前一段時(shí)間，特斯拉聲稱新一代驅(qū)動(dòng)電機(jī)將不再使用稀土金屬。一石激起千層浪，電機(jī)“去稀土化”在業(yè)界引起廣泛討論。7月30日，GMCC美芝一項(xiàng)緩解家電行業(yè)對(duì)稀土中貴、重材料的依賴的關(guān)鍵技術(shù)斬獲中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，再次將“無稀土化”電機(jī)技術(shù)推向前沿。從電動(dòng)汽車到空調(diào)，“無稀土化”風(fēng)潮能否越刮越猛？

為什么要無稀土？

不管電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，還是空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)，一直以來都使用的是永磁同步電機(jī)。永磁同步電機(jī)的高能效，主要依靠的正是稀土永磁體。

據(jù)了解，稀土金屬是指化學(xué)元素周期表中的鑭系元素，包括鑭、鈰、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、釔等。這些金屬具有磁性和導(dǎo)電性能，可以提高電機(jī)的效率和性能。

然而，近幾年稀土金屬價(jià)格高企，導(dǎo)致電機(jī)制造成本隨之增長(zhǎng)。同時(shí)，稀土元素的加工需要大量的能源和化學(xué)品，產(chǎn)生大量的廢水和廢氣，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，出于對(duì)稀土金屬供不應(yīng)求和低碳發(fā)展趨勢(shì)的雙重考慮，無稀土電機(jī)的研發(fā)和應(yīng)用備受矚目。

談及GMCC&Welling針對(duì)家用空調(diào)領(lǐng)域開展電機(jī)無稀土化研究的緣由，GMCC&Welling有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說：“最初，GMCC從日本東芝空調(diào)引入變頻空調(diào)技術(shù)的同時(shí)，也引入了無稀土電機(jī)技術(shù)。無稀土電機(jī)在空調(diào)行業(yè)曾經(jīng)盛極一時(shí)，之后隨著家用空調(diào)行業(yè)對(duì)壓縮機(jī)性能的要求越來越高，特別是高能效變頻空調(diào)普及以來，行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用稀土空調(diào)壓縮機(jī)。同時(shí)，近年來電動(dòng)車和一些工業(yè)領(lǐng)域?qū)ο⊥劣来磐诫姍C(jī)的需求快速增加。與之相對(duì)的是，重稀土金屬的開采量指標(biāo)在過去幾年幾乎沒有提升。供需失衡的情況下，從2020年開始，釹鐵硼磁鐵價(jià)格一路飆升。基于這些方面的考慮，GMCC&Welling著手降低壓縮機(jī)稀土含量的研究。到目前為止，GMCC&Welling已經(jīng)有相關(guān)產(chǎn)品量產(chǎn)。”

無稀土和少稀土，“兩條腿走路”

事實(shí)上，以目前的技術(shù)水平，在保證原有性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)100%無稀土的難度還很大。以聲稱下一代驅(qū)動(dòng)電機(jī)不再使用稀土金屬的特斯拉為例，計(jì)劃使用銅線圈替代稀土永磁體。據(jù)悉，這種新型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以降低成本、減少重量，并且更容易回收利用。但是目前特斯拉還需要克服一些技術(shù)難點(diǎn)，比如解決銅線圈的穩(wěn)定性、耐久性和散熱性，優(yōu)化電機(jī)控制策略等。

中國(guó)國(guó)際金融股份有限公司認(rèn)為，從目前的技術(shù)應(yīng)用以及已公開的研究來看，永磁電機(jī)完全去稀土化難以在中短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

在電機(jī)企業(yè)仍在左右搖擺是否跟隨特斯拉的當(dāng)下，電機(jī)技術(shù)研究逐漸形成了兩個(gè)方向。一是去掉重稀土金屬，用如鐵、鈷、鎳、鋁等材料代替重稀土金屬，二是用輕稀土金屬替換重稀土金屬。有企業(yè)選擇前者，如凱邦電機(jī)。也有企業(yè)選擇后者，如大洋電機(jī)。還有企業(yè)選擇“兩條腿走路”，如GMCC&Welling。

凱邦電機(jī)是格力電器旗下的電機(jī)企業(yè)。截至目前，凱邦電機(jī)申請(qǐng)的無稀土金屬新型磁阻電機(jī)專利超過150件，授權(quán)專利90件，是目前全球擁有新型無稀土磁阻電機(jī)專利最多的企業(yè)。據(jù)介紹，自2009年起，凱邦電機(jī)就對(duì)變頻空調(diào)、新能源汽車、工業(yè)電機(jī)等領(lǐng)域的無稀土技術(shù)路線進(jìn)行研究和論證。2011年，格力電器成功研發(fā)出了鐵氧體永磁輔助同步磁阻電機(jī)，并大批量應(yīng)用于格力電器的變頻空調(diào)壓縮機(jī)上。2018年，格力又研發(fā)出120kW~200kW新能源商用客車用無稀土磁阻主驅(qū)電機(jī)，效率高達(dá)97%，并批量應(yīng)用于格力鈦新能源商用汽車。2019年，凱邦電機(jī)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的全系列無稀土磁阻電機(jī)研發(fā)成功。

在電機(jī)技術(shù)路線選擇上，大洋電機(jī)傾向用輕稀土金屬替換重稀土金屬。近日，大洋電機(jī)在接受機(jī)構(gòu)的調(diào)研中表示，稀土永磁同步電機(jī)是目前新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主流技術(shù)路線，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%，目前來看，未來技術(shù)路線可能朝著減少稀土金屬使用量的方向發(fā)展，即少用重稀土金屬，多用輕稀土金屬。據(jù)大洋電機(jī)方面介紹，新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)市場(chǎng)仍處于技術(shù)快速迭代、不斷進(jìn)步發(fā)展的階段，大洋電機(jī)將根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行新產(chǎn)品及新技術(shù)的開發(fā)。

對(duì)于去掉重稀土金屬（即近幾年開采量沒有增加的鏑和鋱兩種金屬），GMCC&Welling有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說：“當(dāng)空調(diào)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)的溫度可以上升為60℃~120℃的水平。高溫環(huán)境下，釹鐵硼永磁體的磁性會(huì)衰減，如果加入鏑和鋱兩種金屬，磁性衰減的幅度會(huì)大大降低。因此，在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，我們?cè)谥叵⊥两饘倮飺诫s鏑和鋱，并對(duì)電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)，同時(shí)采用抗退磁等先進(jìn)的技術(shù)，不但可以降低高溫下的退磁，還能提高電機(jī)的性能。”

對(duì)于用輕稀土金屬替代重稀土金屬，GMCC&Welling的做法是用鈰替代釹。鈰的儲(chǔ)量在整個(gè)稀土行業(yè)算是比較豐富的，比釹要多一些。實(shí)際上，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，雖然用鈰的永磁同步電機(jī)的剩磁達(dá)不到需求，使用受限，但是在應(yīng)用抗退磁技術(shù)以后，降低退磁，那么就可以用鈰替換一部分釹，實(shí)現(xiàn)用輕稀土金屬替換重稀土金屬。“不管是去掉重稀土的，還是實(shí)現(xiàn)輕稀土替換的空調(diào)壓縮機(jī)，GMCC&Welling都實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。”他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)。

從國(guó)家政策來看，近年來，各部門陸續(xù)出臺(tái)政策推動(dòng)、鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)和應(yīng)用新型無稀土磁阻電機(jī)，助力可持續(xù)發(fā)展與“雙碳”目標(biāo)。僅2022年就有：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車專題提出研究高效無稀土驅(qū)動(dòng)電機(jī)；工業(yè)和信息化部綠色低碳重大技術(shù)裝備專題提出研發(fā)超高效無稀土磁阻電機(jī)；工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合印發(fā)加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃的通知，以加快永磁輔助磁阻電機(jī)發(fā)展。這樣看來，雖然短期之內(nèi)無稀土電機(jī)還是很難快速起勢(shì)，但長(zhǎng)期來看，減少稀土在壓縮機(jī)、電機(jī)中的應(yīng)用是大勢(shì)所趨。