特斯拉动力系统和能源工程高级副总裁德鲁·巴格里诺在公司投资者日活动上表示,新能源汽车大规模推广需要更便宜的价格,特斯拉的下一代永磁电机将完全不使用稀土材料,以降低电子设备的复杂性和成本。
电机是汽车的核心系统,当前新能源汽车普遍采用的是永磁电机,具有能量密度大、运行可靠、调速性能好等特点。而稀土,就是永磁电机里,磁的重要组成部分。永磁电机是稀土下游最大的应用领域。但并不是所有电机都需要稀土元素,它一般在直流电机中使用。交流感应电机无需用到稀土。特斯拉未公布准备用何种方式替代稀土,所以聊聊可能的方向。
Part 1
特斯拉选用过的电机
特斯拉主要选用过两款电机:交流感应电机,和永磁同步电机。
最初在Model S和Model X中,使用的交流感应,但从2017年,Model 3上市时采用了新的永磁直流电机,后续其他车型上也一直使用同款电机。
● 交流感应电机
“交流感应”是通过一部分电流,自己产生磁场。
受磁场影响,闭合的转子绕组线圈中就会有电流产生,电流再次产生磁场,并与定子旋转磁场相互作用,就可以沿旋转磁场的方向旋转起来。但是,转子的转速永远不会与旋转磁场的转速同步。转子的转速总是略低于同步转速,这种电机也因此被命名为交流异步电机
感应电机主要包括线圈和转子铁芯,所以价格便宜,成本低,过载能力也强,性能彪悍,皮实耐用,但是效率差一点。
●永磁同步电机
永磁指的是动磁采用的是永磁体,也就是磁铁。定子线圈虽然也是绕组线圈结构,但转子却更换为了永磁体,当转子线圈中的电流变化产生旋转磁场时,永磁转子便会跟随磁场一同运动。这种励磁方式无需像交流异步电机那样切割磁力线,定子与转子相互作用更加快速直接
两者的优缺点
永磁同步电机的优点不仅在于结构更加简单,更重要的是体积可以做得更小,这对于重视空间布局和轻量化的电动汽车来说具有极大的优势。同时,定子转子转速同步的先天条件让它只需改变电流频率即可改变转速,调速更加简单、直接。如果特斯拉继续用交流感应电机,的确不需要稀土 。但这种电机扭矩密度和功率密度低、体积又大,应该不是特斯拉的选择。