扁线电机行业分析报告Word文档格式.docx

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扁线电机行业分析报告Word文档格式.docx

圆线和扁线绕组截面对比.................................................................................................................................................................5图6:

发卡式扁线电机的制备工艺比较繁琐............................................................................................................................................6图7:

2017年1-6月插混普锐斯全球销量第一.......................................................................................................................................7图8:

上半年销量第一名普锐斯4(扁线电机).....................................................................................................................................7图9:

丰田普锐斯4代扁线电机及定子....................................................................................................................................................8图10:

雪佛兰volt2代扁线电机及定子...................................................................................................................................................8图11:

扁线驱动电机供应商.......................................................................................................................................................................8图12:

单个发卡线圈..................................................................................................................................................................................9图13:

多个发卡线圈..................................................................................................................................................................................9图14:

政府成体系优惠政策促进新能源车产业发展............................................................................................................................10图15:

国内新能源汽车过去5年销量高速增长....................................................................................................................................11图16:

国内新能源汽车2017-2020年将稳定增长...............................................................................................................................11图17:

2017年单月销量...........................................................................................................................................................................11图18:

2017年8批目录每批间隔时间平均30天................................................................................................................................11图19:

2017年9月主要乘用车企业产量..............................................................................................................................................11图20:

2017年9月主要专用车企业产量..............................................................................................................................................11图21:

2017年9月主要客车企业产量..................................................................................................................................................12图22:

双积分政策示意图........................................................................................................................................................................13

1.认知扁线电机

1.1扁线电机的定义

电驱动系统作为新能源汽车的核心零部件之一,对新能源汽车的性能有着重要影响,对于新能源汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性、可靠性、耐久性有着重要意义。

而提高电驱动的技术水平和质量,需要从驱动能力、驱动效率、控制精度、系统稳定、电磁性能、工作寿命等关键技术入手。

此外,从产业化的需求来讲,低成本、小型化、智能化是核心中的核心。

电动汽车电驱动系统主要由四大部分组成:

驱动电机、变速器、功率变换器和控制器。

驱动电机是电气驱动系统的核心,其性能和效率直接影响电动汽车的性能。

驱动电机和变速器的尺寸、重量也会影响到汽车的整体效率。

功率变换器和控制器则对电动汽车的安全可靠运行有很大关系。

二级市场对传统的新能源驱动电机的认知已经非常清楚,比如电机的构成包括定子、转子、端盖、轴承、接线盒、接线端子等,而扁线电机市场之前了解的非常少,公开资料查到的信息也非常有限。

经过对产业的长期跟踪,和多位产业专家的研讨,我们发现新能源扁线电机的趋势已经非常确定,反而市场对此认知极其有限,在此,我们期望通过本篇行业深度报告为大家做一次比较详细的描述。

首先是扁线电机的定义,特指的是定子绕组所用的导线形态发生变化,从多根细的圆线转变成几根粗的矩形导线,俗称扁线。

电驱动系统示意图

图2:

定子示意图图3:

转子示意图

图4:

电机组成

电机

定子组件

端盖辅助标准件转子组件

定子铁心绕组绝缘材料引出线

转轴轴承转子铁心

1.2扁线电机的优缺点

经过和产业专家的交流,和对公开资料的整理,我们总结出扁线电机优缺点都很多,优点简单说即体积小、材料省、效率高、导热强、温升低、噪音小。

具体如下:

优势1:

相同功率,体积更小,用材更少,成本更低,或者相同体积,槽满率提升,功率密度提升。

圆线变成扁线,从理论上来说,在空间不变的前提下,填充的铜可以增加20-30%。

这意味着,在整个电机的空间不变的情况下,可以增加20-30%左右的铜,从某种程度上等同于增加20-30%的功率。

反过来,在功率相同的情况下,可以减小电机外径和体积,进而减少电机其他材料的用量。

比如,有人做过研究,发现永磁电机损耗由绕组铜耗、铁耗、风磨杂散、磁钢涡流损耗组成,其中绕组铜耗占比50%以上,铜耗大小又和绕组电阻成正比P=I^2*R(或者Q=I^2*R*t,其中P代表导线发热功率,I代表电流,R代表绕组电阻,t为通电时间),减小绕组电阻能直接降低铜耗、提升电机效率和功率密度。

根据导线电阻R=ρ*l/S(ρ为绕组电阻率,l为长度,S为横截面积)可以看出,电阻率、长度一定的情况下,

只能提升绕组横截面积来降低电阻,即想办法提升槽满率。

优势2:

温度性能更好。

内部空隙变少,扁线与扁线之间的接触面积大,散热和热传导更好;

绕组和铁心槽之间接触更好,热传导更好;

而电机对散热和温度是非常敏感的,散热性变好,性能会提升。

有人通过温度场仿真,得出相同设计的扁铜线电机绕组温升比圆铜线电机低10%。

除了散热性能变好,包括与温度相关的其他一些性能都能得到改善。

优势3:

电磁噪音更低。

使电枢具备更好的刚度,对电枢噪音具有抑制作用;

可以取相对较小的槽口尺寸,有效降低齿槽力矩,进一步降低电机电磁噪音。

优势4:

端部短,节省铜材,提升效率。

如果是圆线电机,将一捆细圆线直接填到槽里,槽中的线对电机做功是有贡献的,而在槽外的线即端部,对电机的出力是没有贡献的,但它又是必不可少。

如果没有这段线,它是不可能把槽与槽之间的线连在一起。

传统的圆线电机,由于工艺问题,它的端部一般留得比较长,否则很容易在工艺过程中损伤铜线。

对扁线电机来说,因为线都是硬线,可以在加工的时候把端部做得小一点,节省铜材,还可以提高效率等。

图5:

圆线和扁线绕组截面对比

和圆线电机相比,扁线电机也有它的缺点,简单的概括为设计难、工艺难、设备难、

扁线难、有损耗。

缺点1:

集肤效应导致损耗增加。

圆线电机可以用细线,线比较多,而扁线比较粗,会产生一种集肤效应,该效应会使扁线电机的损耗有所增加,但影响有限。

具体的影响表现为频率越高,扁铜线绕组的交流铜耗会越高。

同时该效应还和电磁设计有关,比如槽内磁密幅值、槽口高度等,也和扁铜线的尺寸有关。

缺点2:

铜线要求高。

粗的铜材料具有一定的弹性,弯折后会有一定程度的反弹,这个需要设计师提前设计好,这非常考验设计师水平。

正式因为弯折和反弹等因素,绝缘层容易损坏而产生缺口。

于是对铜线的质量提出了更高的要求。

并且扁线中的发卡电机对铜线的要求更高,传统扁铜线电机在绕组成型后可以进行包裹绝缘处理,但是发卡电机不行。

据报道,日立金属专门为普锐斯电机专门开发了铜线。

缺点3:

设备要求高。

扁线由于工序复杂、精度要求高,通过人工制造基本不可能实现大规模量产,必须依赖专业的高端设备,这是大规模普及的前提,也是制约其国产化的一个重要原因。

从厂家看,目前国内暂时还没有合格的设备供应商。

国外有日本、意大利、德国的供应商,价格高昂是一方面因素,同时像日本产线也很难引入到国内。

缺点4:

系列化设计难,对设计师要求高。

扁线电机最主要的缺点是很难做到非常密的系列化设计,即柔性不够,所以非常考验电机设计师的功力。

从设计电机的角度来说,一般会设计及一套方案,扩展出一系列的不同设计。

如果只需要100KW电机,但在设计时,需要设计80-120KW这个区间内一系列的电机,一是为了满足潜在的需求,二是为了拉开与其他企业在设计上的差异。

对于圆线电机,铁芯和槽数想同,只是长度和线圈的匝数不同,可以比较容易设计出一个系列。

但是扁线电机很难达到这个效果。

因为扁线电机的匝数都比较少,减少一根或两根线会对整个电机的性能带来较大的影响。

所以,扁线做系列化设计是比较困难,但是,并不是无法实现,这对设计师又是重大考验。

对以上提到的缺点,换个角度去看,我们认为原材料、工艺、设备上的难点,正是扁线电机的壁垒所在。

而且原材料和工艺已经有海外企业能解决,说明可行性没有问题,核心问题在国内电机企业或整车企业怎样在国产方向上实现突破。

图6:

发卡式扁线电机的制备工艺比较繁琐

1.3为什么扁线一定是驱动电机的必然趋势

“扁线”技术是必然选择?

其中一个关键原因,是政策规定驱动电机的功率密度必须实现大幅提升。

从政策上看,“十三五规划”提出新能源汽车驱动电机的峰值功率密度要达到4kw/kg,而且是产品级,从整个行业看,国内目前产品级在3.2-3.3kW/kg,所以还有30%的提升空间。

经过对企业的调研以及和专家的沟通,一致认为要实现功率密度的提升,必须采用“扁线电机”技术,即产业界已经就“扁线电机”趋势形成共识,根本原因还是在于扁线技术潜力巨大。

所以扁线已经是一个绕不开的技术路线,确定性极强。

那既然是必然选择,为什么新能源车驱动电机上还没有大范围推广?

这就需要回到新能源扁线驱动电机的发展历程。

首先,需要说明的是国外知名车企已经在驱动电机上使用扁线。

图7:

2017年1-6月插混普锐斯全球销量第一图8:

上半年销量第一名普锐斯4(扁线电机)

2007年,雪佛兰VOLT采用的技术是Hair-Pin(发卡式扁线电机),供应商雷米(2015

年已被零部件巨头博格华纳收购)。

2013年,尼桑在电动车上采用过扁线电机,供应商HITACHI。

2015年,丰田发行第四代普锐斯采用的是的扁线电机,供应商Denso(日本电装)。

以上是扁线电机在海外车型应用的不完全统计。

从全球最新销量看,2017年上半年,

普锐斯插混销售表现不俗,接近2.69万量,全球第一。

国内应用非常小量,暂时只

有华域电动有一定出货量。

而从扁线驱动电机产线供应商看,目前全球能做出优质产线的企业集中在日本、意大利、德国三个发达国家,供应商数量非常有限。

国内目前暂时没有实力与国外相匹敌的产线供应商。

图9:

丰田普锐斯4代扁线电机及定子图10:

雪佛兰volt2代扁线电机及定子

图11:

扁线驱动电机供应商

现在全球的整车厂、电机厂都在进行新能源扁线驱动电机的研究。

但是目前,在扁线电机的设计及制造,国内有实质性动作的寥寥无几,相对领先是华域电动,有一定的产能但是产能暂时不大。

同时国内方正电机正在加速布局,9月定增预案已经提出要做年产20万台的高功率密度驱动电机,即公告里提出的扁线驱动电机。

图12:

单个发卡线圈图13:

多个发卡线圈

国内除了华域已经在做,方正明确要做外,为什么现阶段国内没有其他企业明确跟进投产呢?

经过和专家的交流,我们发现扁线还没大规模产业化的根本在“风险”,主要来自以下方面:

第一,工艺变化大,缺少成功经验。

圆线,相对来说比较成熟,有传统工业电机的经验可以借用。

扁线,它的整个工艺和圆线有比较大的不同。

比如说,圆线一般是先绕好线,然后把线装到槽里,而扁线一般需要先把线做成一定的形状,然后把线插到铁芯里,然后还要经过扭头、焊接、绝缘处理等。

这些工艺和以前的工艺有很大的不同。

第二,专利限制。

圆线电机是一种很古老的产品,几十年以来基本做法没变。

而扁线相对来说是比较新的产品,从有这个构想到目前为止也才十几年的时间。

国际车企和电机企业走得比较靠前,他们有一些专利对我们构成了限制。

第三,设备限制。

做圆线电机,可以买到很多进口设备,但是国产设备价钱也很便宜,而且性能也不差。

但是,做扁线电机,国内的设备供应商并不成熟,而进口产线的价格贵,同时进口设备在供应的反应速度上相对较慢。

比如,订一套国内的电机产线半年或是八个月就能到货。

订一条进口的产线谈判可能需要半年,到货还要一年。

我们判断,在趋势确定的情况下,谁优先开发并量产扁线驱动电机,谁就能提前锁定整车客户,享受到扁线市场爆发的红利,并借此优化自身开发实力、实现规模化低成本量产。

2.扁线驱动电机行业空间大小

国内新能源汽车行业高速成长。

从2011年到2016年,中国新能源汽车销量从0.8万辆激增至50.7万辆,复合增长率达到129.3%,2016年销量同比增长53.1%。

2017年上半年新能源汽车销量19.5万辆,同比增长14.4%。

《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出到2020年,实现纯电动汽车和插电式混合动力汽车年生产能力达

200万辆、累计产销量超过500万辆的目标,新能源车行业将持续稳定较快增速。

自2009年以来,我国共计出台新能源汽车产业国家政策60余项,已逐步形成了较为完善的政策体系,从宏观统筹、推广应用、行业管理、财税优惠、技术创新、基础设施等方面全面推动了我国新能源汽车产业快速发展,并初步实现了引领全球的龙头作用。

自2016年底起,在初步形成完善的政策

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