最近,马斯克又把无稀土电机推到了舆论中心。
事情的起因,是特斯拉在推进Cybercab(赛博无人出租车)项目时,马斯克在社交媒体上确认,这款车使用的驱动电机不需要稀土金属。
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重点是,按照目前公布的信息,这套电机的续航表现并没有因为不用稀土而明显下降,消息一出来,很多人第一反应就是,稀土是不是要被替代了?
如果连特斯拉都能不用稀土,那过去一直被称为“工业维生素”的稀土,尤其是钕铁硼永磁,是不是就没那么重要了?
问题恰恰出在这里,这台电机确实能用,也确实做出了不少工程优化,但“能用”和“完全取代”根本不是一回事。
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先看这台电机本身,按照目前披露的数据,它的额定功率达到163kW,体积比同级竞品缩小18%,重量减轻25%。
配合47.6千瓦时电池组,续航可以做到大约673公里,单看这些数字,确实很漂亮,但特斯拉并不是突然找到了一种性能超过钕铁硼的新磁铁。
它用的还是铁氧体磁铁,铁氧体是什么概念,简单说,就是一种成本低、来源广、不依赖稀土的普通永磁材料。
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但它的磁性能和高性能钕铁硼差得很远,非稀土磁铁和钕铁硼永磁体之间,磁能级可以差到7到10倍。
材料本身不够强,那怎么办,只能从别的地方想办法补。
特斯拉用哈尔巴赫阵列重新排列磁体,把磁力尽可能集中到需要的位置;又使用发卡式定子,把铜线槽满率从过去大约40%提高到70%左右。
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磁铁不够强,就多塞铜线,体积不好控制,就把电机转速继续往上提,做到15000转以上。
转速高了以后,又要面对发热损耗和可靠性问题,于是再靠软件实时监控电机状态,这一套东西放在一起,才有了今天这台无稀土电机。
所以它真正厉害的地方,不是普通磁铁突然变得和钕铁硼一样强,而是通过电机设计、结构、铜线、转速和软件控制,把材料上的短板尽可能补回来。
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但短板并没有消失,铁氧体磁铁的性能摆在那里,不会因为换一种排列方式就突然超过钕铁硼。
如果是在同样的功率要求下,普通磁铁往往需要更大的体积、更高的转速,或者更复杂结构,才能接近稀土永磁电机的效果。
这也是为什么,目前这套方案首先放在Cybercab上,而不是直接塞进Cybertruck(赛博越野旅行车)。
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Cybercab的整备质量大约1412公斤,而且它本身就是一辆双座无人驾驶出租车,它要解决的核心问题是什么?
城市道路通勤,它不是拿来拖重货的,也不是拿来跑赛道的,更不是让车主体验高性能加速的,出租车最看重的,是效率、成本、可靠运行和大规模生产。
在这种使用环境里,少一点极限性能并不一定是大问题,可如果换成Model Y(毛豆Y),甚至Cybertruck,情况就完全不一样了。
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车更重,功率需求更高,高速工况更多,持续大负载的时间也更长,同样一套无稀土方案能不能照搬过去,现在还没有答案。
这就像一台卡丁车跑出了不错的成绩,并不能证明它的发动机拿去跑F1(世界一级方程式锦标赛)也一样好用,两种车都能跑,但面对的要求完全不同。
还有一个问题经常被忽略,就是温度,普通铁氧体磁铁在低温环境下存在性能变化的问题。
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车辆如果长期在寒冷地区工作,电机面对的就不只是续航变化,还有磁性能稳定性。
城市出租车可以通过使用范围、软件控制和工况设计来规避一部分问题,但军工和航天不行。
导弹、战机、卫星这些设备,对电机和永磁材料的要求完全是另一套标准,它们可能面对极低温、极高温、剧烈震动和持续高负载。
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汽车出了性能波动,可能只是动力变差,导弹制导系统如果出现性能波动,后果完全不同。
这也是为什么高性能钕铁硼一直有自己的位置。
高性能钕铁硼永磁体的剩磁,大约可以达到普通铁氧体的3倍,在民用设备里,这个差距还能通过结构设计慢慢补。
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到了航空航天、军工和高性能设备里,体积、重量、功率和稳定性往往同时受限制,留给工程师“补短板”的空间就没那么大了。
有人看到特斯拉不用稀土,就认为整个稀土产业要被绕过去,这个判断明显走得太远,马斯克这次解决的,是一辆特定车型能不能在不用稀土的情况下正常工作。
而真正高端的应用问的是另一件事,在体积不能变大、重量不能增加、功率不能下降、温度环境恶劣的情况下,性能还能不能保持住?
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这两个问题听起来差不多,实际完全不是一回事,而且这台无稀土电机放到今天的中国新能源市场里,也谈不上压倒性的技术优势。
类似的电机设计思路并不是第一次出现,如果只看满足城市出行、出租车运营这一类需求,它当然有意义。
但如果要求高速性能、重载能力和更强的驾驶表现,普通铁氧体方案就会越来越吃力。
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特斯拉愿意在Cybercab上采用这套方案,本身也说明它看中的就是特定场景,一辆无人驾驶出租车每天要跑很长时间,成本、供应链和维护都非常重要。
少用稀土,可以减少对稀土供应链的依赖,也能让成本更容易控制,只要城市工况下够用,这笔账就有可能算得过来。
可一旦把这个结果扩大成“稀土没用了”,事情就变味了,无稀土电机可以量产,并不等于无稀土材料已经全面超过稀土材料。
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特斯拉只是想办法让一辆出租车,在不用稀土的条件下依然跑得起来、跑得足够远,而且成本能够接受。
到了真正追求高功率、高稳定性、高可靠性的地方,材料本身的性能差距,仍然摆在那里。
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