无稀土电机在新能源汽车领域的呼声越来越高。
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今年3月份，特斯拉最先宣布下一代永磁电机将不再使用稀土材料。这之后的半年多里，业内企业布局无稀土电机的脚步不断加快。
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例如，雷诺集团正在设计不含稀土的第三代电机“E7A”，该电机尚处于原型样品阶段，预计2027年投入量产；通用汽车和Stellantis也正计划开发新一代无稀土永磁电机；梅赛德斯下一代MMA EV平台的目标则是完全弃用重稀土。不仅如此，产业链相关企业亦在积极规划产品路线。
日前，日本公司Proterial(原日立金属)已试制出不含稀土元素钕的永磁电机，并计划2035年前实现商用。采埃孚也开发出了一种零稀土无磁电机“2SM”。而前不久，英国一家初创公司Advanced Electric Machines筹集到了2300万英镑，后续将用于不含稀土和铜的车用电机的扩产。据称，该电机支持100%回收利用。
越来越多的证据表明，跨国公司对无稀土电机的关注度日益提高。可问题是，“无稀土”会成为未来行业发展的主流趋势吗？在这个过程中，存在哪些机会，又有哪些挑战？
雷诺E7A；图片来源：雷诺
无稀土电机“蓄谋已久”
无稀土电机，还得说回到特斯拉。
在揭晓“宏图第三篇章”，也就是“2050年前全面转向可持续能源”之际，特斯拉曾指出，随着全球向清洁能源过渡，稀土的需求急剧增长，不仅在满足下游需求方面生出挑战，在上游开采环节也面临环境和健康风险。因此，公司下一代使用永磁电机的驱动单元，将不再使用稀土材料。
2017年，特斯拉正式转向使用永磁同步电机，这也是Model3/Y驱动系统延续使用的搭载方案。截至目前，多数自主品牌都用上了永磁同步电机，部分品牌车型采用双电机模式，即正常行驶状态下启用永磁同步电机，以达到延长续航的作用，而行驶至高速，交流感应电机等可以作为动力辅助。
数据显示，国内市场大约9成的新能源汽车搭载了永磁同步电机。而一直以来，稀土元素都是永磁电机必不可少的原材料。
例如，钕铁硼因具备高磁能积、高矫顽力、高磁饱和强度等特点，已成为新能源汽车领域应用最广泛的永磁体材料；钕和钇在电机线圈中的应用也较为广泛，可提高线圈的耐热、耐腐蚀等性能。当然，稀土材料并不只这几种。
所以特斯拉的此番规划——颠覆传统永磁电机的制备方法，无异于一枚深水炸弹。
眼下，全球车企、Tier1争相涌入无稀土电机赛道，但从已公布的量产或者商用时间来看，距离无稀土电机真正落地仍有相当长的一段路程，其能否取代现有技术的地位，仍是个未知数。
图片来源：APPU
降本+提效
“无稀土”之所以受到追捧，是因为不乏观点认为，相对稀土电机，无稀土电机可以做到成本更低且更高效。
早些时候，极氪电驱电机开发专家徐津就提到，永磁同步电机中重稀土(铽、镝等9个元素)的成本占比较高，永磁体的成本约占电机总成本的30%, 而重稀土材料的成本占永磁材料成本的30～50%。也就是说，仅重稀土就占到单电机成本的10%～15%。
同时也有业内人士分析，电机磁钢的成本与功率密切相关，以最大功率170千瓦，扭矩310牛米，转速16000转/分钟的磁钢来说，其成本大约是1000元的一个水平。
所以降低稀土使用量，或者以其他价格更低的材料进行完全替代，成了行业降本的思路之一。
另外，在性能提升方面，前述雷诺的E7A基于800V高压平台，最大功率达到200千瓦，在电池容量相同的情况下可以延长续航里程，也能够有效缩短电池充电时间。特斯拉方面也声称，自己的下一代电机将会更高效。
区别于传统燃油车，新能源汽车主要有“三大件”——电池、电机和电控。除了将电能转化为机械能，驱动电机还具有能量回收、控制车辆行驶方向和制动系统等功能。换句话说，电机的电能转化效率越高，电能损耗就越低，一定程度上便可以延长续航里程。
不过，无稀土电机的磁链设计和电控软件算法难度较大，需要极强的电机理解、控制器硬件开发和软件算法能力。此外，最可行的方式——替换稀土永磁材料，也是研发的一大课题。
事实上，车企看上无稀土电机，不仅为降本和提效，更重要的一点，其实是为了规避稀土材料的垄断风险。
稀土：又一场保卫战
中国是稀土大国，储量约占世界总储量的3成。但以2022年为例，全球稀土产量约30万吨，中国稀土产量为21万吨，占比70%，领跑全球。不仅如此，中国还是世界唯一一个形成“稀土资源-冶炼分离-功能材料-应用产品”完整产业链的国家。
至今，我国已经成为全球最大的稀土永磁材料生产国，而这恰恰成了海外车企担忧的地方。
正如近年来，出于对芯片制造过多依赖亚洲地区的担忧，全球对本土芯片行业的扶持力度赶超以往。同样地，稀土材料在欧美车企眼中也具有不确定性。这种不确定性，还得追溯到多年前。
图片来源：中国稀土行业协会
2010年5月到2011年上半年，稀土价格曾近乎疯狂式上涨。2011年前7个月，国内八大稀土品种的价格涨了近十倍，其中以镝铁合金和金属镝涨幅最高，分别达到748.28%和715.79%。即便放在眼下，每千克稀土仍要花费数百美元。
所以美国能源局早在几年前便开始组织开发轻稀土或者无稀土电机。去年年底，美国能源部关键材料研究所(CMI)开发出了一种制造无稀土永磁材料锰铋(MnBi)磁体的新方法。
锰铋磁体可以替代由稀土材料构成的永磁体。另外也有研究显示，硬磁材料中的氮化铁在理论性能上具备替代钕铁硼的可能性。但无论哪一种，材料方面的创新即意味着工艺也要随之革新。
业内有观点认为，从现有的技术路线来看，永磁同步电机不使用稀土材料基本不太可能。但如果特斯拉用上新的材料和制备工艺，实现成本和技术的优势，其他车企预计也会跟进。
不可否认，无稀土电机不只是海外竞逐的热点。今年10月份，国内无稀土永磁电机及电控供应商梵盛智控宣布完成千万元A轮融资。除去上述打造可控且稳定供应链的目的，国内车企实则也在为降本提效而奔走。
接下来，无稀土电机的验证和导入无疑将推动“去稀土化”进入新的阶段。
写在最后
对燃油车来说，稀土材料可以作为尾气的净化剂；而对新能源汽车来说，稀土的作用不仅在低碳，还在智能化。如今，稀土功能材料已经成为全球竞争的焦点之一，欧美及日本等国家和地区将稀土元素列入“21 世纪的战略元素”，进行战略储备和重点研究，我国也在《中国制造 2025》等中长期发展规划中将稀土功能材料列为关键战略材料予以重点发展。可以说，这不仅是车企之间的较量，更是国与国之间的又一个关键赛点。
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