01.

扁線電機(jī)行業(yè)概述&發(fā)展驅(qū)動(dòng)力

1.1?扁線電機(jī)是什么

電機(jī)是各種機(jī)械的動(dòng)力源，根據(jù)用途可分為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制電機(jī)。其中驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，主要用于電動(dòng)工具、家電、其他通用小型機(jī)械設(shè)備等。

驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車的重要部件，直接影響車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性。

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條形繞組電機(jī)（Bar-wound?motor）國(guó)內(nèi)習(xí)慣稱為扁線電機(jī)，扁線電機(jī)技術(shù)指電機(jī)定子采用扁銅線繞組替代原先的圓銅線繞組，同時(shí)根據(jù)扁線繞組的特殊結(jié)構(gòu)配備獨(dú)特的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)優(yōu)化、冷卻方案優(yōu)化與控制優(yōu)化等技術(shù)的總稱。

1.2 電機(jī)行業(yè)發(fā)展方向主要在于性能提升，扁線產(chǎn)品適配諸多需求

電機(jī)行業(yè)發(fā)展方向?yàn)楣β市阅芴嵘?、散熱性能提升、材料和體積的降低，由此將電機(jī)行業(yè)由圓線引向扁線。扁線電機(jī)的未來(lái)發(fā)展方向也主要在于這三點(diǎn)。

性能提升：

市場(chǎng)產(chǎn)品需求：小型化、高速化將是新能源汽車電機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)，而小型化必然要求電機(jī)功率密度有大幅度提升。

政策需求：“十三五規(guī)劃”提出新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率密度要達(dá)到4kW/kg，目前這一數(shù)據(jù)僅達(dá)到3.2-3.3kW/kg。

技術(shù)現(xiàn)狀：一般圓線電機(jī)的槽滿率為50%左右，而扁線電機(jī)的槽滿率能達(dá)到70%以上。槽滿率的提升意味著在定子槽空間不變的條件下，可以填充更多的銅線，通過(guò)更大的電流，產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)，進(jìn)而提升功率密度。

功率提升導(dǎo)致對(duì)散熱性能提升的需求變高：

扁線天然具備更好的散熱性能：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(yuǎn)大于空氣，所以熱傳導(dǎo)和散熱性能更好。噴油冷卻技術(shù)在扁線設(shè)計(jì)中發(fā)揮更佳，熱傳導(dǎo)效果更好。

扁線由于繞組端部導(dǎo)體間間隙較大，冷卻油可以直接滲透到繞組端部，帶走每一個(gè)導(dǎo)體的熱量，使得繞組溫度下降?68%以上。?

圓線繞組在浸漆后，端部形成實(shí)心整體，冷卻油難以滲透入內(nèi)部，只能帶走中間層導(dǎo)體熱量，易在繞組內(nèi)部形成熱孤島，影響散熱性能。?

體積材料成本減低：

扁線電機(jī)端部短，節(jié)省銅材降低成本，減小電阻提高效率。

因?yàn)楣に噯?wèn)題，圓線為了防止在制造過(guò)程中損傷銅線，所以端部留得很長(zhǎng)；扁線電機(jī)繞組端部繞制成特殊形狀，如波浪形、三角形、階梯形等，同時(shí)扁線相對(duì)圓線更硬，因此在加工時(shí)可以將端部尺寸減小?20%，既節(jié)省銅材，又減小電阻提升效。

電機(jī)本身的損耗為鐵損和銅損。銅損為電機(jī)最大損耗來(lái)源，通過(guò)改變電線的橫截面可以降低銅損。

1.3?基于新能源車銷量目前趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2025年新能源車扁線電機(jī)全球市場(chǎng)空間約610億元。

盡管隨著電機(jī)性能提升，單電機(jī)售價(jià)緩慢提升，但市場(chǎng)主要增長(zhǎng)點(diǎn)在于起量：扁線滲透率提升和雙電機(jī)裝載率提升。

扁線電機(jī)滲透率提升：

低銅耗、高密度、高性能，適用高電壓平臺(tái)，扁線電機(jī)是未來(lái)電機(jī)的發(fā)展方向。

槽滿率更高：相同功率，體積更小，用材更少，成本更低。

雙電機(jī)裝載率提升-平均單車電機(jī)需求提升：

單電機(jī)的優(yōu)勢(shì)是續(xù)航與成本，在新能源車的普及階段較多采用；而雙電機(jī)的優(yōu)勢(shì)則是高效、靈活性、安全。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，是未來(lái)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)展方向之一。

采取雙電機(jī)在新能源車上的滲透率已經(jīng)有了大幅的攀升。在20萬(wàn)以下的低端新能源車上還是以單電機(jī)為主，但在20萬(wàn)以上的中高端新能源車，基本會(huì)提供高配雙電機(jī)的選擇。

新能源扁線電機(jī)配套情況

1.4 產(chǎn)業(yè)鏈分析

扁線電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈上游供應(yīng)緊張，從原材料、生產(chǎn)設(shè)備到產(chǎn)能均處于供不應(yīng)求狀態(tài)。

下游客戶需求明確，盡管主機(jī)廠均有相關(guān)自研團(tuán)隊(duì)，但由于相關(guān)制造業(yè)成本清晰，毛利較低，因此外部生產(chǎn)供應(yīng)商機(jī)會(huì)較多。

中上游原材料和生產(chǎn)設(shè)備是成本主要組成部分。

●?稀土永磁材料占比高（1/3），部分廠商采用浮動(dòng)定價(jià)形式以轉(zhuǎn)移成本。

●?頭部扁線電機(jī)制造商正在研發(fā)無(wú)稀土電機(jī)以降低成本，但兩年內(nèi)無(wú)法應(yīng)用。

●?銅線&絕緣層技術(shù)難度高，上市公司主導(dǎo)。

●?設(shè)備廠商可直接為有設(shè)計(jì)能力的tier-1、主機(jī)廠代工。

下游應(yīng)用端毛利低，因此外部供應(yīng)商機(jī)會(huì)較多。

●?電機(jī)企業(yè)以為主機(jī)廠集團(tuán)子公司等tier-1供貨為主，少部分有直接接觸主機(jī)廠客戶能力。

●?產(chǎn)品毛利15%左右，且產(chǎn)線投入大，常見業(yè)務(wù)模式為集團(tuán)旗下子公司做研發(fā)，并對(duì)外采購(gòu)供應(yīng)商核心零部件/對(duì)外選擇產(chǎn)線代工/集成外部供應(yīng)商行駛。

●?僅有極小部分整車企業(yè)選擇自產(chǎn)自用。

02.

電池安全管理技術(shù)路徑：被動(dòng)安全控制

2.1?扁線電機(jī)上游重要原材料：稀土材料&扁線

釹鐵硼材料是當(dāng)今綜合性能最優(yōu)異的永磁材料，盡管價(jià)格占比高，浮動(dòng)大，但中國(guó)產(chǎn)量巨大，高端低端均有布局；因此盡管有大量國(guó)際企業(yè)開始嘗試無(wú)稀土電機(jī)，對(duì)中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)暫時(shí)需求不大。

扁線電機(jī)采用的銅線材料對(duì)比傳統(tǒng)圓線，對(duì)彈性和質(zhì)量要求顯著提高，但涂覆步驟常由扁線電機(jī)生產(chǎn)商統(tǒng)一完成。因此銅線本身創(chuàng)新點(diǎn)有限，主要在于質(zhì)量和材質(zhì)提升。

2.1.1 稀土材料

電芯間、模組間、系統(tǒng)隔熱相輔相成，共同助力電池安全。隔熱基本策略是利用低導(dǎo)熱系數(shù)、高化學(xué)穩(wěn)定性的隔熱材料防止模塊間熱蔓延，目前常用防火隔熱材料主要有氣凝膠、云母、防火涂料、熱陶瓷等。從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，電芯間一般采用氣凝膠等隔熱材料、中間復(fù)合板隔熱，模組間一般采用防火棉隔熱，系統(tǒng)一般采用防火毯隔熱。

市場(chǎng)格局：

從上游稀土礦到下游釹鐵硼，目前中國(guó)在每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。其中稀土礦產(chǎn)量占比在60%左右，而在稀土冶煉分離、稀土金屬冶煉、釹鐵硼制造環(huán)節(jié)占比均在90%左右，即便是高性能釹鐵硼，中國(guó)的產(chǎn)量占比也已經(jīng)達(dá)70%+，目前來(lái)看我國(guó)已基本實(shí)現(xiàn)釹鐵硼產(chǎn)業(yè)鏈自主可控。

據(jù)2022年USGS最新數(shù)據(jù)，我國(guó)稀土產(chǎn)量占比達(dá)70%。2022年全球稀土產(chǎn)量約30萬(wàn)噸REO，中國(guó)產(chǎn)量達(dá)21萬(wàn)噸REO，占比70%，雄踞世界第一。

創(chuàng)新機(jī)會(huì)：

無(wú)稀土電機(jī)：感應(yīng)交流異步電機(jī)優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需稀土，但缺點(diǎn)就是扭矩密度和功率密度低，而且體積較大，目前離實(shí)際量產(chǎn)應(yīng)用仍有3-5年技術(shù)窗口。

目前已有多個(gè)國(guó)際tier-1在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)，但由于我國(guó)稀土產(chǎn)量大、價(jià)格合理；且無(wú)稀土電機(jī)在性能上有較大劣勢(shì)。目前此類需求尚不急切。

2.1.2 銅線材料

我國(guó)是全球電磁線第一大生產(chǎn)國(guó)和出口基地，但電磁線行業(yè)格局分散，競(jìng)爭(zhēng)激烈。

2020年CR6僅為25.8%。據(jù)中國(guó)電氣工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)電磁線求量達(dá)180萬(wàn)噸，行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)廠家超過(guò)千家，長(zhǎng)尾效應(yīng)顯著。

扁線制造難度高，預(yù)計(jì)放量后市場(chǎng)將向頭部集中。

由于扁線絕緣涂層在烘干后會(huì)產(chǎn)生非均勻收縮，容易變形產(chǎn)生四角變薄，影響絕緣性，需要改良在?R?角處更厚的涂覆厚度；扁平線R角處漆膜涂覆難度大，很難保證絕緣層均勻性；且扁線彎折成發(fā)卡后，R角處應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致涂覆層破損，因此對(duì)銅線及其涂覆的精度和質(zhì)量要求很高。

2.1.3 生產(chǎn)設(shè)備

扁線電機(jī)制造工藝復(fù)雜，包括定子、轉(zhuǎn)子、減速箱、電機(jī)控制器等100-400種零件按驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品工藝流程順序完成裝配。

通常由總裝線、測(cè)試線、定子分裝線、轉(zhuǎn)子分裝線、電機(jī)控制分裝線、減速箱分裝線組成，關(guān)鍵工藝包括：?PIN線成型、自動(dòng)扭頭、涂敷等。

扁線電機(jī)對(duì)產(chǎn)品的一致性要求高，技術(shù)難度大，需要投入精度較高的自動(dòng)化伺服設(shè)備，焊接設(shè)備、Hair-Pin線形成形設(shè)備和工裝模具等，設(shè)備自動(dòng)化要求高，主要依賴進(jìn)口。

相關(guān)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化主要有投資額高、方案標(biāo)準(zhǔn)化程度低和自動(dòng)化工藝要求高三個(gè)難點(diǎn)。

過(guò)去主要依賴進(jìn)口，國(guó)外已經(jīng)形成了較成熟的扁線電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈。扁線電機(jī)制造設(shè)備供應(yīng)商主要有意大利TECNOMATIC、意大利ATOP、德國(guó)GROB格勞博集團(tuán)、日本小田原機(jī)械工程株式會(huì)社和奧地利米巴集團(tuán)等。國(guó)內(nèi)僅有克來(lái)機(jī)電、豪森股份、巨一科技等少數(shù)設(shè)備商具備扁線電機(jī)裝備制造能力，其中克來(lái)機(jī)電配套聯(lián)合電子等、豪森股份配套上海龍芯等。

產(chǎn)線設(shè)備供應(yīng)商主要為電機(jī)生產(chǎn)商提供智能產(chǎn)線及設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造與調(diào)試，屬于輕資產(chǎn)模式，毛利高、利潤(rùn)空間大。

這類廠商一般提供一整套規(guī)劃、研發(fā)、設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試、服務(wù)的交鑰匙工程，商業(yè)模式主要分為整線裝配及單機(jī)設(shè)備銷售兩種，前者單價(jià)值更高，平均一條產(chǎn)線價(jià)值在幾千萬(wàn)至1億多元之間，毛利能達(dá)到40%左右。

由于扁線電機(jī)工藝技術(shù)門檻高，依靠精度更高的自動(dòng)化設(shè)備，因此產(chǎn)線投資額大于傳統(tǒng)圓線，設(shè)備供應(yīng)商能享受更高的利潤(rùn)空間。電機(jī)制造方在產(chǎn)線上的高投入轉(zhuǎn)移到設(shè)備上就變成了高價(jià)值。而且，設(shè)備商只需要采購(gòu)零部件進(jìn)行產(chǎn)線的組裝，和電機(jī)制造方相比屬于輕資產(chǎn)模式。

完整的扁線電機(jī)定子組件制造工藝流程包括插紙、線圈成型、預(yù)插入、整體插入、擴(kuò)口、扭頭、切平、焊接、涂敷及浸漆、銅鼻子焊接，工藝繁多且復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的依賴程度比圓線電機(jī)更高，尤其是線圈成型和焊接工藝精度要求高、難度大，需使用專業(yè)的高端設(shè)備，海外企業(yè)在此領(lǐng)域積淀深厚，設(shè)備先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯；國(guó)內(nèi)企業(yè)基于國(guó)內(nèi)龐大的應(yīng)用市場(chǎng)積極開發(fā)跟進(jìn)。

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驅(qū)動(dòng)電機(jī)的生產(chǎn)工藝可分為組件生產(chǎn)與總裝測(cè)試兩個(gè)階段：

-組件生產(chǎn)階段的關(guān)鍵工藝步驟包括：定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯的沖壓、疊壓、焊接；定子繞線、嵌線、浸漆；殼體和前后端蓋、變速器殼體的鑄造、數(shù)控機(jī)床精加工；軸、齒輪的鍛造和數(shù)控精密加工；轉(zhuǎn)子組裝等。最后各個(gè)零部件經(jīng)過(guò)檢測(cè)，再將它們送往總裝車間進(jìn)行裝配測(cè)試。

-總裝檢測(cè)階段的關(guān)鍵步驟包括：殼體鑄造和數(shù)控機(jī)床加工、端蓋鑄造和數(shù)控機(jī)床加工、定子組裝、轉(zhuǎn)子組裝、各模塊及線束的組裝、性能測(cè)試等。

??驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝配工藝

電機(jī)總成裝配線主要常規(guī)工站(舉例)：水套熱裝工位、軸承熱裝工位、定子入殼工位、電測(cè)試工位、定轉(zhuǎn)子合裝工位、試漏工位等，以及智能通訊與?MES?數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

核心技術(shù)：定子入殼關(guān)鍵尺寸控制，水套熱裝溫度控制，電機(jī)總成安規(guī)性能控制，機(jī)器人模糊抓取技術(shù)

??扁線電機(jī)定子組件制造工藝流程包括：插紙、線圈成型、預(yù)插入、整體插入、擴(kuò)口、扭頭、切平、焊接、涂敷及浸漆、銅鼻子焊接；

??轉(zhuǎn)子生產(chǎn)線工藝流程為：鐵芯插磁鋼-鐵芯注塑-加熱固化-轉(zhuǎn)子疊裝-轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡-轉(zhuǎn)子充磁-表磁檢測(cè)-轉(zhuǎn)子壓裝-激光打標(biāo)；

2.2 扁線電機(jī)按繞線形式分類，Hair-Pin?&?X-pin值得關(guān)注

扁線電機(jī)按繞線形式可分為I-pin、Hair-pin（發(fā)卡）、X-pin、S-winding（波浪繞組），其中發(fā)卡扁線電機(jī)技術(shù)是被廣泛采用的主流技術(shù)。

不同技術(shù)路徑主要研發(fā)動(dòng)力在于減小體積、降低焊接難度，焊接技術(shù)始終是扁線電機(jī)核心技術(shù)難點(diǎn)。

顯熱蓄熱：材料雖然成本較低，便于獲取，但蓄熱密度小、效率低。

化學(xué)反應(yīng)：蓄熱密度高、易于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，過(guò)程中產(chǎn)生極少的能量損耗，但操作復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)氣體對(duì)材料的腐蝕問(wèn)題。

相變材料：蓄熱密度高、易于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，過(guò)程中產(chǎn)生極少的能量損耗，但操作復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能出現(xiàn)氣體對(duì)材料的腐蝕問(wèn)題。在物質(zhì)發(fā)生相變時(shí)，可吸收或釋放大量能量（即相變焓）的一類材料。

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03.

行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)總結(jié)

機(jī)會(huì)：主機(jī)廠少數(shù)愿意外包的核心零部件，第三方初創(chuàng)企業(yè)存在機(jī)會(huì)，且當(dāng)前扁線電機(jī)領(lǐng)域客戶尚未形成穩(wěn)定供貨商格局，一旦選型客戶黏度高。

風(fēng)險(xiǎn)：利潤(rùn)低，重資產(chǎn)投入高。

1.上游零部件及設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)和資金壁壘較低，主要行業(yè)壁壘在于中游研發(fā)制造資金投入和工藝設(shè)計(jì)能力。

2.由于前期投入極高、利潤(rùn)低，產(chǎn)品目前產(chǎn)能受限、在市場(chǎng)上處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，企業(yè)和客戶都急需大量資金完成生產(chǎn)。

3.Hair-Pin、X-Pin研發(fā)及生產(chǎn)是未來(lái)發(fā)展方向，對(duì)于短期內(nèi)研發(fā)中的方案，焊接技術(shù)在短期內(nèi)非常重要，但一旦S-wind開發(fā)成功將不再有強(qiáng)烈需求。

審核編輯：黃飛

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