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(gè)格子組成的房間之中。這部科幻電影有一個(gè)忠實(shí)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(tái)上,一身皮衣的馬斯克從黑色的Model S Plaid中走出來,自信地宣傳這是迄今為止最快的量產(chǎn)車型,這款車號(hào)稱擁有1020馬力,0-60英里加速時(shí)間突破兩秒大關(guān),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(tái)用于動(dòng)力輸出的電機(jī),在起步階段同時(shí)猛烈的摩擦地面,讓加速力度遠(yuǎn)超大部分發(fā)動(dòng)機(jī)。
至此Model S Plaid版本成為特斯拉三電機(jī)車型的代號(hào),成為搭載兩臺(tái)電機(jī)的Model S Performance 版本后特斯拉新的速度門面。
電機(jī),是電動(dòng)車的動(dòng)力心臟,在市場(chǎng)的目光都焦距在汽車?yán)m(xù)航從1-200公里走向5-600公里的過程中,電機(jī)也悄悄的完成了從每輛車上單臺(tái)電機(jī)向最高多一臺(tái)車三臺(tái)電機(jī)的切換。
在特斯拉利用電機(jī)不斷秀速度的同時(shí),電機(jī)也如同汽車動(dòng)力電池一般,上演了一場(chǎng)生產(chǎn)向中國集聚的“東遷之旅”。
一、特斯拉電機(jī)的開端
2005年7月,時(shí)任特斯拉CTO的斯特勞貝爾(JB·Straubel)敲響了中國臺(tái)灣省富田電機(jī)董事長(zhǎng)張金鋒的門,兩個(gè)人在擺滿茶具的木桌前討論起了一個(gè)計(jì)劃:
把工業(yè)用的電機(jī)搬上汽車。
論忽悠,斯特勞貝爾倒也不輸馬斯克,把這位臺(tái)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(gè)人的小公司,當(dāng)即拍板研發(fā)車用電機(jī)。
電機(jī)在生活中很常見,從電風(fēng)扇電吹風(fēng)、到洗衣機(jī)豆?jié){機(jī),基本上通上電能轉(zhuǎn)的,都是靠電機(jī)來把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
相比起動(dòng)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(jī)是不折不扣的優(yōu)等生,一個(gè)電機(jī),就能單挑傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱兩大件。
首先,電機(jī)通電就能轉(zhuǎn)起來,而無需發(fā)動(dòng)機(jī)先點(diǎn)火,再把活塞上下運(yùn)行的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變成圓周運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜流程,加速起步上有天然優(yōu)勢(shì)。
其次,電機(jī)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(fù)雜的變速箱里的多擋齒輪系統(tǒng),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。
復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)
雖然電機(jī)優(yōu)點(diǎn)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(tǒng)電機(jī)會(huì)重達(dá)400多公斤,這顯然是不可能塞進(jìn)身材纖細(xì)的Roadster跑車的。這就必須提高電機(jī)的功率密度,但把電機(jī)做小,且這不說工藝難度,做成以后運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的散熱就是個(gè)大問題。
要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)需要從材料到工藝投入大量研發(fā),從當(dāng)時(shí)來看,為了區(qū)區(qū)幾千臺(tái)的訂單去做這樣的研發(fā)并不劃算。
所以斯特勞貝爾跑遍了歐美日韓的供應(yīng)商都被拒絕,最后找到了富田,決定登門拜訪,才有了兩人在茶室里達(dá)成一致,開始了輕量化電機(jī)的研發(fā)的一幕。
富田花了三年時(shí)間,將電機(jī)鋁芯換成銅芯后,終于做出了為特斯拉RoadSter量身打造的電機(jī)。產(chǎn)品僅有50公斤重,用手都能拎起來,初期的電機(jī)甚至是手工打造的,每個(gè)要價(jià)高達(dá)20萬新臺(tái)幣。
這樣的際遇不止發(fā)生在富田電機(jī)身上,在特斯拉超級(jí)工廠入駐中國之前,臺(tái)灣省在特斯拉電機(jī)上扮演了舉足輕重的地位。電控部分,是臺(tái)灣致茂電子與特斯拉一同花了三年研發(fā)的,而用于電機(jī)的減速齒輪,則是另一家臺(tái)灣企業(yè)和大工業(yè)。
特斯拉車身上的電機(jī)
臺(tái)灣省的這筆押注,很快起到了意想不到的結(jié)果:2012年,特斯拉銷量不過2650臺(tái),但僅僅3年后,就超過了5萬,增長(zhǎng)了20倍,這給供應(yīng)鏈帶來了不小的收益,比如和大工業(yè),在2009年金融危機(jī)期間虧損近9億新臺(tái)幣,但到2015年,凈利潤(rùn)就已經(jīng)超過10億,股價(jià)更是超過百元。
先發(fā)優(yōu)勢(shì)卻止步于此。一方面,臺(tái)灣除了隆裕汽車外,并沒有成熟的汽車制造工業(yè),也就沒能在供應(yīng)鏈上深入下去,特斯拉最終也沒有在臺(tái)灣建立大型工廠,而只是設(shè)立了一個(gè)采購中心。
另一方面,臺(tái)灣省內(nèi)市場(chǎng)狹小,當(dāng)局還對(duì)進(jìn)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(guī)模巨大的特斯拉超級(jí)工廠在上海臨港(15.830, 0.18, 1.15%)破土動(dòng)工,以及特斯拉承諾90%的零部件本土采購,一場(chǎng)新的供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移開啟。
二、特斯拉中國帶來的機(jī)遇
今年7月8日,特斯拉宣布Model Y降價(jià), 不久之后,Model 3也隨之降價(jià)。背后一個(gè)重要的因素就是換裝國產(chǎn)電機(jī)。
但國產(chǎn)電機(jī)并不是廉價(jià)的代名詞,相反卻是十足的性價(jià)比,換裝了國產(chǎn)電機(jī)的Model Y 價(jià)格下降的同時(shí),反而扭矩和功率都有近10%的提升。
在這個(gè)背后,則是精達(dá)股份(8.540, 0.49, 6.09%)、金力永磁(39.330, 1.93, 5.16%)、中科三環(huán)(12.610, 1.12, 9.75%)、隆盛科技(28.890, -0.61, -2.07%)等公司,成功將電機(jī)零部件全部國產(chǎn)化的功勞。
大陸的電機(jī)零件商們,在兩個(gè)維度上完成了對(duì)臺(tái)灣同行的反超:
第一項(xiàng)是扁線電機(jī)技術(shù)。
扁線電機(jī),簡(jiǎn)單來說就是將傳統(tǒng)電機(jī)纏繞的銅線從圓線變?yōu)楸饩€,以提升電機(jī)的功率密度。
原理倒是很簡(jiǎn)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(gè)定子的槽塞滿,這樣電機(jī)的功率密度自然就提了上來,不但勁大(扭矩大),而且體積小。
上圖為圓線電機(jī)截面,難以塞滿,下圖為扁線電機(jī)截面,基本沒有空。扁線電機(jī)的繞組銅線像女生扎頭發(fā)的發(fā)卡,因此也被稱為發(fā)卡電機(jī)(hair-pin)。
但原理說起來簡(jiǎn)單,加工工藝難度卻不小。
首先就是容錯(cuò)率大大降低:傳統(tǒng)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,直接影響到其他銅線,但光是扁線涂漆這一步,涂層甚至就多達(dá)數(shù)十層。而全球主要的扁線加工產(chǎn)能,基本都集中在中國大陸,這既幫特斯拉解決了產(chǎn)能難題,也讓大陸供應(yīng)商順勢(shì)卡位。
另一項(xiàng)則是永磁電機(jī)技術(shù)。
富田電機(jī)為特斯拉定制的是感應(yīng)電機(jī),需要通電才能產(chǎn)生磁場(chǎng),而永磁電機(jī)本身就由磁體打造,轉(zhuǎn)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(jī)呢?
一個(gè)可能的原因是:永磁電機(jī)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(qiáng),易加工,號(hào)稱“萬磁王”,在永磁電機(jī)中,光買釹鐵硼的成本就要占到3-4成。
釹鐵硼的生產(chǎn)需要上游的稀土產(chǎn)業(yè)鏈和下游的精加工配合。實(shí)際上,全球稀土60%以上的,釹鐵硼材料85%以上的產(chǎn)能都在中國,可以說,誰要生產(chǎn)永磁電機(jī),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(yīng)鏈安全,采用了感應(yīng)電機(jī)路線,但在2018年,在特斯拉與中國商談上海工廠之時(shí),電機(jī)戰(zhàn)略出現(xiàn)了大轉(zhuǎn)彎,開始大幅轉(zhuǎn)向永磁電機(jī)路線,為國產(chǎn)化鋪路。
這也立刻給了中國廠商機(jī)會(huì),中國的磁性材料雙雄中科三環(huán)和金力永磁,先后打入了特斯拉供應(yīng)鏈。
搶占了扁線和永磁兩個(gè)高點(diǎn)后,中國大陸供應(yīng)鏈魚貫而入,比如取代臺(tái)灣和大工業(yè)的雙環(huán)傳動(dòng)(23.410, 1.07, 4.79%)、替代富田電機(jī)定子的隆盛科技、以及制造殼體的旭升股份(37.470, 0.84, 2.29%),迅速實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的本地化。
三、電機(jī)的東遷之旅
在特斯拉對(duì)電機(jī)的改進(jìn)的十多年里,中國的電機(jī)產(chǎn)業(yè)也借著新能源的東風(fēng),迎來了轉(zhuǎn)機(jī)。
一開始,中國的電機(jī)龍頭們還處于鄙視鏈的低端,電機(jī)市場(chǎng),ABB、西門子在工業(yè)電機(jī)領(lǐng)域;日本的手機(jī)、硬盤這些小電機(jī)才是電機(jī)賺錢的主流。而方正電機(jī)(9.820, -0.43, -4.20%)還在干著縫紉機(jī)、臥龍電驅(qū)(15.450, -0.15, -0.96%)還在干著工控,精進(jìn)電動(dòng)甚至都沒有成立。這些中低端制造業(yè)的電機(jī)不但盈利微薄,需求還隨著下游行業(yè)波動(dòng),頗有點(diǎn)靠天吃飯的意思。
但隨著中國新能源(4.980, 0.07, 1.43%)整車下游的崛起,在2010年左右開始押注研發(fā)新能源車載電機(jī)的企業(yè)紛紛在10年后迎來了收獲期。
比如方正電機(jī)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(chǎn)新勢(shì)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(yīng)鏈的新tier1,甚至還將傳統(tǒng)的縫紉機(jī)電機(jī)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到了越南,將國內(nèi)生產(chǎn)力量集中在新能源車電機(jī)。
傳統(tǒng)的電機(jī)供應(yīng)商搞的火熱,其他人也沒閑著:
華為推出了三合一電機(jī),已經(jīng)列裝到了賽力斯上。
美的旗下的威靈汽車,也進(jìn)軍車用ESP電機(jī)。
成立不過10來年的精進(jìn)電動(dòng),依靠海外市場(chǎng),也能殺進(jìn)全球出貨量前十。
下游的新能源車市場(chǎng)和上游原材料永磁體兩頭都在本地,中國本土的電機(jī)產(chǎn)業(yè)終于對(duì)國外對(duì)手展開了反超之路,而新能源車的動(dòng)力心臟,也再不會(huì)重演燃油車的發(fā)動(dòng)機(jī)之痛。
電機(jī)產(chǎn)業(yè)中特斯拉和廠商的互動(dòng),也清晰地揭示了一點(diǎn):一個(gè)開放的下游和上游互動(dòng),對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的加速。
如果不是從臺(tái)灣到安徽,中國產(chǎn)業(yè)鏈上的公司努力的把自己的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)用于攻關(guān)特斯拉的需求,以特斯拉一家公司,是不可能涌現(xiàn)出如此密集的創(chuàng)新,以至于對(duì)傳統(tǒng)汽車都一度有掀桌子的氣勢(shì)。
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(yīng)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(jià)大刀和產(chǎn)品力攪動(dòng)了中國的新能源整車市場(chǎng),讓這些一度拿著補(bǔ)貼吃飯的企業(yè)不得不打起十二分的精神迎戰(zhàn)特斯拉,也對(duì)自己的供應(yīng)商提出更高的要求。
但特斯拉同時(shí)也是供應(yīng)鏈的“鯰魚”,它獨(dú)立的在中國尋找各類匹配自己供應(yīng)商,并提出新的需求的過程,就是對(duì)中國供應(yīng)鏈的第二次測(cè)試,誰能解出它的考題,就能打入特斯拉供應(yīng)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(shù)支持。
我們也會(huì)發(fā)現(xiàn),無數(shù)曾經(jīng)的縫紉機(jī),空調(diào)的供應(yīng)商,轉(zhuǎn)身成為一線車企的核心供應(yīng)商,這也是新能源車大潮背后的時(shí)代洗牌機(jī)遇。