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电动车驱动电机行业研究报告:扁线电机产业链有望迎来拐点

报告研究所 | 分享最深度的行业研究报告 2022/01/17 13:07
行业研究 中航证券 2021 券商

 

 

(报告出品方/作者:中航证券,邹润芳)

1.扁线化趋势已成,行业需求爆发在即

1.1 驱动电机是新能源车的核心组成部分

电机是各种机械的动力源,根据用途可分为驱动电机和控制电机。电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置,主要作用是 产生驱动转矩,作为用电器或各种机械的动力源,按照用途可以分为驱动电机和控制电机,其中驱动电机直接将电能转化为机械能,主要用于电 动工具、家电、其他通用小型机械设备等;控制电机主要用于转速、位置的精确控制,可分为步进电机和伺服电机。

驱动电机是新能源车的核心组成部分,直接影响汽车的主要性能。驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一,替代传统汽车的发动机和发电机 作为电动汽车的主要执行机构,其特性决定了爬坡能力、加速能力以及最高车速等汽车行驶的主要性能指标,直接影响车辆动力性、经济性和舒 适性。

1.2 新能源汽车驱动电机发展趋势:

行业快速扩容,双电机车型占比有望提升

新能源车销量、渗透率持续提升,驱动电机行业高速增长。随着新能源车技术的不断更新发展及国家政策的大力支持,新能源车销量及渗透率不 断提升,2016-2020年我国新能源车销量CAGR达27.5%,带动新能源车驱动电机行业快速扩容,2021H1我国新能源车驱动电机装机量达115.4 万台,已接近去年全年装机量146.3万台。

双电机车型占比提升将带来更大装机量。B级和C级以上电动车的驱动功率一般在180kw以上,需要配置两台及以上电机,近年来伴随“双电机” 电动车的占比提升,单车电机搭载量从2018年的1.05提升至2020年的1.07,我们认为,随着双积分政策推行、消费升级及双电机优势显现,电 机装机量将进一步增长。

高功率、小型化,油冷、扁线成为发展方向

高功率密度、小型化是新能源车电机的重要发展方向,可以减少新能源车电量损耗进而提升续航里程。高功率密度:功率密度为单位体积电机的输出功率,与转矩和转速成正比,电机高功率密度的实现方式包括:1)高速化:相对于外永磁转子电 机,内转子永磁电机具有转子半径小及可靠性强的优点,成为高速电机的首选。在高速化的过程中,电机散热能力要求提升,冷却方式倾向于采 用油冷;2)高转矩密度:有提高磁阻转矩比例、谐波注入、提高单位体积内的磁场能量(扁线电机)等方式。小型化:主要考虑相同功率下电机的体积更小及缩小对电机做工没有贡献的线圈体积,可以通过增加线圈的槽满率和缩短线圈末端两种方式实现, 具体应用中,扁线的槽满率高、更易压缩,是实现电机小型化的最佳途径。(报告来源:报告研究所)

1.3 扁线电机大规模产业化基础进一步完善

扁线电机技术持续改进

技术改进:方正电机、华域电动等电机生产企业增加扁线绕组层数以降低集肤效应。集肤效应是指当导体中有交流电或者交变电磁场时,导体内 部的电流分布不均匀,电流集中在导体的“皮肤”部分,从而导致导体通过电流的有效部分减少,导体的等效电阻增加、损耗功率增加的现象。

研究表明,增加每槽导体数可以有效降低涡流损耗、改善电阻随转速增加的趋势,从而提升扁线电机的效率。以同一款上汽新能源ER6车型为例, 对比4层扁线绕组电机,8层扁线绕组:1)电机效率≥90%的区间从83%提升至88%;2)NEDC工况的平均电耗从13.8kwh/百公里下降至 12.2kwh/百公里,下降幅度超过11.5%,显著提升续航里程。

扁线电机设备国产化降低投资成本

设备国产化:扁线电机制造工艺复杂、设备要求高,国产替代、降本增效需求迫切。扁线电机现多采用第二代轴向绕组技术(包括Hair-pin和Ipin),制作工艺多且复杂、对绕组成型的精度和应力要求极高,此外,因采用轴向嵌装的方式使得端部需要进行扭弯、焊接、绝缘等工艺过程处 理,而这依赖于高端自动化设备。扁线电机制造设备国产化持续深入,降低成本推进行业进一步向大规模量产发展。

上游原材料量产能力增强

扁线制造加工难度大,国产扁线制造商量产能力增强。漆包扁线应能满足电机对绝缘等级、耐久老化、耐油以及机械加工性能的需求,此外,相 比圆线需要进行端部折弯处理,R角应力集中漆膜易破裂,整体制造加工难度较高。

以精达股份为例,2015年开启新能源车用精密扁线项目并获得日系汽车用精密扁线的订单,2017年实现批量供货,打破了外资垄断;此后持续 投入研发,通过自主开发扁线拉丝模具、漆包模具、焊接工艺、在线测试等技术等满足了扁线绝缘层薄、绝缘强度高、柔韧性好、表面光洁、高 强度漆膜附着力、杜绝R角加工时漆膜破裂等特性,于2020年通过德系、美系及国内新能源汽车头部企业的认证工作。 (报告来源: 报告研究所

1.4 扁线电机行业需求迎来爆发

预计2025年渗透率超过90%

预计2025年扁线电机渗透率超过90%。国内主流新能源车品牌正加速推进扁线电机,2017年上汽在国内首先使用扁线电机,2021年特斯拉 Model 3/Y、比亚迪DM-i、比亚迪秦PLUS EV等车型纷纷搭载扁线电机,有望引领行业装配扁线电机的潮流。2021年1-10月前15名新能源车型中有5款搭载扁线电机,渗透率达27.08%,而2020年扁线电机在前15名新能源车中渗透率仅为17.59%,我们 认为随着中游制造商扩产加快、各主流车企切换扁线电机意向明确,扁线电机渗透率有望加速提升,预计2025年渗透率超过90%。

预计2025年新能源车扁线电机全球市场空间约708亿元

预计2025年全球新能源车扁线电机市场空间约708亿元,国内市场空间约342亿元。我们做出如下核心假设:

1)假设全球新能源车销量及渗透率稳步提升,2025年中国、欧洲、美国的新能源车渗透率分别为33%、38%、20%;2)假设随着电机轻量化、高功率密度的发展趋势,2025年我国及全球扁线电机渗透率提升至90%;3)据我们测算,2020年我国每台新能源车装载1.07个电机,假设随着消费升级及双电机车型占比提升,这一数值每年增加0.005;4)假设伴随新能源车驱动电机集成化的发展趋势,扁线单车用量每年增加0.5kg。根据以上假设,我们预计2025年全球、中国的扁线电机需求量分别为2024万个、978万个,对应市场空间为708亿元、342亿元;2025年全球、 中国的扁线需求量分别为21.25万吨、10.26万吨,对应市场空间为134亿元、65亿元。

2. 产业链迎来拐点,上游、中游有望充分受益

2.1 中国新能源汽车扁线电机产业链情况

上游:包括原材料和零部件两部分,核心的原材料包括(钕铁硼)永磁材料和电工钢(硅钢),核心零部件包括扁线、轴承及轴承盖;中游:扁线电机的生产厂商,主要分为整车企业和第三方电机企业两大类;下游:主要包括传统车企和造车新势力两类。 (报告来源: 报告研究所

2.2 永磁同步电机的核心材料——钕铁硼材料

钕铁硼材料是当今综合性能最优异的永磁材料。钕铁硼具有极高的磁能积和矫顽力、能量密度较高,使仪表仪器、电声电机、磁选磁化等设备的 小型化、轻量化、轻薄化成为可能,因而在工业和电子领域得到广泛应用。钕铁硼可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼三类,其中烧结 钕铁硼多被用于永磁同步电机。

中国是钕铁硼产能大国,但高端钕铁硼材料供给不足。据中国稀土行业协会数据,2020年中国烧结钕铁硼毛坯产量约17.9万吨,同比增长5%, 但中国高性能钕铁硼材料供给不足。根据中国汽车工业协会统计数据,新能源汽车单车平均钕铁硼用量约3.5kg,2020年全国新能源车产量为 129万辆,对应高性能钕铁硼需求为0.45万吨。

钕铁硼材料下游应用广泛。钕铁硼包括多个牌号等级,每个材料等级对应着各个应用领域,主要包括N系列(MRI、音响)、M系列(消费电 子)、H系列(线性电机、微型电机、传感器)、SH系列(风力发电机、工业电机)等系列。其中EH系列和TH系列主要应用于新能源汽车电机。

2.2.1 扁线

扁线化带来增量需求,行业壁垒相对较高

电磁线行业格局分散,2020年CR6仅为25.8%。我国是全球电磁线第一大生产国和出口基地,据中国电气工业协会数据,2020年我国电磁线需 求量达180万吨。从竞争格局来看,行业内生产厂家超过千家,2020年CR6仅为25.8%,长尾效应显著。

扁线制造难度高,预计放量后市场向头部集中。电磁线按照导体形状可划分为圆线、扁线、异形线,其中扁线的生产制造工艺较为复杂,国内仅 有精达股份、长城科技、金杯电工、冠城大通等少数企业可以量产,2021年上半年扁线产量分别约为2045吨、1300吨、800吨、1852吨,短期 内仍处于供不应求状态。我们认为,随着新能源车扁线电机加速渗透,电磁线竞争格局有望向头部量产企业集中。

预计2025年全球扁线需求量约21.25万吨,对应市场空间约133.9亿元。根据前文测算,2025年全球、国内新能源车扁线电机需求量分别为 2024万台、978万台,假设伴随电机集成化的发展趋势,单机用扁线量逐渐从目前的8.5kg提升至2025年的10.5kg,在扁线单吨价格保持在 63000元不变的情景下,我们测算2025年全球新能源车扁线需求量约21.25万吨,对应市场空间约133.9亿元,2020-2025年CAGR达125%;2025年国内新能源车扁线需求量约10.26万吨,对应市场空间约64.67亿元, 2020-2025年CAGR达131% 。

2.2.2 设备:克来机电、豪森股份等具备装备制造能力

扁线电机制造工艺复杂,国内克来机电、豪森股份、巨一科技等具备装备制造能力。新能源车驱动电机智能生产线是将定子、转子、减速箱、电 机控制器等100-400种零件按驱动电机产品工艺流程顺序完成装配制造的作业流水线,通常由总装线、测试线、定子分装线、转子分装线、电机 控制分装线、减速箱分装线组成。 (报告来源: 报告研究所

扁线电机制造过程中的关键工艺PIN线成型、自动扭头、涂敷等工艺技术难度较大,对设备的自动化程度要求较高,国内仅有克来机电、豪森股 份、巨一科技等少数设备商具备扁线电机装备制造能力,其中克来机电配套联合电子等、豪森股份配套上海龙芯等。

2.2.3 电机:车企自产和第三方电机制造商并存

国内电机市场的参与者分为整车厂和第三方供应商两大类。国内具备电驱动系统整体集成设计能力的整车厂包括比亚迪、特斯拉、北汽新能源和 宇通客车等传统整车企业。其中:第三方外供企业可分为国际先进制造商、传统电机生产企业和专业新能源汽车电机企业。

国际先进制造商:海外汽车零部件企业以合资方式进入国内市场,主要公司包括日本电装、博格华纳、博世、采埃孚等;

专业新能源汽车电机企业:顺应新能源车发展而成立的专注于新能源车电驱动系统的企业,主要代表公司包括深圳大地和、精进电动等;

传统电机生产企业:从传统电机转型新能源车电机制造的企业,主要包括大洋电机、方正电机、卧龙电驱、蓝海化腾等。

2021H1,TOP10企业合计市占率为74.4%,其中6家为第三方供应商,装机量占前十企业的45.97%;4家整车厂装机量占前十企业的54.03%。

规模效应、集成化、电动化有望推动第三方供应商与车企长期共存

第三方供应商与整车企业有望长期共存,集成化、扁线化或将强化第 三方供应商竞争力。2020年电机行业TOP10企业中整车企业包括比 亚迪、特斯拉、蔚然动力、大众变速器4家,其中比亚迪和特斯拉龙 头优势显著,合计市占率达23.8%,行业整体第三方供应商与车企的 市占率较为接近,展望未来,我们认为第三方电机将与整车企业长期 共存:

1)电机外供能够有效分摊成本:汽车零部件行业属于资本密集、技 术密集型行业,前期的高技术、高资本投入需要经过产品量产才能得 到合理分摊。2)集成化、扁线化趋势给第三方供应商带来更多机会:集成化为电 驱动总成发展的关键趋势之一,整车厂基于供应链安全、议价能力的 考虑更倾向于掌握电驱总成核心技术,对于电机及相关零部件可以选 择外包,第三方供应商有望获得更多市场份额。此外,扁线电机技术 难度、资金投入更大,车企出于成本及效率考虑更有可能外购电机, 第三方电机有望以Tier-2的身份提升市占率,如2020年方正电机切入 蔚然动力扁线电机供应链。

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(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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