I. Tỷ lệ chi phí nguyên liệu chính: Vật liệu từ tính chiếm ưu thế, vật liệu kim loại hỗ trợ
Cấu trúc chi phí của động cơ xe điện (NEV) tập trung vào bốn nguyên liệu chính: nam châm vĩnh cửu NdFeB, thép điện, dây sơn (đồng/nhôm) và các bộ phận cấu trúc hợp kim nhôm. Theo dữ liệu ngành, phân phối chi phí cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (chiếm hơn 80% mẫu NEV) như sau:
Nam châm vĩnh cửu NdFeB: Chiếm 30%-45% chi phí nguyên liệu, là khoản chi phí lớn nhất. Nam châm vĩnh cửu NdFeB hiệu suất cao (như lực từ nội tại Hcj > 20kOe) là nguồn từ trường chính của rotor, với lượng sử dụng 4-6kg mỗi động cơ. Chi phí bị ảnh hưởng đáng kể bởi biến động giá Pr-Nd. Sự tăng giá đáng kể của Pr-Nd tác động đến cấu trúc chi phí của nhà sản xuất động cơ.
Thép điện: Chiếm 15%-20% chi phí nguyên liệu. Thép không định hướng cán nguội (loại 50W350) tạo nên lõi stator và rotor, với lượng sử dụng 80-120kg mỗi đơn vị. Chi phí bị ảnh hưởng bởi giá quặng sắt và giá các yếu tố hợp kim. Thép điện cấp cao (mất ít sắt, độ thấm từ cao) có thể đắt hơn 20% so với các loại thông thường.
Dây sơn: Chiếm 15%-25% chi phí nguyên liệu. Dây sơn đồng (độ dẫn điện 5,96×10⁷ S/m) là lựa chọn chủ đạo cho cuộn dây stator, với lượng sử dụng 25-40kg mỗi đơn vị. Biến động giá đồng trực tiếp ảnh hưởng đến chi phí, tương tự đối với động cơ NEV.
Hợp kim nhôm: Chiếm 10%-15% chi phí nguyên liệu. Được sử dụng cho vỏ động cơ, nắp cuối và các bộ phận cấu trúc khác, nhu cầu về giải pháp nhẹ thúc đẩy việc sử dụng nhiều hơn. Hợp kim nhôm đất hiếm mới (có thêm lanthanum) rẻ hơn 30% so với nhôm đúc truyền thống, với sức căng 265MPa, đã được áp dụng trên một số mẫu xe.
II. Quy tắc giao dịch: Nhà sản xuất thiết bị gốc dẫn dắt thiết kế, vật liệu từ tính tùy chỉnh thúc đẩy chuỗi cung ứng
Sự hợp tác trong chuỗi cung ứng động cơ NEV theo mô hình ba tầng tùy chỉnh "Nhà sản xuất thiết bị gốc → Nhà sản xuất động cơ → Nhà cung cấp vật liệu từ tính", với logic cốt lõi là sự phân bổ kỹ thuật ngưỡng và trọng lượng chi phí khác biệt:
Nhà sản xuất thiết bị gốc xác định thông số kỹ thuật: Các hãng ô tô hạ nguồn (như BYD, Tesla) đặt các thông số hiệu suất động cơ (như công suất đỉnh 150kW, tốc độ tối đa 16.000 vòng/phút) dựa trên định vị mẫu xe (tầm hoạt động, công suất, NVH), và chuyển kế hoạch thiết kế cho nhà sản xuất động cơ.
Các nhà sản xuất động cơ phân tích yêu cầu về vật liệu:
Vật liệu có yêu cầu cao được thuê ngoài: Nam châm NdFeB, do liên quan đến công thức đất hiếm (như hàm lượng dysprosium và terbium) và quy trình phủ (chống ăn mòn) và các công nghệ được cấp bằng sáng chế khác, được sản xuất theo yêu cầu của nhà cung cấp vật liệu từ tính dựa trên bản vẽ rotor do nhà sản xuất động cơ cung cấp.
Tự lưu trữ vật liệu có yêu cầu thấp: Các vật liệu tiêu chuẩn như dây quấn sơn phủ và hợp kim nhôm thường được nhà máy động cơ giữ trong lượng tồn kho an toàn (khoảng 2-4 tuần sử dụng), nhưng mua hàng với số lượng lớn vẫn được thực hiện dựa trên đơn đặt hàng.
Sản xuất chuyên biệt của các nhà máy vật liệu từ tính: Các nhà máy vật liệu từ tính (như Ningbo Yunsheng và Innuovo) điều chỉnh tỷ lệ đất hiếm và tối ưu hóa từ trường định hướng theo bản vẽ của các nhà máy động cơ, cung cấp dây chuyền sản xuất tùy chỉnh riêng cho từng mẫu xe. Chu kỳ giao hàng cho nam châm kéo dài từ 60-90 ngày (liên quan đến quá trình nung và từ hóa), đòi hỏi phải đồng bộ hóa chặt chẽ với dây chuyền lắp ráp động cơ.
III. Trọng tâm thương lượng chi phí: Không thể thay thế của vật liệu từ tính và sự thay thế linh hoạt của vật liệu cơ bản
Con đường tối ưu hóa chi phí nguyên liệu bị phân cực do rào cản công nghệ:
Rào cản cứng của NdFeB: Hiện nay không có sự thay thế quy mô lớn cho nam châm vĩnh cửu đất hiếm. Các động cơ không từ tính (như động cơ cảm ứng) chỉ được sử dụng trong một số mẫu xe cơ bản do hiệu suất thấp (<94%) và kích thước lớn. Lý do chính cho tỷ lệ chi phí vật liệu từ tính cao nằm ở sự kết hợp chặt chẽ giữa hiệu suất và chi phí: NdFeB có từ tính cứng cao (chịu được 150℃) có giá cao hơn 25% so với các loại thông thường nhưng có thể tăng mật độ công suất động cơ lên 20%. Các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) buộc phải cân bằng giữa hiệu suất và chi phí.
Thay thế linh hoạt đồng/nhôm/thép:
Thay thế dây đồng bằng dây nhôm: Dây quấn sơn phủ nhôm rẻ hơn 40% nhưng đòi hỏi phải tăng diện tích tiết diện 30% để bù đắp tổn thất điện trở, dẫn đến giảm tỷ lệ chèn khe. Chỉ khả thi trong các động cơ vi mô (<50kW).
Thép điện sang vật liệu vô định hình: Dải vô định hình giảm tổn thất sắt 70% (như sản phẩm của Yunlu), nhưng chi phí của nó là 1,5 lần thép điện và khó gia công. Nó chỉ được sử dụng trong các mẫu xe cao cấp (điều khiển GAC Hyptec +150km), với tỷ lệ thâm nhập dưới 5%.
Giảm trọng lượng các thành phần cấu trúc: Hợp kim nhôm đất hiếm (thêm 0,15% lantan) rẻ hơn 30% so với nhôm đúc và dần thay thế các thành phần lõi đồng truyền thống.
IV. Xu hướng tương lai: Sáng tạo vật liệu tái tạo tỷ lệ chi phí
Sự tiến hóa công nghệ đang tái tạo cấu trúc chi phí:
1. Cải cách trong việc giảm sử dụng vật liệu từ tính:
Công nghệ khuếch tán ranh giới hạt: Tập trung dyprosium và terbi trên bề mặt nam châm (lớp xâm nhập <10μm), dần dần giảm sử dụng đất hiếm.
Xây dựng hệ thống tái chế: Đến năm 2030, tỷ lệ tái chế NdFeB sẽ tiếp tục tăng, với Bộ Công nghiệp và Công nghệ Thông tin thúc đẩy việc tháo dỡ tiêu chuẩn hóa động cơ đã nghỉ hưu.
2. Phổ biến động cơ dạng kẹp tóc: Dây đồng có mặt cắt ngang đặc biệt liên tục cải thiện hệ số lấp đầy rãnh, thúc đẩy giảm chi phí.
3. Ứng dụng vật liệu siêu dẫn: Một số nhà sản xuất thiết bị gốc đang sử dụng vật liệu siêu dẫn để giảm sử dụng vật liệu từ tính.
