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下一代永磁電機完全不用稀土,是黑科技還是畫大餅?

2023-05-18 12:05:42

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

什么是稀土?

所謂稀土,雖然有個土字,但其實是指特定種類的稀有金屬,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。

稀土擁有非常優(yōu)秀的光學(xué)、電磁性能,因此被廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)等領(lǐng)域,其中釹鐵硼因磁能極高而被用于汽車的電機中,也被業(yè)內(nèi)人士成為當(dāng)代的“永磁之王”。而永磁電機靠著轉(zhuǎn)子上的稀土永磁材料與定子上的線圈相互作用,實現(xiàn)了汽車的前進和后退,此外稀土還能改善電機性能,提高電機的動磁性,使其工作更加穩(wěn)定并減少磁性損失。

此外使用稀土材料,能使電動機在耐高溫、耐磨以及NVH方面有很明顯的提升,這種永磁電機的尺寸較小,質(zhì)量也很輕,它也因此深受特斯拉這種追求汽車品質(zhì)感車企的喜愛。

不過盡管人類已在自然界中發(fā)現(xiàn)了大約250種稀土礦,但真正適合工業(yè)使用的也只有十余種,正因如此,稀土的價格極其昂貴,過高的制造成本也一定程度上制約了車企的產(chǎn)品策略,因此特斯拉一直在嘗試擺脫對稀土的依賴。

資料顯示,2017年~2022年,特斯拉已采取了,通過優(yōu)化設(shè)計提高效率來減少對稀土依賴的策略,旗下全新Model 3驅(qū)動模塊的稀土用量已減少了25%,當(dāng)前特斯拉汽車電動機中使用的稀土元素主要有鏑、鋱、釹三種,其含量分別為10g、10g、500g。

而在前不久的特斯拉投資者大會上,馬斯克聲稱,下一代永磁電機技術(shù)將在不損失能效的情況下,實現(xiàn)對稀土材料的“0”使用,不過對于這一表態(tài),汽車業(yè)內(nèi)人士普遍提出質(zhì)疑,畢竟從目前的技術(shù)水平來講,要想在不損失效率的前提下,完全讓永磁同步電機擺脫稀土,還是不大可能的。

當(dāng)然,從技術(shù)的角度來講,馬斯克的想法并非完全不可實現(xiàn)。因為當(dāng)前,還有一種名為“感應(yīng)異步電機”的東西也在被用于汽車領(lǐng)域,它的工作原理是通過定子的三項電流來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場,該磁場與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電流,相互作用帶動電機運轉(zhuǎn),而整個過程不需要任何稀土材料,不過由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜所以該電動機的尺寸和質(zhì)量都比較大,并且所能產(chǎn)生的功率和扭矩也比同級的永磁同步電機小。

所以如果特斯拉想要采用或參考這一技術(shù),也必須要解決新技術(shù)在穩(wěn)定性、耐久性及散熱等方面的問題,以達到成本和產(chǎn)品性能之間的平衡,他們的計劃是使用銅線圈來替代稀土永磁體,并通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化來實現(xiàn)無稀土的永磁轉(zhuǎn)子。至于該方法能否行得通,目前還尚有爭論,有待時間去進一步檢驗。

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