電機上演一場生產向中國集聚的“東遷之旅”

來源:36氪 2021-08-22 01:55中投網 A-A+
  特斯拉加速度背后的產業鏈1987年,美國上映了一部叫《太空炮彈》的科幻喜劇電影,影片中的太空飛船擁有兩種加速模式,一種是“Ludicrous(瘋狂)”模式,第二種則是更猛烈的“Plaid(格子)”模式,在“Plaid(格子)”模式之下,由于速度太快,周圍的景色都變成一條條抽象的線,如同置身一個格子組成的房間之中。這部科幻電影有一個忠實粉絲:馬斯克。
 
  34年后的2021年6月11日,加州弗里蒙特工廠外的舞臺上,一身皮衣的馬斯克從黑色的Model S Plaid中走出來,自信的宣傳這是迄今為止最快的量產車型,這款車號稱擁有1020馬力,0-60英里加速時間突破兩秒大關,零百加速2.1秒,按他的話說,這是“物理極限工程”。這背后的功臣,是特斯拉在Model S上裝配了整整三臺用于動力輸出的電機,在起步階段同時猛烈的摩擦地面,讓加速力度遠超大部分發動機。至此Model S Plaid版本成為特斯拉三電機車型的代號,成為搭載兩臺電機的Model S Performance版本后特斯拉新的速度門面。
 
  電機,是電動車的動力心臟,在市場的目光都焦距在汽車續航從1-200公里走向5-600公里的過程中,電機也悄悄的完成了從每輛車上單臺電機向最高多一臺車三臺電機的切換。在特斯拉利用電機不斷秀速度的同時,電機也如同汽車動力電池一般,上演了一場生產向中國集聚的“東遷之旅”。
 
  特斯拉電機的開端
 
  2005年7月,時任特斯拉CTO的斯特勞貝爾(JB·Straubel)敲響了中國臺灣省富田電機董事長張金鋒的門,兩個人在擺滿茶具的木桌前討論起了一個計劃:把工業用的電機搬上汽車。
 
  論忽悠,斯特勞貝爾倒也不輸馬斯克,把這位臺灣老板說的五迷三道,也不管特斯拉是一家剛成立兩年,才60個人的小公司,當即拍板研發車用電機。電機在生活中很常見,從電風扇電吹風、到洗衣機豆漿機,基本上通上電能轉的,都是靠電機來把電能轉換成機械能。相比起動力電池脾氣不好(易燃易爆炸),干活不行(能量密度不夠)的毛病,新能源車上的電機是不折不扣的優等生,一個電機,就能單挑傳統燃油車發動機、變速箱兩大件。
 
  首先,電機通電就能轉起來,而無需發動機先點火,再把活塞上下運行的往復運動變成圓周運動的復雜流程,加速起步上有天然優勢。其次,電機要加速加扭矩,通過改變電流大小和頻率就能做到,于是換擋也不需要復雜的變速箱里的多擋齒輪系統,只需要兩片減速齒輪,就能解決問題,這讓變速箱也被干掉了。雖然電機優點很多,但特斯拉的要求卻十分苛刻,希望能做到200多匹馬力,如果用傳統電機會重達400多公斤,這顯然是不可能塞進身材纖細的Roadster跑車的。這就必須提高電機的功率密度,但把電機做小,且這不說工藝難度,做成以后運轉時的散熱就是個大問題。
 
  要實現這點需要從材料到工藝投入大量研發,從當時來看,為了區區幾千臺的訂單去做這樣的研發并不劃算。所以斯特勞貝爾跑遍了歐美日韓的供應商都被拒絕,最后在中國臺灣省經濟部提供的電機供應商名單里找到了富田,決定登門拜訪,才有了兩人在茶室里達成一致,開始了輕量化電機的研發的一幕。
 
  富田花了三年時間,將電機鋁芯換成銅芯后,終于做出了為特斯拉RoadSter量身打造的電機。產品僅有50公斤重,用手都能拎起來,初期的電機甚至是手工打造的,每個要價高達20萬新臺幣。這樣的際遇不止發生在富田電機身上,在特斯拉超級工廠入駐中國之前,臺灣省在特斯拉電機上扮演了舉足輕重的地位。電控部分,是臺灣致茂電子與特斯拉一同花了三年研發的,而用于電機的減速齒輪,則是另一家臺灣企業和大工業。
 
  臺灣省的這筆押注,很快起到了意想不到的結果:2012年,特斯拉銷量不過2650臺,但僅僅3年后,就超過了5萬,增長了20倍,這給供應鏈帶來了不小的收益,比如和大工業,在2009年金融危機期間虧損近9億新臺幣,但到2015年,凈利潤就已經超過10億,股價更是超過百元。先發優勢卻止步于此。一方面,臺灣除了隆裕汽車外,并沒有成熟的汽車制造工業,也就沒能在供應鏈上深入下去,特斯拉最終也沒有在臺灣建立大型工廠,而只是設立了一個采購中心。
 
  另一方面,臺灣省內市場狹小,當局還對進口汽車課以重稅,讓特斯拉本身在銷售上幾乎無利可圖。隨著2019年1月,規模巨大的特斯拉超級工廠在上海臨港破土動工,以及特斯拉承諾90%的零部件本土采購,一場新的供應鏈轉移開啟。
 
  特斯拉中國帶來的機遇
 
  今年7月8日,特斯拉宣布Model Y降價,不久之后,Model 3也隨之降價。背后一個重要的因素就是換裝國產電機。
 
  但國產電機并不是廉價的代名詞,相反卻是十足的性價比,換裝了國產電機的Model Y價格下降的同時,反而扭矩和功率都有近10%的提升。
 
  在這個背后,則是精達股份、金力永磁、中科三環、隆盛科技等公司,成功將電機零部件全部國產化的功勞。
 
  大陸的電機零件商們,在兩個維度上完成了對臺灣同行的反超:
 
  第一項是扁線電機技術
 
  扁線電機,簡單來說就是將傳統電機纏繞的線從圓線變為扁線,以提升電機的功率密度。原理倒是很簡單,圓形的銅線截面自然是有空隙的,而方方正正的扁線卻可以將整個定子的槽塞滿,這樣電機的功率密度自然就提了上來,不但勁大(扭矩大),而且體積小。扁線電機的繞組銅線像女生扎頭發的發卡,因此也被稱為發卡電機(hair-pin)但原理說起來簡單,加工工藝難度卻不小。
 
  首先就是容錯率大大降低:傳統圓線之間互有空隙,而且是纏繞方式加工,難度并不大,但是扁線卻要一根根將柔軟的銅線直直的插入,且不能互相干擾。由于每根銅線都緊密的貼合在一起,意味著銅線一致性必須非常高,否則一根不一樣,直接影響到其他線,但光是扁線涂漆這一步,涂層甚至就多達數十層。而全球主要的扁線加工產能,基本都集中在中國大陸,這既幫特斯拉解決了產能難題,也讓大陸供應商順勢卡位。
 
  另一項則是永磁電機技術
 
  富田電機為特斯拉定制的是感應電機,需要通電才能產生磁場,而永磁電機本身就由磁體打造,轉換效率顯然更高,體積也可以做的更小。既然如此,特斯拉為什么不一開始就采用永磁電機呢?一個可能的原因是:永磁電機的材料釹鐵硼,幾乎完全掌握在中國手里。
 
  釹鐵硼,由釹、硼、甚至鏑和鋱等稀土元素加入鐵中熔煉而成的一種磁性材料,磁性強,易加工,號稱“萬磁王”,在永磁電機中,光買釹鐵硼的成本就要占到3-4成。釹鐵硼的生產需要上游的稀土產業鏈和下游的精加工配合。實際上,全球稀土60%以上的,釹鐵硼材料85%以上的產能都在中國,可以說,誰要生產永磁電機,誰就要從中國買原材料。
 
  早期的特斯拉也行是偶然,也許是考慮供應鏈安全,采用了感應電機路線,但在2018年,在特斯拉與中國商談上海工廠之時,電機戰略出現了大轉彎,開始大幅轉向永磁電機路線,為國產化鋪路。這也立刻給了中國廠商機會,中國的磁性材料雙雄中科三環和金力永磁,先后打入了特斯拉供應鏈。搶占了扁線和永磁兩個高點后,中國大陸供應鏈魚貫而入,比如取代臺灣和大工業的雙環傳動、替代富田電機定子的隆盛科技、以及制造殼體的旭升股份,迅速實現了電機的本地化。
 
  電機的東遷之旅
 
  在特斯拉對電機的改進的十多年里,中國的電機產業也借著新能源的東風,迎來了轉機。一開始,中國的電機龍頭們還處于鄙視鏈的低端,電機市場,ABB、西門子在工業電機領域;日本的手機、硬盤這些小電機才是電機賺錢的主流。而方正電機還在干著縫紉機、臥龍電驅還在干著工控,精進電動甚至都沒有成立。這些中低端制造業的電機不但盈利微薄,需求還隨著下游行業波動,頗有點靠天吃飯的意思。但隨著中國新能源整車下游的崛起,在2010年左右開始押注研發新能源車載電機的企業紛紛在10年后迎來了收獲期。比如方正電機首先成功的就是低端爆款:供貨五菱宏觀Mini,
 
  搞定了低端爆款后,方正又搭上了國產新勢力的線,開始給小鵬P7供貨,身份搖身一變一變成為汽車供應鏈的新tier1,甚至還將傳統的縫紉機電機業務轉移到了越南,將國內生產力量集中在新能源車電機。傳統的電機供應商搞的火熱,其他人也沒閑著:華為推出了三合一電機,已經列裝到了賽力斯上。
 
  美的旗下的威靈汽車,也進軍車用ESP電機
 
  成立不過10來年的精進電動,依靠海外市場,也能殺進全球出貨量前十。下游的新能源車市場和上游原材料永磁體兩頭都在本地,中國本土的電機產業終于對國外對手展開了反超之路,而新能源車的動力心臟,也再不會重演燃油車的發動機之痛。電機產業中特斯拉和廠商的互動,也清晰的揭示了一點:一個開放的下游和上游互動,對產業發展的加速。
 
  如果不是從臺灣到安徽,中國產業鏈上的公司努力的把自己的技術經驗用于攻關特斯拉的需求,以特斯拉一家公司,是不可能涌現出如此密集的創新,以至于對傳統汽車都一度有掀桌子的氣勢。而特斯拉不斷提出的新需求,也讓下游廠商敢于大膽的嘗試新的材料和工藝,加速供應鏈的重塑,甚至將不愿意陪跑的老tier1甩下車。有人說,特斯拉是一條“鯰魚”,往往是說特斯拉鋒利的降價大刀和產品力攪動了中國的新能源整車市場,讓這些一度拿著補貼吃飯的企業不得不打起十二分的精神迎戰特斯拉,也對自己的供應商提出更高的要求。但特斯拉同時也是供應鏈的“鯰魚”,它獨立的在中國尋找各類匹配自己供應商,并提出新的需求的過程,就是對中國供應鏈的第二次測試,誰能解出它的考題,就能打入特斯拉供應鏈,繼而打入全球新能源車崛起的大潮中,為中國的新能源品牌提供技術支持。
 
  我們也會發現,無數曾經的縫紉機,空調的供應商,轉身成為一線車企的核心供應商,這也是新能源車大潮背后的時代洗牌機遇。
十四五將是中國技術和產業升級的關鍵期,重點機會有哪些?
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