特斯拉正致力于为无人驾驶出租车Cybercab提供一套不使用稀土永磁材料的驱动电机方案。消息之所以引起人们的关注,不是因为一辆新车更换了电机,而是因为它触及到了新能源汽车产业长期存在的一项关键依赖——钕铁硼永磁体。
但是零稀土电机的出现,并不代表着稀土电机会迅速退出市场。更准确地说是特斯拉找到了一个适合特定场景的替代路径,但这条路径目前还不能覆盖所有的车型、所有道路和全部使用工况。
Cybercab的产品定位就决定了它对电机的要求和普通乘用车不一样。该款车型主要面向城市短途接送,采用双座设计,预计运行环境以城市道路为主。车辆行驶速度、路线变化和持续负荷等都很容易用算法或者系统控制来进行管理。
在本套电机方案中特斯拉没有继续使用传统的钕铁硼永磁材料,而是采用了铁氧体磁材,并且配合Halbach磁体阵列以及电控系统对性能进行补偿。根据公开披露的技术信息可知,电机体积可以缩小约18%,重量减少约25%,最大功率达到163千瓦,转子最高转速超过15000转,定子绕组槽满率则从传统大约40%提高到现在的70%。
把所有的参数放在一起看的话就不是简单的用另一种磁材来替换钕铁硼了,而是在磁路设计、转速控制、绕组工艺和软件算法上做了一次全面的改变。换句话说就是材料性能上的差别要依靠更复杂的工程方案来弥补。
成本和制造效率,也是这项技术被重视的原因。相关信息显示,在产线优化之后,生产场地占用面积可以减到原来的1/2,每台电机的制造成本可以节省接近1000美元。对于定位明确、规模化运行的城市无人出租车来说,这类降本效果有现实的吸引力。
但是技术能否在一个场景中成立,并且能否覆盖整个汽车市场,是两回事。
钕铁硼永磁体之所以被广泛使用,主要在于它具有较高的磁能积,在较小体积下可以产生较大的磁力,并且能够满足新能源汽车对于动力、效率和空间利用率的要求。电动车在高速巡航、长距离爬坡、满载行驶以及高温环境下运行的时候,电机会受到较大的负载,这个时候磁材性能就变得尤为重要。
如果把面向城市短途运行的零稀土电机直接用于中大型轿车、皮卡或者重型车辆上,在持续高速、复杂路况、长距离高负荷的状态下表现出来的结果也需要经过更多的验证。Cybercab的方案可以在相对稳定的城市交通环境中发挥优势,但是并不能因此就认为同样的设计可以无差别地适应Model 3、Cybertruck或者重型卡车。
这也是这项技术最值得重视的地方,它证明了稀土永磁材料并不是所有电动车电机的唯一选择,但是没有证明替代材料已经能够在所有的工况中完成超越。
从产业角度来看,稀土也不是只服务于新能源汽车。稀土通常是指包括钕、镝、铽在内的17种元素,应用范围涵盖电子元件、传感器、声学设备、工业电机以及高端装备。钕铁硼永磁体由于体积小、磁力强,在很长一段时间内就被当作很多高性能电机的重要材料。
未来普通城市交通工具会增加对铁氧体、励磁电机等其他电机路线的选择,稀土在一些新能源汽车场景中使用的量可能被分流。但是人形机器人关节、航空航天装备、高端工业设备等领域对于电机轻量化、耐高温性以及高磁力稳定性都有更高的要求,因此替代材料短期内仍然存在性能上的挑战。
所以特斯拉这次的突破更像是一个应用场景的重新划分。
城市短途无人出租车零稀土电机有成本和供应链方面的优势;高性能重载复杂环境设备则对稀土永磁材料有着不可替代的价值。真正的变化不是“稀土有没有用”,而是不同的材料会根据车辆用途被重新分配。新能源汽车技术路线越来越多元,从原先部分车型的常规配置到现在更加集中于高性能、高端制造领域。