新能源汽車驅(qū)動電機的現(xiàn)狀及發(fā)展方向

新能源汽車驅(qū)動電機的現(xiàn)狀及發(fā)展方向1行業(yè)概況：永磁同步電機主導，2025年市場規(guī)模有望達到385億元新能源汽車驅(qū)動電機基于電磁感應現(xiàn)象，將電池中的電能轉化為機械能，驅(qū)動新能源汽車行駛，是決定新能源汽車動力性能的核心零部件之一。主流的交流驅(qū)動電機利用定子（通常是硅鋼片搭配銅線圈，固定不動）產(chǎn)生旋轉磁場并作用于轉子（通常由電磁鐵、永磁體或硅鋼片制成，旋轉驅(qū)動）形成磁電動力旋轉扭矩。驅(qū)動電機的主要零件通常包括轉子、定子、線束、殼體、端蓋等。驅(qū)動電機的主要零部件中，價值量最高的是定子/繞組/軸承/轉子，成本占比分別為19%/17%/12%/11%。按照電機的工作電源劃分，可將電機劃分為直流電機和交流電機。交流電機中，按照定子和轉子的轉速一致性劃分，又可區(qū)分為同步電機和異步電機。當前新能源汽車驅(qū)動電機中較為常見的是交流電機中的永磁同步電機與鼠籠式異步感應電機，其中永磁同步電機在國內(nèi)最為流行。上游金屬原材料的供應商多為大型上市公司，包括生產(chǎn)永磁體的金力永磁、正海磁材等；中游生產(chǎn)定子轉子等零部件的供應商多為非上市公司，包括常州金茂、展翔模具、浙江寶捷等，上市公司包括隆盛科技、長鷹信質(zhì)；下游生產(chǎn)電機總成的企業(yè)主要可分為三大類，整車廠包括特斯拉、比亞迪等，電機廠包括精進電動、方正電機等，傳統(tǒng)Tier1供應商包括博世、大陸、麥格納等。驅(qū)動電機產(chǎn)線設備的供應商則主要有豪森股份、克來機電、巨一科技、銘納陽等。發(fā)展簡史：從直流電機到交流電機由于早期人們對旋轉磁場的認識和應用尚不成熟（直流電機的磁場通常是不變的，而交流電機的磁場通常是旋轉的），且當時電能的主要用途電鍍、電解、電照明等均使用直流電，很多人誤認為交流電沒有實際用途（以發(fā)明家愛迪生為代表），因此早期的電機以直流電機為主，采用電池供電。首個電機：1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流在磁場中受機械力的作用，即電流的磁效應。1821年，法拉第在玻璃杯中裝入水銀，通過永磁體和通電導線之間的相互作用，實現(xiàn)了導線繞永磁體旋轉，成功發(fā)明了歷史上第一臺電機。在該裝置中，導線相當于轉子，永磁體相當于定子。首個旋轉電機：1833年，英國倫敦大學的里奇發(fā)明了一種旋轉電磁針。磁針上繞有線圈，線圈兩端浸入環(huán)形水銀槽內(nèi)。接通電池后，受地磁場作用，磁針偏向南北方向，再改變電流方向，使磁針繼續(xù)旋轉。里奇電動機是現(xiàn)代旋轉電動機的雛形，磁針相當于轉子，地磁場相當于定子，水銀槽則扮演了換向器的角色。首個電機驅(qū)動：1834年7月，達文波特用自制的直流旋轉電機驅(qū)動了一個直徑7英寸的輪子，以30r/min的速度前進。該電機配備了4個電磁鐵，2個裝在輪子上，另外兩個靜止。利用輪子上的電磁鐵與靜止電磁鐵之間的吸力，推動輪子前進。達文波特電機是人類首次以電動機作為動力源的嘗試，開電機應用之先河。1837年2月，達文波特的電機發(fā)明成功申請到美國專利局的132號專利，成為歷史上第一個電動機專利。旋轉磁場理論是交流電機的理論基石之一：1825年，法國科學家阿拉果在一個懸掛的永磁針下面放置了一個銅盤，轉動銅盤，發(fā)現(xiàn)永磁針也發(fā)生偏轉，這一現(xiàn)象成為阿拉果旋轉。阿拉果圓盤實驗是世界上首次采用機械方法而獲得旋轉磁場的實驗。交流電機誕生：1885年3月，意大利物理學家費拉里斯受光學中兩個簡諧振動波合成一束偏振光的現(xiàn)象啟發(fā)，提出同一頻率的兩個交變磁場，如空間相位相差90°，則兩個磁場之間的空間將會產(chǎn)生一個新的、運動的磁場，即旋轉磁場。他利用4只螺線管、1臺西門子單相交流發(fā)電機和1個銅圓筒制成了最早的兩相感應電動機（即交流異步感應電機）。首個電驅(qū)機車：1846年，美國物理學教授佩奇制成一臺外觀類似蒸汽機的往復式電動機，該裝置包括2個空心線圈、2個能在空心線圈中自由運動的軟鐵棒和1個換向器。通過給2個空心線圈輪流通電來實現(xiàn)軟鐵棒的往復運動。1851年4月，佩奇制成了首臺由電機驅(qū)動的機車，在39分鐘內(nèi)跑完了5.25英里的試驗路程。斯拉橫空出世：1885年，美籍克羅地亞科學家特斯拉成立特斯拉研究所，進行交流電機及交流電的應用研究工作。1887年，特斯拉電氣公司成立，特斯拉的兩相同步發(fā)電機、電動機以及帶短路相繞組的兩相感應電動機申請美國專利（1888年5月獲得專利，專利號No.382280）。1888年7月，美國西屋公司以20萬美元外加每生產(chǎn)1馬力電機增加1美元的條件購買了特斯拉的全部專利，包括兩相同步發(fā)電機、兩相同步電動機、兩相感應電動機、單相電動機的分相啟動、兩相4線配電系統(tǒng)等。性能需求：效率高，轉矩大，散熱強新能源汽車的驅(qū)動電機是工業(yè)電機的一種，原理（電磁感應）、分析方法（普通電磁分析方法）、計算工具（有限元軟件）、電磁方程（麥克斯韋方程組）等都與普通工業(yè)電機一致，分類方法與控制方法也沒有根本性的區(qū)別。但是，由于車載的特殊環(huán)境，新能源汽車驅(qū)動電機在性能方面的特殊需求主要體現(xiàn)在功率密度高、調(diào)速范圍寬、起動轉矩大、高效區(qū)間廣、散熱需求強。1）功率密度高：車載驅(qū)動電機有嚴格的體積要求、重量要求和功率要求。大部分工業(yè)場景空間巨大，以滿足工業(yè)需求為第一目的，電機的體積限制并不突出。但是在新能源汽車上，電機的尺寸和重量直接影響汽車的動力性能和駕駛體驗，電機設計的方向與難點在于體積小、質(zhì)量輕、功率大，盡可能提高功率重量密度和功率體積密度。2）調(diào)速范圍寬：廣闊的調(diào)速范圍可以幫助新能源汽車省掉多擋變速箱，只使用固定檔的齒輪組，有效降低成本。因此，新能源汽車驅(qū)動電機的調(diào)速范圍越寬越好，最高轉速可達到基礎轉速的4倍以上。特斯拉ModelS基本款的電機最高轉速可達18000轉/分鐘，比亞迪E平臺3.0的電機最高轉速超過17000轉/分鐘。3）起動轉矩大：由于汽車強調(diào)百公里加速等性能指標，新能源汽車的驅(qū)動電機在起動或低速時要求超高轉矩，將汽車速度以最快的方式泵升至期望速度。一般工業(yè)電機對起動速度并沒有這么高的要求。4）高效區(qū)間廣：新能源汽車，尤其是純電動汽車，不像電力機車由受電弓供電，而由車載電池包供電，電機效率直接影響續(xù)航里程，所以對于電機的效率要求很高。新能源汽車的驅(qū)動電機需要擁有盡可能廣的高效率運行區(qū)間。正常路況下汽車不會頻繁起動，也不會持續(xù)超高速運行，更多的是在勻速行駛中進行加速或減速動作，因此中間部分的運行效率就尤其重要。5）散熱需求強：由于新能源汽車驅(qū)動電機對功率密度的高要求，散熱問題也隨之而來。1臺150KW的傳統(tǒng)動力系統(tǒng)總成，體積大概在409L。峰值功率150KW的電動汽車動力系統(tǒng)總成，體積只有82L，大約只有傳統(tǒng)動力總成的20%。小體積內(nèi)的高功率，導致散熱、機械振動、電磁兼容、NVH嘯叫等問題。電機的能量轉換效率大約在90%以上，峰值效率大約在95%左右，平均能量損耗大約10%，這10%的能量損耗多以發(fā)熱的形式體現(xiàn)，因此驅(qū)動電機的散熱需求較強。技術路徑：永磁同步電機的裝車占比達94%早期新能源汽車的驅(qū)動電機多采用直流電機，一方面是因為直流電機具有控制策略簡單、調(diào)速性能好、成本低等優(yōu)點，另一方面是由于交流電機的控制技術復雜、成本較高。直流電機的速度正比于電壓，易于控制；而交流電機的速度正比于頻率及磁極數(shù)，控制技術要求較高。但是，直流電機存在一些固有缺陷，在交流電機的技術取得實質(zhì)性進步后，直流電機目前已處于被淘汰的邊緣。1）有刷直流電機：電刷在有刷直流電機中起電流換向的作用。在實際使用中，電刷磨損很快，經(jīng)常需要維護，同時換向火花限制了電機的高速運行，對電機的穩(wěn)定性和安全性也構成了威脅，這些問題都難以克服。2）無刷直流電機：無刷直流電機的電壓波形和電流波形是矩形波或梯形波，伴隨著較大的轉矩脈動，在汽車行駛中有明顯頓挫感，對用戶體驗構成負面影響。交流電機的波形則通常是正弦波，轉矩更加平順，振動問題較小。交流電機中最常見的三種是永磁同步電機、感應異步電機和同步磁阻電機。交流電機的定子基本相同，主要區(qū)別在轉子。定子主要由鐵心、線圈組成；定子鐵心由硅鋼片疊壓而成；漆包線繞制成線圈，嵌入鐵心槽內(nèi)，再進行絕緣處理；將絕緣處理后的鐵心套入機殼得到定子。定子繞組接入交流電源（通常是三相交流電，三相交流電與空間角度120°的線圈相結合，它們的合成磁場就像是一個強度均勻的磁場在旋轉），形成旋轉磁場，拉動轉子旋轉。永磁同步電機的轉子由鐵心、磁鋼、軸壓裝而成，其中磁鋼提供電機磁通，對電機性能影響最大，通常由稀土釹鐵硼經(jīng)粉末冶金法制成。早期的電機中永磁電機非常少見，主要是因為缺乏磁性足夠強大的永磁體。1982年，住友特殊金屬的佐川真人發(fā)現(xiàn)釹磁鐵。這種磁鐵的磁能積大于釤鈷磁鐵，是當時全世界磁能積最大的物質(zhì)。后來，住友特殊金屬成功發(fā)展粉末冶金法，通用汽車公司成功發(fā)展旋噴熔煉法，能夠制備釹鐵硼磁鐵。這種磁鐵是現(xiàn)今磁性僅次于絕對零度鈥磁鐵的永久磁鐵，也是最常使用的稀土磁鐵。優(yōu)點是高抗退磁性、高性價比，其缺點是溫度依賴性比較強，耐腐蝕性能比較弱，需適當涂層或電鍍處理。為了提高釹鐵硼的耐溫性和矯頑力，磁體生產(chǎn)商通常會在配方中加入金屬鏑，進一步推高了制造成本。永磁同步電機的轉子轉速與定子磁場的轉速保持同步。它的工作流程是，定子繞組接通交流電，產(chǎn)生定子旋轉磁場，永磁體轉子磁場受定子旋轉磁場感應而跟著旋轉，電機旋轉、輸出動力。永磁同步電機的主要優(yōu)勢在于，功率密度高、運行效率高、結構簡潔緊湊、轉矩大且平順、調(diào)速性能好。1）功率密度高：永磁同步電機的釹鐵硼磁性材料具備優(yōu)秀的磁力性能，在充磁后不用增加外部能量，可構建較強磁場，同時磁場具有永久特點，無需額外電路進行勵磁（即給導體通電產(chǎn)生磁場），得以維持較小的體積和較輕的重量。在額定功率下，同樣散熱條件和絕緣材料的永磁同步電機的功率密度通常比感應異步電機的功率密度大2倍以上。2）運行效率高：受益于轉子中的永磁體，永磁同步電機的轉子通常無需通電（部分自啟動工況或渦流損耗除外），可減少相關的能量損耗，效率較高。3）結構簡潔緊湊：永磁同步驅(qū)動電機不設置勵磁電源結構以及勵磁繞組結構，降低相關結構復雜性，相關構成較為緊密，保證永磁同步驅(qū)動電機運轉更加具有可靠性。豐田普銳斯搭載的第四代永磁同步電機相較于第三代，定子直徑下降了20%，整體結構更緊湊，體積更小。4）轉矩大且平順：在額定電流范圍內(nèi)，提高電流即可快速提高永磁同步電機的扭矩。此外，三相交流電在定子中形成的旋轉磁場也較為穩(wěn)定，轉矩脈動較小。尤其在低速大轉矩工況下（對應新能源汽車起步加速階段），永磁同步電機相較于異步感應電機擁有突出優(yōu)勢。5）調(diào)速性能好：永磁同步電機的電、磁和力的關系相較于感應異步電機更加簡單，更易于調(diào)速和控制。異步電機的狀態(tài)方程是四階的，轉子與定子的方程耦合（轉子內(nèi)的電流是由定子磁場旋轉產(chǎn)生）；永磁同步電機的狀態(tài)方程是二階的，永磁體的磁場是獨立存在的，在低速和高速（高于額定轉速）的工況下控制難度都顯著低于感應異步電機。永磁同步電機的主要劣勢在于弱磁控制問題、反電動勢問題、高溫振動環(huán)境下的退磁問題、自啟動問題以及成本問題。1）弱磁控制問題：根據(jù)基礎繞組電壓公式VRd/dti，由于電源所能提供的電壓V有限，在電機轉速達到一定水平后，想要繼續(xù)提高轉速，就需要進行弱磁控制，削弱電感。這一過程反映在電機的調(diào)速曲線上，就是從恒轉矩區(qū)進入恒功率區(qū)。由于永磁同步電機的轉子磁場是由永磁體提供的，弱磁控制就需要消耗額外的電流來反向抵消部分轉子磁場，降低了高轉速工況下的運行效率，給電源和變頻器帶來額外負擔。2）反電動勢問題：永磁同步電機的轉子在高速旋轉時，定子線圈對轉子中的永磁體磁場做磁感線切割運動，產(chǎn)生感應電動勢，而且這種感應電動勢的方向與原線圈電壓的方向相反，故稱反電動勢。反電動勢會抵消輸入定子的驅(qū)動電壓，造成高速運轉時需要給電機輸入更高的電壓來驅(qū)動，高壓驅(qū)動會造成更大的渦流損耗，引發(fā)電機高溫，對定子線圈和轉子永磁體造成損害。轉速越快，效率越低。在高速旋轉時，永磁同步電機越來越像一臺發(fā)電機。3）高溫振動環(huán)境下的退磁問題：常用的永磁體釹鐵硼雖然性能出色，但是在高溫、振動以及強外部磁場的環(huán)境下容易發(fā)生退磁。除定子繞組通電產(chǎn)生的熱量外，永磁同步電機的轉子雖然不通電，仍然會由于離心力、渦流損耗等原因發(fā)熱。渦流損耗是指，導體在非均勻磁場中移動或處在隨時間變化的磁場中時，導體內(nèi)感生的電流導致的能量損耗。永磁同步電機的轉子轉速在理論上與定子磁場的轉速一致，但是由于定子齒槽的存在、繞組的空間分布，而且三相繞組中的電流不是標準的正弦波，這些原因?qū)е码姍C內(nèi)部磁場畸變，導致氣隙磁場中諧波含量很高，電機鐵心和永磁體感應出渦流，產(chǎn)生較大的渦流損耗。在永磁同步電機高速旋轉時，工作頻率高，轉速高，齒槽效應引起的諧波頻率更高，轉子渦流損耗帶來的高溫問題更加嚴重。階段性小結，永磁同步電機的上述三個問題，弱磁控制問題、反電動勢問題、高溫振動環(huán)境下的退磁問題都是在高轉速工況下的局限性，這些因素解釋了為什么搭載永磁同步電機的電動車往往零百加速性能優(yōu)越，但是高速巡航工況下的二次加速疲軟、峰值車速有限以及超高速巡航難以持續(xù)。對比永磁同步電機與交流感應電機的效率圖，我們可以清晰的看到，永磁同步電機的峰值效率高于感應異步電機，但是高效區(qū)間更多的集中在轉速相對較低的區(qū)域，而感應異步電機的高效區(qū)間向高轉速區(qū)域延伸的更多。4）自啟動問題：永磁同步電動機一旦接通電源，旋轉磁場立即產(chǎn)生并高速旋轉。轉子由于慣性來不及跟著轉動，當定子磁極一次次越過轉子磁極時，前后作用在轉子磁極上的磁力大小相等、方向相反，間隔時間極短，平均轉矩為零，因此永磁同步電機不能自行啟動。解決自啟動問題需要額外配置變頻器（外部變頻，緩慢升速），或在轉子內(nèi)加入感應異步電機的鼠籠結構。5）成本問題：永磁同步電機的轉子由于要使用釹鐵硼等稀土材料，物料成本明顯高于感應異步電機。以一臺常見的功率為30KW的驅(qū)動電機為例，釹鐵硼、銅和鋼是制造電機的主要材料，永磁同步電機這三種物料成本大約比感應異步電機高68%，釹鐵硼材料的成本在永磁同步電機的三大主要物料成本中的占比高達71%。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，2020年，全球稀土儲量約為116土儲量約為44.0百萬噸，占全球稀土儲量的37.9%。國內(nèi)豐富的稀土資源在一定程度上為永磁同步電機的廣泛使用奠定了基礎。感應交流電機的定子與永磁同步電機基本相同，區(qū)別主要在于轉子，感應交流電機的轉子常用銅制或鋁制鼠籠結構。根據(jù)法拉第電磁感應定律，在磁場中放一個封閉的導體，變化的磁場會在回路中感應出電動勢，感應電動勢會在回路中產(chǎn)生感應電流。根據(jù)洛倫茲力定律，載流線圈上會產(chǎn)生電磁力，線圈開始旋轉，轉子旋轉。鼠籠中的每一根棒都會產(chǎn)生感應電流，這些感應電流在鼠籠的兩端短路，轉子開始旋轉。轉子內(nèi)部裝有絕緣鐵芯薄片，這種小尺寸的鐵芯薄片確保了渦流損耗最小。轉子以略低于同步速度的轉速旋轉，這種差異成為轉差，轉差占同步速度的比一般在2%-6%左右。異步電機不需要永磁體、換向器、位置傳感器，可以自啟動，轉子速度與磁場旋轉速度正相關，磁場旋轉速度與輸入交流電源的頻率正相關。永磁同步電機的主要優(yōu)劣勢都是圍繞轉子永磁體材料展開的，感應異步電機的優(yōu)劣勢同樣圍繞轉子鼠籠結構展開。由于轉子沒有使用永磁體而使用勵磁鼠籠結構，感應異步電機的主要優(yōu)勢在于成本低、弱磁控制難度低、可靠性高、耐高溫、耐振動、過載能力強，主要劣勢在于功率密度較低、體積及重量較大、能量轉換效率較低、轉子需配備單獨的冷卻系統(tǒng)。值得一提的是，感應電機幾乎沒有電樞反應，在高轉速工況下的表現(xiàn)往往優(yōu)于永磁同步電機。但是，在低速工況下，由于電機轉子的勵磁電流與轉速成反比，勵磁電流建立磁場的能量不做功，這就導致異步感應電機的轉速越低，無功功率越大，電機效率越低。永磁同步電機啟動轉矩大、高轉速工況弱，而感應異步電機啟動轉矩小、高轉速工況強，二者互補，以特斯拉、比亞迪為代表的電動車龍頭企業(yè)往往選擇前驅(qū)感應異步電機搭配后驅(qū)永磁同步電機。數(shù)據(jù)對比:比亞迪/特斯拉市占率領先，大洋電機/巨一科技財務指標較優(yōu)根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，在國內(nèi)主要電機廠商中，2020全年前兩名的廠商（比亞迪/特斯拉）市場份額合計達到了26%，前五名的廠商合計市場份額達到了48%，前十名的廠商合計市場份額達到了71%。2021全年，前兩名的廠商（比亞迪/特斯拉）合計市場份額達到了30%，前五名的廠商合計市場份額達到了48%，前十名的廠商合計市場分額達到了67%。根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，在主要電機廠家中，2020年排名前五的廠家分別是比亞迪/特斯拉/方正電機/蔚然動力/寧波雙林，裝機量分別為19/15/10/9/9萬臺，占比分別為15%/11%/8%/7%/7%。2021年，國內(nèi)裝機量排名前五的企業(yè)分別是比亞迪/特斯拉/方正電機/寧波雙林/蔚然動力，裝機量分別為62/40/25/20/18萬臺，占比分別為18%/12%/7%/6%/5%。高工鋰電統(tǒng)計的主要新能源驅(qū)動電機生產(chǎn)商的合計裝車量從2020年的141萬臺增長至2021年的343萬臺，市場規(guī)模處于高速成長階段。日電產(chǎn)預計，從2025年開始，自制驅(qū)動電機的整車廠的外采趨勢會逐漸明顯；整車廠與電機廠的合資供應商會增加；外采驅(qū)動電機的體系會完全建立起來。至2050年前后，橫向的國際化專業(yè)分工會建立起來，整車廠會從專業(yè)供應商那里采購電機與其他主要零部件。精進電動、方正電機、大洋電機和巨一科技是國內(nèi)領先的新能源汽車驅(qū)動電機供應商，接下來我們將對他們的財務指標進行分析對比。從相關業(yè)務的銷售收入來看，精進電動（營業(yè)總收入）、方正電機（汽車應用類）、大洋電機（新能源車輛動力總成系統(tǒng)）、巨一科技（新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)）在2021年上半年的銷售收入分別為3.40/3.62/4.59/1.64億元，同比增速分別為47%/147%/56%/345%。其中，大洋電機的收入規(guī)模最大，巨一科技的增速最快。從相關業(yè)務的毛利率來看，精進電動（營業(yè)總毛利）、方正電機（汽車應用類）、大洋電機（新能源車輛動力總成系統(tǒng)）、巨一科技（新能源汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)）在2021年上半年的毛利率分別為-6%/4%/13%/15%，2020全年的毛利率分別為2%/9%/18%/15%。大洋電機和巨一科技的毛利率相對較高。從銷售凈利率來看，2021年前三季度，精進電動/方正電機/大洋電機/巨一科技的銷售凈利率分別為-58%/-4%/5%/10%。2020年全年，精進電動/方正電機/大洋電機/巨一科技的銷售凈利率分別為-66%/-56%/1%/9%。大洋電機和巨一科技的凈利率相對較高。從四費率來看，2021年前三季度，精進電動的銷售/管理/研發(fā)/財務費用率分別為7%/20%/21%/2%，合計四費率50%；方正電機的銷售/管理/研發(fā)/財務費用率為2%/7%/9%/0%，合計四費率18%；大洋電機的銷售/管理/研發(fā)/財務費用率分別為4%/7%/4%/0%，合計四費率14%；巨一科技的銷售/管理/研發(fā)/財務費用率分別為3%/6%/8%/0%，合計四費率17%。大洋電機的四費率最低，精進電動的研發(fā)投入占比最高。方正電機的客戶結構中上汽通用五菱占比較高（85%），2022年公司發(fā)布業(yè)績預告，已實現(xiàn)2021年歸母凈利潤扭虧為盈；精進電動的客戶結構較為健康（上海汽車和小鵬汽車占比各接近40%），2020年人均創(chuàng)收較高；大洋電機的客戶結構較為健康（長安汽車和長城汽車占比各接近39%），盈利能力較為穩(wěn)定；巨一科技的盈利能力、人均創(chuàng)利、人均創(chuàng)收等財務指標均處于領先地位。（報告來源：未來智庫）市場空間：2025年有望達到385億元根據(jù)中汽協(xié)和乘聯(lián)會的數(shù)據(jù)，2021年我國乘用車銷量為2148萬輛，新能源乘用車銷量為331萬輛，新能源乘用車滲透率為15%。中國乘用車市場整體發(fā)展已相對成熟，2022-2025年，我們給予乘用車市場整體每年3%的增長率，則中國乘用車銷量有望從2213萬輛增長2418萬輛?？紤]到外部政策刺激（雙積分考核、路權政策等）與各主流整車廠的新能源車型規(guī)劃，我們預計2022-2025年，新能源乘用車的滲透率有望從25%提升至40%，新能源乘用車的銷量有望從553萬輛增長至967萬輛。乘聯(lián)會統(tǒng)計的2021年12月新能源乘用車銷量前十的車型中，有雙電機版本的車型是特斯拉ModelY、特斯拉Model3、比亞迪宋DM、理想ONE和比亞迪漢EV。部分車型不同版本的驅(qū)動電機數(shù)量不同，我們則按版本數(shù)量占比推算雙電機版本的銷量占比。2021年12月銷量前十名的新能源乘用車車型，全年累計銷量之和為147萬輛，占全年新能源銷量的45%。其中，雙電機車型的銷量為40萬輛，滲透率為27%?？紤]到消費者對新能源乘用車的性能要求不斷提升，電機技術進步、生產(chǎn)規(guī)模擴大帶來的成本下降，我們預計雙電機車型的滲透率會不斷提升。根據(jù)我們的測算，2021年的雙電機車型滲透率大約為27%，按每年5%的速度提升，則2025年雙電機車型的滲透率有望達到47%，雙電機車型搭載的驅(qū)動電機數(shù)量有望達到909萬臺，新能源乘用車驅(qū)動電機裝機總量有望達到1422萬臺。由于新能源乘用車的動力性能越來越強，在高壓化趨勢下電機電控的絕緣性能也越來越強，因此我們假設新能源乘用車的電機及多合一電驅(qū)動系統(tǒng)的單價總體呈上升趨勢。當前新能源乘用車驅(qū)動電機的單價大約為2500元（根據(jù)巨一科技招股說明書估算），受益于電機性能的不斷提升，我們預計2021-2025年，驅(qū)動電機的單價有望以每年大約2%的增幅提升，至2025年單價大約為2706元。2025年新能源乘用車驅(qū)動電機的總裝機量為1422萬臺，電機單價2706元，市場規(guī)模為385億元。假設三合一電驅(qū)動系統(tǒng)的單價為5500元（根據(jù)巨一科技招股說明書估算），以每年5%的速度逐步上升，則2025年單價大約為6685元。2021年國內(nèi)三合一電驅(qū)動系統(tǒng)的市場規(guī)模大約為231億元，2025年有望增至950億元。2發(fā)展趨勢：扁線，油冷，多合一在上文中我們已經(jīng)提到，新能源汽車驅(qū)動電機在性能方面的特殊需求主要體現(xiàn)在功率密度高、調(diào)速范圍寬、起動轉矩大、高效區(qū)間廣、散熱需求強。因此，新能源汽車驅(qū)動電機的發(fā)展趨勢也是圍繞這些性能展開，當前比較主流的幾個方向即扁線電機、油冷電機以及多合一電驅(qū)動總成。扁線電機擁有更高的功率密度，扁銅線之間間隙較大，冷卻油易于滲透，扁線電機的發(fā)展推動了直接油冷技術的應用。同時，冷卻油擁有良好的絕緣性，可作為減速器及齒輪軸承的潤滑油使用，也可收集電機余熱用于電池包的保溫，直接油冷技術加速了整車熱管理系統(tǒng)集成化的進程，對多合一電驅(qū)動系統(tǒng)總成的發(fā)展有促進作用。扁線電機：提效降損，銅線、漆膜、設備均有增量扁線電機是指，將定子繞組中的傳統(tǒng)圓柱形漆包銅線替換為加工成發(fā)卡狀的漆包銅扁線。圓線電機的定子橫截面中，圓形銅線間留下了大量間隙，而扁線電機的定子橫截面中，矩形銅線可以更好地填充空間，提高槽滿率，這是扁線電機和圓線電機的根本區(qū)別所在。扁線電機相比傳統(tǒng)圓線電機，裸銅槽滿率可提升20%-30%。槽滿率的提高等同于電機在具有相同體積的條件下，可以輸出更高的功率和轉矩；或者功率相同的條件下，可以減小電機的外徑和體積，進而減小電機的重量，所以扁線繞組電機有著更高的功率密度，可以使永磁電機繼續(xù)向著更小化的方向發(fā)展。相較于圓線電機，扁線電機的首要優(yōu)勢即損耗降低、效率提升。永磁同步電機的損耗中，銅耗（主要是定子繞組中的損耗）占大約65%，鐵耗（定子鐵芯與轉子鐵芯中的損耗）占大約20%，其余損耗占比相對較低。扁線電機和圓線電機的鐵耗水平接近，主要區(qū)別在銅耗。銅耗具體可分為直流損耗和交流損耗。直流損耗圓線和扁線都有，但是圓線繞組由于單個繞組的截面尺寸較小，交流損耗幾乎可以忽略不計，而扁線繞組由于導體截面尺寸較大，受趨膚效應和鄰近效應影響，交流損耗也很重要。直流損耗方面，在電流相數(shù)和電流有效值給定的情況下，直流損耗與繞組的直流電阻成正比。由于圓線更細，電阻更高，因此圓線電機的直流損耗通常高于相同條件下的扁線電機。根據(jù)《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》，在有限元軟件中對額定功率為35KW的永磁同步電機的直流損耗進行仿真計算，圓線繞組的直流損耗為601.6W，扁線繞組的直流損耗為388-488W，與圓線繞組相比下降了113-214W，降幅為19%-36%。交流損耗方面，在上文闡釋永磁同步電機的反電動勢問題的時候我們已經(jīng)提過，在高速旋轉的電機中，定子線圈會由于切割磁感線形成反電動勢，產(chǎn)生渦流。產(chǎn)生定子渦流的磁通主要有三部分：電機的基頻磁通（基波），定子開槽、鐵芯飽和以及轉子運動產(chǎn)生的內(nèi)部諧波，PWM逆變器產(chǎn)生的外部諧波。同時，由于交變電流引起的趨膚效應和鄰近效應，交流損耗會進一步提高。趨膚效應是指當交變電流流過導體時，導體周圍變化的磁場也要在導體中產(chǎn)生感應電流，導體內(nèi)部的反電動勢會強于表面，從而使導體截面的電流分布不均勻，趨近于外表面。電流頻率越高，反電動勢越強，趨膚效應越明顯。鄰近效應是指，互相靠近的導體通有交變電流時，每一導體不僅處于自身電流產(chǎn)生的電磁場中，同時還處于其它導體中的電流產(chǎn)生的電磁場中，這使得各個導體中的電流分布會受臨近導體的影響而不均勻的現(xiàn)象。如果兩根導體的電流方向相同，電流則向兩側集中；如果兩根導體的電流方向相反，電流則向中間集中。根據(jù)《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》，在有限元軟件中對額定功率為35KW的永磁同步電機的交流損耗進行測算，可以明顯發(fā)現(xiàn)，尺寸越大的扁線繞組交流損耗越大。更低的損耗意味著更高的效率。根據(jù)《繞組形式對永磁電機磁熱性能的影響》的仿真測算，電機的最高效率可以達到97%，圓線繞組的最高效率工作區(qū)相對比較小，但是扁線繞組的最高效率工作區(qū)比較大，且與槽滿率呈正相關關系。扁線電機的效率較圓線電機的效率能提高大約1%。但是，電機轉速越高，趨膚效應和鄰近效應的影響越大，扁線電機高效低損的優(yōu)勢會被削弱。施加在扁線繞組上交流電流頻率一定時，扁線繞組的截面積越大，其渦流損耗越大。而傳統(tǒng)圓線繞組電機在設計時，一般采用將繞組分裂成多股較細的圓股線，削弱了繞組上的趨膚效應。因此，在扁線繞組等效截面積不變的情況下，將扁線繞組分成多層，構成多層并聯(lián)支路，單股扁線繞組的截面積將會變小，由趨膚效應引起的渦流損耗也會減小。增加扁線繞組層數(shù)可有效削弱趨膚效應，但是扁線繞組層數(shù)不可能無限增加：1）加工工藝有限，制造成本增加；2）每層繞組都要渡絕緣漆，分層太多會導致絕緣漆占用槽內(nèi)空間增加，槽滿率降低；3）增加層數(shù)雖然削弱了趨膚效應，但是加強了鄰近效應，過度分層會導致交流損耗增大。除提高效率、降低損耗外，扁線電機相較于圓線電機，擁有更高的功率密度（槽滿率更高）、更強的散熱能力（槽內(nèi)熱阻更低）、更好的NVH表現(xiàn)（機械噪音和電磁噪音更低）。相較于圓線電機，扁線電機產(chǎn)業(yè)鏈的增量環(huán)節(jié)主要集中在銅線、漆膜和生產(chǎn)設備三部分。銅線端，扁銅線的加工難度明顯高于傳統(tǒng)圓線，并且漆膜涂敷難度增加，扁銅線R角處的涂敷處理尤其困難。扁線的R角在設計過程中如何減小，漆膜厚度如何控制，均勻性如何保證，彎折處的結構強度如何保證等等，都需要較高的設計與加工能力。扁線的精度一致性要求也遠高于圓線，由于單根扁銅線截面積大、層數(shù)少，導線尺寸不一致會對繞組整體性能產(chǎn)生較大的負面影響。從營業(yè)收入來看，精達股份/長城科技/冠城大通/金杯電工在2020年的相關業(yè)務銷售收入分別為85/62/36/12億元，金田銅業(yè)在2020年未單獨披露電磁線業(yè)務收入，2019年收入為39億元，精達股份收入水平領先。從毛利率來來看，2020年精達股份/長城科技/冠城大通/金杯電工的相關業(yè)務毛利率分別為10%/8%/8%/17%，金田銅業(yè)在2020年未單獨披露電磁線業(yè)務毛利率，2019年毛利率為5%，金杯電工毛利率水平領先。漆膜端，扁銅線的外敷漆膜越薄，槽滿率越高，對漆膜的絕緣性能提出了較高要求。漆膜必須穩(wěn)定附著在銅扁線上，扁銅線在加工過程中需經(jīng)歷彎折、扭轉等工序，對漆膜的附著性和拉伸性也提出了較高要求。同時，由于電機特殊的工作環(huán)境，扁銅線的漆膜需具備耐電暈、耐高溫、耐散熱油的性質(zhì)。扁銅線的漆膜外資供應商多為國際巨頭，在化工行業(yè)擁有悠久的從業(yè)歷史和較強的技術實力，產(chǎn)品品質(zhì)處于領先地位，主要有艾仕得、阿爾塔納（艾倫塔斯電子絕緣事業(yè)部）、杜邦等。2021年上半年，太湖股份/回天新材/巨峰股份的銷售收入分別為2.43/14.09/3.67億元，毛利率分別為22%/25%/23%?；靥煨虏牡臓I業(yè)收入和毛利率都處于領先水平。設備端，傳統(tǒng)圓線電機在生產(chǎn)過程中，只需要將繞組纏繞在定子上，或者將繞組加工成線圈塞入定子，生產(chǎn)工藝相對成熟。扁線電機在生產(chǎn)中需要先將銅線插入定子槽，然后進行扭轉、焊接、滴漆、涂敷等工藝，對設備控制算法與加工精度有較高要求。國外的設備供應商技術實力較強，售價較高，主要包括日本日特（NITTOCCONSTRUCTION）、意大利ATOP、法國REDEX等。國內(nèi)的扁線電機設備供應商主要有浙江巨力自動化設備有限公司、江蘇銘納陽智能裝備有限公司、豪森股份（688529.SH）。浙江巨力的產(chǎn)品主要包含電機轉子生產(chǎn)線、電機定子生產(chǎn)線、裝配生產(chǎn)線、轉子單機系列、定子單機系列等，具體工藝技術又包括壓裝技術、絕緣技術、觸點技術、車削技術、性能檢測、裝配技術等。巨力的生產(chǎn)設施主要在浙江省嘉興市和浙江省三門縣城，客戶主要包括客奧迪，戴姆勒，寶馬，大眾，捷豹，博世、博澤、法雷奧、大陸、馬勒、日立、百得、雷米、尼得科、WEG、德昌等近1000多家國內(nèi)外知名企業(yè)。江蘇銘納陽的主要產(chǎn)品包括新能源驅(qū)動電機設備、發(fā)電機定子并線設備、雙圈線成型設備、汽車電機設備。公司是中國內(nèi)燃機工業(yè)協(xié)會會員，中國汽車工業(yè)協(xié)會新能源電機電控產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟協(xié)會會員，擁有發(fā)明專利9項，實用新型專利41項，常州市高新技術產(chǎn)品2項，江蘇省高新技術產(chǎn)品1項，公司產(chǎn)品廣泛應用于汽車電機、純電動汽車、混合動力汽車、電動叉車、電動三輪車、旅游觀光車、電動工具及汽車電機等領域。豪森股份重點研究開發(fā)目前市場需求最大的扁線電機工藝裝備生產(chǎn)線，同時，通過自主研發(fā)和與圓線電機工藝裝備廠商合作等方式，積極拓展傳統(tǒng)圓線驅(qū)動電機工藝裝備領域，現(xiàn)已經(jīng)獲取上海龍芯、天際汽車、寧波威睿汽車等客戶的驅(qū)動電機智能生產(chǎn)線訂單。公司的扁線電機生產(chǎn)設備包括的主要技術與工藝有絕緣紙插入技術、Hairpin成型技術、扭頭技術、漆包線切齊技術、連接線焊接技術、涂覆技術、滴漆技術、磁鋼裝配技術、充磁技術、表磁檢測技術、鐵芯堆疊壓裝技術、定子入套技術、定轉子合裝技術、旋變調(diào)零技術、安規(guī)測試技術等。2017-2021年，公司的營業(yè)總收入從6.55億元增長至12.03億元，年均復合增長率為16%；歸母凈利潤從0.16億元增長至0.71億元，年均復合增長率45%。2017-2021Q3，公司的毛利率從24.99%上升至26.63%，凈利率從4.87%上升至5.22%，盈利能力穩(wěn)健提升。油冷電機：直接冷卻，高效散熱新能源汽車的發(fā)展對電機效率、功率密度、響應速度和振動噪聲等性能指標提出了更高的要求，促使電機向高精度、高功率密度、小型化、輕量化和機電一體化等方向發(fā)展，帶來了電機內(nèi)部發(fā)熱量急劇增加、有效散熱空間嚴重不足等問題，限制了電機系統(tǒng)的功率密度進一步提高。電機內(nèi)部高溫會導致永磁體材料退磁、絕緣層老化，并導致銅線繞組在高溫下的電阻升高，降低電機效率，進一步加劇電機發(fā)熱。根據(jù)《基于熱管的新能源汽車電機散熱系統(tǒng)設計與性能分析》，30%-40%的永磁電機失效是由電機溫升過高引起的。電機繞組、定子和機殼等關鍵部件的接觸面之間存在絕緣漆、絕緣紙和空氣等熱導率極低的材料，增加了電機各部件間的接觸熱阻，極大地降低了電機關鍵部件的散熱效率。電機內(nèi)部的關鍵發(fā)熱部件與機殼之間的傳熱路徑長、接觸熱阻大，對散熱系統(tǒng)提出了較高要求。風冷、液冷和蒸發(fā)冷卻散熱系統(tǒng)是三種常用的電機散熱系統(tǒng)。風冷散熱系統(tǒng)憑借成本低、可靠性高和安裝方便等優(yōu)勢，在小功率電機散熱領域得到了廣泛應用。液冷散熱系統(tǒng)具有較高的散熱功率，其散熱效率可以達到前者的50倍，適用于電機發(fā)熱量大、熱流密度高的散熱場合，但是液冷散熱系統(tǒng)需要額外的循環(huán)液路與密封系統(tǒng)，增加了電機系統(tǒng)的成本和復雜性。蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)則主要應用于兆瓦級大容量發(fā)電機組的散熱系統(tǒng)，利用氣液相變循環(huán)實現(xiàn)對電機的高效冷卻。車用永磁同步電機的液冷形式大致分為兩種：直接冷卻與間接冷卻。間接冷卻是機殼內(nèi)設計的冷卻流道，通過冷卻液流經(jīng)整個機殼帶走熱量。直接冷卻則是在密封的電機內(nèi)部注入冷卻油，利用冷卻油具有較高比熱容的特性進行冷卻。而且直接冷卻可以增大與發(fā)熱源的接觸面積，可以有更好的冷卻效果。永磁同步電機的繞組端部發(fā)熱量大，水冷方式下冷卻液無法直接接觸繞組，但是油冷方式下冷卻油可直接接觸繞組，冷卻效率更高，優(yōu)勢更突出。油冷方案一般可分成三種：1）定子淋油：定子繞組淋油或者定子鐵心淋油，冷卻油直接噴淋到定子繞組或鐵心上，對定子進行冷卻。2）定子淋油+轉子甩油：定子在淋油冷卻的同時，轉子內(nèi)部也設計有油道，轉子油道內(nèi)的冷卻油在轉子離心力的作用下甩向定子，對定子和轉子都起冷卻作用。3）定子內(nèi)油路+定子淋油+轉子甩油：在方案2的基礎上增加定子的內(nèi)部冷卻，進一步提升冷卻效果。轉子冷卻方面，一般是通過空心軸將冷卻油導入到轉子鐵芯與兩側端板之間的油道內(nèi)，在轉子離心力的作用下從端板流出，可有效降低磁鋼的工作溫度，對磁鋼的壽命和電機的輸出能力有明顯的提高。定子冷卻方面，一般是通過淋油的方式將冷卻油噴淋到定子繞組和鐵芯上，在重力作用下流動到其他位置，實現(xiàn)對定子的冷卻。水冷散熱系統(tǒng)存在銹蝕、堵塞和滲漏等隱患，一旦發(fā)生泄露將直接危及電機的安全，因此需要對水冷散熱系統(tǒng)的循環(huán)管路進行高可靠性的密封。相比于水介質(zhì)，油介質(zhì)具有絕緣性好、介電常數(shù)高、凝固點低和沸點高等優(yōu)勢，可以提高電機系統(tǒng)對外界環(huán)境的適應性，避免氣蝕、水垢等腐蝕危害。直接油冷散熱系統(tǒng)的冷卻油與電機發(fā)熱部件直接接觸，其散熱效率遠高于水冷散熱系統(tǒng)。比亞迪DMI系統(tǒng)中的驅(qū)動電機采用直噴式轉子油冷技術，可提升電機功率密度32%。根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，2021全，中國新能源乘用車中采用油冷技術的整車廠主要有比亞迪、特斯拉、吉利、上汽、奔馳等，落地車型主要有比亞迪宋MAX、比亞迪宋Pro、比亞迪宋Plus，特斯拉Model3、特斯拉ModelY，上汽榮威eRX5，吉利幾何C、吉利帝豪PHEV、極氪001等。對應的電機供應商則主要是比亞迪自產(chǎn)、特斯拉自產(chǎn)、日電產(chǎn)、精進百思特、華域汽車等。另外，因為扁線端部導體間存在較大的間隙，噴頭出油后，直接滲透入扁線繞組端部，帶走每一個導體的熱量，而圓線繞組端部在浸漆后，成為一個實心整體，冷卻油很難滲入內(nèi)部，帶著中間層導體的熱量，容易在繞組內(nèi)部形成熱孤島。因此扁線和油冷是一對黃金搭檔，配合使用能大幅度提高散熱能力，從而提高功率密度。油冷電機相較于傳統(tǒng)水冷電機，主要的增量環(huán)節(jié)在于電子油泵/濾清器/散熱器，市場單價通常為150/50/50元左右，視采購廠商的采購量上下波動。此外，油冷電機使用的冷卻油通常為ATF油（自動變速箱油）。2021年前三季度，德聯(lián)集團/怡達股份/龍蟠科技的銷售收入分別為36.23/10.65/23.15億元，歸母凈利潤分別為1.82/0.93/1.94億元，德聯(lián)集團的營業(yè)收入領先，龍蟠科技的歸母凈利潤領先。2021年前三季度，德聯(lián)集團/怡達股份/龍蟠科技的毛利率分別為14%/20%/31%，凈利率分別為5%/9%/9%。龍蟠科技的毛利率和凈利率水平領先。2021年前三季度，三花智控/銀輪股份/盾安環(huán)境/圣龍股份的營業(yè)收入分別為117/58/74/10億元，歸母凈利潤分別為13/2/3/1億元。三花智控在營業(yè)收入和歸母凈利潤上有較大優(yōu)勢。2021年前三季度，三花智控/銀輪股份/盾安環(huán)境/圣龍股份的毛利率分別為27%/21%/16%/15%，凈利率分別為11%/4%/5%/8%。三花智控在毛利率和凈利率方面均有優(yōu)勢。多合一電驅(qū)動系統(tǒng)總成：集成化實現(xiàn)降本增效新能源汽車對續(xù)航里程、功率密度、能量利用效率的要求越來越高，電驅(qū)動系統(tǒng)向集成化、小型化和輕量化的方向快速發(fā)展。目前已經(jīng)發(fā)布的多合一電驅(qū)動系統(tǒng)有三合一、四合一、六合一、七合一甚至八合一，其中最常見的還是三合一電驅(qū)動系統(tǒng)。電驅(qū)動系統(tǒng)“多合一”的集成化方案可以讓系統(tǒng)內(nèi)的零部件共享外殼耦合及冷卻系統(tǒng)（例如減速器潤滑油可以用來冷卻驅(qū)動電機，特斯拉回收電機熱量給電池保溫），共享電路及功率半導體，減少線纜用量，有效縮小電驅(qū)動系統(tǒng)的體積和重量，提高功率密度，實現(xiàn)輕量化。1）適用性廣：多合一電驅(qū)動系統(tǒng)需要頂層設計，從車型平臺上進行規(guī)劃，這樣可以大幅縮短開發(fā)周期，并能以較低成本滿足多種車型的需求；2）成本降低：減少動力總成內(nèi)部的高壓線束、連接器等零件，減輕重量，降低成本；3）空間精簡：更緊湊地整合電機、逆變器、減速器等模塊，解放空間，利于整車布置；4）能效提高：減少或縮短逆變器與電機之間的連接配線，降低電力損耗，提升電驅(qū)動系統(tǒng)的能量利用效率；常見的三合一電驅(qū)動系統(tǒng)，根據(jù)電機控制器的位置，可大致分為五種類型。電機控制器或與驅(qū)動電機、減速器并列分布，或集成于驅(qū)動電機內(nèi)，或集成于減速器內(nèi)，在尺寸、線束用量、技術難度上各有優(yōu)劣勢。多合一電驅(qū)動系統(tǒng)的主要壁壘在于：1）產(chǎn)品設計協(xié)調(diào)：電驅(qū)動系統(tǒng)中的電機、減速器、逆變器等核心零部件可能來自不同的供應商，需要有集成廠商統(tǒng)一設計、規(guī)劃、生產(chǎn)，進行跨領域的協(xié)調(diào)。2）冷卻系統(tǒng)集成：多合一電驅(qū)動系統(tǒng)往往共享外殼與冷卻系統(tǒng)，電機、電機控制器、DC/DC等都是熱源，對冷卻系統(tǒng)的設計要求大大提高。3）品控問題：多個核心零部件集成對生產(chǎn)工藝、品控水平提出了很高要求，單一零部件的故障對集成系統(tǒng)的影響不容忽視。4）EMC問題：大量電子元器件及驅(qū)動電機的集成，相互之間的電磁干擾問題需要找到平衡點。3行業(yè)標桿：特斯拉、比亞迪持續(xù)創(chuàng)新，第三方電機廠快速進步特斯拉：永磁同步電機技術革新，加速滲透特斯拉的早期車型多采用感應異步電機（Roadster等），2019款的海外特斯拉Model3在單電機版本上依然搭載了感應異步電機，在雙電機版本上則搭載前驅(qū)永磁同步電機搭配后驅(qū)感應異步電機。2019款國產(chǎn)版的特斯拉Model3單電機版本則搭載的是永磁同步電機?，F(xiàn)階段，特斯拉Model3、ModelY、ModelS、ModelX等車型均在單電機版本上搭載永磁同步電機，在雙電機版本上搭載永磁同步電機+感應異步電機。新款特斯拉ModelSPlaid三電機版本搭載的全部是永磁同步電機。總體來看，特斯拉的驅(qū)動電機配置趨勢是數(shù)量越來越多，性能越來越強，永磁同步電機的滲透率越來越高?；谏衔闹幸呀?jīng)詳細分析過的永磁同步電機與感應異步電機的性能互補，特斯拉主要的性能版車型中都采用永磁同步電機與感應異步電機搭配的雙電機解決方案。特斯拉新款ModelSPlaid版搭載了全部使用永磁同步電機的三電機解決方案，并落地了很多特斯拉在驅(qū)動電機上的前沿技術。三電機全部采用永磁同步電機，就需要對永磁同步電機在高轉速工況下的反電動勢、弱磁控制、結構強度、散熱等問題進行優(yōu)化處理。1）特斯拉給電機轉子上加了一個碳纖維保護套，核心作用是加強電機轉子的結構強度，防止高轉速工況下永磁體脫落。轉子中常用的釹鐵硼材料能經(jīng)受較大的壓應力，但是不能經(jīng)受較大的拉應力，抗拉強度不及抗壓強度的1/10。電機處于高轉速工況時，轉子會產(chǎn)生巨大的離心力，可能會導致永磁體脫落。碳纖維具有耐高溫、抗張強度大、絕緣性能好的優(yōu)勢，作為保護套可有效加強轉子的結構強度。同時，碳纖維導電率低，幾乎不會產(chǎn)生額外的渦流損耗，但與其他金屬材料相比，也難以屏蔽氣隙內(nèi)的諧波，降低轉子渦流損耗的效果不明顯。此外，碳纖維保護層可增加轉子的磁通量。根據(jù)特斯拉的專利文件，因為有了碳纖維保護層，原有的固定磁體的部分鐵片可以省去，纖維管和磁鐵之間沒有金屬，可減少對磁通的屏蔽。散熱方面，碳纖維保護層有利有弊?；谔祭w維材料優(yōu)秀的隔熱性能，電機的主要熱源，即定子銅線繞組發(fā)熱，對轉子的負面影響被削弱。但是，轉子本身在高速工況下同樣發(fā)熱，碳纖維保護層限制了轉子的散熱。給轉子添加碳纖維保護層的主要壁壘在于加工工藝復雜。由于不同材料的膨脹系數(shù)不同，碳纖維所使用的環(huán)氧樹脂材料必須在高強度張力下纏繞在定子上，否則在低溫下碳纖維會松動。2）內(nèi)置永磁同步磁阻電機。在上文中，我們提到交流電機主要有永磁同步電機、感應異步電機、磁阻電機。其中，磁阻電機在乘用車上應用很少，因此我們沒有詳細介紹。磁阻電機與永磁同步電機的主要區(qū)別在于，轉子內(nèi)沒有永磁體，沒有磁場，完全依靠定子磁場，基于“磁阻最小原理”產(chǎn)生轉矩。磁阻電機幾乎沒有反電動勢、弱磁控制等問題，但是轉矩較小、脈動較大，在一定程度上與永磁同步電機互補，擴展了電動機的高效區(qū)間。特斯拉將永磁體嵌入磁阻電機的轉子槽中，該方案的主要壁壘在于永磁體的數(shù)量、尺寸、形狀、位置等。內(nèi)置永磁同步磁阻電機在低轉速工況下近似永磁同步電機，在高轉速工況下近似磁阻電機。轉子永磁體的V型結構可調(diào)節(jié)磁阻轉矩，緩解高轉速工況下的反電動勢問題。在高轉速工況下，特斯拉盡可能將定子旋轉磁場與轉子磁場對齊，從而大幅削弱反電動勢，這種設計的主要壁壘在于復雜的電機控制策略。3）10層扁線繞組電機。在特斯拉介紹上海超級工廠的預告片中，展示了電機的生產(chǎn)工藝。我們可以看到，特斯拉的電機已經(jīng)落地了扁線技術，并且在定子繞組的特寫中，每一排有5個焊接點，每個焊接點有2根扁銅線，特斯拉的扁線電機定子繞組已經(jīng)達到10層，生產(chǎn)加工工藝擁有較高的壁壘。（報告來源：未來智庫）比亞迪：電動插混雙輪驅(qū)動，技術實力深厚全面比亞迪一直使用永磁同步電機，并且早在2015款的比亞迪唐新能源上就落地了雙電機四驅(qū)結構，具有一定的前瞻性和先進性。在純電平臺方面，比亞迪最新的E平臺3.0采用了前驅(qū)感應異步電機+后驅(qū)永磁同步電機的技術方案，二者互補，在日常行駛中以永磁同步電機為主，在加速工況下雙電機最大輸出。該平臺落地了全球首個八合一動力總成（整車控制器、電機控制器、車載充電器、驅(qū)動電機、電池管理器、高壓配電箱、直流變換器、減速器），高性能版本最大功率270KW（E平臺3.0有前后兩個八合一動力總成，后驅(qū)峰值功率270KW，前驅(qū)峰值功率150KW），系統(tǒng)綜合效率89%。其中，扁線驅(qū)動電機最高效率可達97.5%，電機功率提升了40%?；诟叨燃傻碾婒?qū)動系統(tǒng)，整車的熱管理系統(tǒng)也得以進一步集成，寬溫域高效熱泵系統(tǒng)得以落地，實現(xiàn)了整車熱量綜合利用，-30℃~60℃的寬域熱泵工作溫度，動力電池的直冷直熱技術熱效率最高提升20%。得益于優(yōu)異的電驅(qū)動系統(tǒng)設計，E平臺3.0的零百加速可達到2.9S，續(xù)航里程可達到1000KM，百公里電耗比同級別車型低10%，冬季續(xù)航里程增加10%。在插混系統(tǒng)方面，比亞迪的DMI超級混動的EHS電混系統(tǒng)采用了雙電機（發(fā)電機+電動機）雙電控的集成化設計，串并聯(lián)架構，集成了雙電機、雙電控、單檔減速器、直驅(qū)離合器、電機油冷系統(tǒng)，體積和重量減小了30%。EHS電混系統(tǒng)搭載的扁線油冷電機最高轉速可達16000rpm，峰值功率160KW，峰值扭矩325N/M，領先市場上大部分競品。電機的最高效率可達97.5%，效率＞90%占比90.3%，直噴式轉子油冷技術超強散熱，提升電機功率密度32%至44.3KW/L。在具體的設計工藝方面，根據(jù)國家知識產(chǎn)權局披露的比亞迪專利文件，2021年下半年以來，比亞迪在電機總成、散熱結構、定子設計、轉子設計上均有新技術突破。我們將對最具代表性轉子設計進行簡單介紹。在上文中我們提到，永磁同步電機在高轉速工況下存在弱磁控制問題，需要輸入額外電流削弱轉子磁場。針對這個問題的一種解決方案是，采用移動式永磁體的轉子組件，通過驅(qū)動機構驅(qū)動可移動永磁體在規(guī)定的可移動空間內(nèi)來回平移，可改變可移動永磁體到轉子表面的距離，以此來改變氣隙磁場。但這個解決方案存在一些缺陷：1）驅(qū)動永磁體自動平移的驅(qū)動機構成本高；2）驅(qū)動機構組件復雜；3）轉子空間利用率低。比亞迪設計的轉子組件包括轉子鐵芯、齒圈及至少兩個永磁體，所述齒圈轉動連接在所述轉子鐵芯的一端，所述轉子鐵芯與所述齒圈同軸，所述永磁體沿著所述齒圈的內(nèi)圈呈環(huán)形間隔排布；每一所述永磁體包括安裝柱及連接在所述安裝柱的齒輪，所述安裝柱與所述齒輪同軸，所述安裝柱可轉動地設置在所述轉子鐵芯內(nèi)，所述安裝柱的軸向平行于所述轉子鐵芯的軸向，所述齒輪與齒圈內(nèi)嚙合。通過齒圈來帶動永磁體的轉動，以此來改變氣隙磁場的強弱，處理弱磁控制問題。相較于移動式或抽拉式的方案，不需要額外的移動空間，設計簡單且結構可靠。精進電動：專注電驅(qū)動系統(tǒng)，打入小鵬供應鏈精進電動是新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)領軍企業(yè)之一，從事電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務，已對驅(qū)動電機、控制器、傳動三大總成自主掌握核心技術和實現(xiàn)完整布局。公司2008年于北京成立，創(chuàng)始人余平先后畢業(yè)于清華大學、密歇根大學、麻省理工學院，并在通用汽車美國總部的混合動力工程技術及戰(zhàn)略規(guī)劃崗位任職多年；聯(lián)合創(chuàng)始人蔡蔚在國際電機領域的學術與產(chǎn)業(yè)界任職及工作二十余年，曾任美國雷米電機混合動力技術總監(jiān)，主持過多個國際品牌新能源車型的量產(chǎn)項目。完整的電驅(qū)動系統(tǒng)（驅(qū)動電機、控制器、減速器）方面，公司產(chǎn)品主要有三合一（驅(qū)動電機+控制器+傳動），油水復合冷卻，適合乘用車，配套B級及以上轎車、SUV、跑車；前驅(qū)串并聯(lián)混動箱（驅(qū)動電機+傳動），油冷，適合乘用車，配套A級轎車，SUV；二合一（驅(qū)動電機+傳動），適用于商用車純電動系統(tǒng)的公路客車及中、大型貨車。在乘用車驅(qū)動電機方面，公司產(chǎn)品主要有感應電機、水冷永磁電機和油冷永磁電機。公司的感應電機分SD220_335Nm和SD220_290Nm兩種型號，屬于三相感應電機，具有轉矩密度、功率密度高，電機系統(tǒng)效率高，電機電磁噪聲低，NVH性能好，低轉矩紋波等優(yōu)勢。電機配有壽命長、耐電暈電機漆包線、加重型驅(qū)動電機輸出軸承，整機全面防腐蝕表面處理。公司的水冷永磁電機有SD220_270Nm、SD220_310Nm、SD220_315Nm、SD220_360Nm和SD220_390Nm。公司的水冷永磁電機屬于三相永磁同步電機，具有系統(tǒng)效率高、電磁噪聲低、NVH性能好、低齒槽轉矩及轉矩紋波等。公司采用壽命長、耐電暈電機漆包線、加重型驅(qū)動電機輸出軸承，整機全面防腐蝕表面處理。公司的油冷永磁電機有SD210、SD240、SD220和SD220。公司的油冷永磁電機屬于三相同步電機，具有轉矩、功率密度高，系統(tǒng)效率高，電磁噪聲低，NVH性能好，齒槽轉矩及轉矩波動較小，并配備專有的全壽命耐變速箱油材料。根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，2021年1-11月，在主要車企中，精進電動的前五大客戶是上海汽車/小鵬汽車/吉利汽車/中國一汽/華晨鑫源，裝機量分別為

43538/42129/8254/6978/2142臺，占比分別為40%/39%/8%/6%/2%。巨一科技：從智能裝備切入電驅(qū)動系統(tǒng)公司產(chǎn)品主要包括智能裝備整體解決方案和新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品。2021年上半年，新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品的占比為16.87%。針對新能源汽車的動力需求，公司建立了電磁設計與仿真分析平臺、散熱結構和仿真分析平臺、電機結構靜動力學分析平臺等開發(fā)平臺，采用永磁同步電機方案，開發(fā)出了30kW至200kW系列電機產(chǎn)品。通過對定轉子沖片的創(chuàng)新設計，新型材料的選用和創(chuàng)新的冷卻設計，實現(xiàn)了產(chǎn)品外特性、重量、最高效率等指標有顯著提升，滿足不同車型需求并進行批量生產(chǎn)。在集成式電驅(qū)動系統(tǒng)方面，公司主要有iEDS-2100FR和iEDS-4000FR兩種型號的產(chǎn)品，將電機、電機控制器、減速器三個單獨的分體單元，通過高度集成技術方案，開發(fā)出一款小體積、大功率、高度集成化的電橋總成產(chǎn)品，電磁噪聲低，NVH性能優(yōu)異，滿足前后驅(qū)全時驅(qū)動需求。在驅(qū)動電機方面，公司的JEE高功率密度驅(qū)動電機類型為永磁同步電機，由專業(yè)的電磁、熱、結構及NVH團隊開發(fā)，具備高功率密度、高轉矩密度、高轉速運行能力的優(yōu)點，可與高傳動比齒輪箱相配合應用。超過10年的連續(xù)生產(chǎn)，累計供貨已超過20萬臺，質(zhì)量可靠，成本低。目前已量產(chǎn)搭載于奇瑞小螞蟻EQ1、江淮iEV4、江淮iEV5、江淮iEV6、江淮iEV6EL等。在新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)領域，圍繞電驅(qū)動系統(tǒng)技術發(fā)展趨勢，已開發(fā)兩個新型集成式電驅(qū)動系統(tǒng)平臺產(chǎn)品并批量應用，通過研發(fā)項目形成了一系列的技術儲備，包括16,000rpm水冷扁線電機的設計開發(fā)、混合動力汽車雙電機控制器等；同時進行了碳化硅模塊、多合一電力電子系統(tǒng)等方面的技術預研；未來，發(fā)行人將繼續(xù)圍繞電驅(qū)動系統(tǒng)集成化、高效化的發(fā)展趨勢，開發(fā)油冷扁線電機、24,000rpm高速電機、高壓碳化硅器件電機控制器、260kW/5000Nm大功率大扭矩集成化電驅(qū)動、多合一電力電子產(chǎn)品等，提升公司在電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)品整體性能、NVH、EMC等領域的開發(fā)、驗證以及生產(chǎn)交付能力。4重點公司分析精進電動：專家治企，自主研發(fā)，全面布局精進電動是新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)國內(nèi)領軍企業(yè)之一，從事電驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務，已對驅(qū)動電機、控制器、傳動三大總成自主掌握核心技術和實現(xiàn)完整布局。精進電動為客戶提供電驅(qū)動系統(tǒng)的整體技術解決方案，堅持自主研發(fā)與持續(xù)創(chuàng)新，建立了國際化的研發(fā)團隊和全球化的組織架構，目前已在北京、上海、正定、菏澤、余姚以及美國底特律設立了研發(fā)和生產(chǎn)基地。公司與菲亞特克萊斯勒、吉利集團、廣汽集團、小鵬汽車、比亞迪、東風集團、廈門金龍、北汽集團等知名整車企業(yè)建立了長期的合作關系，并正在積極推進與美國、歐洲著名整車企業(yè)的進一步合作。公司2008年于北京成立，創(chuàng)始人余平先后畢業(yè)于清華大學、密歇根大學、麻省理工學院，并在通用汽車美國總部的混合動力工程技術及戰(zhàn)略規(guī)劃崗位任職多年；聯(lián)合創(chuàng)始人蔡蔚在國際電機領域的學術與產(chǎn)業(yè)界任職及工作二十余年，曾任美國雷米電機混合動力技術總監(jiān)，主持過多個國際品牌新能源車型的量產(chǎn)項目。公司公開發(fā)行股票募集資金將主要用于高中端電驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)設計、工藝開發(fā)及試驗中心升級項目，新一代電驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化升級改造項目，信息化系統(tǒng)建設與升級項目和補充營運資金項目?！案咧卸穗婒?qū)動系統(tǒng)研發(fā)設計、工藝開發(fā)及試驗中心升級項目”，將幫助公司在大功率高集成度電驅(qū)動系統(tǒng)、基于第三代半導體的控制器、生產(chǎn)工藝優(yōu)化以及試驗條件等方面，實現(xiàn)業(yè)內(nèi)領先的技術儲備?！靶乱淮婒?qū)動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化升級改造項目”，將進一步優(yōu)化公司生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品性能。“信息化系統(tǒng)建設與升級項目”將提升公司信息化建設水平，提高公司生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理水平?！把a充營運資金項目”將增加公司流動資產(chǎn)規(guī)模，大幅降低公司資產(chǎn)負債率，為公司業(yè)務發(fā)展創(chuàng)造有利基礎，提高財務安全性和靈活性。2022年1月，公司發(fā)布了業(yè)績預虧公告，預計2021年年度實現(xiàn)營業(yè)收入75,000萬元到78,000萬元，與上年同期相比將增加17,177.52萬元到20,177.52萬元，同比增加29.71%到34.90%。歸屬于母公司所有者的凈利潤與上年同期相比，將出現(xiàn)虧損，實現(xiàn)歸屬于母公司所有者的凈利潤-42,000萬元到-38,000萬元，與上年同期相比將減少84.45萬元到4,084.45萬元，虧損同比增加0.22%到10.77%。歸屬于母公司所有者的扣除非經(jīng)常性損益后的凈利潤-46,000萬元到43,000萬元，與上年同期相比將減少15,366.88萬元到12,366.88萬元，虧損同比增加40.37%到50.16%。1）營業(yè)收入增長，主要是2021年受新冠疫情影響較小，及乘用車項目增長所致。2020年新冠疫情期間，受延期復工和下游客戶對公司的新能源汽車電驅(qū)動系統(tǒng)采購存在訂單取消或延后。2021年，訂單恢復正常，且公司乘用車業(yè)務部分項目在2020年底進入量產(chǎn)后，產(chǎn)量在2021年有所提升，銷量增加，從而進一步提高了公司的營業(yè)收入。2）公司歸屬于母公司所有者的凈利潤下降主要由于：首先，公司主營業(yè)務毛利率較上年同期下滑，主要原因是原材料成本增長所致。自2020年底，公司主要原材料中硅鋼片、漆包線、磁鋼及殼體等大宗商品（下同）采購價格開始普遍上漲。2021年，大宗商品價格仍然持續(xù)上漲，全年價格居高位，提高了公司采購成本，從而導致公司效益下降。其次，公司持續(xù)積極投入研發(fā)，以及全力建設北美基地，拓展海外市場，導致銷售，管理和研發(fā)費用較去年同期增加。根據(jù)乘聯(lián)會的數(shù)據(jù)，2021年中國新能源乘用車銷量為331萬輛，同比增長181%?？紤]到外部政策刺激（雙積分考核、路權政策等）與各主流整車廠的新能源車型規(guī)劃，我們預計2021-2025年，新能源乘用車的滲透率有望從15%提升至40%，新能源乘用車的銷量有望從331萬輛增長至967萬輛，年均復合增長率為31%。同時，根據(jù)公司招股書的披露，公司的前五大客戶中：1）小鵬汽車，配套G3和P7的相關產(chǎn)品未來5年訂貨量計劃已獲客戶需求確認；2）吉利汽車，PHEV車型配套產(chǎn)品2021年迎全面量產(chǎn)，未來3年訂貨量計劃已獲客戶需求確認；3）比亞迪，公司通過同步開發(fā)和市場拓展，切入比亞迪配套供應商的項目增多。公司下游客戶市場份額較大、銷量增速較快，有望拉動公司業(yè)績以高于市場整體增速的水平增長。方正電機