2022年新能源汽车驱动电机行业研究及展望报告.docx

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1、2022年新能源汽车驱动电机行业研究及展望报告1、电机扁线化带来新一轮技术迭代，未来扁线电机渗透率有望快速提升1.1 驱动电机是新能源产业重要环节，永磁同步电机已占主导驱动电机是新能源汽车产业链重要环节。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件（电池、电机、电控）之一，其驱动特性直接决定汽车行驶的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标，是电动汽车的重要部件。以主流永磁同步电机为例，电机主要由定子、转子以及机械结构组成，关键部件是定子和转子。永磁同步电机和交流异步电机已成为乘用车领域主流选择。永磁同步电动机的永磁是指在制造电机转子时加入了永磁体

2、，使电机的性能得到进一步的提升，这也是永磁同步电机与交流异步电机的最大区别。所谓同步，就指的是让电机中的转子转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。而交流异步电动机中由于转子总是在“追赶”定子旋转磁场的转速，并且为了能够切割磁感应线而产生感应电流,转子的转速总要比定子旋转磁场的转速慢，这也就形成了异步运行，即异步感应电动机。永磁同步电机和交流异步电机各有千秋。永磁同步电机本身具有转矩密度、功率密度、效率较高、调速性能好等优点，再加上自身体积小、重量轻等优势，但它并不是没有缺点，除了原料带来的成本问题外，它会有在高温下磁性衰减的问题，这也是为何中小型纯电动车不能进行长时间的高速巡航。相对来讲，交流

3、异步电机则具有结构简单、可靠性较高、拥有较好的高速性能以及加速性能等优势；这也是一些以性能标榜的电动跑车以及中大型SUV会偏爱它的问题，如特斯拉models、modelX,蔚来ES8等都在使用。不过相对来讲它的缺点则体现在转矩密度、功率密度、效率密度偏低，并且还伴随着体积大、重量沉、发热量大的问题。总体来看，可以理解为搭载永磁同步电动机的电动车续航相对更好一些，搭载交流感应电动机的电动车加速性能更好。永磁同步电机在国内驱动电机市场中份额近95%。永磁同步电机由于我们国家在稀土资源方面的优势，以及永磁同步电机功率密度大、峰值效率高、尺寸小、质量轻、结构多样化及应用范围广等特性,永磁同步电机在国内

4、装机量快速提升，2021年前11月国内永磁同步电机装机量达269万台，装机占比达到94%,在新能源驱动电机市场中占据绝对主导地位。1.2 扁线绕组电机优势明显，技术提升潜力大我们判断驱动电机的一个技术发展趋势是绕组扁线化（Hair-pin电机）。电机的总体目标是提升效率和功率密度，减少体积和重量。扁线绕组电机显著特点是定子绕组中采用扁铜线，先把绕组做成类似发卡一样的形状，穿进定子槽内，再在另外一端把发卡的端部焊接起来。通过应用截面积更大的扁铜线，提高电机槽满率，具有高功率/转矩密度、高效率、散热性能更好等优点，同时更易于实现自动化生产，满足新能源乘用车市场爆发后对产品一致性高的要求。但同时扁线

5、电机大规模应用也需要克服一些缺点，比如良品率低，转速上不去，标准化难以及专利壁垒等。扁线具有较高的槽满率，高能量转换效率带来电池成本节约。电机的功率与铜含量成正相关，相同体积下铜线填充量增加20-30%,意味着输出转换功率有望提升20-30%o扁线电机具有高槽满率，其纯铜槽满率达到70%,而传统圆线仅40%左右；电机的能源损耗中65%来自于铜耗，由于扁线电机需要的铜线比相同功率的圆线电机更短，绕组电阻降低，铜耗降低，带来了更高的转换效率。此外，在市区城市拥堵的工况（低转速高扭矩）中，扁线电机工作效率要比圆线高出10%o高槽满率带来高效率区域面积，车辆路况试验WLTP续航增加，在续航里程相同的情

6、况下减少蓄电池容量，可有效降低整车成本15%。扁线散热性好，提升高温动力性。扁线由于导体接触紧密，槽里空隙降低，热量传导和散热系数提高，高槽满率下绕组间的导热能力是低槽满率的1.5倍；交流电阻下降在中低速发热降低，相对圆线定子温升降低18%,降低齿槽内热阻，热传导更好；并且槽满率高，具有更强功率扭矩能力，改善定子槽内散热，降低齿槽内热阻，温升可降低约812%,在更低的温升条件下，整车可以实现更好的加速性能。扁线电机功率密度更高，整车动力更强劲。扁线电机槽满率高，转矩密度提高，有效体积缩小，转矩加大，而功率提高，功率密度提高（例如上汽第二代EDU高功率Hair-pin电机使功率密度提高20%）,

7、电机扭矩输出能力加强，进一步提升功率密度和整车动力性能。圆线电机功率密度约3.5kw/kg的水平，已无法满足“十三五”规划中功率密度应满足4.Okw/kg的要求，而当前领先企业的扁线电机的功率密度约5kw/kg,因此扁线电机是未来发展的必然趋势。此外，扁线电机利用其较大的端部导体间隙优势，冷却油可以直接渗透入绕组端部，吸收每一个导体的热量，将电机绕组温度降低68%以上，大大提升了电机的功率密度和转矩密度水平。扁线电机电磁噪音低，整车更安静。扁线电机导线应力和绕组刚性较大，电枢具备更好的刚度，弹性模量提高，物体模态发生变化，更有利于阻抗共振的发生，对电枢噪音具有抑制作用。此外，齿槽转矩是永磁电机

8、的一个固有问题，虽然它不会使电动机平均有效转矩增加或减少，但它会引起速度波动、电机振动和噪声（NVH）o扁线绕组通过铁芯端部插线，不需要从槽口嵌线，电磁设计上相对而言较小的槽口尺寸，电机齿槽转矩可降低19%,NVH可下降12%,进一步抑制了电磁噪音。扁线小体积带来高集成效率，契合多合一电驱发展趋势。扁线槽满率高，绕线方法更先进，更易裁剪，绕组端部高度可降低15%上下，更易压缩，相同功率下电机的体积更小；相对于传统圆线铜线绕组，扁线铁芯的有效体积下降，轴向可缩短15%,外径可缩短10%,铜用量可下降20%左右，整体重量可下降10%,符合当前电机轻量化和小型化的趋势。扁线电机齿槽转矩对比图0601

9、20180240300360Electricangleteg1.3 主流车企纷纷换装扁线电机，扁线电机渗透率将快速提升2020年新能源汽车销量前15名的车型中，仅有欧拉R1、理想ONE、蔚来ES6等部分车型采用扁线电机，2020年扁线电机的渗透率不到10%,叠加新能源汽车渗透率5.4%,扁线的综合渗透率不到l%o2021年来扁线电机渗透率快速提升。2021来特斯拉、广汽换装扁线电机，比亚迪DMI全系采用扁线电机，上汽、长城的新车型也纷纷转为扁线电机，2021年前11月单月销量前40名的车型中,配套扁线绕组的车型达到了16款。我们测算销量前40车型的扁线渗透率达到了31.1%,而由于11月单月销

10、量前40车型在当月乘用车总销量的占比达到了76.6%,预计当前扁线电机渗透率已超过23.9%o（销量靠后的高端车型扁线渗透率更高）也均采用扁线电机，考虑到扁线高功率密度、高能量转换效率、散热性好等优势，预计未来3-5年扁线电机渗透率将快速提升。后续待上市潜在爆款车型ET5、ET7、智己、极氯等1.4 双电机配置提升，2025年全球驱动电机市场有望达到740亿元新能源汽车性能升级在即，双电机布置占比上升。当前中高端车型多配备单电机版本和双电机两个版本，单驱动电机多见于低配版车型，纯电动车将驱动电机前置或后置，混动车型一般将驱动电机前置；双驱动电机一般为高配版车型，纯电动、插混和增程式都涉及，前后

11、各部署一个驱动电机。当前新能源汽车渗透率快速上升，随着电动车在消费端认可度提升，我们认为新能源汽车在性能方面的升级趋势将带动对四驱双电机、甚至三电机版本的车型需求，双电机车型的市场占比或将进一步上升。新能源汽车市场爆发,驱动电机装机量快速增长。得益于国内新能源汽车市场的爆发，近几年国内新能源驱动电机装机量实现了快速增长，2021年国内新能源汽车销量超330万辆，假设双电机车型渗透率达12%,预计2021年国内驱动电机装机量将达到约370万台，同比增速超150%。较好的新能源汽车增长环境下，预计2025年全球新能源驱动电机市场规模将达到740亿元。在双积分、碳排放、车型进步等多因素推动下，新能源

12、汽车中长期销量高速增长确定性更强；长期来看,更长续航将成新能源汽车主流趋势。预计2022年全球925万辆，中国530万辆销量；2025年全球超2200万辆，中国超945万辆；2030年电动车年度销量渗透率接近45%。在中长期过程中，电动车对燃油车替代形成双向反馈，电动车正向反馈，配套更加成熟，使用体验持续提升；燃油车负面反馈，配套收缩，使用体验持续下降，此背景下，新能源汽车有望加速实现对燃油车的替代。伴随下游需求提升，叠加未来电机性能升级所带来的双电机占比提升，未来新能源驱动电机市场有望迎来黄金增长期。2、扁线电机具备多重壁垒，优势企业有望放大竞争优势2.1扁线电机具备多重壁垒：生产工艺复杂、

13、设备依赖进口、原材料要求高扁线电机生产中最主要的工艺为线圈成型、扭头、焊接等技术。扁铜线电机的绕组根据其扁平线形状可以分为1一pin、Hair-pin.Wave-pin等3种，因为不少整车厂对驱动电机的外形尺寸有严格的要求，而Hairpin电机的端部铜线径向排布更紧密，所以目前超过90%的制造商都选择使用Hairpin电机，即先把绕组做成类似发卡一样的形状，穿进定子槽内，再在另外一端把“发卡”的端部焊接起来。以Hari-pin为代表的扁线电机在生产工艺、设备及原材料方面都具有较高的壁垒。2.1.1 扁线电机研发设计难，生产工艺复杂生产工艺复杂，十几道工序一次成型。扁线电机现多采用第二代轴向绕组

14、技术（如Hair-pin）,制作工艺多且复杂、对绕组成型的精度和应力要求极高，关键工序如hair-pin成型、自动扭头等技术难度较大，十几道工序需一次成型，加大难度；且交流阻抗增大，高转速时转换效率降低。同时，在工艺实操中可能出现“集肤效应”，导致中间面积被浪费，周围电流大，发热明显，效率降低。系列化设计难。设计方案不统一，定子绕组一旦确定很难改变，系列化难度高。不同车企的设计方案不一样，而定子是电机设计的核心，定子尺寸定型后，导线的线型、尺寸任意一点发生改变，都需要定制昂贵的工装模具，兼容性低。专利壁垒多。扁线电机专利目前主要还是在欧美及日本企业里，中国企业掌握专利较少。当前该类电机的生产技

15、术、设备和专利，主要由日本、意大利和德国等发达国家所引领，如日本电装为丰田第四代普锐斯制造的电机，雷米（2015年被博格华纳收购）的HVH250系列电机（高压发卡定子绕组技术）于2007年便应用于通用雪佛兰的VOLT,这2家公司均为所生产的电机申请了专利。从2018年开始，国内的深圳市汇川技术有限公司、松正电动汽车技术股份有限公司等电动汽车零部件供应商也陆续发力，推出了自己的扁铜线电机产品。2.1.2 扁线电机生产设备要求高，主要依赖进扁线电机生产设备要求高，主要依赖进口。扁线电机对产品的一致性要求高，技术难度大，需要投入精度较高的自动化伺服设备，焊接设备、Hair-Pin线形成形设备和工装模具等。扁线电机生产线投资额是圆线的2-5倍，一条进口生产线大约1.2亿人民币，国内价格也在2-5千万