自动化设备项目管理:丰田开发新型马达 摆脱中国稀土依赖

Bloomberg News
钕是一种稀土金属矿物，也是生产电动马达和混合动力马达所需的关键要素。图为中国天津的钕，其价格已大幅上涨。
丰
田汽车公司（Toyota Motor Corp.）正在努力开发一种新型的电动马达，试图摆脱与中国把持稀土资源相关的贸易冲突暗涌。
丰田公司相信为混合动力汽车研制的这款电动马达即将取得技术上的重大突破。新型马达完全不用稀土金属。由于中国限制出口，过去一年稀土金属的价格大幅攀升。稀土主要用在汽车马达的磁铁中。
所有的电动机都要依靠磁铁才能工作。而丰田正在研发的这款新型马达是在常见的廉价异步电动机的基础上进行研制的。异步电动机经常用在厨房搅拌机等家电上。异步电动机使用的是电磁铁，只有接通电源时电磁铁才会产生磁性。
而今天大多数混合动力汽车和电动车所使用的马达依靠的是永磁铁。永磁铁永远都有磁场，就像你平日里在冰箱门上贴东西使用的小磁块一样。
但电动车电池中所使用的永磁铁和平日学校中使用的用来粘贴午餐菜单的磁铁不同，是由钕制成的。钕是一种稀土金属矿物，几乎只在中国开采和提炼。
随着各大汽车厂家竞相改进电动车和混合动力车的性能，它们对钕和锂（用于电动车和混合动力车的电池）的依赖也正引发一系列围绕获取稀土资源的地缘政治争端。这些资源的供给大都由中国掌控。
丰田公司已采取了若干措施来降低对中国稀土资源的依赖。这些措施包括投资于阿根廷的一个锂矿，以及在越南成立合资企业，开采钕一类的稀有金属。
据稀土资源研究专家利夫顿（Jack Lifton）介绍，汽车制造业的采购量占全球钕供给的40%，而丰田汽车的采购量比其它任何一家公司都要多。利夫顿同时也是位于美国伊利诺伊州Carpentersville的技术金属研究公司（Technology Metals Research）的创始人。据他介绍，每制造一辆丰田普锐斯（Prius）就要用掉大约一公斤的钕。对此数据丰田拒绝置评。
利夫顿说如果丰田改为使用异步电动机，会对钕需求造成很大影响。
上个月刚刚推出Volt电动车的通用汽车公司（General Motors Co.）也正在考虑使用其它类型的马达。据通用汽车混合动力操控系统部门的负责人萨维吉恩（Pete Savagian）介绍，通用汽车一直在电动机领域进行研发，他们也认为异步电动机可以替代传统电动机。
全球最大的汽车配件厂家之一德国马牌公司（Continental AG）称已成功研制出不用稀土金属的马达，这款马达将会用在今年欧洲发售的某款电动汽车上。这款马达类似发电厂中使用的电动马达，但略有不同。
据马牌公司混合动力车和电动车项目的负责人克莱恩（Mike Crane）介绍，研制这款马达的部分原因是想避免使用稀土金属，但主要还是想降低成本。
克莱恩说，即便是在供给充足的情况下，电动车所使用的永磁铁仍然价格高昂。
全球钕供应约有95%为中国生产，而去年夏季中国开始限制出口。中国在去年12月宣布将这种金属的出口关税上调67%，今年又宣布了新的出口限制措施。
澳大利亚Lynas Corp.说，过去一年，钕的价格翻了两番。这家公司正在开发一个大型钕矿和提炼厂。
稀土矿是17种化学元素的总称，它们常常在矿石里一同存在，然后经过提炼分开。这些物质被用于磁铁、半导体等一系列科技产品。美国和澳大利亚有稀土矿藏，但缺少开采和提炼的专业能力。
对于丰田来说，绕开这一障碍是至关重要的。在本周底特律汽车展上，丰田宣布增加两款不同版本的普锐斯(Prius)、从而扩大其混动汽车产品线，并打算在未来10年将新技术应用到所有型号中。
丰田全球首席工程师内山田竹志(Takeshi Uchiyamada)说，利用新技术，我们可以不使用磁铁，同时又能生产尺寸更小、性能高超的发动机，这项技术将很快推出。
他说，我们目前有这样一台发动机，但控制起来相当困难。
内山田竹志拒绝透露发动机何时推出。
丰田发言人汉森(John Hanson)说，新发动机可能会在“近期”推出。他还说，我们有望降低成本、重量和尺寸，并避开有关稀土的地缘政治问题。
密歇根州立大学(Michigan State University)电气工程学教授斯特朗加斯(Elias Strangas)说，丰田用来作为研发基础的异步发动机造价便宜，而且极其结实，但效率不是特别高，而且尺寸不小；其改进相当于发动机领域的一个“圣杯”，也就是业内一直想实现的目标。
斯特朗加斯说，他听说丰田正在研制一款先进的异步发动机，但并没有看到相关论文发表。他说，我希望看到有关这款发动机性能的数据，然后再来讨论它们是否具有说服力。
过去10 年间，汽车生产商为电动车和混动车寻找效率更高、动力更强的发动机，永磁发动机才流行起来。
但斯特朗加斯说，我们很快发现这种发动机造价有些高，有稀土矿开采的地方也不是很多；我们正试图回到旧有技术，排除异步发动机存在的问题。
与此同时，丰田旗下从事稀土进口的丰田通商株式会社(Toyota Tsusho Corp.)去年10月份说，它将与越南公司开展合作，从当地矿藏开采稀土。
一年前，也是丰田通商和阿根廷一家公司达成开发一处锂矿的协议，为先进电池所用的这种关键元素取得直接来源。
世界绝大多数已开采锂矿藏都位于中国、智利、阿根廷和波利维亚。
这迫使整个汽车行业开发更好的稀土供应渠道，因为包括日产(Nissan Motor Co.)聆风(Leaf)在内的一系列全电动汽车刚刚推出，或按计划即将推出。
相比普锐斯等混动车，全电动汽车的发动机要大得多，对稀土有更大的需求。