行业报告：机械设备2021年12月17日中航证券研究所发布证券研究报告请务必阅读正文后的免责条款部分行业评级：增持驱动电机行业深度报告：电动化扁线化持续渗透，扁线电机产业链有望迎来拐点分析师：邹润芳证券执业证书号：S0640521040001研究助理：朱祖跃证券执业证书号：S0640121070054研究助理：孙玉浩证券执业证书号：S0640120030010研究助理：唐保威证券执业证书号：S0640121040023 ◼扁线化趋势已成，行业需求爆发在即。驱动电机是新能源车的核心组成部分，受益于电动化率和双电机车型占比提升，驱动电机快速扩容，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。从技术路径来看，电机高功率密度和小型化的发展趋势使得扁线电机和油冷电机成为必然趋势；油冷电机冷却效率高、绝缘性能好；相对于圆线电机，扁线电机的槽满率提升20%-30%，具有高效率、高功率密度、散热性能好、噪音低、更轻便等优点。国内扁线电机最早于2017年装配上汽新能源车，随着技术与制造工艺难题被逐步攻关、相关产业发展成熟，2021年比亚迪、特斯拉等主流车企纷纷换装扁线电机，目前新能源车扁线电机渗透率已超过20%，相比2020年末提升约10个百分点。◼产业链迎来拐点，上游、中游有望充分受益。据我们测算，2025年全球扁线电机市场空间为708亿元，2020-2025年CAGR约113%，相关产业链有望充分受益。1)上游：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134亿元，目前国内仅精达股份等少数几家公司具备量产能力，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，率先量产的企业有望充分受益；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。2)中游：汽车零部件属于资本密集型行业，电机外供能够有效分摊成本，此外集成化、扁线化趋势给第三方供应商带来更多机会，第三方供应商有望和车企长期共存。扁线电机设备、原材料投资成本高，规模效应显著，这将加速行业洗牌过程，率先投入研发、生产布局的企业将获得更多份额，行业集中度有望加速提升。◼相关标的：精达股份、长城科技、豪森股份、方正电机。◼风险提示：新能源车渗透不及预期、扁线电机渗透不及预期、原材料价格波动、产品和技术迭代升级不及预期。投资观点 目录1.扁线化趋势已成，行业需求爆发在即2.产业链迎来拐点，上游、中游有望充分受益3.产业链相关标的 资料来源：中航证券研究所整理1.1 驱动电机是新能源车的核心组成部分4◼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。电机驱动电机控制电机同步电机无刷电机异步电机有刷电机步进电机伺服电机图表1：电机按照用途分为驱动电机和控制电机图表2：电机、电池、电控是新能源车的三大核心组成部分 资料来源：精进电动招股书，GGII，中航证券研究所整理1.1 永磁同步电机是我国最主要的新能源车驱动电机5◼新能源车驱动电机包括直流电机、交流异步电机、永磁同步电机、开关磁阻电机，其中永磁同步电机在我国应用最为广泛。交流异步电机受功率密度较低、调速性能较差等因素限制，主要用于对空间和速度性能要求较低的物流车和商用车；永磁同步电机在制造转子时加入永磁体，具有功率密度高、力能指标好、高效节能、结构简单、可靠性高等优势，是我国新能源车最主要的电机类型，主要应用车企包括北汽新能源、比亚迪、小鹏汽车等；开关磁阻电机结构简单、调速范围宽、系统可靠性高，但控制系统复杂、噪声大，目前在我国新能源车市场中还未得到广泛应用。◼在新能源车领域，2019年永磁同步电机装机量占比超97%。2019年，我国新能源汽车电机装机车辆中，永磁同步电机装机量为120.98万台，占比达到97.51%，主要应用在乘用车领域，交流异步电机和其他类型电机装机量不足3%。图表3：电机按照用途分为驱动电机和控制电机图表4：2019年新能源车永磁同步电机装机量占比超过97%项目直流电机交流异步电机永磁同步电机开关磁阻电机功率密度低中高较高峰值效率（%）85-8990-9595-97通常小于90负荷效率（%）80-8790-9285-8778-86转速范围（r/min）4000-800012000-200004000-16000可大于15000可靠性一般好好好结构坚固性差好一般优秀外形尺寸大中小小电机重量重中轻轻电机成本中较低较高较低控制性能好好最好好0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2016201720182019我国新能源车永磁同步电机占比 ◼永磁同步电机主要由定子、转子和端盖等部件构成，定子包括定子铁芯和定子铜线绕组，转子的核心是永磁磁芯。◼定子：定子由定子铁芯及缠绕在铁芯上的铜导线构成，其中铜导线及其缠绕方式对于电机的能量传输效率有重要影响，根据导线形状可分为圆柱导线和扁线导线。◼转子：永磁同步电机的转子为永磁磁芯，由永磁材料制作而成，主要包括金属永磁、铁氧体永磁和稀土永磁（钕铁硼）。◼成本构成：永磁同步电机的成本主要来源于永磁材料、硅钢片、漆包线和制造成本，其中永磁材料为第一大材料成本，占比高达30%。资料来源：第一电动网，中航证券研究所整理1.1 新能源车驱动电机由定子、转子和端盖等部件组成6图表7：永磁同步电机定子示意图图表8：永磁同步电机转子示意图图表9：永磁同步电机成本构成制造成本, 40%永磁材料, 30%硅钢片, 20%漆包线, 10% 资料来源：乘联会，NE时代，EVTank，盖世汽车社区，中航证券研究所1.2.1 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7◼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。图表5：2016-2020年我国新能源车销量及驱动电机装机量图表6：2016-2020年我国新能源车高端车型占比提升-10%0%10%20%30%40%50%60%70%02040608010012014016020162017201820192020新能源车销量（万辆）新能源车驱动电机装机量（万台）新能源车同比增速电机装机量同比增速0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%20162017201820192020A00A0AB+C ◼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。资料来源：伏特动力，新浪汽车，中航证券研究所整理1.2.2 新能源汽车驱动电机发展趋势：高功率、小型化，油冷、扁线成为发展方向8图表10：SPM槽内冷却技术图表11：丰田电机体积从第一代的5.1L缩小至第四代的2.7L ◼油冷电机冷却效率高、绝缘性能好。电机冷却按照冷却介质可以分为风冷、液冷两大类，液冷又可细分为水冷和油冷。电机功率密度提升，水冷不足以达到良好的散热效果，需要提供直接冷却热源来提升冷却效率，而油本身不导电不导磁，可作为电机直接冷却热源。◼特斯拉、丰田普锐斯2017款、宝马i3、雪佛兰Volt、比亚迪DM-i、通用沃兰达等车型或平台中已应用油冷电机，油冷电机的优势包括：冷却效率高、绝缘性能好、高低温适应性强、降低体积(无需水道、风道等)。资料来源：电驱羊皮卷，中航证券研究所整理1.2.2.1 新能源汽车驱动电机发展趋势：油冷电机冷却效率高、绝缘性能好9图表12：油冷和水冷应用车型图表13：水冷、油冷电机额定工况和峰值工况类别车型/技术路线水冷油冷BEV大众MEB√宝马第五代总成√保时捷Taycan√博世e-Axle√博格华纳iDM√国内e-Axle√通用Bolt√特斯拉Model3√日电产e-Axle√华为e-Axle√HEV/PHEV丰田Prius√本田i-MMD√吉利DHT√广汽G-MC√比亚迪DM-i√上汽EDU√ 资料来源：绿芯之友，《节能与新能源汽车技术路线图》，《扁线电机的发展和市场应用》，中航证券研究所1.2.2.2 新能源汽车驱动电机发展趋势：扁线电机具有功率密度大、效率高、散热性好等优势10◼扁线电机符合《节能与新能源汽车技术路线图》的要求。绕组扁线替代传统的漆包圆线，提高了槽满率，使得在相同体积内拥有更大的功率，故功率密度较高。目前国内采用的扁线绕组电机最高功率密度达5kW/kg，高于圆线电机最大3kw/kg的功率密度，《节能与新能源汽车技术路线图》提出，2025年乘用车电机功率密度将达5kW/kg，电机系统超过80%的高效率区90%，这使得扁线电机的发展成为必然趋势。◼扁线电机优势突出。扁线电机具有高效率、高功率密度、散热性能好、噪音低、更轻便等优点，且在规模量产的情况下成本更有优势，相比圆线电机，扁线电机有效材料成本约降低8-12%，叠加整车性能提升、电耗方面的优势约降低整车成本15%。图表14：扁线绕组电机槽满率更高、功率密度更大图表15：扁线电机具有功率密度大、效率高、散热性好等优点 资料来源：绿芯之友，中航证券研究所1.2.2.2 新能源汽车驱动电机发展趋势：扁线电机具有功率密度大、效率高、散热性好等优势11◼优势一：扁线电机通过改进截面与端面设计提升效率。在电机的能量损耗中，铜耗占比65%，是第一大损耗来源，扁线电机通过改变定子截面和端部的结构使得电机平均效率提升1%以上：1）截面：相比圆线电机，扁线电机的裸铜槽满率可提升20%-30%，有效降低绕组电阻进而降低铜损耗；2）端部：端部的铜不能提升电机功率，仅起连接作用，因而产生额外的电损耗。Hair-pin电机相比圆线电机绕组端部尺寸短5-10mm，有效降低端部绕组铜耗，进一步提升电机效率。◼全域工况下扁线电机效率提升2%，高效区明显扩大。在WLTC工况下，Hair-pin电机平均效率高1.12%；全域平均下，两者效率值相差达2%；市区工况（低速大扭矩工作点）最高可提升效率10%。高效区间面积明显扩大，即在实