釹鐵硼磁鐵 (NdFeB) 是一種體積小、重量輕、磁性強的永磁體，目前被大量用于混合動力汽車，風(fēng)力發(fā)電以及機器人等多個新興產(chǎn)業(yè)。而釹鐵硼磁鐵最關(guān)鍵的材料就是釹（Nd），一種昂貴的稀土元素。因此，釹的價格可以直接影響到下游多個行業(yè)的利潤。而豐田近日表示，針對電機等高能應(yīng)用領(lǐng)域，成功發(fā)明出一款僅需標(biāo)準(zhǔn)釹鐵硼磁鐵幾分之一釹含量的磁鐵，有望打破對于釹的依賴。

對于釹這種稀土元素來說，雖然日益漸增的需求量正在導(dǎo)致其開采量逐漸提高，但與常見的元素相比，它還是十分“稀有”的。豐田曾表示說：“隨著混合動力與純電動力等電動汽車在未來的銷量越來越高，我們擔(dān)憂將會引起釹供應(yīng)的短缺。”

此外，中國在稀土市場中的霸主地位也令下游的外國公司十分擔(dān)憂。比如 2011 年的“稀土危機”就曾導(dǎo)致釹等稀土元素的價格大幅度上漲。因此，對于十分依賴釹元素來生產(chǎn)普銳斯這種新能源汽車的豐田公司來說，擺脫對中國稀土市場的控制是至關(guān)重要的。豐田這款全新的磁鐵甚至都不需要鋱或鏑，這兩種元素經(jīng)常會被加入釹磁鐵中來提高它在 100 攝氏度以上的操作性。

釹鐵硼磁鐵的優(yōu)勢在于可以用極小的體積產(chǎn)生極大的磁場。在添加鏑之后，釹鐵硼磁鐵也會擁有極高的矯頑力，即磁化后抵抗磁場減退的抗性。

在電動汽車使用的永磁交流電機（PMAC）中，釹鐵硼磁鐵通常會被嵌入轉(zhuǎn)子中，由電機定子中的電線通電所產(chǎn)生的磁場驅(qū)動。在其它設(shè)計中，磁鐵也可以被嵌入定子中，或者受到直流電磁場的驅(qū)動。相比之下，更常見的感應(yīng)電機則沒有任何磁鐵，僅依靠定子中的電線通過電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的磁場來驅(qū)動轉(zhuǎn)子。

由于永磁電機可以依靠內(nèi)部釹鐵硼磁鐵的磁場，它們往往體積更小、更輕便。對于同時需要一個電機電池系統(tǒng)和一個內(nèi)燃機的混合動力汽車來說，減少電機的體積十分重要。因此，絕大多數(shù)的混合動力汽車都會使用永磁電機。而作為純電動力汽車的特斯拉 Model S 與 Model X 則選擇使用更沉重的銅線圈感應(yīng)系統(tǒng)。不過，據(jù)說 Model 3 也轉(zhuǎn)向了永磁電機來減少體積與重量，兩個與續(xù)航里程有直接關(guān)系的參數(shù)（而且永磁電機的加速能力更強）。此外，雪佛蘭 Bolt 也使用了釹磁鐵電機。

在豐田的新磁鐵中，豐田選擇使用更便宜的鑭和鈰來代替釹和鏑。當(dāng)然，同樣作為稀土元素的鑭和鈰的主要產(chǎn)地也是中國，所以這并不能解決上游供應(yīng)鏈獨霸的問題。但是與每公斤 100 美元的釹和每公斤 400 美元的鏑相比，每公斤 5 美元的鑭和每公斤 7 美元的鈰有望將新能源汽車的價格降一大截。

圖丨與傳統(tǒng)釹鐵硼磁鐵那均勻分布的釹相比，豐田的磁鐵僅將釹放在磁鐵的表面。

為了降低釹的含量，豐田采取了多種手段。簡單的將磁鐵中的釹替換為鑭和鈰并不現(xiàn)實，因為這將產(chǎn)生一塊矯頑力和耐熱性都不高的劣質(zhì)磁鐵，意味著電機的性能也會無法保證。因此，豐田的新磁鐵把所有的鑭和鈰顆粒都固定在內(nèi)核中，然后再用一層釹把內(nèi)核包起來。此外，豐田還降低了所有金屬顆粒的大小。據(jù)研究顯示，降低稀土磁鐵組件的大小可以有效地提高磁鐵存儲的磁能。而豐田的研究人員成功的將這款磁鐵的組件降至傳統(tǒng)磁鐵的 1/10。

在不損失任何性能和矯頑力的前提下，豐田這款磁鐵的釹含量僅有傳統(tǒng)釹鐵硼磁鐵的 20-50%。不過對于電動汽車來說，它們暫時還做不到同等幅度的能效提升，大約只能帶來 20% 的的提升。不過這也足以降低電機的成本。

目前，這款磁鐵技術(shù)還處于初期，需要更多的研究才能被用于汽車中。豐田希望，這款磁鐵將在 2020 年代初期開始用于汽車的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在后期再逐漸擴散到電動汽車電機中。

作為混合動力汽車的領(lǐng)頭羊，豐田對于全面進(jìn)入全電動汽車市場卻十分猶豫。但是，這并不意味著豐田的研究人員會忽略電動汽車技術(shù)。去年夏天，豐田就曾表示其研究院中有一款比特斯拉和雪佛蘭這些競爭對手所使用的電池更輕、更小、工作溫度范圍更好的固態(tài)電池即將進(jìn)入生產(chǎn)工藝設(shè)計。

本文來源：磁鐵廠家 嘉達(dá)磁電 www.dawbdo.cn