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3月2日，特斯拉動力系統(tǒng)和能源工程高級副總裁德魯·巴格里諾在公司投資者日活動上表示，新能源汽車大規(guī)模推廣需要更便宜的價格，特斯拉的下一代永磁電機將完全不使用稀土材料，以降低電子設備的復雜性和成本。
電機是汽車的核心系統(tǒng)，當前新能源汽車普遍采用的是永磁電機，具有能量密度大、運行可靠、調速性能好等特點。而稀土，就是永磁電機里，磁的重要組成部分。永磁電機是稀土下游最大的應用領域。但并不是所有電機都需要稀土元素，它一般在直流電機中使用。交流感應電機無需用到稀土。特斯拉未公布準備用何種方式替代稀土，所以聊聊可能的方向。
特斯拉選用過的電機
特斯拉主要選用過兩款電機：交流感應電機，和永磁同步電機。
最初在Model S和Model X中，使用的交流感應，但從2017年，Model 3上市時采用了新的永磁直流電機，后續(xù)其他車型上也一直使用同款電機。
- 交流感應電機
“交流感應”是通過一部分電流，自己產(chǎn)生磁場。
受磁場影響，閉合的轉子繞組線圈中就會有電流產(chǎn)生，電流再次產(chǎn)生磁場，并與定子旋轉磁場相互作用，就可以沿旋轉磁場的方向旋轉起來。但是，轉子的轉速永遠不會與旋轉磁場的轉速同步。轉子的轉速總是略低于同步轉速，這種電機也因此被命名為交流異步電機
感應電機主要包括線圈和轉子鐵芯，所以價格便宜，成本低，過載能力也強，性能彪悍，皮實耐用，但是效率差一點。
- 永磁同步電機
永磁指的是動磁采用的是永磁體，也就是磁鐵。定子線圈雖然也是繞組線圈結構，但轉子卻更換為了永磁體，當轉子線圈中的電流變化產(chǎn)生旋轉磁場時，永磁轉子便會跟隨磁場一同運動。這種勵磁方式無需像交流異步電機那樣切割磁力線，定子與轉子相互作用更加快速直接
兩者的優(yōu)缺點
永磁同步電機的優(yōu)點不僅在于結構更加簡單，更重要的是體積可以做得更小，這對于重視空間布局和輕量化的電動汽車來說具有極大的優(yōu)勢。同時，定子轉子轉速同步的先天條件讓它只需改變電流頻率即可改變轉速，調速更加簡單、直接。如果特斯拉繼續(xù)用交流感應電機，的確不需要稀土 。但這種電機扭矩密度和功率密度低、體積又大，應該不是特斯拉的選擇。
可能的方法是什么
取代稀土有兩大可能的方向：一是不要磁鐵了，二是把磁鐵里的稀土材料用別的材料替代。不要磁鐵這個方案比較直接，交流感應電機里也沒有磁鐵，只有用合適的電磁轉換技術生成磁場就行。
目前已經(jīng)有兩種做法：
- 同步磁阻電機（PMaSynRM）
同步磁阻技術將永磁電動機的性能與感應電動機的簡單易用相結合。
同步磁阻電機(SynRM)作為感應電機的高效替代品，同步磁阻電機的核心理念是轉子沒有繞組或磁鐵，只是將電動鋼板堆疊在一起，與旋轉磁場對齊的具有氣隙的鋼轉子。轉子沒有感應電流，因此沒有損耗。
這種電機在工業(yè)上使用剛起步，可以不用稀土。
- 外勵磁
在電機繞組里增加勵磁線圈，通過調節(jié)勵磁線圈內(nèi)的電流大小來調節(jié)電機速度。勵磁電機技術，利用額外電流通過勵磁線圈產(chǎn)生磁場，三相同交流同步電機運行。強耐久和高性能電刷模塊，并結合獨特的加工技術和石墨復合材料。
目前其他車企也采用這個方法。
比如寶馬集團自主研發(fā)的第五代BMW eDrive電驅動系統(tǒng)，已經(jīng)是量產(chǎn)的無稀土應用。
日產(chǎn)ARIYA同樣也使用了電勵磁同步電機，將同步電機的永磁體轉子替換成勵磁線圈，并利用電生磁的原理使勵磁線圈具備了和永磁體轉子一樣的磁性。勵磁線圈的磁力由電流大小控制，通過控制電流大小，來優(yōu)化動力的釋放。
勵磁電機可以在低速時通過降低電流，使扭矩釋放變得更加柔和，在高速區(qū)間，還可以通過加大電流、提升磁性。
這些拿掉磁鐵的方法，雖然已經(jīng)具備可行性，但由于對電機整體的設計變動很大，完全的量產(chǎn)還需要一定的時間。如果能繼續(xù)保留磁鐵的設計，這樣改動相對較小，傳統(tǒng)的直流電機結構還能得以保留。所以，所以研究稀土的替代品，也是技術人員在積極尋找的一條路
- 研究稀土的替代品
劍橋大學團隊發(fā)現(xiàn)了一種制造新型磁性材料鐵-鎳（tetrataenite）的方法，這可能成為稀土永磁的替代品。這個叫Tetrataenite由50％的鐵和50％的鎳組成，鐵和鎳原子交替排列，為規(guī)則的周期性晶體結構。它產(chǎn)生一種硬磁，即磁化方向不會輕易改變，其磁性能接近稀土磁體。
美國能源部關鍵材料研究所和艾姆斯國家實驗室的研究人員，也開發(fā)出一種基于微結構工程制造 無稀土永磁材料錳鉍（MnBi）磁體的新方法，并證明該工藝可以用于制造緊湊、節(jié)能電機。錳鉍磁體可替代由稀土元素構成的高功率永磁體，研究人員計劃進一步擴大這種磁鐵的尺寸，并生產(chǎn)用于新型電動機的錳鉍磁體。
小結：
特斯拉的材料研究能力，是建立在歐美在稀土替代方面的研究之上，對這些新技術的整合。“無稀土”的概念，其實還是因為國外缺少稀土提純和冶煉的能力。但我們本身具備豐富的稀土的資源，地主家的孩子不缺糧。所以中國的研究人員，一直聚焦于永磁電機的開發(fā)。在新方向上的投入比較少，甚至完全不需要。所以這次特斯拉引起軒然大波，其實是兩種研究路線的大碰撞。
