世界速看：点评马斯克“下一代永磁电机将完全不使用稀土材料”

2023-03-02 22:32:48 来源：雪球网小 中

$北方稀土(SH600111)$

一、稀土金属为什么磁性强

晶体中未配对的电子自旋、自旋与轨道的相互作用以及磁性原子的有序排列的结构因素决定了晶体的磁化强度和法拉第效应。稀土元素由于内层4f轨道未成对电子多，电子轨道相互作用较强，因而原子磁矩高。可与3d过渡元素Fe、Co结合形成具有强大磁力的超级永磁。

(资料图片仅供参考)

二、磁性材料发展简史

1、钴钢：1930年，人类最早制造的磁石材料，磁性虽然比天然磁石强了许多，但仍旧是低性能永磁材料。

2、Alnico铸造永磁：后来人们利用Al、Ni、Co和Fe按比例配制成更强的永磁材料，Br可达12000～13000高斯，(BH)m可达5～10MGOe，Hc为500～600Oe。

3、恒磁铁氧体：20世纪50年代利用氧化铁粉研制成功金属陶瓷永磁材料，一般Br为3000～4000Gs，(BH)m为3.0～5.0 MGOe，Hc为1500～3000Oe。由于是氧化铁粉，所以成本较低，价格便宜。

4、稀土钴永磁（第一代）：在20世纪70年代前后研制成功稀土钴永磁，Br可达0.9～11.0KGs，(BH)m为18～20MGOe，Hcj可达30K以上。是第一代稀土永磁。主要是SmCo5，SmPrCo5等牌号。

5、稀土钴永磁（第二代）：到20世纪70年代末又研制成功Sm2（Co，Cu，Fe，Zr）17型稀土钴永磁，(BH)m可达30MGOe，常称第二代稀土永磁。

6、钕铁硼永磁（第三代）：到20世纪80年代末又研制成功迄今为止世界上最强的磁体，钕铁硼（Nd-Fe-B）永磁材料，Br为12000～15000Gs，(BH)m可达40～50MGOe，Hc12.0～30KOe，称为第三代稀土永磁。

汝铁硼NdFeB永磁体以其极高的“磁能积”轰动于世，由于其优异的磁性而被称为“磁王”，是目前世界上最强的永磁体。它的BHmax值是铁氧体磁铁的5~12倍，是铝镍钴磁铁的3~10倍；它的矫顽力相当于铁氧体磁铁的5~10倍，铝镍钴磁铁的5~15倍；其潜在的磁性能极高，能吸起相当于自身重量640倍的重物。

三、点评马斯克的下一代电机

1）从目前永磁材料的研究进展来看。

未来很长时间未能出现替代稀土永磁的材料。所以，可以判断马斯克无法从新材料角度来替代稀土永磁。

2）从大国博弈角度来看。

鉴于中国在稀土产业链有绝对优势，西方选择走非稀土电机的技术路线。特斯拉最早阶段采用的是异步电机。

从表格所列的特点看，永磁同步电机之所以能够获得大多数车企青睐的原因似乎很简单，无非就是在差不多的技术水准下，永磁同步电机的转矩密度、功率密度、效率都要比交流异步电机出色，对提升车辆的能源利用效率、延长续航里程有着莫大的裨益。

另一方面，永磁同步电机在瞬间状态下仍然可以保证拥有95%左右的能量转化效率，而且因为电机体积小、重量轻以及不需要高效复杂冷却系统的原因，能有效且最大化利用车辆的空间布局，对整车的设计制造有非常大的作用。

Model 3 上市时，特斯拉默默地推出了一款新的永磁直流电机，并最终在其他车型上也使用这一款电机。

四、小结

马斯克的下一代非稀土电机，更多的是大国博弈下的路线选择。

特斯拉无法从新材料角度，那么必然是从电机结构创新的角度来走。稀土电机当然可以被替代，但是带来的后果是结构复杂性，体积大、质量重、功率密度低，从而带来产品竞争力的削弱。

反观我国，钕铁硼磁性材料的总产量占据全球的80%，是绝对优势产业。所以即使欧美不用，中国是必定要用的，稀土永磁的需求不会有太大变化。