空调电机“无稀土”可行吗？

前一段时间，特斯拉声称新一代驱动电机将不再使用稀土金属。一石激起千层浪，电机“去稀土化”在业界引起广泛讨论。7月30日，GMCC美芝一项缓解家电行业对稀土中贵、重材料的依赖的关键技术斩获中国商业联合会科学技术一等奖，再次将“无稀土化”电机技术推向前沿。从电动汽车到空调，“无稀土化”风潮能否越刮越猛？

为什么要无稀土？

不管电动汽车的驱动电机，还是空调压缩机电机，一直以来都使用的是永磁同步电机。永磁同步电机的高能效，主要依靠的正是稀土永磁体。

据了解，稀土金属是指化学元素周期表中的镧系元素，包括镧、铈、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇等。这些金属具有磁性和导电性能，可以提高电机的效率和性能。

然而，近几年稀土金属价格高企，导致电机制造成本随之增长。同时，稀土元素的加工需要大量的能源和化学品，产生大量的废水和废气，会对环境造成污染。因此，出于对稀土金属供不应求和低碳发展趋势的双重考虑，无稀土电机的研发和应用备受瞩目。

谈及GMCC&Welling针对家用空调领域开展电机无稀土化研究的缘由，GMCC&Welling有关负责人介绍说：“最初，GMCC从日本东芝空调引入变频空调技术的同时，也引入了无稀土电机技术。无稀土电机在空调行业曾经盛极一时，之后随着家用空调行业对压缩机性能的要求越来越高，特别是高能效变频空调普及以来，行业已经大规模应用稀土空调压缩机。同时，近年来电动车和一些工业领域对稀土永磁同步电机的需求快速增加。与之相对的是，重稀土金属的开采量指标在过去几年几乎没有提升。供需失衡的情况下，从2020年开始，钕铁硼磁铁价格一路飙升。基于这些方面的考虑，GMCC&Welling着手降低压缩机稀土含量的研究。到目前为止，GMCC&Welling已经有相关产品量产。”

无稀土和少稀土，“两条腿走路”

事实上，以目前的技术水平，在保证原有性能的同时，实现100%无稀土的难度还很大。以声称下一代驱动电机不再使用稀土金属的特斯拉为例，计划使用铜线圈替代稀土永磁体。据悉，这种新型转子结构可以降低成本、减少重量，并且更容易回收利用。但是目前特斯拉还需要克服一些技术难点，比如解决铜线圈的稳定性、耐久性和散热性，优化电机控制策略等。

中国国际金融股份有限公司认为，从目前的技术应用以及已公开的研究来看，永磁电机完全去稀土化难以在中短期内实现。

在电机企业仍在左右摇摆是否跟随特斯拉的当下，电机技术研究逐渐形成了两个方向。一是去掉重稀土金属，用如铁、钴、镍、铝等材料代替重稀土金属，二是用轻稀土金属替换重稀土金属。有企业选择前者，如凯邦电机。也有企业选择后者，如大洋电机。还有企业选择“两条腿走路”，如GMCC&Welling。

凯邦电机是格力电器旗下的电机企业。截至目前，凯邦电机申请的无稀土金属新型磁阻电机专利超过150件，授权专利90件，是目前全球拥有新型无稀土磁阻电机专利最多的企业。据介绍，自2009年起，凯邦电机就对变频空调、新能源汽车、工业电机等领域的无稀土技术路线进行研究和论证。2011年，格力电器成功研发出了铁氧体永磁辅助同步磁阻电机，并大批量应用于格力电器的变频空调压缩机上。2018年，格力又研发出120kW~200kW新能源商用客车用无稀土磁阻主驱电机，效率高达97%，并批量应用于格力钛新能源商用汽车。2019年，凯邦电机应用于工业领域的全系列无稀土磁阻电机研发成功。

在电机技术路线选择上，大洋电机倾向用轻稀土金属替换重稀土金属。近日，大洋电机在接受机构的调研中表示，稀土永磁同步电机是目前新能源汽车驱动电机的主流技术路线，转换效率高达90%，目前来看，未来技术路线可能朝着减少稀土金属使用量的方向发展，即少用重稀土金属，多用轻稀土金属。据大洋电机方面介绍，新能源汽车电驱动系统市场仍处于技术快速迭代、不断进步发展的阶段，大洋电机将根据市场需求进行新产品及新技术的开发。

对于去掉重稀土金属（即近几年开采量没有增加的镝和铽两种金属），GMCC&Welling有关负责人介绍说：“当空调运行时，压缩机的温度可以上升为60℃~120℃的水平。高温环境下，钕铁硼永磁体的磁性会衰减，如果加入镝和铽两种金属，磁性衰减的幅度会大大降低。因此，在电机设计时，我们在重稀土金属里掺杂镝和铽，并对电机的拓扑结构重新设计，同时采用抗退磁等先进的技术，不但可以降低高温下的退磁，还能提高电机的性能。”

对于用轻稀土金属替代重稀土金属，GMCC&Welling的做法是用铈替代钕。铈的储量在整个稀土行业算是比较丰富的，比钕要多一些。实际上，经过研究发现，随着温度升高，虽然用铈的永磁同步电机的剩磁达不到需求，使用受限，但是在应用抗退磁技术以后，降低退磁，那么就可以用铈替换一部分钕，实现用轻稀土金属替换重稀土金属。“不管是去掉重稀土的，还是实现轻稀土替换的空调压缩机，GMCC&Welling都实现了量产。”他进一步强调。

从国家政策来看，近年来，各部门陆续出台政策推动、鼓励企业研发和应用新型无稀土磁阻电机，助力可持续发展与“双碳”目标。仅2022年就有：国家重点研发计划新能源汽车专题提出研究高效无稀土驱动电机；工业和信息化部绿色低碳重大技术装备专题提出研发超高效无稀土磁阻电机；工业和信息化部等五部门联合印发加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划的通知，以加快永磁辅助磁阻电机发展。这样看来，虽然短期之内无稀土电机还是很难快速起势，但长期来看，减少稀土在压缩机、电机中的应用是大势所趋。