特斯拉下一代永磁电机去稀土分析

印宁华|印宁华|Indining China|

2023-03-16 08:35:37 713

特斯拉的2023年秘密宏图第三篇章投资者发布会，就“带崩”了A股几个板块。看起来，马斯克这次是要一已之力挑战全球车企的节奏！

3月2日A股开盘，稀土板块开盘遭重挫，稀土成为当天A股跌幅最大的板块。

稀土板块受影响走低

主要原因是特斯拉负责动力总成工程的副总裁Colin Campbell谈到，特斯拉的下一代永磁电机将完全不使用稀土材料，它们将在紧凑高效的工厂里进行建造。将为下一代汽车设计所有控制器，以降低电子设备的复杂性和成本，还有下一代平台也将减少75%的碳化硅，还要自行更多更加集成化的控制器，总制造成本下降1000美元。马斯克直言，我们不认为其他任何汽车制造商可以接近我们的成本。

稀土元素包括钐、钪和镝等，是用于制造永磁电机的动力材料。而这些稀土元素的可用性有限，价格也非常昂贵，因此，特斯拉公司正在致力于不使用这些元素的永磁电机的研发。

稀土材料其实存在于我们生活中，例如小时候玩的磁铁就是稀土材料。稀土可以应用扬声器和各种电机当中，而新能源汽车采用的永磁电机是稀土材料的使用大户。而中国是 .上最大的稀土出口国。

钕铁硼稀土永磁材料

关于特斯拉对下一代永磁电机不再使用稀土材料，也有相关研报机构也表示，特斯拉只是说下一代放弃稀土永磁，并没有说明什么东西可以替代稀土，虽然随着科技的进步，可以有替代产品，但其目前并没有说明什么东西可以替代。新能源车正成为稀土永磁的最大增长点。高性能钕铁硼在新能源汽车领域主要应用于发动机与辅助电机，每台新能源汽车大约消耗3kg钕铁硼，而传统车仅需0.3-0.4kg钕铁硼。新能源汽车的普及将提高对稀土永磁材料的需求。

研究表明，新一代永磁电机的结构可以不使用稀土材料，而是使用可再生材料，例如钛、铝、铁和硅，这些材料都是可再生的，价格也更实惠。特斯拉公司表示，新一代永磁电机可以在效率和质量上达到甚至比稀土材料电机更高的水平。

特斯拉公司表示，他们正在制定一种全新的电机结构，比现有电机更加环保。他们希望，通过使用可再生材料，能够实现电动汽车的更高效率，降低碳排放，保护环境。特斯拉要“重返”不含稀土电机，可能有几个目的，一方面要摆脱稀土在美国的供应不足；另一方面是继续降本，降低电子设备的复杂性和成本。其三，特斯拉去稀土的新技术的可靠性和耐用性还没被验证，或许是马斯克只是借新技术来向稀土企业压价。

特斯拉公司表示，他们将在未来几年推出一系列新一代永磁电机，并计划在2021年完成生产。他们表示，未来的永磁电机将成为电动汽车行业的未来发展方向。特斯拉公司正在致力于研发一种不使用稀土材料的新一代永磁电机，以达到更高的效率和环境友好性。

其实，目前在电动车上使用的电动机有两种——永磁同步电机和无磁感应交流异步电机。永磁同步电机技术成熟，而且效率较高，所以被应用在大部分单电机设计的电动车上，例如特斯拉Model 3长续航版就是后置单电机。

但永磁电机有一个大的缺点——它需要用到珍贵的稀土材料。还有永磁同步电机价格稍高，以及高温易退磁等缺点。

而感应交流异步电机优点是无需稀土，但缺点就是扭矩密度和功率密度低，而且体积较大。感应交流异步电机国际先进水平效率一般可以做到92%，比永磁电机略低。

例如特斯拉、蔚来等采用双电机的性能版本，就是后轴永磁同步，前轴感应异步方案。永磁同步电机优点是省电效率高，用来续航比较好，而感应异步电机的好处是响应快，扭力输出大可以提升性能。

这就是为什么像特斯拉Model 3、蔚来等四驱电动车性能强的一个原因。一方面响应更快的感应异步电机放在前轴，它的四驱响应速度不是普通燃油车机械传动的四驱可以相比。
但无论如何，感应交流异步电机才是未来的发展方向。

例如2021年德国马勒就发布了一款新型无磁电机，无需稀土材料。而且该电机在几乎任何工况下的效率都可达95%以上，这在之前只有电动方程式赛车能做到。

电机的关键特性在于无接触的感应式动力传输，这使得电机可以无磨损运行。无接触无磨损给它带来两个优势——一是在高转速时尤为高效，二是特别耐用。

电机内部旋转部件与静止部件之间的电能传输不发生接触，因而不会产生磨损，可以做到电机免于维护，这样的优势让应用范围广泛。

其实特斯拉近年一直在有意降低稀土的使用量，发布会上特斯拉谈到：在2017年至2022年期间，由于提高了传动系统的效率，他们已成功地将新Model 3驱动模块的稀土使用量减少了25%。

在特斯拉目前使用的电机中，三种稀土元素分别使用了500g、10g和10g。而他们计划未来将三种稀土元素的用量都降至0g。最终特斯拉是否能实现技术突破，进一步降低造车成本，还得看马斯克后续的操作了。

有行业内人士从业界和学界的角度上分析，要实现不用稀土的永磁电机目前已有两条清晰路线： .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。

电机是汽车的核心系统，在今天，大部分电动汽车都配备了由稀土制成的永磁电机驱动的动力系统。而稀土资源大部分都在中国。新能源汽车普遍采用的是永磁电机，具有能量密度大、运行可靠、调速性能好等特点。特斯拉没有具体说明现行沿用的电机使用了哪些元素，但有媒体猜测， .个元素可能是钕，过去钕基永磁体是电机应用的标准公式。另外两个是镝和铽。

另有业内人士认为，特斯拉要去稀土化其实没有那么容易，特斯拉说的是下一代永磁电机，既然还是永磁同步路线，那仍然需要磁材。稀土永磁材料在发展中经历了 .代 SmCo5、第二代SM2Co17、第三代钕铁硼Nd2Fe14B三个阶段的发展。据了解目前第四代铁氮（碳）永磁体仍然处于研发阶段，距离产业化仍有一定距离。

但是虽然说不容易，但是特斯拉既然提出来了，要实现或许是时间问题，我们不能用国内厂商的难度去推演特斯拉实现的难度，毕竟，彼此的技术与研发环境的差距是客观存在的。从日本日产公司成功研发出固态电池到特斯拉电机不用稀土，我们或许能隐隐看到电车领域还存在着各种突破的可能性，国内车企需要有一定的警惕感与危机感。

此外，宝马的第五代无磁电机是将老技术搭配新材料，形成全新的模式。它本质是一个三相交流同步电机，利用电刷和换向器为转子绕组提供动力。没有磁铁，不使用稀土，动力强劲。根据宝马的说法，其第五代电机系统允许更高的能量密度，更快的开关频率和更好的热管理。

但是无论基于哪一种，当前大量的尝试其实也在验证这条路是具备可行性的，行业对这个方向也是存在预期的，那么特斯拉到底会采用哪种路径，会采用什么材料，会不会是以上已在探索中的路线中的一种，目前还不得而知，但对于材料革命方面，国内车企其实也需要有一定危机感了。

今年的稀土配额还没出来，现在脱钩的趋势甚嚣尘上，稀土是我们能够用来反制的为数不多的产业，所以特斯拉应该也是嗅到风向，下决心要去稀土化，特斯拉下一代电机将不使用稀土永磁，大概率是用一种特殊磁性材料替代掉稀土。

特斯拉去稀土化本质也是想迎合资本市场，减轻资本市场在供应链层面的担忧。如果特斯拉电机去稀土化成功，有可能进一步降低成本，从国内来看，稀土或许会形成过剩局面，包钢也好，北方稀土也好，轻稀土行业的未来是值得担忧的，毕竟，永磁电机是稀土下游最大的应用领域，特斯拉这 .去稀土，也可能带动其他车企的跟进，弱化稀土的需求。还有一个就是未来汽车零配件的投资风险，以及去碳化硅。

从目前来看，中国车企需要关注电动汽车的材料革命，对前瞻性领域保持探索与跟进。材料科学技术的每一次重大突破，都会引起生产技术的革命，极大加速社会发展的进程。

即便从半导体行业来看，各家在研究绕过光刻机的技术,比如国内的光子芯片以及此前美光科技依赖多重曝光光刻技术结合全新材料生产的于1-alpha技术制造的LPDDR5X芯片等，普遍都在采用全新的材料。而新材料对应的是全新的物理机制实现全新的逻辑、存储及生产结构,这是目前半导体产业的革新方向。

在电动车领域，无论是固态电池还是永磁电机去稀土化都是这种材料革命的倾向。比如从固态电池来看，材料已经不再是锂，能作为固态电池的材料有很多，各家还都在研究更 .的材料，目前日产是采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。日本日产公司是首家宣称已经成功开发出全固态电池，国内更多企业是采用半固态电池作为过渡方案。半固态虽然名字上跟固态电池很相似，可实际上反而与当前的液态锂离子电池关系更近，它仍需要电解液和隔膜，产品形态上并没有本质上的创新，仍属于改良型的方案。日产的固态电池完全去除了电池中的液体元素，将大大提高存储和电力传输的效率。不仅比锂电池节省50%的成本，还将能源密度提高一倍，充电速度提高三倍。

从固态电池到特斯拉永磁电机去稀土化，本质上都是要通过材料革命换掉供应链环节，如果成功，国内建立起来的电车供应链优势可能要被打掉一部分。因此，电车的材料革命的研发，国产电车不能掉以轻心，因为国产新能源现在处于一个成长的关键期——整体的市场体量、品牌影响力与技术实力正在发展起来，但是还没有形成足够强的壁垒。

在这个关键成长窗口期，又被特斯拉成本控制能力压制，特斯拉可以做到控制成本之余又有足够高的利润，但是国产电车还做不到。需要思考的是，马斯克未来还要进一步从材料上面节约成本，不影响质量情况下，优惠消费者，国内车企是否能做到？新的材料是否会带来新的技术突破与革新，对现有供应链体系造成冲击？

国内企业在技术研发层面需要多点耐心并沉下去研发推进，无论是固态电池还是其他环节方面降本工艺与材料突破，这也代表技术路线出现了新的岔路口，国内需要有更大的危机感来面对未来的竞争，我们也对国内车企的创新与突破保持期待。

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