从钕铁硼到零稀土电机:特斯拉Cybercab的关键不只是省材料

电动车的续航里程、能耗以及成本一般都会落在一些比较不起眼的部件上。电机里面用到的是永磁材料。

有关Cybercab马斯克在社交平台上所言,这款车使用的不是稀土金属做为电机上的材料,但是依旧可以得到差不多同类型的续航水平。从普通消费者的角度出发,“没有稀土”仅仅只是换了种不同的材料而已;放到电驱技术当中来说,这其实是一个难度不小的抉择。

从钕铁硼到零稀土电机:特斯拉Cybercab的关键不只是省材料-有驾

目前很多高效率电动车的电机都使用钕铁硼永磁体。钕、铁、硼三者结合而成的磁体具有很强的磁性,在有限体积内可以达到较高的功率和效率。手机振动马达、耳机、风力发电机和新能源汽车上都能看到该类材料的应用。

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永磁电机的优点很明显,就是体积小而能量损耗低;

但是也存在不能回避的问题,就是部分稀土材料的供应、加工以及价格波动都会传导到整车制造端。特斯拉并不是一开始就重度依赖稀土永磁方案。其早期车型曾采用交流感应电机,这一路线天然不需要稀土永磁体;后来为提高整车效率,在部分车型上采用内嵌式永磁同步电机。2023年3月,特斯拉提出下一代驱动单元减少或者不使用稀土材料的方向。

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Cybercab被当作这个方向的一个尝试。但是必须看到的是,Cybercab零稀土电机设计,并不是特斯拉现有的所有车型都已经完成了材料切换,也不只是该项技术在大规模量产中全面验证的开始。实验室设计、样车展示、供应链定型和稳定量产之间是几道不同的门槛。

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真正难处就是“没有稀土”之后怎样不牺牲电机的效率、体积和可靠性。

非稀土路线并不是没有选择的。感应电机、同步磁阻电机等方案都可以减少对稀土永磁体的依赖,但是又在控制系统、铜耗、散热、噪声或者高转速性能上重新进行平衡。特别是在高温高压工况下,电机要保持稳定的输出,对于转子结构、定子绕组、冷却润滑和功率控制等各方面都有更高的要求。

外界对于Cybercab驱动单元的讨论主要是从简化结构入手提高自动化程度以及改善热管理的角度出发的。这些想法并不是特别地神秘,但是需要很强的制造能力来实现。汽车产业里能够生产出一台性能较好的电机,和能以稳定节拍、较低的成本大批量生产数百万台电机完全是两回事。

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所以零稀土的价值不能只用“少用了多少材料”来计算。

如果一套电驱系统可以减少对某一矿产的依赖,并且维持续航和性能,它的意义就会延伸到采购、库存、成本控制以及供应链布局上。对于计划推出更低价位、规模化自动驾驶车型的企业来说,驱动单元每减少一点材料成本、生产线每节省一点空间,最终都可能影响整车的商业化节奏。

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稀土不是字面上的“极度稀少”,难点主要在于开采后的分离提纯加工。稀土元素常常伴生存在,在处理过程中会遇到许多问题,并且对环保和废弃物管理也有很高的要求。长期以来中国在稀土开采、分离加工及相关产业链中占据着重要的位置,全球制造业对于这一链条的关注度一直很高。

但是把特斯拉探索零稀土电机直接解读为“专门针对中国”是没有充分的依据的。

一家车企想要用替代材料的时候还面临着自身的经营问题即如何使产品更便宜、更容易量产以及减少供应风险。

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美国、欧洲、日本等市场也在推动稀土来源多元化,对稀土进行回收利用和技术研发,这是一个长期的产业竞争,不是某个企业突然发起的一次性行为。对于中国稀土产业来说外部企业的研发替代方案并不是意味着稀土价值的消失。高性能永磁材料仍然被广泛用于新能源汽车、工业电机、机器人、消费电子和清洁能源设备当中。技术路线越多越会考验起材料企业高端产品开发能力以及加工工艺水平,回收利用能力和绿色生产水平等各方面的能力。

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Cybercab是否能按照原先计划进入量产阶段,零稀土电机能否在复杂路况和长期使用中达到既定的效率与可靠性目标,还需经过一段时间才能作出结论。但可以确定的是:电动车竞争已经不单单是电池容量和智能座舱的竞争了,每一个零部件所用到的一克材料的选择也正在重新定义着下一代汽车的成本构成。

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