1、電機(jī)扁線化帶來新一輪技術(shù)迭代，未來扁線電機(jī)滲透率有望快速提升

1.1 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(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。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(dòng)機(jī)的永磁是指在制造電 機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)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(dòng)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(yùn)行，即異步感應(yīng) 電動(dòng)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(diǎn)，再加上自身體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，但它并不是沒有缺點(diǎn)，除了原料帶來的成本問題外，它會(huì)有在高溫下磁性衰減的問題，這也是為何中小型純電動(dòng)車不能進(jìn)行長時(shí)間的高 速巡航。相對(duì)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(shì)；這也是一些以性能標(biāo)榜的電動(dòng)跑車以及中大型 SUV 會(huì)偏愛它的問題，如特斯拉 model S、model X、蔚來 ES8 等都在使用。不過相對(duì)來講它的缺點(diǎn)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?？傮w來看，可以理解為搭 載永磁同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車?yán)m(xù)航相對(duì)更好一些，搭載交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)車加速性能更好。

永磁同步電機(jī)在國內(nèi)驅(qū)動(dòng)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(shì)，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(tái)，裝機(jī)占比達(dá)到 94%，在新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。

1.2 扁線繞組電機(jī)優(yōu)勢(shì)明顯，技術(shù)提升潛力大

我們判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一個(gè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)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(diǎn)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(diǎn)，同時(shí) 更易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，滿足新能源乘用車市場爆發(fā)后對(duì)產(chǎn)品一致性高的要求。但同時(shí)扁線電機(jī) 大規(guī)模應(yīng)用也需要克服一些缺點(diǎn)，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(yàn) 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(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)更好的加速性能。

扁線電機(jī)功率密度更高，整車動(dòng)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(dòng)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(shì)。此外，扁線電機(jī)利用 其較大的端部導(dǎo)體間隙優(yōu)勢(shì)，冷卻油可以直接滲透入繞組端部，吸收每一個(gè)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(duì)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(gè)固有問題，雖然它不會(huì)使電動(dòng)機(jī)平均有效轉(zhuǎn)矩增加或減少，但它會(huì)引 起速度波動(dòng)、電機(jī)振動(dòng)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(jì)上相對(duì)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(shì)。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??；相對(duì)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(shì)。

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(cè)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(jì)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(shì)，預(yù)計(jì)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(dòng)電機(jī)市場有望達(dá)到 740 億元

新能源汽車性能升級(jí)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(gè)版本，單驅(qū)動(dòng)電機(jī)多見于低配版車型，純電動(dòng)車將驅(qū)動(dòng)電機(jī)前置或后置，混動(dòng)車型一般將驅(qū)動(dòng) 電機(jī)前置；雙驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般為高配版車型，純電動(dòng)、插混和增程式都涉及，前后各部署一個(gè)驅(qū)動(dòng) 電機(jī)。當(dāng)前新能源汽車滲透率快速上升，隨著電動(dòng)車在消費(fèi)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(jí)趨勢(shì)將帶動(dòng)對(duì)四驅(qū)雙電機(jī)、甚至三電機(jī)版本的車型需求，雙電機(jī)車型的市場占 比或?qū)⑦M(jìn)一步上升。

新能源汽車市場爆發(fā)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝機(jī)量快速增長。得益于國內(nèi)新能源汽車市場的爆發(fā)，近幾年國 內(nèi)新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝機(jī)量實(shí)現(xiàn)了快速增長，2021 年國內(nèi)新能源汽車銷量超 330 萬輛，假設(shè)雙電機(jī) 車型滲透率達(dá) 12%，預(yù)計(jì) 2021 年國內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝機(jī)量將達(dá)到約 370 萬臺(tái)，同比增速超 150%。

較好的新能源汽車增長環(huán)境下，預(yù)計(jì) 2025 年全球新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場規(guī)模將達(dá)到 740 億元。在 雙積分、碳排放、車型進(jìn)步等多因素推動(dòng)下，新能源汽車中長期銷量高速增長確定性更強(qiáng)；長期 來看，更長續(xù)航將成新能源汽車主流趨勢(shì)。預(yù)計(jì) 2022 年全球 925 萬輛，中國 530 萬輛銷量； 2025 年全球超 2200 萬輛，中國超 945 萬輛；2030 年電動(dòng)車年度銷量滲透率接近 45%。在中長 期過程中，電動(dòng)車對(duì)燃油車替代形成雙向反饋，電動(dòng)車正向反饋，配套更加成熟，使用體驗(yàn)持續(xù) 提升；燃油車負(fù)面反饋，配套收縮，使用體驗(yàn)持續(xù)下降，此背景下，新能源汽車有望加速實(shí)現(xiàn)對(duì) 燃油車的替代。伴隨下游需求提升，疊加未來電機(jī)性能升級(jí)所帶來的雙電機(jī)占比提升，未來新能 源驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場有望迎來黃金增長期。（報(bào)告來源：未來智庫）

2、扁線電機(jī)具備多重壁壘，優(yōu)勢(shì)企業(yè)有望放大競爭優(yōu)勢(shì)

2.1 扁線電機(jī)具備多重壁壘：生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備依賴進(jìn)口、 原材料要求高

扁線電機(jī)生產(chǎn)中最主要的工藝為線圈成型、扭頭、焊接等技術(shù)。扁銅線電機(jī)的繞組根據(jù)其扁平線 形狀可以分為 I－pin、Hair-pin、Wave-pin 等 3 種，因?yàn)椴簧僬噺S對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外形尺寸有嚴(yán) 格的要求，而 Hairpin 電機(jī)的端部銅線徑向排布更緊密，所以目前超過 90%的制造商都選擇使用 Hairpin 電機(jī)，即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。以 Hari-pin 為代表的扁線電機(jī)在生產(chǎn)工藝、設(shè)備及原材料方面都具有較高的壁壘。

2.1.1 扁線電機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)難，生產(chǎn)工藝復(fù)雜

生產(chǎn)工藝復(fù)雜，十幾道工序一次成型。扁線電機(jī)現(xiàn)多采用第二代軸向繞組技術(shù)(如 Hair-pin)，制作 工藝多且復(fù)雜、對(duì)繞組成型的精度和應(yīng)力要求極高，關(guān)鍵工序如 hair-pin 成型、自動(dòng)扭頭等技術(shù) 難度較大，十幾道工序需一次成型，加大難度；且交流阻抗增大，高轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)換效率降低。同時(shí)， 在工藝實(shí)操中可能出現(xiàn)“集膚效應(yīng)”，導(dǎo)致中間面積被浪費(fèi)，周圍電流大，發(fā)熱明顯，效率降低。

系列化設(shè)計(jì)難。設(shè)計(jì)方案不統(tǒng)一，定子繞組一旦確定很難改變，系列化難度高。不同車企的設(shè)計(jì) 方案不一樣，而定子是電機(jī)設(shè)計(jì)的核心，定子尺寸定型后，導(dǎo)線的線型、尺寸任意一點(diǎn)發(fā)生改變， 都需要定制昂貴的工裝模具，兼容性低。

專利壁壘多。扁線電機(jī)專利目前主要還是在歐美及日本企業(yè)里，中國企業(yè)掌握專利較少。當(dāng)前該 類電機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備和專利，主要由日本、意大利和德國等發(fā)達(dá)國家所引領(lǐng)，如日本電裝為 豐田第四代普銳斯制造的電機(jī)，雷米( 2015 年被博格華納收購) 的 HVH250 系列電機(jī)( 高壓發(fā)卡定 子繞組技術(shù)) 于 2007 年便應(yīng)用于通用雪佛蘭的 VOLT，這 2 家公司均為所生產(chǎn)的電機(jī)申請(qǐng)了專利。 從2018年開始，國內(nèi)的深圳市匯川技術(shù)有限公司、松正電動(dòng)汽車技術(shù)股份有限公司等電動(dòng)汽車零 部件供應(yīng)商也陸續(xù)發(fā)力，推出了自己的扁銅線電機(jī)產(chǎn)品。

2.1.2 扁線電機(jī)生產(chǎn)設(shè)備要求高，主要依賴進(jìn)口

扁線電機(jī)生產(chǎn)設(shè)備要求高，主要依賴進(jìn)口。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。扁線電機(jī)生 產(chǎn)線投資額是圓線的 2-5 倍，一條進(jìn)口生產(chǎn)線大約 1.2 億人民幣，國內(nèi)價(jià)格也在 2-5 千萬。國外已 經(jīng)形成了較成熟的扁線電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈,其中扁線電機(jī)主要供應(yīng)商有美國雷米電機(jī)、日本電裝、德國舍 弗勒等;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 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。近幾年國內(nèi)掀起了一股扁線電機(jī)研 究開發(fā)熱潮,但與國外成熟的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈相比,還存在較大差距。上汽集團(tuán)旗下零部件公司華域 汽車曾于 2017 年實(shí)現(xiàn)了扁線電機(jī)部分出貨，但國內(nèi)多數(shù)廠家主要依靠國外進(jìn)口設(shè)備解決工藝問 題。

2.1.3 升級(jí)扁線對(duì)上游銅線、涂覆等原材料要求相應(yīng)提高

升級(jí)扁線對(duì)上游銅線、涂覆等原材料要求相應(yīng)提高。漆包扁銅線是扁線電機(jī)核心部件，根據(jù)功率 的不同，一臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使用量大約在 7-10kg，約占扁線永磁電機(jī)整體價(jià)值量的 17%。由圓形導(dǎo)線 升級(jí)為扁平矩形截面導(dǎo)線所帶來的另一個(gè)問題是，處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的導(dǎo)線制造技術(shù)也需要同步革 新。

扁線質(zhì)量依賴高質(zhì)量無氧銅桿。扁線原材料銅桿分為低氧桿和無氧桿，氧含量低于 450PPM 為低 氧銅桿，氧含量低于 20PPM 為無氧銅桿。無氧銅桿的韌性、加工性、電阻率和外觀皆優(yōu)于其他 銅桿。圓線端口可以用接線端子（螺絲或圓環(huán)）鏈接，扁線端口是發(fā)卡式，連接的時(shí)候需要焊接 （激光焊或者氬弧焊）。焊接時(shí)會(huì)伴隨高溫，若銅原料含氧量多，焊接容易出現(xiàn)電弧，導(dǎo)致焊接 效果差、漆膜易受傷。因此高品質(zhì)扁線對(duì)銅桿的無氧含量要明顯高于普通漆包線，強(qiáng)大的原材料 供應(yīng)鏈?zhǔn)俏磥泶笠?guī)模供應(yīng)扁線的重要保障。

扁線涂覆難度增大。銅線必須具有彈性，但折彎后反彈需使得電磁線絕緣層不受損；扁線在絕緣 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。