新能源汽車驅(qū)動電機(jī)行業(yè)研究

新能源汽車驅(qū)動電機(jī)行業(yè)研究一、驅(qū)動電機(jī)是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)1.1驅(qū)動電機(jī)是新能源產(chǎn)業(yè)重要環(huán)節(jié)，永磁同步電機(jī)已占主導(dǎo)驅(qū)動電機(jī)是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈重要環(huán)節(jié)。電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行使中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件(電池、電機(jī)、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(biāo)，是電動汽車的重要部件。以主流永磁同步電機(jī)為例，電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子以及機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，關(guān)鍵部件是定子和轉(zhuǎn)子。永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)已成為乘用車領(lǐng)域主流選擇。永磁同步電動機(jī)的永磁是指在制造電機(jī)轉(zhuǎn)子時加入了永磁體，使電機(jī)的性能得到進(jìn)一步的提升，這也是永磁同步電機(jī)與交流異步電機(jī)的最大區(qū)別。所謂同步，就指的是讓電機(jī)中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。而交流異步電動機(jī)中由于轉(zhuǎn)子總是在“追趕”定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，并且為了能夠切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要比定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速慢，這也就形成了異步運行，即異步感應(yīng)電動機(jī)。永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)各有千秋。永磁同步電機(jī)本身具有轉(zhuǎn)矩密度、功率密度、效率較高、調(diào)速性能好等優(yōu)點，再加上自身體積小、重量輕等優(yōu)勢，但它并不是沒有缺點，除了原料帶來的成本問題外，它會有在高溫下磁性衰減的問題，這也是為何中小型純電動車不能進(jìn)行長時間的高速巡航。相對來講，交流異步電機(jī)則具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性較高、擁有較好的高速性能以及加速性能等優(yōu)勢；這也是一些以性能標(biāo)榜的電動跑車以及中大型SUV會偏愛它的問題，如特斯拉

modelS、modelX、蔚來

ES8等都在使用。不過相對來講它的缺點則體現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩密度、功率密度、效率密度偏低，并且還伴隨著體積大、重量沉、發(fā)熱量大的問題。總體來看，可以理解為搭載永磁同步電動機(jī)的電動車?yán)m(xù)航相對更好一些，搭載交流感應(yīng)電動機(jī)的電動車加速性能更好。永磁同步電機(jī)在國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)市場中份額近95%。永磁同步電機(jī)由于我們國家在稀土資源方面的優(yōu)勢，以及永磁同步電機(jī)功率密度大、峰值效率高、尺寸小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)多樣化及應(yīng)用范圍廣等特性，永磁同步電機(jī)在國內(nèi)裝機(jī)量快速提升，2021年前11月國內(nèi)永磁同步電機(jī)裝機(jī)量達(dá)269萬臺，裝機(jī)占比達(dá)到94%，在新能源驅(qū)動電機(jī)市場中占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。1.2扁線繞組電機(jī)優(yōu)勢明顯，技術(shù)提升潛力大我們判斷驅(qū)動電機(jī)的一個技術(shù)發(fā)展趨勢是繞組扁線化（Hair-pin電機(jī)）。電機(jī)的總體目標(biāo)是提升效率和功率密度，減少體積和重量。扁線繞組電機(jī)顯著特點是定子繞組中采用扁銅線，先把繞組做成類似發(fā)卡一樣的形狀，穿進(jìn)定子槽內(nèi)，再在另外一端把發(fā)卡的端部焊接起來。通過應(yīng)用截面積更大的扁銅線，提高電機(jī)槽滿率，具有高功率/轉(zhuǎn)矩密度、高效率、散熱性能更好等優(yōu)點，同時更易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，滿足新能源乘用車市場爆發(fā)后對產(chǎn)品一致性高的要求。但同時扁線電機(jī)大規(guī)模應(yīng)用也需要克服一些缺點，比如良品率低，轉(zhuǎn)速上不去，標(biāo)準(zhǔn)化難以及專利壁壘等。扁線具有較高的槽滿率，高能量轉(zhuǎn)換效率帶來電池成本節(jié)約。電機(jī)的功率與銅含量成正相關(guān)，相同體積下銅線填充量增加20-30%，意味著輸出轉(zhuǎn)換功率有望提升20-30%。扁線電機(jī)具有高槽滿率，其純銅槽滿率達(dá)到70%，而傳統(tǒng)圓線僅40%左右；電機(jī)的能源損耗中65%來自于銅耗，由于扁線電機(jī)需要的銅線比相同功率的圓線電機(jī)更短，繞組電阻降低，銅耗降低，帶來了更高的轉(zhuǎn)換效率。此外，在市區(qū)城市擁堵的工況（低轉(zhuǎn)速高扭矩）中，扁線電機(jī)工作效率要比圓線高出10%。高槽滿率帶來高效率區(qū)域面積，車輛路況試驗WLTP續(xù)航增加，在續(xù)航里程相同的情況下減少蓄電池容量，可有效降低整車成本15%。扁線散熱性好，提升高溫動力性。扁線由于導(dǎo)體接觸緊密，槽里空隙降低，熱量傳導(dǎo)和散熱系數(shù)提高，高槽滿率下繞組間的導(dǎo)熱能力是低槽滿率的1.5倍；交流電阻下降在中低速發(fā)熱降低，相對圓線定子溫升降低18%，降低齒槽內(nèi)熱阻，熱傳導(dǎo)更好；并且槽滿率高，具有更強(qiáng)功率扭矩能力，改善定子槽內(nèi)散熱，降低齒槽內(nèi)熱阻，溫升可降低約8~12%，在更低的溫升條件下，整車可以實現(xiàn)更好的加速性能。扁線電機(jī)功率密度更高，整車動力更強(qiáng)勁。扁線電機(jī)槽滿率高，轉(zhuǎn)矩密度提高，有效體積縮小，轉(zhuǎn)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電機(jī)使功率密度提高20%），電機(jī)扭矩輸出能力加強(qiáng)，進(jìn)一步提升功率密度和整車動力性能。圓線電機(jī)功率密度約3.5kw/kg的水平，已無法滿足“十三五”規(guī)劃中功率密度應(yīng)滿足4.0kw/kg的要求，而當(dāng)前領(lǐng)先企業(yè)的扁線電機(jī)的功率密度約5kw/kg，因此扁線電機(jī)是未來發(fā)展的必然趨勢。此外，扁線電機(jī)利用其較大的端部導(dǎo)體間隙優(yōu)勢，冷卻油可以直接滲透入繞組端部，吸收每一個導(dǎo)體的熱量，將電機(jī)繞組溫度降低68%以上，大大提升了電機(jī)的功率密度和轉(zhuǎn)矩密度水平。扁線電機(jī)電磁噪音低，整車更安靜。扁線電機(jī)導(dǎo)線應(yīng)力和繞組剛性較大，電樞具備更好的剛度，彈性模量提高，物體模態(tài)發(fā)生變化，更有利于阻抗共振的發(fā)生，對電樞噪音具有抑制作用。此外，齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)的一個固有問題，雖然它不會使電動機(jī)平均有效轉(zhuǎn)矩增加或減少，但它會引起速度波動、電機(jī)振動和噪聲（NVH）。扁線繞組通過鐵芯端部插線，不需要從槽口嵌線，電磁設(shè)計上相對而言較小的槽口尺寸，電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩可降低19%，NVH可下降12%，進(jìn)一步抑制了電磁噪音。扁線小體積帶來高集成效率，契合多合一電驅(qū)發(fā)展趨勢。扁線槽滿率高，繞線方法更先進(jìn)，更易裁剪，繞組端部高度可降低15%上下，更易壓縮，相同功率下電機(jī)的體積更小；相對于傳統(tǒng)圓線銅線繞組，扁線鐵芯的有效體積下降，軸向可縮短15%，外徑可縮短10%，銅用量可下降20%左右，整體重量可下降10%，符合當(dāng)前電機(jī)輕量化和小型化的趨勢。1.3主流車企紛紛換裝扁線電機(jī)，扁線電機(jī)滲透率將快速提升2020年新能源汽車銷量前15名的車型中，僅有歐拉R1、理想ONE、蔚來

ES6等部分車型采用扁線電機(jī)，2020年扁線電機(jī)的滲透率不到10%，疊加新能源汽車滲透率5.4%，扁線的綜合滲透率不到1%。2021年來扁線電機(jī)滲透率快速提升。2021來特斯拉、廣汽換裝扁線電機(jī)，比亞迪

DMI全系采用扁線電機(jī)，上汽、長城的新車型也紛紛轉(zhuǎn)為扁線電機(jī)，2021年前11月單月銷量前40名的車型中，配套扁線繞組的車型達(dá)到了16款。我們測算銷量前40車型的扁線滲透率達(dá)到了31.1%，而由于11月單月銷量前40車型在當(dāng)月乘用車總銷量的占比達(dá)到了76.6%，預(yù)計當(dāng)前扁線電機(jī)滲透率已超過23.9%。(銷量靠后的高端車型扁線滲透率更高)后續(xù)待上市潛在爆款車型ET5、ET7、智己、極氪等也均采用扁線電機(jī)，考慮到扁線高功率密度、高能量轉(zhuǎn)換效率、散熱性好等優(yōu)勢，預(yù)計未來3-5年扁線電機(jī)滲透率將快速提升。1.4雙電機(jī)配置提升，2025年全球驅(qū)動電機(jī)市場有望達(dá)到740億元新能源汽車性能升級在即，雙電機(jī)布置占比上升。當(dāng)前中高端車型多配備單電機(jī)版本和雙電機(jī)兩個版本，單驅(qū)動電機(jī)多見于低配版車型，純電動車將驅(qū)動電機(jī)前置或后置，混動車型一般將驅(qū)動電機(jī)前置；雙驅(qū)動電機(jī)一般為高配版車型，純電動、插混和增程式都涉及，前后各部署一個驅(qū)動電機(jī)。當(dāng)前新能源汽車滲透率快速上升，隨著電動車在消費端認(rèn)可度提升，我們認(rèn)為新能源汽車在性能方面的升級趨勢將帶動對四驅(qū)雙電機(jī)、甚至三電機(jī)版本的車型需