在前不久的特斯拉投資者大會(huì)上，馬斯克號(hào)稱(chēng)下一代永磁電機(jī)技術(shù)將完全不使用稀土材料，且不損失能效。

特斯拉提到，在2017年至2022年期間，由于提高了傳動(dòng)系統(tǒng)的效率，他們已成功地將新Model 3驅(qū)動(dòng)模塊的稀土使用量減少了25％。據(jù)悉，在特斯拉現(xiàn)行使用的電機(jī)中，三種稀土元素分別使用了500g、10g和10g。業(yè)內(nèi)猜測(cè)，特斯拉展示的三個(gè)稀土元素中，第一個(gè)元素可能是釹，另外兩個(gè)是鏑和鋱。

據(jù)特斯拉透露，下一代電機(jī)將三種稀土元素的用量都降至0g。此消息公布后，A股稀土板塊開(kāi)盤(pán)遭下跌，指數(shù)跌幅超過(guò)5%。

但就目前汽車(chē)業(yè)的認(rèn)知，稀土材料在感應(yīng)電機(jī)上不需要，在永磁同步電機(jī)上是不可缺少的，距離真正擺脫稀土永磁材料，還有一段很長(zhǎng)的路要走。

稀土不是土

稀土雖然來(lái)自于土，但不是土，而是化學(xué)元素周期表中鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、钷（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、镥（Lu）、釔（Y）和鈧（Sc）等17種稀有金屬元素的總稱(chēng)。

稀土被譽(yù)為“工業(yè)的維生素”，具有無(wú)法取代的優(yōu)異磁、光、電性能，對(duì)改善產(chǎn)品性能，增加產(chǎn)品品種，提高生產(chǎn)效率起到了巨大的作用。

其中，鑭用于合金材料和農(nóng)用薄膜；鈰大量應(yīng)用于汽車(chē)玻璃和尾氣凈化催化劑中；鐠廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷和磁性材料中；釹作為永磁材料廣泛用于航天、電子、機(jī)械等行業(yè)；钷為衛(wèi)星提供輔助能量；釤應(yīng)用于原子能反應(yīng)堆；銪用于制造熒光劑、鏡片和液晶顯示屏等；釓用于醫(yī)療核磁共振成像；鋱用于磁光存儲(chǔ)、磁光玻璃；鉺可用于激光器，鏑可用于釹鐵硼系永磁體的添加劑以及電影、印刷等照明光源；鈥用于制作醫(yī)療激光器及光通訊器件；銩用于X光機(jī)射線源，進(jìn)行臨床診斷和治療腫瘤；鐿可用于熱屏蔽涂層材料、磁致伸縮材料及電腦記憶元件添加劑；镥可作石油裂化、烷基化、氫化和聚合反應(yīng)的催化劑；還可用于能源電池技術(shù)，釔可作為鋼鐵及有色合金的添加劑，用于制造電線和飛機(jī)受力構(gòu)件；鈧是強(qiáng)還原劑，常用于制造合金，改善合金的強(qiáng)度、硬度和耐熱和性能。

據(jù)工業(yè)和信息化部介紹，目前稀土永磁、發(fā)光、儲(chǔ)氫、催化等功能材料已是先進(jìn)裝備制造業(yè)、新能源、新興產(chǎn)業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的原材料，還廣泛應(yīng)用于電子、石油化工、冶金、機(jī)械、新能源、輕工、環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)等。

稀土在新能源汽車(chē)領(lǐng)域的運(yùn)用，主要有稀土永磁電動(dòng)機(jī)、稀土動(dòng)力電池、三元催化器中的催化劑及氧傳感器中的陶瓷材料等。其中用于電機(jī)中的釹鐵硼永磁材料，磁能極高，被稱(chēng)作當(dāng)代“永磁之王”。

稀土永磁電機(jī)依靠定子上的線圈和轉(zhuǎn)子上的永磁材料之間的引力和斥力，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)的前進(jìn)和后退。這種電機(jī)有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形狀和尺寸設(shè)計(jì)靈活，且具備運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高等顯著優(yōu)勢(shì)，而且該電機(jī)的在新能源汽車(chē)領(lǐng)域中受到高度重視。

稀土材料對(duì)電機(jī)性能的改善，還包括提高電機(jī)的動(dòng)磁性，使電機(jī)工作更為穩(wěn)定，同時(shí)減少運(yùn)行時(shí)的磁性損失，提高電機(jī)的效率；改善電機(jī)的耐熱性，使電機(jī)在高溫的條件下仍能正常工作；使電機(jī)更耐磨，耐用，減少電機(jī)失效率，提高電機(jī)的使用壽命；阻礙噪聲傳播的作用，降低電機(jī)的噪聲，以改善車(chē)內(nèi)NVH提升乘坐體驗(yàn)等。

可以說(shuō)，稀土在永磁電機(jī)中起著至關(guān)重要的作用，而永磁電機(jī)很大程度上影響了汽車(chē)的性能和效率。從綜合性能來(lái)說(shuō)，永磁同步電機(jī)也是最具優(yōu)勢(shì)的電機(jī)方案。數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)永磁同步電機(jī)的裝機(jī)量高達(dá)94%。

新能源汽車(chē)中另外一種常見(jiàn)的電機(jī)是感應(yīng)異步電機(jī)，其利用電磁感應(yīng)原理通過(guò)定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)作。

相比于永磁電機(jī)，雖然感應(yīng)電機(jī)不需要用到稀土材料，具有價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，但其功率和扭矩更低，體積也更大。

為何放棄稀土電機(jī)

至于特斯拉為何要堅(jiān)定不含稀土電機(jī)路線，一是要擺脫對(duì)稀土永磁材料的依賴(lài)，減少對(duì)稀土市場(chǎng)波動(dòng)和供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)的影響。由于稀土材料價(jià)格受到市場(chǎng)供求、政策調(diào)控、環(huán)境因素等多重因素的影響，波動(dòng)性較大。

特別是在近年來(lái)中美貿(mào)易摩擦加劇的背景下，對(duì)于依賴(lài)中國(guó)進(jìn)口稀土材料的特斯拉等汽車(chē)制造商來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)巨大的威脅和挑戰(zhàn)。

二是目前稀土價(jià)格偏高，擺脫稀土，是出于降低汽車(chē)的成本和價(jià)格考慮特斯拉還計(jì)劃通過(guò)自建工廠生產(chǎn)無(wú)稀土永磁電機(jī)，可以節(jié)省稀土材料采購(gòu)、運(yùn)輸、加工等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的成本。

三是永磁電機(jī)不依賴(lài)稀土技術(shù)雖不成熟，但已經(jīng)具備技術(shù)路徑，包括鐵氧體電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、EESM-電勵(lì)磁同步電機(jī)等。此外，可替代的非稀土永磁材料有鋁鎳鈷（AlNiCo）、鐵氧體等，也已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。

據(jù)悉，特斯拉下一代電機(jī)計(jì)劃使用銅線圈來(lái)替代稀土永磁體，來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)稀土的永磁轉(zhuǎn)子。這種新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以降低成本、減少重量，并且更容易回收利用。目前，特斯拉還沒(méi)有公布其無(wú)稀土永磁電機(jī)的具體技術(shù)細(xì)節(jié)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其可行性和可靠性還有待驗(yàn)證。

此外，特斯拉還需要克服一些技術(shù)難點(diǎn)，比如如何解決銅線圈的穩(wěn)定性、耐久性和散熱性，如何優(yōu)化電機(jī)控制策略等。

除計(jì)劃使用無(wú)稀土永磁電機(jī)外，特斯拉還采取了優(yōu)化汽車(chē)設(shè)計(jì)和配置、尋找替代材料和供應(yīng)商、回收利用廢棄汽車(chē)中的稀土材料等方式來(lái)減少對(duì)稀土的依賴(lài)。

例如，特斯拉在其Model3和ModelY等車(chē)型上，使用了前后兩個(gè)不同類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)：前輪驅(qū)動(dòng)由交流感應(yīng)（ACI）電動(dòng)機(jī)提供，后輪驅(qū)動(dòng)由永磁同步（PMSM）電動(dòng)機(jī)提供。這種混合驅(qū)動(dòng)方式可以兼顧性能和效率，并且可以減少對(duì)稀土材料的用量。

特斯拉在其ModelS和ModelX等車(chē)型上使用的鎳鈷鋁（NCA）電池，而不是使用含有稀土元素的鎳鈷錳（NCM）電池。此外，特斯拉還在尋找其他稀土材料供應(yīng)商，以降低對(duì)中國(guó)進(jìn)口稀土材料的依賴(lài)程度。

特斯拉還通過(guò)回收利用廢舊電池中的稀土元素，如廢舊電池送到指定工廠進(jìn)行拆解和分離，提取出稀土元素和其他金屬元素，再用于制造新的電池或其他產(chǎn)品，以節(jié)約資源、降低成本、減少環(huán)境污染。

除了特斯拉，中國(guó)、日本和歐洲的科技機(jī)構(gòu)、公司和車(chē)企也在嘗試開(kāi)發(fā)非稀土或少用稀土的永磁同步電機(jī)。

40年前，日本的松下電器申請(qǐng)了關(guān)于MnAl基永磁合金之無(wú)稀土永磁材料的專(zhuān)利，從而成為全球最早研發(fā)無(wú)稀土永磁材料的國(guó)家之一。

之后，日本的日立麥克斯韋公司也開(kāi)始研究MnBi基永磁材料。盡管在2000年以前，少數(shù)幾家日本企業(yè)對(duì)MnAl基永磁材料和MnBi基永磁材料進(jìn)行了研發(fā)和專(zhuān)利申請(qǐng)，但是之后的十年幾乎沒(méi)有任何“無(wú)稀土永磁體”領(lǐng)域的專(zhuān)利活動(dòng)。

直到2010年，中國(guó)開(kāi)始投入無(wú)稀土永磁體的專(zhuān)利布局。在MnAl基、MnBi基及鐵氧體等無(wú)稀土永磁材料領(lǐng)域，中國(guó)幾乎與日本同步開(kāi)始了布局，且在2011年底率先布局了無(wú)稀土鐵氧體永磁材料專(zhuān)利。

近十年來(lái)，各國(guó)都在該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了密集的研發(fā)，創(chuàng)造了專(zhuān)利申請(qǐng)的高峰，而無(wú)稀土永磁材料的成分組成也成為了兵家必爭(zhēng)之地。

2011年，豐田在旗下小型混合動(dòng)力汽車(chē)上搭載了不含“重稀土元素”的永磁電機(jī)；2018年，豐田宣稱(chēng)將進(jìn)一步研發(fā)出含有更少釹元素、但鑭和鈰含量更高的電機(jī)；2022年，本田與日本大同鋼鐵(Daido Steel)公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了全球首款沒(méi)有使用任何重稀土金屬的電機(jī)。

大眾也被曝光使用稀土含量更低、只含鋱和鏑兩種稀土元素的電機(jī)。2023年3月，日產(chǎn)也發(fā)布下一代電驅(qū)系統(tǒng)，同樣采用SiC技術(shù)以及“無(wú)稀土”電機(jī)，電驅(qū)生產(chǎn)成本降低30%。

寶馬和大陸集團(tuán)聯(lián)手投資了驅(qū)動(dòng)電機(jī)供應(yīng)商DeepDrive，這家企業(yè)開(kāi)發(fā)了一種徑向磁通雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，括電力電子設(shè)備，可以作為中央或輪轂電機(jī)安裝在量產(chǎn)車(chē)輛中。其電機(jī)中磁鐵材料減少50%，鐵用量減少80%，并且不含重稀土元素。