被中国卡脖子！外资车企“硬上”无稀土电机！靠谱吗？

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大家好，我是电动车公社的社长。

就在不久之前，雷诺宣布终止了与法国汽车零部件巨头法雷奥联手的，代号为E7A的无稀土电机项目合作。

要知道，这个项目从2023年开始已经启动了2年多时间了，十分接近原定的2027年量产目标，正处于决定成败的关键阶段。

至于突然中道崩殂的理由？

雷诺方面发言人含糊地回答道“不排除与中国合作伙伴合作的可能性”，而法雷奥这边则干脆不予置评。

不过，据知情人士透露，雷诺内部测算后发现，与中国定子供应商的价格是远低于法雷奥的，更换方案后可以将成本大幅压缩20-30%。

根据项目新的计划，雷诺将从中国供应商手中采购定子，而转子部分依然由雷诺自主研发，电机主体在法国本土进行组装，依旧要坚持无稀土电机方案。

好家伙，同在一个屋檐下的一对法国企业，携手2年却因为钱的事“移情别恋”，实在是太过现实了些……

实际上，假如雷诺全部采用中国电机供应商方案的话，成本估计还能降得更多。

但，为了得到当地的支持，雷诺必须尽可能坚守法国制造才行。

值得一提的是，“被甩”之后的法雷奥，没过多久就迅速找到了“新欢”德国马勒集团，依旧要坚持开发无稀土电机，还立下了单电机功率350kW以上的flag。

对电驱动有一定了解的朋友应该知道，目前新能源汽车上绝大部分采用的都是永磁同步电机。

想要生产车规级的永磁同步电机，稀土几乎是不可或缺的核心原材料。

即便雷诺和法雷奥最终在电机研发上分道扬镳，但他们依旧在朝着相同的方向在努力——无稀土电机。

除了雷诺和法雷奥以外，包括特斯拉、宝马、通用、大众，都曾提出过无稀土电机的概念，并且真金白银地倾注大量资源，来尽可能降低电机中稀土的用量。

相比之下，国内厂商这边，从舆论上倒是对无稀土电机的研发倒显得没那么迫切，而是在一股脑地卷电池和辅助驾驶。

道理大家都懂，毕竟咱不缺稀土嘛！

从资源分布来看，中国目前已探明的稀土储量约为4400万吨，占全球总储量的34%左右，不仅储量位居全球第一，也是唯一一个拥有全部17种稀土元素的国家。

同时，中国还占据着全球70%的稀土开采和85%的精炼产能。

可以说，只要谈及“稀土”二字，全世界都得围着中国转。

随着近几年全球贸易摩擦“升温”，我国对于稀土出口的管制措施也愈发严格。

这可就要命了，国外稀土很快就陷入了供不应求的困境，严重影响了汽车供应链。

据外媒统计，由于部分稀土价格短期翻倍，直接造成特斯拉电机生产成本大幅提高了18%；欧洲部分车企平均每辆新能源汽车生产成本，要增加200-300美元。

赚不到钱已经算轻的了，不少车企甚至还因为稀土短缺，被迫关停了部分新能源汽车产线，着急忙慌地找着替代方案。

这就解释了，为什么国际车企对于“无稀土电机”的研发如此执着，毕竟谁都不想被卡脖子。

那么，我们就借此机会来聊聊：稀土在电机中起到了哪些关键作用？无稀土电机，距离大规模落地到底有多远？

01. 稀土，新能源汽车的原点

说起电机中稀土元素的重要性，就得回溯一下电机的发展历程了。

19世纪80年代，丹麦物理学家奥斯特发现了电流能产生磁场的现象，建立了电与磁的相互联系，为现代电磁学奠定了理论基础。

紧接着，被誉为“电学之父”的法拉第就利用这一理论，将悬挂的电线浸入含磁铁的水银池中，造出了人类历史上第一台电动机。

通电后的电线可以绕磁铁旋转，实现了电能向机械能的转化。

随后的20年时间里，电机经过几轮的演化，逐渐形成了像现在主流的永磁同步电机结构，即以转子、定子为核心。

其中，定子是电机静止的部分，本身不具备磁性，主要由铁芯和绕组组成，其作用是通过电流在绕组中产生磁场，驱动转子转动。

而转子作为运动部件，可以说是电机的“心脏”。为了使其可以根据定子产生的磁场变化而转动，需要用到带磁性的永磁体作为核心材料。

在永磁同步电机发展的过程中，永磁体可谓换了一轮又一轮。

从最初的天然磁铁矿石（Fe₃O₄），到碳钢、钨钢，到铝镍钴，再到后来的铁氧体……

这些材料的更新无一例外，都是在尽可能地增大永磁体的磁能。

可尽管如此，永磁体的磁能依旧难以满足需求，这使得永磁同步电机功率十分有限，顶多只能做到几十kW。

而且想把功率做大，就不可避免的会造成电机体积过大，造成应用面变窄；同时还存在高温工况下永磁体“退磁”等一系列弊端。

直到20世纪60年代末，稀土永磁体的发现，彻底扭转了永磁同步电机的命运。

1967年，美国著名材料科学家施耐特，发现了钐钴永磁体。

其最大磁能积超过了199 kJ/m³，几乎是其他非稀土永磁体的5倍之多！

应用到永磁同步电机上之后，使得其功率密度有了质的改变。

后来到了1973年，日本TDK公司的科学家小岛辉彦，在原本钐钴永磁体的基础上，增加了铜、铁、锆等元素，制成了钐钴永磁合金，使其最大磁能积进一步提升到了258.6 kJ/m³。

不过，因为钴和钐这两种元素都非常稀有昂贵，使得钐钴电机只应用在了航天、军工等高端领域，并没有在民用领域广泛普及。

到了20世纪80年代，永磁同步电机终于迎来了它的民用化革命——被誉为“现代永磁之王”的钕铁硼永磁材料诞生了！

1983年，日本住友特殊金属公司的佐川真人团队，成功发现了钕铁硼磁铁（NdFeB）。

其最大磁能积一度达到了360 kJ/m³，远远高于钐钴永磁合金，一举成为了世界上磁能最强的物质，使得钕铁硼电机可以在很小的体积下，就能把功率做得很高。

更关键的是，钕铁硼磁铁中，铁和硼都是比较常见的元素，只需要钕一种稀土元素。

因此在原材料成本上，钕铁硼磁铁相比钐钴永磁合金具有非常明显的优势，这恰恰成为了永磁同步电机实现民用化的关键。

紧接着，通用汽车就抓住了这一机遇。

为了打造汽车专用电机上的钕铁硼磁铁，通用特地开发了一套“旋喷熔炼”技术，通过超音速气流将钕铁硼粗粉细化至3-5微米，形成具有单畴结构的磁粉，使得钕铁硼原子排列更加整齐。

不仅大幅提升了永磁体磁性，还有利于规模化生产。

这或许也是为什么，通用汽车在1996年成功造出了EV1车型，成为了人类历史上首个量产纯电动汽车的车企。

不止新能源汽车，钕铁硼磁铁的出现，使得永磁电机在民用领域得到了极大的推广，几乎覆盖了家电、农业、工业制造、航空航天等所有看得见摸得着的日常生活中。

毫不夸张地说，稀土就是新能源汽车蓬勃发展背后最关键的基石，甚至没有之一。

03. 新能源车，能离开稀土吗？

虽然在种种因素的影响下，车企们对于无稀土电机的呼声越来越高，各种技术路线层出不穷。

到目前来看，不少车企确实已经取得了一些阶段性的成果。

比如，特斯拉和通用，就选择了氮化铁（FeN）作为永磁体代替稀土永磁体的技术路线，结合扁线绕组技术和碳化硅功率器件来提升整体效率。

其工作效率已经能接近稀土永磁体电机的98%，纯原材料成本可以下降10-15%。

不过，目前氮化铁电机依旧没能从实验室走出来，其原因是多方面的：

一是氮化铁材料本身可靠性不足，工作温度一旦超过150℃，就会出现大面积的退磁，而稀土永磁体可以经受住200℃以上的高温。

此外，氮化铁一旦暴露在空气中，会与氧气发生氧化反应，同样会导致退磁，所以电机封装需要极端严格的密封。

二是氮化铁的制造工艺复杂，需要用物理气相沉积法在特定基板上生长，且必须精确控制氮气分压与基底温度，让氮原子与铁原子的比例必须精确控制在特定区间内，任何微小偏差都会导致磁性急剧下降。

这使得即便是目前技术最先进的实验室，每小时也只能生产出几克符合性能的氮化铁样品，远远达不到大规模量产需求。

同样时间内，中国稀土磁体企业仅一条生产线，基本上就能生产出数百公斤的钕铁硼磁体，产能差距实在是降维打击。

除了氮化铁电机以外，还有另外一条技术路线，已经在新能源汽车实现了小规模落地——

即用铁氧体替代掉钕铁硼作为转子，其代表企业有宝马、格力等。

早在2020款的宝马iX3上的第五代eDrive电驱系统，就搭载了不含稀土的铁氧体电机。

不过，宝马的这套系统并非永磁同步电机，而是励磁同步电机。

其铁氧体转子本身是不具有磁性的，需要通过在转子上加上类似定子的绕组，通过滑环和电刷将电流引入转子，使得转子在带电状态下产生磁性。

根据宝马的测算，这套电机系统的成本，仅为稀土电机的30%左右。

不过相对地，励磁同步电机也有缺陷。

首先，由于需要持续供应电流赋予转子磁性，它在相同的工况下，需要消耗比永磁电机更多的电能，总体效率偏低。

尤其是在城市通勤，电耗会明显高于同级稀土电机车型。

在性能方面，在同体积下功率密度比稀土电机低约10%，使其零百加速要慢个1秒左右，基本上与性能无缘了。

再加上有励磁绕组、电刷、滑环以及独立的励磁电源系统等等，会不可避免的增大整个电驱系统的体积，侵占乘员舱空间。

相比之下，格力在铁氧体励磁同步电机的研发进度上，比宝马还要更早。

早在2018年，就成功研发出了120-200kW的无稀土磁阻主驱电机，开始应用于格力钛新能源商用车上。

而在此之前，格力已经为此潜心研发了将近10年的时间，同时借鉴了其无稀土压缩机的技术经验。

与宝马不同的是，格力电机使用的铁氧体本身是具备一定磁性的，属于永磁同步电机。

对于铁氧体本身磁力不如钕铁硼这一缺口，格力特地研发了一套名为“高凸极比磁路”的结构，通过增大电机交、直轴电感差异，降低对永磁体的磁性依赖，成功攻克了铁氧体无法做大功率电机的难题。

不过目前来看，铁氧体电机主要应用于商用车领域，还没能拓展到乘用车领域。

主要原因有以下几个方面：

一是同功率下，铁氧体永磁电机的体积通常比稀土电机大10-30%，往往难以满足乘用车紧凑的前舱布局要求。

二是受制于转子磁力低的问题，铁氧体永磁电机很难达到稀土电机的高转速，通常达到15000rpm时效率下降就会比较明显，难以满足长时间高速巡航需求。

三是在低速工况下，铁氧体永磁电机通常存在转矩脉动较大的问题，容易导致车辆起步时产生明显的震动和噪声，这对于一贯追求极致静谧体验的家用电动车来说，也是一项雷点。

03. 写在最后

说了这么多，大体上总结一下：

尽管不少车企已经在无稀土电机上投入了大量研发，且一些已经在部分领域成功实现了量产落地。

不过无论是电机性能、功率密度、技术成熟度还是产业链完善度，稀土电机的优势仍然非常明显。

至少短期内，无稀土电机很难撼动稀土电机的地位，也没办法形成大规模替代。

但另一方面，尽管我国坐拥稀土资源的绝对优势，我们也并没有选择故步自封。

除了前面提到的格力以外，包括比亚迪、吉利、蔚来、小鹏等车企，均在无稀土电机上有战略布局，加大研发投入。

毕竟，稀土因“稀”而贵，降本增效是所有企业都无法回避的内容。更何况如今的中国新能源汽车产业，已然领跑全球。

或许不久的将来，无稀土电机会迎来颠覆性的技术创新，创造一场不亚于钕铁硼电机的史诗级革命。

而这场技术革新，也大概率会发生中国在这片土地上。