智通財經
2023-03-08 15:08
（早在新萊福6月6日上市以前，東方財富證券的研究報告）
智通財經獲悉，東方財富證券發布研究報告稱，在 Model3 中，特斯拉通過使用永磁同步電機替代感應電機，大幅提升性能與整體續航裏程。考慮到材料成本以及供應鏈安全，特斯拉在宏圖3上明確提出將發展並應用無稀土電機。無稀土電機的方案，應從材料替換的角度出發，而氮化鐵(“-Fe16N2) 材料作爲降低永磁電機稀土材料的使用上，具有較高的可能性。建議關注氮化鐵制備及產業鏈機會。
事件：
北京時間3月2日凌晨，特斯拉在美國得州超級工廠舉辦“投資者日”活動，正式揭曉了“宏圖”第三章。馬斯克表示，希望整個人類社會未來都可以採用清潔能源，在2050年前實現100%能源可持續。
公司提到，隨着世界向清潔能源過渡，稀土的需求在急劇增加，不僅在滿足下遊需求方面有難度，而且在开採稀土有環境和健康風險，因此，公司已設計了下一代使用永磁電機的驅動單元，將完全不使用稀土材料。新產品將具有更低的成本，同時保持高效。
東方財富證券主要觀點如下：
在 Model3 中，特斯拉通過使用永磁同步電機替代感應電機，大幅提升性能與整體續航裏程。考慮到材料成本以及供應鏈安全，公司在宏圖 3 上明確提出將發展並應用無稀土電機。
該行認爲，發展無稀土電機至少包含兩條路徑，其一，雖然特斯拉已表示將繼續使用永磁電機，仍對更換電機類型做出探討，其二是更換目前永磁電機中使用的以釹鐵硼爲主的稀土材料。
電機類型方面，主要包括：永磁同步電機、交流異步電機、开關磁阻電機以及勵磁電機。其中，永磁同步電機與交流異步電機爲目前新能源汽車市場常見方案選擇。
永磁同步電機在新能源汽車領域目前被廣泛使用，永磁電機對比其他類型電機具有較高的功率密度和轉矩密度，可以有效減小體積。由於轉子轉動慣量小，因此具有更好的動態性能以及更低的噪聲。而永磁同步電機的劣勢在於，其成本相對更高，使用釹鐵硼永磁體對稀土材料依賴較高。
交流異步電機，其優點在於成本較低，工藝相對簡單，對工作環境溫度的適應性更強。缺點在於異步電機對比永磁同步電機在同樣的功率和扭矩下，所需要的體積和重量大於同步電機。
目前，異步電機的控制精度以及能耗方面仍存在一定差距，面對復雜使用場景，如反復啓停、加減速時，電機效率低於同步電機。從綜合能耗的角度上，異步電機弱於永磁同步電機。 特斯拉在四驅車型採用前異步、後永磁同步的布局，單電機車型則僅使用永磁同步電機。
勵磁電機對比永磁電機，使用電源提供電流通過轉子繞組產生勵磁，而非直接使用永磁體，因此不依賴於稀土材料。由於勵磁可以調節，在低速及高速場景下都可以提供合適的勵磁。但是，由於勵磁電機轉子繞組耐溫較差，轉子冷卻問題更加突出，且轉子本身結構復雜，降低了電機系統的可靠性，維護成本較高。
开關磁阻電機(Switched Reluctance Motor ： SRM)，也成爲可變磁阻電機，是近年來興起的調速電機類型。由於其結構簡單、具備高速運行能力、對高溫不敏感等特點被廣泛關注。开關磁阻電機在運行過程中，繞組的電感隨着轉子的旋轉而變化，從而存在轉矩脈衝以及較高噪聲等缺點。
由於开關磁阻電機目前裝車的可能性較低，對比以上其他電機方案，綜合性能、成本以及可靠性方面對比，目前永磁同步電機方案的綜合優勢仍要高於其他電機方案。感應電機在性能上遜色於永磁電機與勵磁電機，而勵磁電機在可靠性方面弱於永磁電機。
同時，特斯拉在活動中表示將繼續使用永磁電機，因此，該行認爲，從材料替代的角度探討無稀土電機方案的潛在路徑更爲合適。
替換稀土永磁材料路线方面，目前主流想法包括使用鐵氧體、鋁鎳鈷來替代釹鐵硼，從而減少稀土的使用。對比以上常見磁性材料的剩余磁通密度以及矯頑力，包括鐵氧體與鋁鎳鈷等常見磁性材料對比釹鐵硼性能仍較弱。釤鈷材料在性能上與釹鐵硼差異較小，但釤鈷仍屬於稀土永磁材料，不符合 0 稀土的替代需求。
研究發現，硬磁材料之中氮化鐵(“-Fe16N2)在理論性能上具備替代釹鐵硼的可能性。鐵基磁性化合物通常具有較高的飽和磁化強度，晶格間隙的氮原子改變了金屬之間的原子距離，從而對磁性材料的性能產生影響。
NironMagnetics 是美國新興磁材廠商，將納米材料工程與冶金方法結合，致力於打造高強度、無稀土永磁體氮化鐵。Niron 表示，氮化鐵具有所有已知化合物中最高的磁通密度，比任何已知的永磁化合物高 50%以上。
材料性能方面，Niron 的創始人王建平教授的《Environment-friendly bulkFe16N2 permanent magnet: Review and prospective》中提到， “-Fe16N2採用環保型原材料，具有極高的飽和磁通密度(2.9T)以及極高的磁各向異性常數(1.8?MJ/m3)。從成本角度，氮化鐵由鐵和氮元素制程，成本對比稀土材料將大幅下降。Niron 同時表示在氮化鐵制備過程中，對環境污染對比其他材料平均減少 2/3，最高減少 95%。
氮化鐵存在多種制備方案。鐵氮化合物早在 19 世紀 30 年代便出現研究，至 50 年代出現 Fe-N 相圖，氮化技術在其後實現工業應用。隨着科技進步與實驗方式的改進，逐漸出現通過濺射、離子注入以及其他薄膜工藝制備 Fe16N2的薄膜以及通過固氣反應制備含 Fe16N2 的氮化物粉末的技術。
應用方面，Niron 表示，已與通用汽車(GM)、馬凱特(marquette)大學合作开發無稀土材料的電動汽車傳動系統(Drivetrains)。英國 Motor Design公司分別基於 Niron 的氮化鐵以及釹磁鐵設計了兩台 Prius 級別 30kW，125Nm電機，對比釹永磁電機，在保留了原始電機直徑的情況下，應用 Niron 的材料可以使得電機體積下降10%，磁材節省 15-30%。
綜合以上，該行認爲考慮無稀土電機的方案，應從材料替換的角度出發，而氮化鐵(“-Fe16N2) 材料作爲降低永磁電機稀土材料的使用上， 具有較高的可能性。建議關注氮化鐵制備及產業鏈機會。
新萊福】釤鐵氮稀缺標的-前置布局下一代電機材料，機器人N倍標的！
1、2023.3.2 特斯拉投資日，負責動力總成工程的副總裁Colin Campbell談到，特斯拉的下一代電機將完全不使用稀土材料（目前一台電機中釹500g、鏑和鋱在10g，屬於三代釹鐵硼），A股稀土公司暴跌，但市場並未對下一代電機材料投入過多關注；
2、釤鐵氮將是下一代電機材料，美國能源部高級研究計劃署(ARPA-E)多次資助Niron，已實現2年小批量供貨。投資者日上Colin Campbell的說法是“設計了下一代永磁驅動電機，它完全不使用任何稀土材料”。所以下一代技術將從“材料替代角度”而非“電機類型”上進行改變。
當前從材料角度，有2種材料替換方案可行性被討論較多，但基本可確定爲“四代釤鐵氮”：
（1）採用價格更低的“鋁鎳鈷2或鐵氧體”材料：但是磁性很差，技術上。
（2）四代永磁體釤鐵氮：釤鐵氮的最大磁能積最高能做到44.4MGOe，釹鐵硼最高磁能積能達到60MGOe以上；性能上足以滿足需求。
目前在全球範圍內，重點主推氮化鐵磁體的是美國Niron，其技術背景是美國的明尼蘇達大學（聯合創始人王建平教授），且獲得了美國能源部高級研究計劃署(ARPA-E)的多次資助（最近的一筆是2022年11月獲得ARPA-E 1750 萬美元投資），和沃爾沃汽車有技術基金的投資，管理團隊中有通用汽車前高管。目前通用汽車公司和美國馬凱特大學也與Niron开發了 EV 動力傳動系統。其在2021年就實現了無稀土氮化鐵永磁體商業化，這種材料具有所有已知化合物中最高的磁通密度（磁通密度與電動機中的扭矩密度成正比, 目前約在1-1.5T，釹磁鐵約爲 1.3 T），且有非常低的可逆溫度系數，在極高和極低工作溫度下比其他材料都更能保持其磁性，同時可以實現不到稀土材料一半的成本來提供高性能磁體。
目前，已有六家全球領先的磁鐵設備制造商與 Niron 達成合作，包括沃爾沃汽車、西部數據等，以及全球前五大的電動工具制造商。雪佛蘭 Bolt 動力傳動系統在2023年底也將使用 Niron 的第二代磁體材料。
3、採用四代釤鐵氮的核心是降低成本。釤在地殼中是名列第40的最豐富的元素，成本角度而言，釤鐵氮稀土永磁材料使用的氧化釤原材料價格低，僅爲氧化釹價格的約五十分之一。
4、如果特斯拉在汽車上採取新一代永磁電機，從技術平台上而言會非常順暢的傳導到人形機器人Optimus的28個無框力矩和12個空心杯電機上。當前電機成本大約佔機器人制造成本的20%，而釹鐵硼稀土材料約佔電機成本的50%，即稀土佔總成本的10%左右。
5、關注標的：新萊福。目前A股上市公司僅有新萊福一家具備釤鐵氮實際投產能力（已建成中試生產线，小批量生產），全球範圍的競爭對手有Niron、日本MagX 株式會社（實驗室級）。
根據環評報告（2103-440118-04-01-402143），新萊福投資1.3億元用於3000噸新型稀土永磁材料Sm2Fe17N3，建設周期1年。
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