淺談新能源車扁線電機行業(yè)發(fā)展驅(qū)動力

01.

扁線電機行業(yè)概述&發(fā)展驅(qū)動力

1.1?扁線電機是什么

電機是各種機械的動力源，根據(jù)用途可分為驅(qū)動電機和控制電機。其中驅(qū)動電機直接將電能轉化為機械能，主要用于電動工具、家電、其他通用小型機械設備等。

驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件（電池、電機、電控）之一，其驅(qū)動特性直接決定汽車行駛的爬坡、加速、最高速度等主要性能指標，是電動汽車的重要部件，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟性和舒適性。

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條形繞組電機（Bar-wound?motor）國內(nèi)習慣稱為扁線電機，扁線電機技術指電機定子采用扁銅線繞組替代原先的圓銅線繞組，同時根據(jù)扁線繞組的特殊結構配備獨特的定轉子結構優(yōu)化、冷卻方案優(yōu)化與控制優(yōu)化等技術的總稱。

1.2 電機行業(yè)發(fā)展方向主要在于性能提升，扁線產(chǎn)品適配諸多需求

電機行業(yè)發(fā)展方向為功率性能提升、散熱性能提升、材料和體積的降低，由此將電機行業(yè)由圓線引向扁線。扁線電機的未來發(fā)展方向也主要在于這三點。

性能提升：

市場產(chǎn)品需求：小型化、高速化將是新能源汽車電機的主要發(fā)展趨勢，而小型化必然要求電機功率密度有大幅度提升。

政策需求：“十三五規(guī)劃”提出新能源汽車驅(qū)動電機的峰值功率密度要達到4kW/kg，目前這一數(shù)據(jù)僅達到3.2-3.3kW/kg。

技術現(xiàn)狀：一般圓線電機的槽滿率為50%左右，而扁線電機的槽滿率能達到70%以上。槽滿率的提升意味著在定子槽空間不變的條件下，可以填充更多的銅線，通過更大的電流，產(chǎn)生更強的磁場，進而提升功率密度。

功率提升導致對散熱性能提升的需求變高：

扁線天然具備更好的散熱性能：扁線的截面為矩形，矩形導體使得內(nèi)部空隙變小，導體與導體、導體與鐵心槽間接觸面積更大，金屬的熱導率遠大于空氣，所以熱傳導和散熱性能更好。噴油冷卻技術在扁線設計中發(fā)揮更佳，熱傳導效果更好。

扁線由于繞組端部導體間間隙較大，冷卻油可以直接滲透到繞組端部，帶走每一個導體的熱量，使得繞組溫度下降?68%以上。?

圓線繞組在浸漆后，端部形成實心整體，冷卻油難以滲透入內(nèi)部，只能帶走中間層導體熱量，易在繞組內(nèi)部形成熱孤島，影響散熱性能。?

體積材料成本減低：

扁線電機端部短，節(jié)省銅材降低成本，減小電阻提高效率。

因為工藝問題，圓線為了防止在制造過程中損傷銅線，所以端部留得很長；扁線電機繞組端部繞制成特殊形狀，如波浪形、三角形、階梯形等，同時扁線相對圓線更硬，因此在加工時可以將端部尺寸減小?20%，既節(jié)省銅材，又減小電阻提升效。

電機本身的損耗為鐵損和銅損。銅損為電機最大損耗來源，通過改變電線的橫截面可以降低銅損。

1.3?基于新能源車銷量目前趨勢，預計2025年新能源車扁線電機全球市場空間約610億元。

盡管隨著電機性能提升，單電機售價緩慢提升，但市場主要增長點在于起量：扁線滲透率提升和雙電機裝載率提升。

扁線電機滲透率提升：

低銅耗、高密度、高性能，適用高電壓平臺，扁線電機是未來電機的發(fā)展方向。

槽滿率更高：相同功率，體積更小，用材更少，成本更低。

雙電機裝載率提升-平均單車電機需求提升：

單電機的優(yōu)勢是續(xù)航與成本，在新能源車的普及階段較多采用；而雙電機的優(yōu)勢則是高效、靈活性、安全。從長遠看，是未來新能源汽車驅(qū)動電機的發(fā)展方向之一。

采取雙電機在新能源車上的滲透率已經(jīng)有了大幅的攀升。在20萬以下的低端新能源車上還是以單電機為主，但在20萬以上的中高端新能源車，基本會提供高配雙電機的選擇。

新能源扁線電機配套情況

1.4 產(chǎn)業(yè)鏈分析

扁線電機產(chǎn)業(yè)鏈上游供應緊張，從原材料、生產(chǎn)設備到產(chǎn)能均處于供不應求狀態(tài)。

下游客戶需求明確，盡管主機廠均有相關自研團隊，但由于相關制造業(yè)成本清晰，毛利較低，因此外部生產(chǎn)供應商機會較多。

中上游原材料和生產(chǎn)設備是成本主要組成部分。

●?稀土永磁材料占比高（1/3），部分廠商采用浮動定價形式以轉移成本。

●?頭部扁線電機制造商正在研發(fā)無稀土電機以降低成本，但兩年內(nèi)無法應用。

●?銅線&絕緣層技術難度高，上市公司主導。

●?設備廠商可直接為有設計能力的tier-1、主機廠代工。

下游應用端毛利低，因此外部供應商機會較多。

●?電機企業(yè)以為主機廠集團子公司等tier-1供貨為主，少部分有直接接觸主機廠客戶能力。

●?產(chǎn)品毛利15%左右，且產(chǎn)線投入大，常見業(yè)務模式為集團旗下子公司做研發(fā)，并對外采購供應商核心零部件/對外選擇產(chǎn)線代工/集成外部供應商行駛。

●?僅有極小部分整車企業(yè)選擇自產(chǎn)自用。

02.

電池安全管理技術路徑：被動安全控制

2.1?扁線電機上游重要原材料：稀土材料&扁線

釹鐵硼材料是當今綜合性能最優(yōu)異的永磁材料，盡管價格占比高，浮動大，但中國產(chǎn)量巨大，高端低端均有布局；因此盡管有大量國際企業(yè)開始嘗試無稀土電機，對中國企業(yè)來說暫時需求不大。

扁線電機采用的銅線材料對比傳統(tǒng)圓線，對彈性和質(zhì)量要求顯著提高，但涂覆步驟常由扁線電機生產(chǎn)商統(tǒng)一完成。因此銅線本身創(chuàng)新點有限，主要在于質(zhì)量和材質(zhì)提升。

2.1.1 稀土材料

電芯間、模組間、系統(tǒng)隔熱相輔相成，共同助力電池安全。隔熱基本策略是利用低導熱系數(shù)、高化學穩(wěn)定性的隔熱材料防止模塊間熱蔓延，目前常用防火隔熱材料主要有氣凝膠、云母、防火涂料、熱陶瓷等。從應用場景來看，電芯間一般采用氣凝膠等隔熱材料、中間復合板隔熱，模組間一般采用防火棉隔熱，系統(tǒng)一般采用防火毯隔熱。

市場格局：

從上游稀土礦到下游釹鐵硼，目前中國在每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都占據(jù)絕對主導地位。其中稀土礦產(chǎn)量占比在60%左右，而在稀土冶煉分離、稀土金屬冶煉、釹鐵硼制造環(huán)節(jié)占比均在90%左右，即便是高性能釹鐵硼，中國的產(chǎn)量占比也已經(jīng)達70%+，目前來看我國已基本實現(xiàn)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)鏈自主可控。

據(jù)2022年USGS最新數(shù)據(jù)，我國稀土產(chǎn)量占比達70%。2022年全球稀土產(chǎn)量約30萬噸REO，中國產(chǎn)量達21萬噸REO，占比70%，雄踞世界第一。

創(chuàng)新機會：

無稀土電機：感應交流異步電機優(yōu)點是無需稀土，但缺點就是扭矩密度和功率密度低，而且體積較大，目前離實際量產(chǎn)應用仍有3-5年技術窗口。

目前已有多個國際tier-1在進行相關研發(fā)，但由于我國稀土產(chǎn)量大、價格合理；且無稀土電機在性能上有較大劣勢。目前此類需求尚不急切。

2.1.2 銅線材料

我國是全球電磁線第一大生產(chǎn)國和出口基地，但電磁線行業(yè)格局分散，競爭激烈。

2020年CR6僅為25.8%。據(jù)中國電氣工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)，2020年我國電磁線求量達180萬噸，行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)廠家超過千家，長尾效應顯著。

扁線制造難度高，預計放量后市場將向頭部集中。

由于扁線絕緣涂層在烘干后會產(chǎn)生非均勻收縮，容易變形產(chǎn)生四角變薄，影響絕緣性，需要改良在?R?角處更厚的涂覆厚度；扁平線R角處漆膜涂覆難度大，很難保證絕緣層均勻性；且扁線彎折成發(fā)卡后，R角處應力集中，容易導致涂覆層破損，因此對銅線及其涂覆的精度和質(zhì)量要求很高。

2.1.3 生產(chǎn)設備

扁線電機制造工藝復雜，包括定子、轉子、減速箱、電機控制器等100-400種零件按驅(qū)動電機產(chǎn)品工藝流程順序完成裝配。

通常由總裝線、測試線、定子分裝線、轉子分裝線、電機控制分裝線、減速箱分裝線組成，關鍵工藝包括：?PIN線成型、自動扭頭、涂敷等。

扁線電機對產(chǎn)品的一致性要求高，技術難度大，需要投入精度較高的自動化伺服設備，焊接設備、Hair-Pin線形成形設備和工裝模具等，設備自動化要求高，主要依賴進口。

相關設備的國產(chǎn)化主要有投資額高、方案標準化程度低和自動化工藝要求高三個難點。

過去主要依賴進口，國外已經(jīng)形成了較成熟的扁線電機產(chǎn)業(yè)鏈。扁線電機制造設備供應商主要有意大利TECNOMATIC、意大利ATOP、德國GROB格勞博集團、日本小田原機械工程株式會社和奧地利米巴集團等。國內(nèi)僅有克來機電、豪森股份、巨一科技等少數(shù)設備商具備扁線電機裝備制造能力，其中克來機電配套聯(lián)合電子等、豪森股份配套上海龍芯等。

產(chǎn)線設備供應商主要為電機生產(chǎn)商提供智能產(chǎn)線及設備的設計、制造與調(diào)試，屬于輕資產(chǎn)模式，毛利高、利潤空間大。

這類廠商一般提供一整套規(guī)劃、研發(fā)、設計、裝配、調(diào)試、服務的交鑰匙工程，商業(yè)模式主要分為整線裝配及單機設備銷售兩種，前者單價值更高，平均一條產(chǎn)線價值在幾千萬至1億多元之間，毛利能達到40%左右。

由于扁線電機工藝技術門檻高，依靠精度更高的自動化設備，因此產(chǎn)線投資額大于傳統(tǒng)圓線，設備供應商能享受更高的利潤空間。電機制造方在產(chǎn)線上的高投入轉移到設備上就變成了高價值。而且，設備商只需要采購零部件進行產(chǎn)線的組裝，和電機制造方相比屬于輕資產(chǎn)模式。

完整的扁線電機定子組件制造工藝流程包括插紙、線圈成型、預插入、整體插入、擴口、扭頭、切平、焊接、涂敷及浸漆、銅鼻子焊接，工藝繁多且復雜，對設備的依賴程度比圓線電機更高，尤其是線圈成型和焊接工藝精度要求高、難度大，需使用專業(yè)的高端設備，海外企業(yè)在此領域積淀深厚，設備先發(fā)優(yōu)勢明顯；國內(nèi)企業(yè)基于國內(nèi)龐大的應用市場積極開發(fā)跟進。

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驅(qū)動電機的生產(chǎn)工藝可分為組件生產(chǎn)與總裝測試兩個階段：

-組件生產(chǎn)階段的關鍵工藝步驟包括：定子鐵芯和轉子鐵芯的沖壓、疊壓、焊接；定子繞線、嵌線、浸漆；殼體和前后端蓋、變速器殼體的鑄造、數(shù)控機床精加工；軸、齒輪的鍛造和數(shù)控精密加工；轉子組裝等。最后各個零部件經(jīng)過檢測，再將它們送往總裝車間進行裝配測試。

-總裝檢測階段的關鍵步驟包括：殼體鑄造和數(shù)控機床加工、端蓋鑄造和數(shù)控機床加工、定子組裝、轉子組裝、各模塊及線束的組裝、性能測試等。

??驅(qū)動電機裝配工藝

電機總成裝配線主要常規(guī)工站(舉例)：水套熱裝工位、軸承熱裝工位、定子入殼工位、電測試工位、定轉子合裝工位、試漏工位等，以及智能通訊與?MES?數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

核心技術：定子入殼關鍵尺寸控制，水套熱裝溫度控制，電機總成安規(guī)性能控制，機器人模糊抓取技術

??扁線電機定子組件制造工藝流程包括：插紙、線圈成型、預插入、整體插入、擴口、扭頭、切平、焊接、涂敷及浸漆、銅鼻子焊接；

??轉子生產(chǎn)線工藝流程為：鐵芯插磁鋼-鐵芯注塑-加熱固化-轉子疊裝-轉子動平衡-轉子充磁-表磁檢測-轉子壓裝-激光打標；

2.2 扁線電機按繞線形式分類，Hair-Pin?&?X-pin值得關注

扁線電機按繞線形式可分為I-pin、Hair-pin（發(fā)卡）、X-pin、S-winding（波浪繞組），其中發(fā)卡扁線電機技術是被廣泛采用的主流技術。

不同技術路徑主要研發(fā)動力在于減小體積、降低焊接難度，焊接技術始終是扁線電機核心技術難點。

顯熱蓄熱：材料雖然成本較低，便于獲取，但蓄熱密度小、效率低。

化學反應：蓄熱密度高、易于長期儲存，過程中產(chǎn)生極少的能量損耗，但操作復雜，在實際應用時可能出現(xiàn)氣體對材料的腐蝕問題。

相變材料：蓄熱密度高、易于長期儲存，過程中產(chǎn)生極少的能量損耗，但操作復雜，在實際應用時可能出現(xiàn)氣體對材料的腐蝕問題。在物質(zhì)發(fā)生相變時，可吸收或釋放大量能量（即相變焓）的一類材料。

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03.

行業(yè)發(fā)展趨勢總結

機會：主機廠少數(shù)愿意外包的核心零部件，第三方初創(chuàng)企業(yè)存在機會，且當前扁線電機領域客戶尚未形成穩(wěn)定供貨商格局，一旦選型客戶黏度高。

風險：利潤低，重資產(chǎn)投入高。

1.上游零部件及設備生產(chǎn)技術和資金壁壘較低，主要行業(yè)壁壘在于中游研發(fā)制造資金投入和工藝設計能力。

2.由于前期投入極高、利潤低，產(chǎn)品目前產(chǎn)能受限、在市場上處于供不應求的狀態(tài)，企業(yè)和客戶都急需大量資金完成生產(chǎn)。

3.Hair-Pin、X-Pin研發(fā)及生產(chǎn)是未來發(fā)展方向，對于短期內(nèi)研發(fā)中的方案，焊接技術在短期內(nèi)非常重要，但一旦S-wind開發(fā)成功將不再有強烈需求。

審核編輯：黃飛

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