特斯拉Cybercab尝试摆脱稀土电机,铁氧体路线能否覆盖更多车型

围绕特斯拉Cybercab的讨论,真正值得关注的是“稀土从电机里消失”这句话本身,而并不是电动车行业正在重新计算一笔账,在关键材料供应存在集中风险的时候,车企是否可以依靠结构设计、控制策略和制造工艺来获得更大的供应链弹性。

特斯拉Cybercab尝试摆脱稀土电机,铁氧体路线能否覆盖更多车型-有驾

9月初披露的相关信息中,Cybercab被描述为一款采用无方向盘、无油门和刹车踏板设计的双座车型,主要面向城市无人驾驶运营场景。它的驱动电机据称不再使用传统的钕铁硼永磁材料,而是用铁氧体磁体方案来实现。按照这个说法,电机稀土用量降到了零,车辆续航和动力指标并没有因此被明显牺牲。

并不是把一种磁铁换成了另一种磁铁那么简单。

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对于以钕为原料的永磁电机来说,在成本上是高居于其它类型电机之上的,并且也存在着相应的性能差异。“使用发卡式绕组可以提高铜线槽满率,从而在同样体积内布置更多的有效导体”是该篇论文提出的一个创新点。通过Halbach磁体阵列把磁场集中在有效做功的一边来减少磁能的浪费;用发卡式绕组来提升铜线槽满率,在相同体积下增加有效的导体数量,这两者都是提高电机效率的方法之一。

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根据材料给出的参数可知,相关电机体积缩小了约18%,重量减轻了约25%,额定功率为163千瓦,车辆搭载47.6度电池,续航里程达到673公里。另外还有说法称碳化硅芯片用量减少75%,生产线占地减半,单台制造成本可降低近1000美元

如果这些数字最终可以稳定落地,那么无稀土电机就不是实验室的概念,而具备进入特定量产场景的可能性。但是这里有一个重要的前提就是Cybercab的使用条件比较明确,它属于双座城市车辆类型,整备质量大约为1412kg左右,并且主要在城市道路以及固定运营区域中行驶而不需要长时间处于重载、高速、持续爬坡或者极端高温等恶劣环境下。

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换句话说它选择的是适合自己的电机方案而不是宣布所有的电动车都能够马上告别稀土。

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从电机的磁体性能来说,最后应该放到具体的工况里面去比较。对于强调小型化、轻量化和高扭矩密度的车型,钕铁硼永磁材料仍然有明显的优势。大型电动车、重型装备、风电设备以及部分高性能机器人对功率密度、散热能力以及长期稳定运行的要求更高,铁氧体是否能完全替代还要看整机设计、成本目标和使用环境。

特斯拉之前就表示过要减少稀土依赖的方向。围绕下一代永磁电机,行业也曾经讨论过氮化铁等材料路线的问题,但是新材料要从实验室走向生产线时,必须解决耐高温、抗氧化、工艺稳定性以及规模化生产等问题。最后留下来的往往不是性能参数最出色的方案,而是综合成本和制造难度都可以接受的方案。

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这就是Cybercab案例的现实意义所在。它并没有证明稀土永磁电机已经过时了,但是却证明了车企可以重新设计产品来使对稀土的依赖程度降低到最低水平。对于城市低速车辆、部分中低功率设备和对成本敏感的应用来说,无稀土路线会获得更多机会。

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稀土的价值不只在于有没有替代品,而是一个复杂的问题。

即使是在小型化、高效率、高扭矩密度方面仍有优势的稀土永磁材料,其中的镝、铽等中重稀土元素在提高磁体高温性能上起到关键作用。全球稀土精炼和磁材加工供应链高度集中,使车企不得不考虑材料价格、出口政策和供应稳定性等因素。

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未来可能有两种路线并行发展起来的城市短途车辆及部分中低负荷产品尝试采用无稀土方案,高端电驱与高功率设备则依旧使用高性能稀土磁材。对于中国稀土产业来说,并不是哪一款车是否不用稀释剂的问题,而是能否从资源优势上延伸到高性能磁材、应用研发以及回收利用等方面去发展产业。资源决定起点,技术、制造能力才决定产品能走多远。

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