特斯拉下一代永磁電機去稀土分析

印寧華|印寧華|Indining China|

2023-03-16 08:30:21 688

特斯拉的2023年秘密宏圖第三篇章投資者發(fā)布會，就“帶崩”了A股幾個板塊。看起來，馬斯克這次是要一已之力挑戰(zhàn)*車企的節(jié)奏！

3月2日A股開盤，稀土板塊開盤遭重挫，稀土成為當天A股跌幅*大的板塊。

稀土板塊受影響走低

主要原因是特斯拉負責動力總成工程的副總裁Colin Campbell談到，特斯拉的下一代永磁電機將完全不使用稀土材料，它們將在緊湊高效的工廠里進行建造。將為下一代汽車設計所有控制器，以降低電子設備的復雜性和成本，還有下一代平臺也將減少75%的碳化硅，還要自行更多更加集成化的控制器，總制造成本下降1000美元。馬斯克直言，我們不認為其他任何汽車制造商可以接近我們的成本。

稀土元素包括釤、鈧和鏑等，是用于制造永磁電機的動力材料。而這些稀土元素的可用性有限，價格也非常昂貴，因此，特斯拉公司正在致力于不使用這些元素的永磁電機的研發(fā)。

稀土材料其實存在于我們生活中，例如小時候玩的磁鐵就是稀土材料。稀土可以應用揚聲器和各種電機當中，而新能源汽車采用的永磁電機是稀土材料的使用大戶。而*是*上*大的稀土出口國。

釹鐵硼稀土永磁材料

關于特斯拉對下一代永磁電機不再使用稀土材料，也有相關研報機構也表示，特斯拉只是說下一代放棄稀土永磁，并沒有說明什么東西可以替代稀土，雖然隨著科技的進步，可以有替代產品，但其目前并沒有說明什么東西可以替代。新能源車正成為稀土永磁的*大增長點。高性能釹鐵硼在新能源汽車領域主要應用于發(fā)動機與輔助電機，每臺新能源汽車大約消耗3kg釹鐵硼，而傳統(tǒng)車僅需0.3-0.4kg釹鐵硼。新能源汽車的普及將提高對稀土永磁材料的需求。

研究表明，新一代永磁電機的結構可以不使用稀土材料，而是使用可再生材料，例如鈦、鋁、鐵和硅，這些材料都是可再生的，價格也更實惠。特斯拉公司表示，新一代永磁電機可以在效率和質量上達到甚至比稀土材料電機更高的水平。

特斯拉公司表示，他們正在制定一種全新的電機結構，比現有電機更加環(huán)保。他們希望，通過使用可再生材料，能夠實現電動汽車的更高效率，降低碳排放，保護環(huán)境。特斯拉要“重返”不含稀土電機，可能有幾個目的，一方面要擺脫稀土在美國的供應不足；另一方面是繼續(xù)降本，降低電子設備的復雜性和成本。其三，特斯拉去稀土的新技術的可靠性和耐用性還沒被驗證，或許是馬斯克只是借新技術來向稀土企業(yè)壓價。

特斯拉公司表示，他們將在未來幾年推出一系列新一代永磁電機，并計劃在2021年完成生產。他們表示，未來的永磁電機將成為電動汽車行業(yè)的未來發(fā)展方向。特斯拉公司正在致力于研發(fā)一種不使用稀土材料的新一代永磁電機，以達到更高的效率和環(huán)境友好性。

其實，目前在電動車上使用的電動機有兩種——永磁同步電機和無磁感應交流異步電機。永磁同步電機技術成熟，而且效率較高，所以被應用在大部分單電機設計的電動車上，例如特斯拉Model 3長續(xù)航版就是后置單電機。

但永磁電機有一個大的缺點——它需要用到珍貴的稀土材料。還有永磁同步電機價格稍高，以及高溫易退磁等缺點。

而感應交流異步電機優(yōu)點是無需稀土，但缺點就是扭矩密度和功率密度低，而且體積較大。感應交流異步電機**水平效率一般可以做到92%，比永磁電機略低。

例如特斯拉、蔚來等采用雙電機的性能版本，就是后軸永磁同步，前軸感應異步方案。永磁同步電機優(yōu)點是省電效率高，用來續(xù)航比較好，而感應異步電機的好處是響應快，扭力輸出大可以提升性能。

這就是為什么像特斯拉Model 3、蔚來等四驅電動車性能強的一個原因。一方面響應更快的感應異步電機放在前軸，它的四驅響應速度不是普通燃油車機械傳動的四驅可以相比。
但無論如何，感應交流異步電機才是未來的發(fā)展方向。

例如2021年德國馬勒就發(fā)布了一款新型無磁電機，無需稀土材料。而且該電機在幾乎任何工況下的效率都可達95%以上，這在之前只有電動方程式賽車能做到。

電機的關鍵特性在于無接觸的感應式動力傳輸，這使得電機可以無磨損運行。無接觸無磨損給它帶來兩個優(yōu)勢——一是在高轉速時尤為高效，二是特別耐用。

電機內部旋轉部件與靜止部件之間的電能傳輸不發(fā)生接觸，因而不會產生磨損，可以做到電機免于維護，這樣的優(yōu)勢讓應用范圍廣泛。

其實特斯拉近年一直在有意降低稀土的使用量，發(fā)布會上特斯拉談到：在2017年至2022年期間，由于提高了傳動系統(tǒng)的效率，他們已成功地將新Model 3驅動模塊的稀土使用量減少了25%。

在特斯拉目前使用的電機中，三種稀土元素分別使用了500g、10g和10g。而他們計劃未來將三種稀土元素的用量都降至0g。*終特斯拉是否能實現技術突破，進一步降低造車成本，還得看馬斯克后續(xù)的操作了。

有行業(yè)內人士從業(yè)界和學界的角度上分析，要實現不用稀土的永磁電機目前已有兩條清晰路線：*種是永磁輔助同步的勵磁電機，*大特色是用鋼做轉子，可以不用稀土。第二種是對稀土本身的替代，制造一種新型的磁性材料，比如鐵和鎳的材料作為稀土材料上的替代。所以從技術突破上來說永磁電機不依賴稀土是有技術路徑的，下一步需要觀察特斯拉的技術成果和相關的設計效果。

電機是汽車的核心系統(tǒng)，在今天，大部分電動汽車都配備了由稀土制成的永磁電機驅動的動力系統(tǒng)。而稀土資源大部分都在*。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。特斯拉沒有具體說明現行沿用的電機使用了哪些元素，但有媒體猜測，*個元素可能是釹，過去釹基永磁體是電機應用的標準公式。另外兩個是鏑和鋱。

另有業(yè)內人士認為，特斯拉要去稀土化其實沒有那么容易，特斯拉說的是下一代永磁電機，既然還是永磁同步路線，那仍然需要磁材。稀土永磁材料在發(fā)展中經歷了*代 SmCo5、第二代SM2Co17、第三代釹鐵硼Nd2Fe14B三個階段的發(fā)展。據了解目前第四代鐵氮（碳）永磁體仍然處于研發(fā)階段，距離產業(yè)化仍有一定距離。

但是雖然說不容易，但是特斯拉既然提出來了，要實現或許是時間問題，我們不能用國內廠商的難度去推演特斯拉實現的難度，畢竟，彼此的技術與研發(fā)環(huán)境的差距是客觀存在的。從日本日產公司成功研發(fā)出固態(tài)電池到特斯拉電機不用稀土，我們或許能隱隱看到電車領域還存在著各種突破的可能性，國內車企需要有一定的警惕感與危機感。

此外，寶馬的第五代無磁電機是將老技術搭配新材料，形成全新的模式。它本質是一個三相交流同步電機，利用電刷和換向器為轉子繞組提供動力。沒有磁鐵，不使用稀土，動力強勁。根據寶馬的說法，其第五代電機系統(tǒng)允許更高的能量密度，更快的開關頻率和更好的熱管理。

但是無論基于哪一種，當前大量的嘗試其實也在驗證這條路是具備可行性的，行業(yè)對這個方向也是存在預期的，那么特斯拉到底會采用哪種路徑，會采用什么材料，會不會是以上已在探索中的路線中的一種，目前還不得而知，但對于材料革命方面，國內車企其實也需要有一定危機感了。

今年的稀土配額還沒出來，現在脫鉤的趨勢甚囂塵上，稀土是我們能夠用來反制的為數不多的產業(yè)，所以特斯拉應該也是嗅到風向，下決心要去稀土化，特斯拉下一代電機將不使用稀土永磁，大概率是用一種特殊磁性材料替代掉稀土。

特斯拉去稀土化本質也是想迎合資本市場，減輕資本市場在供應鏈層面的擔憂。如果特斯拉電機去稀土化成功，有可能進一步降低成本，從國內來看，稀土或許會形成過剩局面，包鋼也好，北方稀土也好，輕稀土行業(yè)的未來是值得擔憂的，畢竟，永磁電機是稀土下游*大的應用領域，特斯拉這*去稀土，也可能帶動其他車企的跟進，弱化稀土的需求。還有一個就是未來汽車零配件的投資風險，以及去碳化硅。

從目前來看，*車企需要關注電動汽車的材料革命，對前瞻性領域保持探索與跟進。材料科學技術的每一次重大突破，都會引起生產技術的革命，極大加速社會發(fā)展的進程。

即便從半導體行業(yè)來看，各家在研究繞過光刻機的技術,比如國內的光子芯片以及此前美光科技依賴多重曝光光刻技術結合全新材料生產的于1-alpha技術制造的LPDDR5X芯片等，普遍都在采用全新的材料。而新材料對應的是全新的物理機制實現全新的邏輯、存儲及生產結構,這是目前半導體產業(yè)的革新方向。

在電動車領域，無論是固態(tài)電池還是永磁電機去稀土化都是這種材料革命的傾向。比如從固態(tài)電池來看，材料已經不再是鋰，能作為固態(tài)電池的材料有很多，各家還都在研究更*的材料，目前日產是采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導物質，取代以往鋰電池的電解液，大大提升鋰電池的能量密度。日本日產公司是首家宣稱已經成功開發(fā)出全固態(tài)電池，國內更多企業(yè)是采用半固態(tài)電池作為過渡方案。半固態(tài)雖然名字上跟固態(tài)電池很相似，可實際上反而與當前的液態(tài)鋰離子電池關系更近，它仍需要電解液和隔膜，產品形態(tài)上并沒有本質上的創(chuàng)新，仍屬于改良型的方案。日產的固態(tài)電池完全去除了電池中的液體元素，將大大提高存儲和電力傳輸的效率。不僅比鋰電池節(jié)省50%的成本，還將能源密度提高一倍，充電速度提高三倍。

從固態(tài)電池到特斯拉永磁電機去稀土化，本質上都是要通過材料革命換掉供應鏈環(huán)節(jié)，如果成功，國內建立起來的電車供應鏈優(yōu)勢可能要被打掉一部分。因此，電車的材料革命的研發(fā)，國產電車不能掉以輕心，因為國產新能源現在處于一個成長的關鍵期——整體的市場體量、品牌影響力與技術實力正在發(fā)展起來，但是還沒有形成足夠強的壁壘。

在這個關鍵成長窗口期，又被特斯拉成本控制能力壓制，特斯拉可以做到控制成本之余又有足夠高的利潤，但是國產電車還做不到。需要思考的是，馬斯克未來還要進一步從材料上面節(jié)約成本，不影響質量情況下，優(yōu)惠消費者，國內車企是否能做到？新的材料是否會帶來新的技術突破與革新，對現有供應鏈體系造成沖擊？

國內企業(yè)在技術研發(fā)層面需要多點耐心并沉下去研發(fā)推進，無論是固態(tài)電池還是其他環(huán)節(jié)方面降本工藝與材料突破，這也代表技術路線出現了新的岔路口，國內需要有更大的危機感來面對未來的競爭，我們也對國內車企的創(chuàng)新與突破保持期待。

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印寧華

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