無稀土不電機(jī)？聽國內(nèi)供應(yīng)商解讀電機(jī)少稀土化來龍去脈
發(fā)布時(shí)間：2023年9月28日 |
文章來源：電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 |
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特斯拉號稱新能源汽車時(shí)代的風(fēng)向標(biāo)，其主張的無稀土電機(jī)會是怎么一回事？又能在業(yè)內(nèi)濺起多大的“水花”？
不過，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，僅僅因?yàn)殡姍C(jī)不使用稀土就稱作“無磁”并不準(zhǔn)確。稀土永磁只是建立同步電機(jī)主磁場的一種方式，企業(yè)也可采用其他方式，但無論如何，必須建立磁場才能使電機(jī)運(yùn)行，因此提出無磁電機(jī)明顯是“噱頭”。在他看來，特斯拉的計(jì)劃很好理解，電機(jī)不使用稀土可能會采用以下幾種方式：利用鐵氧體代替稀土作為永磁體，或采用電勵(lì)磁同步電機(jī)，再有就是交流感應(yīng)電機(jī)。
作為電動汽車的領(lǐng)軍者，特斯拉的動向引起了整個(gè)電機(jī)行業(yè)的關(guān)注。關(guān)于不使用稀土的下一代特斯拉電機(jī)，行業(yè)知名集團(tuán)工程部經(jīng)理有三個(gè)猜想。
第一，“不使用稀土”可能指的是不使用重稀土，而非所有稀土。霍從崇對記者表示：“通常意義上，電機(jī)使用的稀土多是指重稀土，如鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、釹（Nd）、鐠（Pr）等元素。不同電機(jī)采用的重稀土元素不同，因?yàn)槠浯媪可?、成本高。現(xiàn)在，企業(yè)開始轉(zhuǎn)向更多使用輕稀土，減少重稀土使用量?！?/section>
第二，采用電勵(lì)磁同步電機(jī)替代永磁同步電機(jī)也是一種可能的方式。電勵(lì)磁電機(jī)的核心是用電勵(lì)磁線圈代替永磁鐵，通過調(diào)整線圈的電流量來改變磁力強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)不同車速下的不同動力性能要求。同時(shí)，電勵(lì)磁線圈可以消除永磁鐵在高溫下退磁和失速的缺點(diǎn)，高轉(zhuǎn)速下減小勵(lì)磁電流就可以實(shí)現(xiàn)弱磁，通過控制勵(lì)磁強(qiáng)度可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化，安全性也更好。寶馬的第5代無磁電機(jī)采用的就是這種方式。
電勵(lì)磁電機(jī)與永磁電機(jī)的最大區(qū)別在于轉(zhuǎn)子，前者的原理是轉(zhuǎn)子上增加線圈，利用碳刷裝置將勵(lì)磁電流引入。但是，這又帶來了一個(gè)新的問題，碳刷的可靠性和耐久性會對電機(jī)的工作效率產(chǎn)生很大影響。
第三，混合勵(lì)磁的方式原則上也可以實(shí)現(xiàn)。這種新型電機(jī)在保持較高效率的前提下，改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由兩種勵(lì)磁源共同產(chǎn)生主磁場，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制，改善電機(jī)調(diào)速、驅(qū)動性能或調(diào)壓特性。即永磁體不采用稀土材料，而是用鐵氧體，再加入一些電勵(lì)磁等，但這種方案磁性不好，工作效率有限，若想保證工作效率就要犧牲電機(jī)的精巧度，電機(jī)需要做得更大、更重。
“當(dāng)然，我們目前還無法排除特斯拉在新材料上取得了重大突破的可能性；但如果沒有，這3種方案我認(rèn)為還是第一種的可能性最大?！被魪某绫硎?，目前已有美國企業(yè)可以研發(fā)出電機(jī)“零”重稀土使用量的方案，相信這對特斯拉而言也不是什么困難的挑戰(zhàn)。
汽車電動化變革時(shí)代，對電池、電機(jī)、電控的發(fā)展都提出了新的要求。未來，電機(jī)究竟朝什么方向發(fā)展？隨著市場對車輛動力性能的追求越來越高，四驅(qū)成為諸多性能車的高端配置，雙軸電機(jī)被越來越多的車企采用。永磁電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)又會被如何選擇？
方正電機(jī)電機(jī)開發(fā)部總監(jiān)陳靜對記者表示，近日他在一場工作討論中與行業(yè)人士充分交流后得出一致結(jié)論：永磁電機(jī)仍是市場主流。
“永磁同步電機(jī)很早就得到廣泛使用，已有幾十年的發(fā)展歷史。最早被采用的是鐵氧體材料，能量密度僅為稀土永磁體的1/2～1/3。所以，從2000年左右，行業(yè)開始將稀土材料添加到永磁體中，大大提高了電機(jī)的能量密度。”牛銘奎對記者介紹道。他認(rèn)為，產(chǎn)品的發(fā)展趨勢離不開技術(shù)本身的特性，從目前的電機(jī)性能來看，稀土永磁電機(jī)的優(yōu)勢是其他類型電機(jī)無法媲美的，因此仍會是大部分新能源汽車的首選，尤其是作為主驅(qū)電機(jī)。
據(jù)了解，相較于其他類型電機(jī)，永磁電機(jī)自身存在磁場，無需勵(lì)磁，沒有相應(yīng)的損耗，可以提供最大的扭矩，傳輸效率性能極佳；同時(shí)，能夠做到小體積、低重量，大大節(jié)省了底盤空間；但高溫易退磁、不能實(shí)時(shí)調(diào)控轉(zhuǎn)速也是其硬傷。
電勵(lì)磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)不使用稀土材料，從而節(jié)省了成本，但也存在突出的問題。電勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有滑環(huán)碳刷裝置，可靠性較差，碳刷需要定期維護(hù)更換，維護(hù)成本較高。感應(yīng)交流電機(jī)則由于通過切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)磁場，磁力有滯后性；但感應(yīng)交流異步電機(jī)擁有更好的高速性能，目前普遍作為四驅(qū)車組合配置。比如，特斯拉Model 3采用感應(yīng)交流電機(jī)與永磁電機(jī)配合作為四驅(qū)車輛的前軸電機(jī)；蔚來的車型則與Model 3相反，采用了前輪永磁同步電機(jī)＋后輪交流異步電機(jī)的組合方案。
對此，牛銘奎解釋說：“雖然感應(yīng)電機(jī)也可以達(dá)到和永磁電機(jī)同等工效，但會增加銅、硅鋼等其他材料的用量，也更大、更重，占用空間更多，并非整車的最佳選擇方案，因此當(dāng)前行業(yè)很少采用異步電機(jī)作為主驅(qū)電機(jī)?！?/section>
臥龍采埃孚汽車電機(jī)有限公司產(chǎn)品經(jīng)理陳曉勇對記者直言，特斯拉的發(fā)言看似很有噱頭，但對國內(nèi)電機(jī)企業(yè)并沒有太大沖擊。“大家都有共識，國內(nèi)新能源汽車電機(jī)的主流仍是永磁電機(jī)，電勵(lì)磁電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)的效率無法與之比擬。全球稀土含量足夠，短時(shí)間內(nèi)不太可能出現(xiàn)顛覆永磁電機(jī)的情況。”他稱。
多位業(yè)內(nèi)人士也持相同看法。在霍從崇看來，在中國汽車市場，至少10年內(nèi)仍會以永磁電機(jī)為主，在這個(gè)領(lǐng)域沒有供應(yīng)鏈危機(jī)且國內(nèi)新能源汽車電機(jī)也在趨向更少使用重稀土，成本不斷下探，優(yōu)勢愈發(fā)突出。
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