無稀土不電機？聽國內(nèi)供應商解讀電機少稀土化來龍去脈
發(fā)布時間：2023年9月28日 |
文章來源：電機技術及應用 |
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特斯拉號稱新能源汽車時代的風向標，其主張的無稀土電機會是怎么一回事？又能在業(yè)內(nèi)濺起多大的“水花”？
不過，業(yè)內(nèi)專家認為，僅僅因為電機不使用稀土就稱作“無磁”并不準確。稀土永磁只是建立同步電機主磁場的一種方式，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運行，因此提出無磁電機明顯是“噱頭”。在他看來，特斯拉的計劃很好理解，電機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，或采用電勵磁同步電機，再有就是交流感應電機。
作為電動汽車的領軍者，特斯拉的動向引起了整個電機行業(yè)的關注。關于不使用稀土的下一代特斯拉電機，行業(yè)知名集團工程部經(jīng)理有三個猜想。
第一，“不使用稀土”可能指的是不使用重稀土，而非所有稀土?；魪某鐚τ浾弑硎荆骸巴ǔＲ饬x上，電機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。不同電機采用的重稀土元素不同，因為其存量少、成本高?，F(xiàn)在，企業(yè)開始轉向更多使用輕稀土，減少重稀土使用量?！?/section>
第二，采用電勵磁同步電機替代永磁同步電機也是一種可能的方式。電勵磁電機的核心是用電勵磁線圈代替永磁鐵，通過調(diào)整線圈的電流量來改變磁力強度，從而實現(xiàn)不同車速下的不同動力性能要求。同時，電勵磁線圈可以消除永磁鐵在高溫下退磁和失速的缺點，高轉速下減小勵磁電流就可以實現(xiàn)弱磁，通過控制勵磁強度可實現(xiàn)轉速變化，安全性也更好。寶馬的第5代無磁電機采用的就是這種方式。
電勵磁電機與永磁電機的最大區(qū)別在于轉子，前者的原理是轉子上增加線圈，利用碳刷裝置將勵磁電流引入。但是，這又帶來了一個新的問題，碳刷的可靠性和耐久性會對電機的工作效率產(chǎn)生很大影響。
第三，混合勵磁的方式原則上也可以實現(xiàn)。這種新型電機在保持較高效率的前提下，改變拓撲結構，由兩種勵磁源共同產(chǎn)生主磁場，實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制，改善電機調(diào)速、驅動性能或調(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的精巧度，電機需要做得更大、更重。
“當然，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種方案我認為還是第一種的可能性最大。”霍從崇表示，目前已有美國企業(yè)可以研發(fā)出電機“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)。
汽車電動化變革時代，對電池、電機、電控的發(fā)展都提出了新的要求。未來，電機究竟朝什么方向發(fā)展？隨著市場對車輛動力性能的追求越來越高，四驅成為諸多性能車的高端配置，雙軸電機被越來越多的車企采用。永磁電機與感應電機又會被如何選擇？
方正電機電機開發(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論：永磁電機仍是市場主流。
“永磁同步電機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，大大提高了電機的能量密度?！迸ｃ懣鼘τ浾呓榻B道。他認為，產(chǎn)品的發(fā)展趨勢離不開技術本身的特性，從目前的電機性能來看，稀土永磁電機的優(yōu)勢是其他類型電機無法媲美的，因此仍會是大部分新能源汽車的首選，尤其是作為主驅電機。
據(jù)了解，相較于其他類型電機，永磁電機自身存在磁場，無需勵磁，沒有相應的損耗，可以提供最大的扭矩，傳輸效率性能極佳；同時，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、不能實時調(diào)控轉速也是其硬傷。
電勵磁電機和感應電機不使用稀土材料，從而節(jié)省了成本，但也存在突出的問題。電勵磁同步電機轉子結構復雜，有滑環(huán)碳刷裝置，可靠性較差，碳刷需要定期維護更換，維護成本較高。感應交流電機則由于通過切割磁場產(chǎn)生感應磁場，磁力有滯后性；但感應交流異步電機擁有更好的高速性能，目前普遍作為四驅車組合配置。比如，特斯拉Model 3采用感應交流電機與永磁電機配合作為四驅車輛的前軸電機；蔚來的車型則與Model 3相反，采用了前輪永磁同步電機＋后輪交流異步電機的組合方案。
對此，牛銘奎解釋說：“雖然感應電機也可以達到和永磁電機同等工效，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，因此當前行業(yè)很少采用異步電機作為主驅電機?！?/section>
臥龍采埃孚汽車電機有限公司產(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)電機企業(yè)并沒有太大沖擊?！按蠹叶加泄沧R，國內(nèi)新能源汽車電機的主流仍是永磁電機，電勵磁電機和感應電機的效率無法與之比擬。全球稀土含量足夠，短時間內(nèi)不太可能出現(xiàn)顛覆永磁電機的情況?！彼Q。
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)仍會以永磁電機為主，在這個領域沒有供應鏈危機且國內(nèi)新能源汽車電機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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