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通用航空航天实验室成功研发不使用稀土的永磁体大功率发动机
威斯康辛州密尔沃基地区的马奎特大学电气和计算机工程教授艾曼·埃尔·雷法伊老师（ Ayman El-Refaie）于2024年5月发表文章《Breakthrough Could Lead to Rare-Earth-Free EV Motors》，该文章记载如下内容：
随着世界制造越来越多的电动汽车和卡车，以及其他交通方式的电气化，一场制造理想的绿色环保汽车的竞赛正在进行。
我们的目标是制造一种至少与当今行业标准稀土永磁同步电机一样强大、可靠和轻便的牵引电机。
然而，像钕和镝这样的稀土元素也是一个主要的瓶颈，而后者是最强大的磁铁所需要的。稀土元素的开采和加工是以环境成本为代价的。某国在稀土领域拥有近乎垄断的地位。这就是为什么不使用稀土制造电动汽车，如此重要。
电气化交通的未来，取决于建造不使用稀土的永磁体大功率同步发动机。
通用电气的研究人员报告说，他们使用了一种叫做双相磁性材料的材料，为同步磁阻电机生产了一种不含稀土的转子，这种转子具有令人印象深刻的特性。
23千瓦的实验通用汽车发动机，以及在测力计上完成测试。
在测试中，通用电气公司的电机轻而易举地超过了同步磁阻电机，同步磁阻电机除了转子由传统的磁性材料制成之外，几乎完全相同。
例如，在一次试验中，具有双相转子的发动机在14000 rpm时具有23千瓦的功率输出；可比较的传统转子机器只能管理3.7千瓦。
这种双相电机的质量功率密度相当可观，为每千克1.4千瓦。它低于1.87千瓦/千克的预测值，因为预测是基于实验室规模或模拟零件的属性，而不是生产零件的属性。
当今市场上的电动车辆，通常具有功率密度在1.1和3.0 kW/kg之间的电动机。通用电机的峰值效率为94%，与当今商用电动汽车中使用的最好的电机相当。
要了解双相材料的前景，先从同步磁阻电机的一些基础知识开始。与其他电机一样，它们有一个定子和一个转子。定子中产生旋转磁场。这个旋转磁场磁化并接合转子，转子通常由称为电工钢的铁磁合金制成。然后，由于一种称为磁阻的现象，转子开始旋转，磁阻是一种使铁磁材料自身与磁场通量线对齐的特性。当定子磁场旋转时，被磁化的转子不断试图与旋转磁场对齐，从而产生转矩。
然而，这种机器的一个弱点是转子。使转子旋转的转子和定子之间的磁相互作用集中在转子和定子上均匀间隔的位置，称为磁极。转子上一个磁极的磁力线必须与定子上相应的磁极紧密相连。然而，来自转子磁极的这些场线具有相互干扰的趋势，这减少了可用于连接到相应定子磁极的线或通量。
这将降低你可以用电机产生的总扭矩，因为扭矩主要是由于转子和定子中电机磁极之间的磁链。
因此，为了将磁极彼此磁性隔离，一种选择是尽量减少转子磁极周围的结构，称为桥和柱。磁性材料越少，这些结构产生的磁通量就越少，因此干扰也就越少。然而，这实际上不是一个好的选择，因为最小化这些结构会使这些区域变窄，因此机械性能变弱。这一弱点将极大地限制转子的转速，进而限制电机的功率。
但是，使用双相材料，可以使桥和桩不可磁化(技术术语是“不可渗透”)，并且宽而坚固。这就是通用电气对其实验发动机所做的技术突破。
目前还没有一家公司提供适用于大功率牵引电机转子的双相磁性材料。除了通用航空航天公司之外，没有人知道该公司是否或何时会许可或生产其材料。(通用航空拒绝让研究人员接受采访。)
12月发表在《磁学与磁性材料杂志》上的一篇调查文章得出结论，通用电气的材料是通过一种叫做高温氮化的工艺生产的，“这是生产双相磁钢最先进的方法。由于生产的高度可制造性，与传统电工钢相比，该产品的最终成本具有竞争力。”
除了通用电气公司，另一家已知的正在研究双相磁性材料的公司是：普罗泰利公司(前日立金属公司，自20世纪90年代以来一直在开发双相磁性材料)。
研究类似技术的大学研究项目包括：俄罗斯乌法科技大学、韩国永南大学、和英国谢菲尔德大学。
通用电气的双相材料可以通过进一步的开发得到改进。例如，该材料的最大饱和磁通密度(衡量材料磁化强度的指标)为1.5特斯拉，远低于普通电工钢的2吨极限。
但是技术进步可能不是商业化的最大障碍，是否有人能把它带到终点线，并为它建立供应链，如果想让它在更广泛的技术市场上可用，就必须与供应商合作。
一个重要的障碍将是，找到一家愿意并能够生产用于制造双相转子材料的轧制金属板的钢铁生产商，我们开发的合金具有非常低的成本元素，矛盾的是，这使得它很难成为一个商业案例，除非，投入需要大量资本采购设备，形成非常大的制造量。
但是，如果这种材料真的投入大规模生产，其好处将远远超过同步磁阻电机。马奎特大学、永南大学和乌法科技大学的项目，展示了双相材料在永磁同步电机和发电机中的优势。
受益的不仅仅是永磁电机，它在其他类型的机器上也有优势。将来的电动汽车，可能因此而不再需要使用稀土元素。
雷法伊老师（ Ayman El-Refaie）了解不使用稀土的永磁体大功率发动机的细节，该老师的联系方式是，
(414) 288-4471
ayman.el-refaie@marquette.edu
