電動車用驅動馬達現階段有永磁馬達(如日本三菱iMiEV)與感應馬達(如美國Tesla電動跑車)兩大主流；其中，永磁馬達必須使用到磁性材料。若以50~100kW級距的馬達來看，推估約需用到1公斤左右的釹鐵硼磁性材料，當中就包含釹(Nd)、鐠(Pr)、鋱(Tb)、鏑(Dy)等稀土金屬元素。而釹類磁石全球年規模約在50~100億日圓，主要領導廠商包括日立金屬、信越化工、TDK等，形成寡占市場。
中國大陸是全球最大稀土產國、最大稀土消費國事實上，稀土不僅是電動車驅動馬達、電池等關鍵零組件的重要材料，更普遍用於各種電子產品。而對於強調高性能驅動馬達中所需要的稀土永磁材料，釹和鏑是必須存在的元素，但全球這些材料的供給目前高度仰賴中國大陸，尤其因中國大陸近期對稀土出口限制，使鏑的價格在一年內由每公斤160美元暴增至每公斤350美元以上，漲幅高達2倍以上。
儘管日商在釹磁鐵技術上擁有絕對優勢，但目前全球的稀土金屬產量9成以上出口來自中國大陸，可以說在稀土材料供應上已取得相當大的主導力量。然而，為管制稀土產品出口快速增加、避免境內稀土資源被過度開發，中國大陸保護政策抬頭，造成稀土金屬出口緊縮。2008年底，中國大陸政府宣告一系列稀土產品出口管理政策，不但減少出口配額廠商家數(符合出口條件的廠商僅剩20家)，部分稀土金屬的出口稅率由15%調漲至25%，且有逐年調增的趨勢。2010年，中國商務部宣布下半年的稀土出口將劇減72%，造成全球稀土供應量大幅緊縮、市場價格飆漲；估計2010年，中國大陸全年的稀土出口總量僅30,258噸，比2009年減少約40%，有關當局2011年將可能再調降出口額度，顯示中國的限制稀土資源政策會持續進行。美國磁性材料協會(USMMA)預估，2011年全球稀土供應市場將會有3萬噸缺口。
全球最大稀土進口國─日本對此已產生高度危機感。全球混合動力車超過9成以上來自Toyota及Honda，中國大陸每年”配給”稀土出口量對於日本而言，已構成相當嚴重的供應威脅。從另一方面來看，根據中國稀土學會的資料，以2009年的稀土供應市場情況來看，中國大陸除了是全球最大稀土生產國外，也是最大稀土消費國家。中國大陸商務部評估，若按照現有的生產速度，中國大陸的稀土儲備量只能再維持15~20年；而中國大陸的儲備量只佔全球3成，不足以支撐全球市場用量，最終中國大陸甚至也可能要開始依賴進口。
全球對稀土資源的耗用正快速增加
以日本產業技術總合研究所(AIST)的推估，1900~2006年全球對稀土資源的消費量累計達220萬噸；若延續最近10年的成長率來推算，未來30年全球對稀土資源的需求量高達800~1,000萬噸，是過去100年耗用量的4~5倍。對此，延伸出最大的問題在於，如何確保剩下的稀土資源能滿足全球市場需要？
為了迴避中國大陸的稀土供應風險，許多國家正積極推動中國大陸以外礦區的開發；預計2012年底以前，來自越南、澳洲、巴西、加拿大等新礦區將可開始進行量產。然而，這些新礦區的產量短時間仍無法大幅減弱中國大陸對稀土價格的影響力。
資源有限，零稀土化/零磁石化成為EV永磁馬達發展重點在電動車產業中，除車廠外，包括零組件供應商、電機業者、新興企業、地方公共團體等，都可能進入電動車領域，創造並開發出各種不同設計的EV。在這樣的潮流下，可能會需要使用各式各樣不同輸出功率以及形狀的馬達。未來在電動車馬達產業中，應朝零稀土化/零磁石化目標發展。由於可以用來提高磁石的保磁力和磁性等的釹(Nd)、鏑(Dy)等稀土元素，持續面臨採購與價格的高風險。因此，減少稀土使用，或不使用稀土亦可維持相同性能的磁石開發，成為馬達產業的發展重點。此外，符合低成本化、無磁石馬達的開發等需求亦日漸提高。
目前日系廠商對此議題早已積極進行研發：(1)東京理科大學已成功試作出用於HEV車的驅動馬達，特點在於使用不需要磁鐵的開關磁阻馬達。該試作馬達藉由馬達材料與結構設計的改變，以與Toyota Prius(2003年推出之版本)所使用的馬達在相同尺寸下，達到輸出功率、扭矩、效率上的性能要求。未來若能商用化，除了有助於將低電動車成本外，更有助於未來量產的規劃。(2)北海道大學與NEDO的合作開發可用於HEV車的鐵氧體磁鐵驅動馬達，所嵌入的是資源豐富且價格便宜的鐵氧體磁鐵，不需要使用昂貴的釹類磁石。且與第一代Prius的驅動馬達在同等體積下，達成同樣50kW的輸出功率。(3)全球最大HEV生產車廠─Toyota，協同其供應商Aisin，亦正積極研發免用稀土的EV馬達，以降低電動車產業對稀土元素的依賴。
結論釹類磁石馬達在發展上應強調降低成本更勝於提高性能；這也讓電動車馬達製造商在開發必須利用釹類燒結磁石的驅動馬達時，也要朝高性能、低成本的方向進行。此外，全球對於稀土的需求量持續快速增加中，面對有限資源，開發不使用稀土的馬達成為電動車產業的發展重點。
沒有留言:
張貼留言