新能源汽車上驅(qū)動電機的電磁線應(yīng)用

電磁線下游應(yīng)用廣泛?

電磁線在汽車領(lǐng)域有諸多應(yīng)用，新能源汽車主要應(yīng)用于驅(qū)動電機的定子繞組。電磁線是由導(dǎo)體和絕緣層組成的導(dǎo)線，主要用于制造電氣產(chǎn)品中的線圈或繞組。電磁線按照截面形狀可分為圓線、扁線、異形線；按照絕緣層特點可分為漆包線、繞包線、無極絕緣線等。電磁線行業(yè)下游領(lǐng)域包括家用電器，電力設(shè)備，工業(yè)電機，汽車，電動工具等，應(yīng)用場景逐漸由傳統(tǒng)行業(yè)延伸至新能源車、風(fēng)光儲等領(lǐng)域。在汽車領(lǐng)域，電磁線可應(yīng)用于驅(qū)動電機、發(fā)電機、壓縮機、點火線圈等，其中電磁線在新能源汽車上最主要的應(yīng)用是驅(qū)動電機的定子繞組。

上圖左：202年中國電磁線行業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域占比

上圖右：電池線繞組

在新能源汽車驅(qū)動電機中，扁線相比圓線制造工藝更加復(fù)雜。圓線由線坯經(jīng)過拉拔、退火、漆包等步驟制成。扁線的生產(chǎn)過程分為拉拔法和擠壓法，拉拔法與圓線相似，但為了將橫截面轉(zhuǎn)變?yōu)殚L方形，在拉拔過程中還需要對線材進行精軋，工藝較為復(fù)雜；擠壓法由原材料擠壓后直接進行退火、漆包等工藝。同時，扁線基本以無氧銅桿為原料，材料要求更高；在截面控制、漆包等過程中扁線相比圓線工藝更復(fù)雜。在新能源汽車驅(qū)動電機上，扁線具備降低銅耗、提高電機槽滿率、減小電機尺寸、提升功率密度的優(yōu)勢。

上圖左：擠壓法示意圖

上圖右：拉拔法示意圖

扁線化是驅(qū)動電機電磁線的趨勢?

扁線滲透加速，符合 800V 平臺架構(gòu)?

扁線具有更好的散熱性能，滿足 800V 架構(gòu)對電機散熱的需求。800V 架構(gòu)下，整車電壓和功率都更大，驅(qū)動電機的熱管理也面臨挑戰(zhàn)。而扁線的截面為矩形，矩形導(dǎo)體使得內(nèi)部空隙變小，導(dǎo)體與導(dǎo)體、導(dǎo)體與鐵心槽間接觸面積更大，金屬的熱導(dǎo)率遠大于空氣，所以熱傳導(dǎo)和散熱性能更好。繞組端部導(dǎo)體間都留有最小空氣間隙，更方便散熱，提升扁線電機散熱性能，滿足了 800V 架構(gòu)下的散熱要求。

上圖左：扁線電機然組端部圖

上圖右：扁線和圓線電機的熱模擬結(jié)果

扁線電機端部短，節(jié)省銅材降低成本，減小電阻提高效率。端部電磁線的作用是將槽間的電磁線連在一起，端部電磁線不做功但不可缺少，如何在起到連接作用的同時減小端部長度顯得尤為重要。因為工藝問題，圓線為了防止在制造過程中損傷銅線，所以端部留得很長；扁線電機繞組端部繞制成特殊形狀，如波浪形、三角形、階梯形等，同時扁線相對圓線更硬，因此在加工時可以將端部尺寸減小 20%，既節(jié)省銅材，又減小電阻提升效率。

上圖：圓線和扁線電機的端部對比

電機扁線壁壘較高?

800V 架構(gòu)下，對扁線繞組絕緣性提出了更高的要求。高壓工況下，帶電體的尖端附近有可能達到擊穿電壓，形成局部放電，強烈的局部放電會破壞繞組銅線的絕緣性能，造成短路，引發(fā)電機失效。對于 800V 扁線電機而言，銅線的PDIV（局部放電起始電壓）要求甚至需要達到 7KV。除此之外，扁線外部絕緣漆還需滿足耐電暈的要求，起因是由于導(dǎo)線表面的電壓強度很高，引起空氣電離而發(fā)生的放電現(xiàn)象，會使得外部絕緣層變脆或者開裂，影響繞組絕緣性。針對上述問題，目前主要采用厚漆膜和薄漆膜+PEEK 膜包兩種技術(shù)路線，厚漆膜工藝是 PI 絕緣外加耐電暈漆膜，工藝相對簡單，但漆膜過厚會對其他性能產(chǎn)生負面影響；薄漆膜+PEEK 膜包工藝的綜合性能好，但存在專利和成本的瓶頸。?

扁線還面臨趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的困擾。趨膚效應(yīng)（skin effect）是指當(dāng)導(dǎo)體中有交流電或者交變電磁場時，導(dǎo)體內(nèi)部的電流分布不均勻，電流集中在導(dǎo)體的“皮膚”部分的現(xiàn)象。由于電流主要集中在扁線外表的薄層，扁線內(nèi)部實際電流變小，有效電阻變大，使它的損耗功率也增加。鄰近效應(yīng)（proximity effect）是指相鄰導(dǎo)線流過高頻電流時，由于電磁作用使電流偏向一邊的現(xiàn)象。扁線繞組通過交變電流時，每一根扁線都處于自身電流產(chǎn)生的磁場中，同時還處于其他扁線產(chǎn)生的磁場相互作用，使得扁線繞組內(nèi)電流分布不均勻，增加交流阻抗，降低電機運行效率。目前，可以通過改變導(dǎo)體的長寬比、放置方向、繞組分相等減弱趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響。

上圖左：趨膚深度示意圖

上圖右：臨近效應(yīng)示意圖

電磁線行業(yè)格局?

圓線格局分散，扁線廠家相對較少。通用電磁線技術(shù)成熟，門檻相對較低，驅(qū)動電機電磁線以圓線為主時，行業(yè)市場競爭激烈，格局比較差，屬于高投入低回報。隨著扁線的興起，廠商盈利能力加強，同時由于扁線壁壘較高，目前入局玩家相對較少，頭部企業(yè)主要為精達股份、金杯電工、長城科技、金田股份等公司。

上圖左：驅(qū)動電機扁線供應(yīng)商生產(chǎn)情況

電磁線行業(yè)推薦標(biāo)的?

精達股份：電磁線龍頭，精耕電磁線 30 年。公司于 1990 年 2 月成立，2002年 9 月在上交所上市，主營業(yè)務(wù)為特種電磁線、特種導(dǎo)體以及模具制造和維修等生產(chǎn)、研發(fā)和銷售。公司下游客戶包括通用、比亞迪、華域汽車、上海電驅(qū)動、LG、聯(lián)合電子、方正電機、匯川、博格華納等廠商。2022 年上半年，公司扁線產(chǎn)品銷量突破了 8000 噸，其中新能源汽車用扁線約 4800 噸，同比增長超130%。同時，公司“新能源產(chǎn)業(yè)及汽車電機用扁平電磁線項目”仍在持續(xù)建設(shè)，預(yù)計 2022 年內(nèi)完工，該項目將帶來年產(chǎn) 4.5 萬噸新能源扁平電磁線的生產(chǎn)能力。2022Q1-Q3 實現(xiàn)營業(yè)收入 133.14 億元，同比下降 2.56%；實現(xiàn)歸母凈利潤2.67 億元，同比下降 36.45%。

上圖左：精達股份營業(yè)收入及同比增速

上圖右：精達股份歸母凈利潤及同比增速

長城科技：國內(nèi)電磁線優(yōu)質(zhì) Tier 2，積極擴大新能源業(yè)務(wù)規(guī)模。公司于 2007年 8 月成立，2018 年 4 月在上交所上市，主要從事電磁線的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，公司主要產(chǎn)品包括多種規(guī)格的圓電磁線和扁電磁線。下游客戶包括法雷奧、比亞迪和西門子等國內(nèi)外知名 Tier 1。公司自 2015年開始研發(fā)新能源汽車用電磁線產(chǎn)品，2021年公司新能源汽車電機用扁線產(chǎn)品已批量供貨，市場反應(yīng)良好，但受制于現(xiàn)有的扁線產(chǎn)能，公司扁線供不應(yīng)求，形成供應(yīng)缺口。公司正積極推動“年產(chǎn) 4.5 萬噸新能源汽車電機用扁平電磁線項目”的落地建設(shè)，補足新能源汽車扁線需求缺口。2022Q1-Q3 實現(xiàn)營業(yè)收入 74.71 億元，同比下降 6.76%；實現(xiàn)歸母凈利潤 0.95 億元，同比下降 67.83%。

上圖左：長城科技營業(yè)收入及同比增速

上圖右：長城科技歸母凈利潤及同比增速

金杯電工：跨區(qū)域協(xié)同發(fā)展，新能源產(chǎn)能不斷擴建。公司成立于 2004 年，2010 年 12 月在上交所上市。公司是主要從事電磁線、電氣裝備用電線、電纜的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，主要應(yīng)用于新能源汽車、特高壓、軌道交通、風(fēng)力發(fā)電、核電等領(lǐng)域, 在湖南省、湖北省、四川省、江西省擁有成熟的經(jīng)銷商體系。公司客戶包括國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、ABB、西門子、博格華納、聯(lián)合電子、匯川技術(shù)、精進電動等。電磁線板塊主要生產(chǎn)扁電磁線，擁有湘潭和無錫兩個生產(chǎn)基地，產(chǎn)品主要包括新能源汽車電機用電磁線、特高壓變壓器電磁線、工業(yè)電機電磁線、風(fēng)電、核電、軍工用電磁線，兩大生產(chǎn)整體出貨量突破 26000噸，同比增長 10%。2022Q1-Q3 實現(xiàn)營業(yè)收入 96.05 億元，同比增長 3.07%；實現(xiàn)歸母凈利潤 2.64 億元，同比上升 1.02%。