特斯拉Cybercab采用无稀土电机,能否改写新能源汽车动力路线

特斯拉把无稀土电机放到Cybercab上,真正值得关注的是汽车电驱系统出现了新的取舍,在特定场景中,企业可以依靠电机结构、磁场布局、转速以及软件控制的协同设计来减少对稀土永磁材料的需求。这是有现实意义的一个工程尝试,但是它距离完全取代钕铁硼永磁电机还不能画等号。

特斯拉Cybercab采用无稀土电机,能否改写新能源汽车动力路线-有驾

目前披露的Cygbercab是一款面向城市出行和无人驾驶出租车场景而开发的小型车辆,整备质量为1412kg。驱动电机使用的是铁氧体磁铁,并且没有使用稀土材料。车辆配备有47.6千瓦时电池组,续航里程约为673公里,电机额定功率可以达到163千瓦左右。相比同级产品来说,其体积缩小了约18%,重量减轻了25%。就这些参数而言并不保守,反而表现出较强的系统设计能力。

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但是换一种磁铁并不能直接得到它所表现出来的性能。铁氧体的磁能密度小于钕铁硼,在有限的空间内达到足够的驱动力时要经过多种途径来补偿。采用哈尔巴赫阵列重新排列磁场分布的方式,使磁力更集中在有效区域内;定子用发卡式结构把铜线填充率由传统的约40%提高到现在的约70%。此外电机转速提升到每分钟15000转以上,并且配合控制算法实时监测运行状态,尽可能把材料性能上的不足转化成结构和控制上优化的空间。

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也由此可以得知为什么无稀土电机最先出现在Cybercab上,而不是Model Y或者Cybertruck上。城市出租车的工作重点一般是效率、成本、可靠性以及长时间的日常运行,不需要车辆一直进行高负荷、高速度输出。相比之下,Model Y需要应对更加复杂的道路条件和更高的综合使用强度,Cybertruck对车身重量、牵引能力以及负载表现提出了更高的要求。不同的车型任务不同,所以电机评价标准不能简单套用。

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钕铁硼永磁材料长期以来都是新能源汽车电机的重要位置,主要原因是其磁性能好。相同体积下它可以产生更大的磁场强度,并且有助于实现小型化、高功率和高效率。铁氧体优势是成本低、资源丰富,在一定程度上不依赖稀土,但是不能说在所有指标上都更好。为了弥补磁性能上的差异,无稀土方案一般要使用更复杂的结构、更高的转速和更加精细的控制方式来达到目的,并且适用范围也会受到影响。

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低温环境也是需要观察的因素。铁氧体的磁性能会随着环境的变化而受到影响,在寒冷地区电机效率以及输出表现会有波动的情况。对于以城市通勤为主的车辆来说,这种变化可以通过控制系统和整车策略来进行一定程度上的弥补;但是当车辆要面对高速行驶、重载运输、或者长时间处于高温、低温、剧烈震动等条件中时,动力系统对于材料稳定性的要求就会明显提高。航空航天、军事装备等极端应用更加重视长期可靠性以及性能边界的问题,不能用城市车辆的标准来衡量。

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因此,马斯克所公布的无稀土电机,应该理解成是降低对稀土的依赖的一种途径,而不是新能源汽车动力系统已经完成全面换代。它证明了在合适的车型和使用环境下,材料短板可以通过结构、制造工艺以及软件控制来部分弥补,并且也有可能使企业减少资源供应的风险。但是在追求极致功率、持续高负载以及复杂的环境适应性这些车型上,稀土永磁材料仍然存在着不能迅速替代的优势。未来电驱技术大概率不会只剩下一条路线,减少稀土使用和保留高性能材料会长期并存。

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