Hiện tại, thế giới thế giới ngày một phụ thuộc một cách đáng lo ngại vào Trung Quốc trong chuỗi cung ứng đất hiếm, vốn là thành phần thiết yếu trong phần lớn động cơ điện hiện nay. Đối mặt với vấn đề này, một startup tại Thung lũng Silicon mang tên Conifer Motors đang theo đuổi một giải pháp công nghệ táo bạo: tạo ra dòng động cơ điện hoàn toàn không cần dùng đến đất hiếm. Với thiết kế động cơ axial flux (từ thông trục) và sử dụng nam châm từ sắt thay vì các nguyên tố đất hiếm, công nghệ của họ có tiềm năng thay đổi toàn cảnh ngành điện cơ toàn cầu.

Bài toán toàn cầu: Sự lệ thuộc vào đất hiếm

Thực ra, các nguyên tố đất hiếm như neodymium hay dysprosium là linh hồn của hầu hết các động cơ điện hiện đại, từ xe điện đến robot, từ thiết bị gia dụng đến nhà máy công nghiệp. Điều quan trọng là hiện tại Trung Quốc đang kiểm soát đến 90% nguồn cung đất hiếm toàn cầu, và quốc gia này này từng nhiều lần dùng tài nguyên này như một công cụ để gây sức ép trong các cuộc chiến thương mại. Ngoài ra, khi nhu cầu điện hóa tăng vọt trên toàn cầu, việc lệ thuộc vào một nguồn cung duy nhất ngày càng trở thành một rủi ro chiến lược nghiêm trọng. Bên cạnh rủi ro đó, có hơn 1 tỷ động cơ xăng cỡ nhỏ đang được sử dụng toàn cầu cho các phương tiện di chuyển và ứng dụng công nghiệp và đây cũng đồng thời là một thị trường khổng lồ đang chờ được điện hoá.

Conifer Motor: startup với giải pháp động cơ từ sắt với thiết kế từ không trục

Conifer Motor đã đạt được một bước đột phá khi họ phát triển một dòng động cơ sử dụng nam châm vĩnh cửu làm từ sắt (ferrite) - một vật liệu phổ biến, dễ khai thác và có mặt ở hầu hết các quốc gia thay vì sử dụng đất hiếm. Ngoài ra, công nghệ này còn linh hoạt hơn nhiều người tưởng: động cơ của họ có thể hoạt động với cả nam châm ferrite lẫn neodymium (đất hiếm), tăng gấp đôi mật độ công suất khi cần thiết. Vấn đề với ferrite trước đây là lực từ yếu, không đủ để thay thế đất hiếm trong các ứng dụng yêu cầu công suất cao. Tuy nhiên, nhóm kỹ sư tại Conifer đã tìm ra cách khắc phục nhược điểm này bằng cách tăng khối lượng nam châm, bố trí xa trục quay hơn, và quay ở tốc độ cao hơn, từ đó tăng hiệu năng tổng thể.

Động cơ với giải pháp đột phá từ Conifer

Bên cạnh đó, khác với động cơ từ thông hướng tâm truyền thống (radial flux), Conifer sử dụng thiết kế động cơ axial flux với cấu trúc “kẹp bánh sandwich”, gồm các đĩa thép được gắn nam châm, một phần cố định và phần còn lại xoay quanh trục. Thiết kế này cho phép từ trường chạy song song với trục quay, giúp cải thiện hiệu suất với mức IE5, vốn là mức cao nhất về hiệu suất năng lượng. Ngoài ra, cách thiết kế này cũng làm giảm kích thước động cơ khi nó chỉ bằng một nửa trọng lượng và kích thước so với động cơ cảm ứng thông thường cùng công suất. Trên thực tế thì thiết kế này đã tồn tại từ lâu, nhưng chỉ đến gần đây nhờ sự phát triển của điện tử công suất và phần mềm điều khiển chính xác, các động cơ axial flux mới thực sự khả thi trong sản xuất quy mô lớn.


Động cơ mà Conifer sản xuất sử dụng thiết kế cao cấp nhưng kích thước và lượng vật liệu nhỏ hơn


Kĩ thuật viên người việt làm việc tại Conifer, Calif

Conifer không chỉ đổi mới trong thiết kế động cơ mà còn trong cách sản xuất. Họ loại bỏ các công đoạn dập kim loại truyền thống, giảm 95% vật liệu lõi stator và triệt tiêu hoàn toàn lượng thép thừa. Thay vào đó, họ áp dụng quy trình quấn dây đồng lấy cảm hứng từ ngành sản xuất pin lithium-ion, giúp đơn giản hóa quy trình, giảm yêu cầu về lao động lành nghề, vốn đang ngày càng khan hiếm. Đặc biệt, dây chuyền sản xuất của họ có tính modular cao, cho phép sản xuất động cơ từ 1 mã lực đến 25 mã lực trên cùng một hệ thống mà không cần thay đổi dụng cụ - một bước tiến lớn về khả năng mở rộng và tùy biến. Tất cả đều được điều khiển bằng phần mềm tự động hóa cao, tạo nên sự ổn định và khả năng nhân rộng.

Ứng dụng thực tế và tiềm năng thị trường

Trong hoàn cảnh việc phụ thuộc gần như hoàn toàn vào một loại nguyên liệu thì một động cơ điện hiệu quả, giá rẻ và không phụ thuộc đất hiếm không chỉ là bước tiến công nghệ, mà còn là bước đi chiến lược giúp các quốc gia đảm bảo chủ quyền chuỗi cung ứng. Hơn nữa, việc giảm 95% vật liệu lõi stator còn mang lại lợi ích kép: vừa tiết kiệm chi phí, vừa giảm tác động môi trường từ khâu sản xuất. Với thiết kế dễ sản xuất, có thể hoàn toàn nội địa hóa ở bất kỳ quốc gia nào, công nghệ của Conifer được xem như một giải pháp miễn nhiễm với thuế quan và biến động địa chính trị. Trong bối cảnh các quốc gia đang thúc đẩy sản xuất chip, pin, và linh kiện điện tử trong nước, thì một động cơ “phi đất hiếm” là mảnh ghép hoàn hảo.

Một số loại động cơ mà Conifer đang hỗ trợ

Hiện tại, Conifer đang hướng tới mục tiêu đầu tiên là tạo ra động cơ thay thế cho xe máy điện dạng Vespa, vốn rất phổ biến ở châu Á. Tuy nhiên, phạm vi ứng dụng của họ còn rộng hơn nhiều: từ máy cắt cỏ, máy kéo nông nghiệp, dụng cụ điện cầm tay, đến hệ thống bơm công nghiệp và robot tự động - những lĩnh vực tiêu thụ tới 45% lượng điện toàn cầu. Họ đã phát triển nhiều kích thước động cơ khác nhau cho các thiết bị như hệ thống HVAC, điện tử gia dụng, và trong tương lai có thể mở rộng đến xe ô tô điện. Đáng chú ý, họ không chỉ bán động cơ đơn lẻ, mà cung cấp cả hệ thống truyền động hoàn chỉnh, tích hợp biến tần, hộp số và phần mềm điều khiển - một giải pháp “all-in-one” cho các nhà sản xuất.

Một đối tác điển hình của họ là Lyra Energy, startup tại Los Angeles với tham vọng xây dựng “Tesla của xe hai bánh” cho thị trường đang phát triển như Indonesia. Lyra Energy sử dụng động cơ của Conifer để tạo ra dòng xe hiệu năng cao đi kèm hệ sinh thái sạc. Theo CEO Lyra, động cơ của Conifer rẻ tương đương nhưng lại hiệu quả hơn 20%, mang đến phạm vi di chuyển lớn hơn cho cùng một lượng pin. Với khoản đầu tư 20 triệu USD từ các quỹ công nghệ hàng đầu và kế hoạch ra mắt sản phẩm thương mại đầu tiên trong năm 2025, Conifer đang trên đà mở rộng quy mô nhanh chóng.

Thách thức kỹ thuật và thị trường

Dù tiềm năng lớn, Conifer vẫn phải đối mặt với các rào cản kỹ thuật và thị trường. Việc sử dụng ferrite thay vì đất hiếm vẫn bị giới hạn công suất tối đa, khiến công nghệ khó cạnh tranh trong phân khúc EV hiệu năng cao. Ngoài ra, việc thiết kế động cơ tích hợp trong bánh xe (in-wheel motors) đòi hỏi phải tái cấu trúc hệ thống truyền động của xe - điều mà các hãng xe lớn chưa sẵn sàng thực hiện trong ngắn hạn. Tuy nhiên, làn sóng đầu tư mạnh mẽ và sự hợp tác với các đối tác như Lyra Energy cho thấy cộng đồng công nghệ đặt nhiều kỳ vọng vào giải pháp này. Các startup linh hoạt hơn có thể là người tiên phong trong việc áp dụng công nghệ mới này.

Hiện tại, dù còn ở giai đoạn đầu, Conifer Motors đang vạch ra một lộ trình rõ ràng cho tương lai của động cơ điện: hiệu quả hơn, dễ sản xuất hơn, và không còn phụ thuộc vào đất hiếm. Với ưu thế về tính mô-đun, khả năng tích hợp hệ thống, và lộ trình thương mại hóa rõ ràng, công nghệ của họ không chỉ dừng lại ở xe máy điện mà còn mở ra cánh cửa cho hàng loạt ứng dụng công nghiệp và dân dụng. Trong một thế giới nơi các nguồn lực chiến lược ngày càng trở thành vũ khí địa chính trị, việc phát triển công nghệ “phi đất hiếm” không chỉ mang ý nghĩa kinh tế, mà nó còn là đòn bẩy cho chủ quyền công nghệ và tự cường quốc gia. Nếu thành công, Conifer sẽ không chỉ là một startup, mà có thể trở thành mảnh ghép không thể thiếu trong chuỗi cung ứng xanh của tương lai.

Nguồn: Wall Street Journal