引言

特斯拉在2023年3月2日的“投资日”的发布会上，特斯拉负责动力总成工程的副总裁Colin Campbell谈到，特斯拉的下一代电机将完全不使用稀土材料。笔者看到许多自媒体对此都是一片惊呼和赞叹，最后结论都认为特斯拉要引领电驱技术新高度。遗憾的是这些自媒体对特斯拉下一代电机取消稀土的技术解读少之又少，让人意犹未尽。

本文将从驱动电机如果不采用稀土永磁的技术方向进行解读，从而去推测特斯拉下一代电机要应用的技术。一家之言，谨供参考。

背景

下面是副总裁Colin Campbell演讲的画面截图。

在2017年到2022年，由于传动系统的效率提高，特斯拉已经成功地把Model 3（参数丨图片）驱动系统的稀土用量降低了25%，红色方框所示。

在一台电机中，稀土元素1的用量是500g，稀土元素2的用量是10g，稀土元素3的用量是10g；

在下一代电机中，这三种稀土元素的用量将归0。

分析

从截图和Colin Campbell的发言看，特斯拉并没有点明这三种稀土元素到底是啥？听众也不明所以。下面我们利用稀土钕铁硼磁钢的构成和用量，进行反推。

目前车用驱动永磁电机采用的磁钢以烧结钕铁硼为主，是以Nd2Fe14B相为主要磁性相的永磁材料，其具体成分及占比中，铁63.95%-68.65%、钕24%-27.5%、镨5%左右、硼1.1%-1.2%、镝0.6%-8%、铽0.4-1.2%。以一台200kW电机为例子进行推算，该功率等级的电机使用的钕铁硼磁钢重量在1.8kg上下，按照上面的比例推算的话，钕确实在500g左右、镝和铽在10g左右，马斯克诚不欺我。

为了推测出特斯来下一代电机采用何种技术，我们再回顾一下特斯拉年度投资者日上Colin Campbell的原话，来找一些蛛丝马迹，他的原话翻译出来是这样的：

“我提到未来如何减少动力系统中稀土的用量。随着世界向清洁能源过渡，对稀土的需求在急剧增加。不仅满足这一需求会有些困难，而且开采稀土在环保等方面具有一定风险。所以我们设计了下一代永磁驱动电机，它完全不使用任何稀土材料。”

从上面那段话可以总结出两点，第一点，那就是特斯拉的下一代电机是永磁驱动电机，展示的也是带磁钢的永磁电机图片。所以什么异步机（IM）、开关磁阻电机（SRM）、电励磁同步电机（EESM）就没必要讨论了。第二点是特斯拉下一代电机不使用稀土，怕的还是不掌握供应端，怕的是被卡脖子，环保只是托词。

既然是不采用钕铁硼技术的永磁电机，那么永磁体中有哪些可以替代钕铁硼呢？

下图展示了各种永磁体的分类。

如果完全不采用稀土永磁的话，也只有金属永磁材料和铁氧体永磁材料，但金属永磁材料含有战略物资钴，贵且稀少，而且需要和电池争抢资源，显然不符合特斯拉下一代电机的构想，首先被排除在外。

从图中看，以现有的技术，不含稀土且不含钴的永磁材料也只有铁氧体永磁材料了。由于铁氧体的磁能积小，虽然可以替代低端的钕铁硼磁体，但如果铁氧体用于驱动电机上，势必会造成电机体积增大，性能下降，效率降低，虽然成本下降和供应不受制约，但却是一种得不偿失的做法。

现在国内有一种用镧系稀土金属铈和来替代镨钕的技术方案，铈在地壳中最常见元素中排名第25位，所以铈的相对价格不高，只是镨钕价格的2.5%。但是现有的技术还无法用铈完全替代镨钕。根据磁钢性能高低的不同，现有技术只能用铈替代1%-12%的镨钕，要完全替代还需要很长的路要走。而且条路线只能满足特斯拉成本降低的要求，没能满足钕元素归0的要求。推测不是这个方向。

那么从图上看，唯一看到一些希望来替代钕铁硼材料的是第四代永磁体钐铁氮。钐虽然归类为稀土元素，但在地壳中是名列第40的最丰富的元素，比锡等金属还要常见，显然钐不是降低成本和供应的制约因素。钐铁氮的最大磁能积最高能做到44.4MGOe（北京大学应用磁学中心数据），而钕铁硼最高磁能积能达到60MGOe以上，现在车用驱动电机所用的烧结钕铁硼磁钢最大磁能积能用到的也就40-52MGOe左右，从这个性能指标上说钐铁氮的最大磁能积是可以满足驱动电机的需求的。

钐铁氮还有自身的优点，那就是居里温度是钕铁硼的1.3倍，特斯拉可以利用其自研软件、SiC功率模块和先进的热管理的优势，提升电机三相输入电流，同时永磁转子可以采用Halbach聚磁结构等，来弥补钐铁氮磁性能力的不足，以达到使用钕铁硼磁钢相同的性能。

总结

通过以上的分析，特斯拉下一代电机依然是永磁电机，而且是把钕、镝、铽三种稀土成分降为0。永磁体类型中含钴元素的因其价格因素先去除掉，铁氧体因磁能积低、可以替代低端钕铁硼磁钢，在高端方面是无法取代的。铈钕铁硼磁钢虽然成本有所降低，但还是无法使钕元素归零。

最后的第四代永磁体钐铁氮，虽然钐也是稀土元素，但地壳内含量丰富，成本低供应充足。而且从性能看钐铁氮是最接近稀土钕铁硼的磁钢材料。再加上特斯拉其他性能增益手段，笔者判断用钐铁氮替代钕铁硼不是不可能的。所以让我们都拭目以待特斯拉下一代永磁电机永磁体答案的揭晓。