扁线电机行业分析报告.docx

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扁线电机行业分析报告

扁线电机行业分析报告

行业深度研究报告

2017年10月

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。

图1：

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

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。

具体如下：

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体系基础上，我国政府审时度势，适时推出了几项重大政策，力图在产业发展由政策主导型向市场主导型转变的关键时期，实现稳中求进、立体管控，全面达成《中国制造2025》、《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》中的战略目标。

图14：

政府成体系优惠政策促进新能源车产业发展

图15：

国内新能源汽车过去5年销量高速增长

图16：

国内新能源汽车2017-2020年将稳定增长

图17：

2017年单月销量

图18：

2017年8批目录每批间隔时间平均30天

图19：

2017年9月主要乘用车企业产量

图20：

2017年9月主要专用车企业产量

图21：

2017年9月主要客车企业产量

骗补调查结果落地，行业进入健康发展轨道。

在国家大力推动行业发展之际，部分车企恶意骗补给行业带来恶劣影响。

2016年1月四部委发布通知开始骗补调查；2016年9月，骗补调查结果落地；2017年2月3日，工信部官网公布了对7家车企的行政处罚决定书。

因此行业拥有了更加健康的发展环境。

补贴退坡，技术标准更加严格。

2016年12月，四部委联合发布《关于调整新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，从2017年1月1日开始执行，补贴的技术标准更加具体，要求更加严格。

其中客车补贴退坡幅度达到