的解决方案：比如，电动四驱车的一根轴采用永磁电机， 另外一根轴采用异步电机，两者相互搭配。比如，特斯拉在Model3等车型上，其前轮用了交流感应电动机，后轮用了永磁同步电动机驱动。这类混合驱动方式兼顾了性能和效率，还能减少对稀土材料的用量。
罗建指出，如果车辆在滑行，此时异步机里因为没有磁场，本身不会带来附加损耗。可如果是永磁电机，里面有磁场，即使不通电，也会带来附加损耗。所以，不同时间、不同工况下使用什么电机，是可以讨论的。
而另一种情况，则是在同步电机的基础上，用电力磁场替换永磁体。此外，还有一种“折中”方案，即采用永磁辅助电机：“电机的磁场，一部分由永磁体建立，另一部分用由定子电流通过转子磁阻建立。”罗建表示。
电机专家、上海交通大学电气工程系副主任王志新教授也表示，早在5年前，国内就有技术团队观察到特斯拉在进行相关研究，近年来也已经开始有向产品化发展的趋势。从业界和学界的角度上，要实现不用稀土的永磁电机目前已有两条清晰路线：第一种是永磁辅助同步的励磁电机，最大特色是用钢做转子，可以不用稀土。第二种是对稀土本身的替代，制造一种新型的磁性材料，比如铁和镍的材料作为稀土材料上的替代。所以从技术突破上来说永磁电机不依赖稀土是有技术路径的，下一步需要观察特斯拉的技术成果和相关的设计效果。
永磁电机是稀土材料的重要应用领域，但不是唯一的应用领域。实际上，包括航天、机械、电子、激光、陶瓷、合金制造等众多领域，覆盖我国经济民生的各行各业，对稀土材料都有着旺盛且持续增长的需求。
然而，特斯拉宣布下一代永磁电机将完全不使用稀土材料之后，却在一定程度上，对我国的钕铁硼市场，乃至整个稀土行业都带来了冲击。同时也引发了人们对于稀土产业未来的思考和担忧。特斯拉虽然没有分享可替换的新材料，但是根据之前的报道和分析，特斯拉可能会采用磁钢材料、钠镁离子电池等新材料来替代部分稀土材料。此外，新工艺可能采用更先进的加工技术和材料处理方法，以实现更高效的永磁电机生产。不过，这些都是推测，具体的情况需要等待特斯拉进一步的官方消息或者相关报告的公布。
众所周知，稀土短缺是一个全球性问题，减少对于稀土的依赖，不仅能够提高资源的可持续利用性，还能够为企业带来更大的经济效益。然而，从目前的技术水平来看，稀土材料仍是永磁电机领域中最为优秀的材料，因此，替代稀土材料的研究依旧任重道远。
来源：网易科技、知乎等网络内容综合
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