Bajban a villanymotor beszállítók

Az elmúlt két év rendkívül viharos volt számos iparág számára, a gyártósorok leállásával, chiphiánnyal és rengeteg általános ellátási lánc problémával. A sok probléma között üde színfoltnak tűnt az elektromos autók gyártása. 2021-ben az elektromos járművek értékesítése világszerte körülbelül 80%-kal nőtt 2020-hoz képest, ami viszont 44%-os növekedést jelent 2019-hez képest. Mindezen hiányok közepette tehát drasztikusan megnőtt az elektromos járművek alkatrészei iránti kereslet.

Noha a legtöbb hír az akkumulátorcsomagról szól, a villanymotorok ugyanolyan kritikusak az elektromos járművek működéséhez. Az elektromos motorok számos anyagon alapulnak, beleértve a ritkaföldfémeket, rezet, alumíniumot és acélt. Ezeknek az anyagoknak az ára meredeken emelkedett az elmúlt két évben, és ez befolyásolja az autógyártó által elérhető árrést. Hogyan segíthetnek a az új motorkonstrukciók a problémán – egyáltalán segítenek-e?

Az alapanyagok áremelkedése

Az elektromos járművekben széles körben használt motorok nagyrészt állandó mágneses (PM) motorok, indukciós motorok és tekercses forgórészes motorok kategóriába sorolhatók. Ezek a motorok általában rézhuzalt használnak az állórészben, a különbség a forgórészben keresendő. A PM-motorok ritkaföldfém-mágneseket használnak a forgórészen, az indukciós motorok réz- vagy alumíniumkereteket vagy tekercseket, a tekercses forgórészes motorok pedig réztekercset használnak a forgórészen.

Mindegyik kialakításnak megvannak a maga előnyei és hátrányai, de ha csak az anyagokat vesszük figyelembe, jelentős különbségek vannak a költségek között, ami még tovább fokozódik, ha az elmúlt két év anyagárainak volatilitását nézzük. A neodímium (a mágnesek fő ritkaföldfémje) ára 2022 januárjában több mint 200%-kal nőtt 2019-es értékéhez képest, a réz ára 59%-kal, az alumíniumé 62%-kal, az acélé 24%-kal.

Ez a fajta ingadozás komoly problémát jelenthet a motorgyártók és az OEM-ek számára. Valójában a japán Nidec motorgyártó üzemi nyereségének visszaeséséről számolt be 2021 utolsó negyedévében, amelynek egyik okát a réz árának emelkedése jelentette. Egy elektromos motorban jellemzően 5-10 kg rezet használnak fel, és ez az anyagkészlet jelentős részét teszi ki, ez a kiviteltől függően változik, a tekercses forgórészes motorok többet használnak, mint a többi típus.

Ennél drasztikusabb árprobléma a PM motoroknál tapasztalható, ahol ezt a hatalmas, 200%-os áremelkedést rontja, hogy 1-2 kg mágnest használnak fel, és a neodímium ára átlagosan 13-szor magasabb, mint a rézé. Az elektromos járművek motorjaiban használt anyagok megválasztása kritikus az anyagjegyzék és így az elérhető haszonkulcs szempontjából.

Dizájnváltás

2021-ben az elektromos járművek elektromos motorjainak 83%-a PM motor volt, ami 2020 óta 6%-kal nőtt. Jellemzően ezek adják a legjobb teljesítménysűrűséget és hatásfokot, a ritkaföldfémek árai pedig meglehetősen stabilak maradtak az elmúlt 10 évben. A PM-motorok növekvő részesedésének jelentős oka az volt, hogy a Tesla a PM-motort alkalmazta, amely a Model 3-ban és az azt követő modellekben váltotta fel az aszinkronmotort.

A 2011/2012-es ritkaföldfémek magas költsége és erős áringadozása miatt azonban több gyártó is alternatív megoldást választott. Az Audi e-tron indukciós motorja alumínium rotorszegmensekkel, a Renault pedig tekercses rotorral. A közelmúltból már a BMW 5. generációs hajtásrendszere is tekercselt forgórészt használ, a rotoron réztekercsekkel.

Míg a tekercses forgórész és az indukciós motorok megszüntetik a drága ritkaföldfémek függőséget, növelhetik a réztől való függőséget, amely egy másik olyan anyag, mely jelentős áremelkedést szenvedett el. Adódik a kérdés, hogy a motorokban lévő réz helyettesíthető-e alumíniummal a költségek további csökkentése érdekében?

Míg az alumínium könnyebb és olcsóbb, mint a réz, a probléma az, hogy az alumínium kevésbé vezet elektromosan, és nagyobb mennyiségű fémet igényel. Tehát bár az alumínium tekercsek súly- és költségmegtakarítást jelentenek, feláldozzák a térfogati teljesítménysűrűséget. Ennek ellenére néhány piaci szereplő még mindig ezt a megközelítést választja, mint például az Egyesült Királyságbeli gyártó, az Advanced Electric Machines, amely sűrített alumínium tekercselési technológiát használ, hogy ne áldozza fel a térfogati teljesítményt, és elkerülje a ritkaföldfémek vagy réz tekercsek használatát.

Záró gondolatok

Általánosságban elmondható, hogy az elektromos motor egy igen kiforrott technológia, és a költségek nagy része az anyagok beszerzési árán múlik. Ahogy az elektromos járművek piaca felpörög, és az anyagárak továbbra is ingadozók maradnak, nem lenne meglepő, ha a közeljövőben több OEM-et és Tier 1-et alkalmaznának mágnesmentes kivitelben. A ritkaföldfém-ellátás jelenlegi kínai fennhatóságának köszönhetően valószínűleg nagyrészt a PM-motoroknál maradnak, így a globális piac nagyon nagy része továbbra is ezt technológiát preferálja majd. Más régiókban érdekes lesz látni, hogyan alakul az elektromos motorok piaca.