无稀土电机：原理、路线与选型

稀土永磁材料被称为电机产业的“性能核心”。钕铁硼可使电机体积缩小30%、能耗节省15%-20%，同时实现效率提升至95%及以上。在新能源汽车驱动电机中，稀土永磁成本占比高达30%-45%；在风电直驱电机中，这一比例更是达到30%-50%。

但稀土不是没有代价的。2025年10月，商务部公告将稀土管制覆盖开采、冶炼分离、金属冶炼、磁材制造及二次资源回收全链条。国际市场上，镝价从4月初的约300美元公斤上涨至850美元公斤，铽价从965美元公斤飙升至3000美元公斤，累计涨幅超过210%。

当一种关键材料的价格在两个月内翻两倍，整个产业链都会被迫寻找替代方案。无稀土电机，正是在这个背景下从“备选课题”变为“战略必答题”。

一、无稀土电机是什么？

无稀土电机，指的是转子中不含有钕、镝、铽等稀土永磁材料的电机。它的技术路线不止一条，主流方向包括四种：开关磁阻电机、同步磁阻电机、电励磁同步电机，以及永磁辅助同步磁阻电机——其中最后一类使用铁氧体替代稀土永磁。

四种路线的共同逻辑是：用电磁设计替代稀土磁体的强磁性，用结构创新弥补磁力不足。

二、四条主流技术路线

路线一：开关磁阻电机（SRM）——最“简单粗暴”的方案

开关磁阻电机的转子没有任何绕组和永磁体，只是一个硅钢片叠成的凸极结构。它依靠“磁阻最小原理”工作——磁通总是试图走磁阻最小的路径，转子被定子磁场“拉”到磁阻最小的位置。

这种结构带来了几个天然优势：结构简单、机械强度高（可承受10万转分钟转速）、成本低（无需稀土材料）、典型系统效率达80%以上。启动时仅需15%额定电流即可产生100`%额定转矩。

但它的短板同样明显：双凸极结构导致磁链和转矩高度非线性，转矩脉动和运行噪声较大。这意味着它更适合对噪声不敏感、对成本敏感的工业场合。

路线二：同步磁阻电机（SynRM）——效率最高的无稀土方案

同步磁阻电机的转子上没有磁铁，也没有绕组，而是通过多层“磁通壁垒”结构来引导磁通走向。它的转矩完全由磁阻转矩产生，转子铁芯的多层结构使磁通路径被精确划分。

ABB的IE5 SynRM系列是该路线的标杆产品，损耗比IE4电机低20%，比IE3感应电机低40%。国际电工委员会在IEC 60034-30-2标准中将IE5定义为变速电机的最高能效等级，ABB的SynRM系列正是基于这一标准完成认证的。一个关键数据：如果把当前工业领域80%的电机替换为IE5 SynRM，每年可节省约160太瓦时电力。

路线三：电励磁同步电机（EESM）——宝马选定的路线

电励磁同步电机用转子上的励磁绕组替代永磁体。通过滑环或无线励磁系统向转子绕组供电，产生可调节的磁场。

宝马第六代eDrive的后轴电机采用了EESM技术，前轴则使用异步电机。这一选择的核心逻辑是：消除稀土依赖，同时避免永磁体在高速工况下的退磁风险。EESM的最高效率约为94%-96%，功率密度2.5-3.5 kWkg。与永磁同步电机相比，效率略低，但供应链安全和热稳定性更好。

路线四：永磁辅助同步磁阻电机（PMaSynRM）——铁氧体+磁阻的折中方案

这是目前量产应用最广泛的无稀土方案。它以磁阻转矩为主，同时利用铁氧体永磁体产生辅助永磁转矩。

格力凯邦的PMaSynRM电机在不使用任何稀土永磁材料的情况下，将能效从IE3提升至IE5，体积比同功率异步电机减小50%，损耗降低60%。该产品已于2010年量产，市场保有量超过1亿台。2022年，国家工信部将其列入《国家工业和信息化领域节能技术装备推荐目录》。

三、四条路线的横向对比

技术路线 稀土使用 最高效率 功率密度 核心优势 主要短板

开关磁阻（SRM） 无 ~80-87% 较低 结构最简单、成本最低 转矩脉动大、噪声大

同步磁阻（SynRM） 无 IE5级 中 效率最高 功率因数偏低

电励磁同步（EESM） 无 94-96% 2.5-3.5kWkg 热稳定性好、无退磁风险 需励磁回路、结构复杂

永磁辅助磁阻（PMaSynRM） 无（用铁氧体） IE5级 中高 效率与成本平衡 铁氧体磁力仅为钕铁硼13

需要特别指出的是，铁氧体磁铁的磁力仅为钕铁硼的13或更低。如果要达到与钕铁硼电机相同的输出功率，单靠铁氧体的话，电机尺寸至少增加3倍。PMaSynRM之所以能把尺寸控制在可接受范围内，核心在于用磁阻转矩弥补了铁氧体磁力的不足。

四、无稀土电机当前面临的挑战

挑战一：功率密度天花板。 铁氧体磁力先天不足，EESM需要额外的励磁功率，SRM的功率密度受限于双凸极结构。无稀土电机在同等功率下，体积和重量普遍大于稀土永磁电机。Astemo的同步磁阻方案做到了体积仅比永磁电机多30%，这在行业内已经是相当出色的水平。

挑战二：控制系统复杂度。 SRM的非线性磁链特性和开关式供电模式，要求高性能控制算法。SynRM的功率因数偏低，需要变频器提供更大的视在功率。EESM需要励磁控制回路，增加了系统复杂度。

挑战三：成本结构变化。 无稀土电机的物料成本降低，但控制系统的成本可能上升。对于变频器配套的应用，整体BOM成本需要重新核算。

五、哪些场景适合无稀土电机？

无稀土电机不是“万能替代品”，它的适用场景有清晰的边界：

适合的场景：对成本敏感、对体积重量不极端的工业风机水泵；变频空调压缩机（格力凯邦已验证超1亿台应用）；低速大扭矩的矿山输送设备；对供应链安全有刚性要求的新能源商用车。

暂时不适合的场景：对功率密度要求极高的航空电推进；空间受限的机器人关节；对转矩脉动极度敏感的高精度伺服应用。

惠斯通特种电机方案：为极端工况提供无稀土选项

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在这些特种应用场景中，供应链安全与极端环境适应性同样重要。惠斯通可根据用户的具体工况需求，在防爆伺服电机、高温电机、耐辐射电机等品类中提供适配的无稀土技术方案，帮助用户在稀土供应链波动的背景下，获得更加自主可控的动力选择。

江苏惠斯通机电科技有限公司

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